IV. Hƣớng tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.2Biên tính toán mô hình thủy lực
a. Biên trên mô hình
Với mạng sông tính toán đã được xác định ở trên, biên trên của mô hình thuỷ lực là quá trình lưu lượng theo thời gian Q= f(t) tại các vị trí như sau:
+ Tại trạm thuỷ văn Cầu Sơn trên sông Thương (Flv= 2.330 km2
) + Tại trạm thuỷ văn Chũ trên sông Lục Nam (Flv= 980 km2
) + Tại trạm thuỷ văn Thái Nguyên trên sông Cầu (Flv= 2.220 km2
) + Quá trình lưu lượng (Q~t) tại Sơn Tây
b. Biên dưới của mô hình
Biên dưới của mô hình là quá trình mực nước theo thời gian Z =f(t) tại 9 cửa sông đổ ra biển của lưu vực sông Hồng – Thái Bình. Biên dưới của mô hình thủy lực được đặt tại các vị trí giao tiếp giữa cửa sông và biển. Danh sách các trạm tính đường quá trình mực nước thống kê trong bảng sau:
Bảng 25. Tọa độ các biên mô hình
TT Cửa sông Kinh độ Vĩ độ
1 Đáy 106.093564 19.951819 2 Ninh Cơ 106.193718 19.995523 3 Hồng 106.582414 20.265489 4 Trà Lý 106.595459 20.470455 5 Thái Bình 106.635335 20.62523 6 Văn Úc 106.710995 20.67746 7 Lạch Tray 106.747803 20.777129 8 Cấm 106.766593 20.815053 9 Đá Bạch 106.840464 20.81509
2.2.3 Tài liệu địa hình mạng lƣới sông
61
Tài liệu địa hình lòng dẫn các sông đã được chương trình Phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng tiến hành đo đạc phần lớn vào năm 2000. Tất cả các mặt cắt đã được kiểm tra về vị trí, hiệu chỉnh thống nhất về hệ cao độ Quốc gia và các mặt cắt ngang được đo từ lòng dẫn của sông đến chân hạ lưu của hai tuyến đê ở hai bên bờ sông hoặc đến cao trình vượt qua mực nước lũ cao nhất đã xảy ra trong lịch sử. Khái quát về tài liệu địa hình mặt cắt ngang các sông trong mạng sông tính toán được liệt kê trong bảng dưới đây:
Bảng 26. Địa hình lòng dẫn sông Hồng - Thái Bình
TT Tên sông Năm đo Chiều dài (m) Số mặt cắt
1 Hồng 2000 219.064 139 2 Trà Lý 2000 64.280 35 3 Ninh Cơ 2000 53.525 25 4 Đáy 2000 231.260 100 5 Thương 2000 91.235 33 6 Lục Nam 2000 53.080 16 7 Cầu 2000 136.393 48 8 Thái Bình 2000 95.210 55 9 Văn Úc 2000 40.300 23 10 Gùa 2000 3.310 6 11 Mía 2000 3.037 4 12 Mới 2000 3.580 2 13 Lạch Tray 2000 52.000 25 14 Kinh Thày 2000 47.620 28 15 Kinh Môn 2000 40.884 19 16 Đá Bạch 2000 38.500 13 17 Cấm 2000 24.623 14 18 Lai Vu 2000 27.619 14 19 Đuống 2000 60.615 33 20 Hoá 2000 38.157 20 21 Luộc 2000 70.683 35
2.2.4 Tài liệu thuỷ văn.
Trận lũ lớn xảy ra trong năm 1996 từ ngày 9 đến ngày 28 tháng 8 được chọn để hiệu chỉnh và trận lũ từ 15 - 30/7/2002 để kiểm định mô hình thuỷ lực trong
62
nghiên cứu này. Tài liệu thực đo tại các trạm thủy văn trong lưu vực được cung cấp bởi Tổng cục Khí tượng Thuỷ văn (xem Bảng 27. ).
Quá trình lưu lượng ở các biên trên và các khu giữa được tính toán bằng mô hình mưa - dòng chảy.
Bảng 27. Các trạm thuỷ văn dùng để mô phỏng và kiểm định mô hình.
TT Tên Trạm đo Tên sông Yếu tố đo Vị trí (m)
1 Hà Nội Hồng Q, H 21932
2 Hưng Yên -nt- H 140750
3 Thượng Cát Đuống Q, H 2300
4 Triều Dương Luộc H 5380
5 Nam Định Đào Nam Định H 5.133
6 Trực Phương Ninh Cơ H 4.239
7 Phả Lại Thái Bình H 300 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
8 Phủ Lý Đáy H 131.675
9 Thái Bình Trà Lý H 168.768
10 Gián Khẩu Hoàng Long H 60.700
2.2.5 Tính toán mô phỏng thủy lực hệ thống sông
a. Tính toán mô phỏng trận lũ tháng 8/1996
Để xác định bộ thông số cho mô hình thuỷ lực như: (Mặt cắt đặc trưng từng đoạn sông, hệ số nhám lòng và bãi sông, các thông số của công trình thuỷ lợi), cần thiết phải mô phỏng và hiệu chỉnh với một năm lũ thực tế. Qua phân tích tôi đã lựa chọn trận lũ tháng 8/1996 để mô phỏng chế độ thuỷ lực cho sông Hồng và sông Thái Bình (đây là trận lũ đã được phân tích xem xét kỹ và được lấy làm cơ sở để tính toán. Điều này phù hợp với tài liệu địa hình đo đạc mặt cắt sông năm 2000, mặt cắt sông không biến đổi lớn. Lũ năm 1996 cũng là năm lũ khá lớn ở thượng du sông Hồng, sông Thái Bình có dạng lũ bất lợi cho công tác phòng chống lũ hạ du, mặt khác trong thời gian có lũ thì phía các cửa sông vùng ven biển Đông do ảnh hưởng của cơn bão số 4 cấp 11, 12 đổ bộ vào đất liền từ Thái Bình đến Nghệ An, gió to và sóng lớn gây nước dâng tới 1,5 ÷ 2 ,0 m. Phía cửa sông thuộc hệ thống sông Hồng, nước dâng do bão vào sâu nội địa tới 20 ÷ 25 km, phía cửa sông thuộc hệ thống sông Thái Bình, nước dâng do bão vào sâu nội địa tới 30 ÷ 40 km. Thời đoạn tính
63
toán mô phỏng kéo dài trong 10 ngày xảy ra lũ lớn nhất từ 16/8 đến hết ngày 25/8/1996.
b. Kết quả hiệu chỉnh
Sau khi quá trình tính toán hiệu chỉnh các thông số của mô hình thuỷ lực đã nhận được kết quả mực nước, lưu lượng tại các vị trí trạm thuỷ văn khá phù hợp với giá trị thực đo. Mực nước lũ lớn nhất tại các vị trí kiểm tra trên toàn mạng sông như sau:
Bảng 28. Bảng đánh giá sai số hiệu chỉnh
TT Tên trạm Yếu tố Thực đo
(m) Tính toán (m) Sai số(m) 1 Gián Khẩu H 3.450 3.425 0.025 2 Phủ Lý H 3.830 3.994 0.164 3 Nam Định H 4.810 4.98 0.17 4 Hà Nội H 12.430 12.451 0.021 5 Hà Nội Q 14800 14300 500 6 Hưng Yên H 7.860 7.92 0.06 7 Trực Phương H 3.140 3.041 0.099 8 Thái Bình H 3.750 3.71 0.04 9 Triều Dương H 6.700 6.71 0.01 10 Thượng Cát H 11.800 11.775 0.025 11 Thượng Cát Q 5740 5200 540 12 Phả Lại H 6.520 6.445 0.075
64
Hình 4. Kết quả hiê ̣u chỉnh tra ̣m Hà Nô ̣i
65
Hình 6. Kết quả hiê ̣u chỉnh tra ̣m Trực Phương
66
Hình 8. Kết quả hiê ̣u chỉnh tra ̣m Triều Dương
67
Hình 10. Kết quả hiê ̣u chỉnh tra ̣m Phải La ̣i
68
Hình 12. Kết quả hiê ̣u chỉnh tra ̣m Gián Khẩu
Hình 13. Kết quả hiê ̣u chỉnh tra ̣m Nam Đi ̣nh
69
Trên cơ sở bộ thông số đã xác định được trong quá trình tính toán mô phỏng trận lũ thực tế tháng 8/1996, tiến hành tính toán kiểm định mô hình với trận lũ thực tế đã xảy ra năm 2002. Trận lũ năm 2002 được chọn vì đây là trận lũ lớn xảy ra gần đây nhất. Trong trận lũ này, rất nhiều bối bãi dọc sông hồng bị ngập, nhiều đoạn đê xuất hiện mạch đùn, mạch sủi. Như vậy trận lũ năm 2002 đảm bảo độ lớn về lũ, gây ngập bối bãi.
Dưới đây là mực nước lũ lớn nhất và lưu lượng lũ lớn nhất giữa kết quả tính toán và thực đo tại một số trạm đo thủy văn:
Bảng 29. Mực nước lũ lớn nhất thực đo và kết quả tính kiểm định tại các trạm thuỷ văn chính trên hệ thống sông Hồng - Thái Bình.
TT Trạm Sông Hmax (m) Qmax (m
3 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
/s)
Thực
đo Tính toán Sai số Thực đo Tính toán Sai số
1 Hà Nội Hồng 12.01 11.92 0.09 13100 12797 303
2 Hưng Yên Hồng 7.983 14816.3
3 Thượng Cát Đuống 11.42 11.31 0.11 6200 6100.5 99.5
4 Bến Hồ Đuống 6.43 4963.5
5 Triều Dương Luộc 6.58 6.54 0.04 2680 2570 110 6 Quyết Chiến Trà Lý 4.96 5.01 -0.05 2080 2000 80 7 Thái Bình Trà Lý 3.44 3.56 -0.12
8 Nam Định Đào 4.48 4.61 -0.13 3920 4120 200
9 Trực Phương Ninh Cơ 3.65 1489.5
10 Ba Thá Đáy 2.88 3.12 -0.24 118.3 115.2 3.1
11 Phủ Lý Đáy 3.02 125.4
12 Ninh Bình Đáy 2.51 378.5
13 Phả Lại Thái Bình 5.8 6.01 -0.21 3880.3
Qua kết quả tính toán của mô hình có thể thấy: Sai số mực nước tại các trạm trong phạm vi dưới 30 cm. Tại các trạm chính như Sơn Tây, Hà Nội, Thượng Cát, Hưng Yên, Triều Dương, Quyết Chiến, Thái Bình, Nam Định đều nhỏ hơn 15 cm.
70
Sai số về lưu lượng không lớn, lớn nhất chiếm khoảng 5% so với lưu lượng chảy qua vị trí đó.
Các kết quả so sánh cho thấy bộ thông số mô phỏng cho trận lũ năm 1996 đã kiểm định phù hợp với trận lũ năm 2002. Bộ thông số nhám này đủ tin cậy để sử dụng tính toán mô phỏng lũ thiết kế và quy hoạch cho sông Trà Lý.
2.3 TÍNH TOÁN LŨ THIẾT KẾ TUYẾN SÔNG TRÀ LÝ
2.3.1 Tính toán biên mạng thủy lực hệ thống sông
a. Biên trên:
Với mạng sông tính toán đã được xác định ở trên, biên trên của mô hình thuỷ lực là quá trình lưu lượng theo thời gian Q= f(t) tại các vị trí như sau:
+ Tại trạm thuỷ văn Cầu Sơn trên sông Thương + Tại trạm thuỷ văn Chũ trên sông Lục Nam + Tại trạm thuỷ văn Thái Nguyên trên sông Cầu
+ Tại trạm Sơn Tây: sử dụng đường quá trình lưu lượng tại Sơn Tây với Q= 28.000m3/s ứng với con lũ có chu kỳ xuất hiện là 250 năm (tần suất P= 4%). b. Biên dưới:
Biên dưới của mô hình là quá trình mực nước theo thời gian Z =f(t) tại 9 cửa sông đổ ra biển của lưu vực sông Hồng – Thái Bình, là mực nước triều thiết kế 5% của tháng VIII. Kết quả tính toán mực nước triều thiên văn lớn nhất theo các tần suất thiết kế đã được tính toán ở phần tính toán ở mục 1.1.2 ở phần trước như sau:
Bảng 30. Mực nước triều thiết kế tại các biên cửa sông
STT Cửa sông Hp 5% (cm) 1 Cấm 199 2 Đá Bạch 195 3 Lạch Tray 193 4 Văn Úc 191 5 Thái Bình 189 6 Trà Lý 185 7 Hồng (cửa Ba Lạt) 177 8 Ninh Cơ 170 9 Đáy 169
71
Nước dâng
Biên nước dâng ứng với tần suất 20% cũng đã được tính ở mục 1.1.2 với trị số như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 31. Tần suất chiều cao nước dâng tại vùng đoạn bờ từ Cửa Ông – Cửa Đáy H nd(tb)
(cm)
Cv Cs Hndp(cm)
1% 2% 5% 10% 20% 50%
78 0.67 1.01 238 212 177 149 118 70
Và như vậy nước dâng ứng với tần suất 20% là H20%=118 cm
Tổng hợp kết quả tính toán mực nước triều thiên văn lớn nhất tháng VIII tần suất 5% tại các cửa sông và nước dâng do bão tần suất 20% là 1,18m được trình bày tại
Bảng 32. Mực nước triều thiên văn 5% tháng VIII và chiều cao nước dâng P=20% Đơn vị : cm Cửa
sông Cấm Đá Bạch Lạch Tray Văn Úc Thái Bình Trà Lý Ba Lạt Ninh Cơ Đáy Htriều 5% 199 195 193 191 189 185 177 170 169 Hnd 20% 118 118 118 118 118 118 118 118 118 Tổng hợp 317 313 311 309 307 303 295 288 287
Các tuyến sông có đê trên địa bàn tỉnh Thái Bình nằm ở vùng hạ du của hệ thống sông Hồng – sông Thái Bình chịu sự chi phối về chế độ thủy lực của toàn mạng sông, nhưng do nằm sát biển có tới 3 cửa sông ra biển (trong số 9 cửa của toàn lưu vực) do vậy chịu tác động rất mạnh của chế độ mực nước biển (thủy triều, nước dâng do bão), ngoài ra cũng chịu ảnh hưởng trực tiếp tác động của nước biển dâng do biến đổi khí hậu. Các kịch bản tính toán sẽ là tổ hợp của lũ thượng nguồn gặp các tổ hợp mực nước ở cửa sông. Các tính toán lũ đối với hệ thống sông đồng bằng Bắc Bộ thường chọn các dạng lũ lớn điển hình gây nhiều bất lợi đã sảy ra trong quá khứ, đó là lũ các năm 1969, 1971 và gần đây nhất là lũ năm 1996. Lũ các năm 1969 và 1971 thì đồng bằng Bắc bộ chủ yếu có hệ thống đê điều và các khu
72
phân chậm lũ để chống lũ. Trong khi đó lũ năm 1996 tuy là lũ lớn và bất lợi nhưng đã có các hồ Hòa Bình và Thác Bà chống lũ nên đã hoàn toàn chủ động chống lũ, giảm thiệt hại do lũ gây ra ở mức thấp nhất. Trong tính toán ở đây không tính cả ba dạng lũ trên mà chỉ lựa chọn dạng lũ bất lợi năm 1996 để tính vì:
- Dạng lũ năm 1996 là dạng lũ bất lợi nhất và lượng lũ do nhánh sông Đà đóng góp nhiều nhất
- Điều kiện địa hình hiện trạng của hệ thống gần với thời gian xảy ra lũ 1996 nhất nên tính toán sẽ ít sai số.
Như vậy việc tính toán lũ thiết kế cho sông Trà lý sẽ được chọn là một trong tổ hợp của lũ thiết kế thượng nguồn gặp tổ hợp mực nước ở cửa sông như sau:
1. Lũ thiết kế cho lưu vực sông Hồng – Thái Bình dạng lũ 8/1996 gặp triều thực năm 1996.
2. Lũ thiết kế cho lưu vực sông Hồng – Thái Bình kết hợp với triều cường tần suất 5%.
3. Lũ thiết kế cho lưu vực sông Hồng – Thái Bình kết hợp với triều cường, nước dâng do bão.
Chi tiết các trường hợp tính hợp toán như phần nội dung tính toán dưới đây.
2.3.2 Nội dung các trƣờng hợp tính toán lũ thiết kế.
a. Lũ thiết kế cho lưu vực sông Hồng - Thái Bình với triều thực năm 1996 (kí hiệu LTK1)
Theo Quyết định Phê duyệt quy hoạch phòng chống lũ hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình (QĐ 92/2007/QĐ-TTg), được điều chỉnh mốc thời gian quy hoạch đến năm 2020.
Tiêu chuẩn về mực nước chống lũ cho hệ thống đê hạ du là 13,1 m tại trạm thủy văn Long Biên trên sông Hồng, tại trạm thủy văn Phả lại trên sông Thái Bình là 7,2 m.
b. Lũ thiết kế cho lưu vực sông Hồng - Thái Bình kết hợp với triều cường thiết kế (kí hiệu LTK2)
73
Trường hợp tính toán này nhằm xác định mức độ gia tăng mực nước, lưu lượng đối với trường hợp triều cường 5% xảy ra.
Triều cường được tính từ triều thiên văn cho giai đoạn từ năm 1960 - 2009. Sau đó tính toán mực nước triều thiên văn lớn nhất với tần suất thiết kế 5% cho thời kỳ max năm và max trong thời kỳ tháng VIII là tháng xuất hiện nhiều lũ lớn trên hệ thống sông. Biên triều cường được cho ở
Bảng .
c. Lũ thiết kế cho lưu vực sông Hồng - Thái Bình với triều thiết kế kết hợp với nước dâng do bão thiết kế. (kí hiệu LTK3)
Đây là tổ hợp giữa lũ thượng nguồn gặp bão gây nước dâng ở phía cửa sông và trong thời gian sảy ra triều cường. Điều kiện triều cường 5% kết hợp với nước dâng do bão với tần suất 20% được xem xét tính toán trong trường hợp này. Biên mực nước triều cho mô hình trong trường hợp tính toán này trình bày ở (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng
2.3.3 Kết quả tính toán thủy lực mạng sông
Tiến hành tính toán các tổ hợp lũ thượng nguồn và các kịch bản triều, nước dâng ở cửa sông cho toàn mạng sông Hồng sông Thái Bình, sau đó trích kết quả tính toán mực nước và lưu lượng cho sông Trà Lý để phân tích lựa chọn lũ thiết kế cho tuyến sông Trà Lý như phần dưới đây.
a. Kết quả lũ thiết kế dọc tuyến sông Trà Lý
Kết quả tính toán cực trị về mực nước và lưu lượng trên mạng sông của các trường hợp tính toán ở trên được như sau:
Bảng 33. Mực nước lũ lớn nhất của các trường hợp tính toán thiết kế lũ thiết kế
Sông Địa danh Vị trí (m) Phƣơng án
LTK1 LTK2 LTK3
Hồng Hà Nội 72392 12.76 12.76 12.75
Hồng Hưng Yên 140750 9.07 9.07 9.10
Đuống Thượng Cát 2300 11.93 11.94 11.94
Luộc Triều Dương 5380 7.46 7.47 7.53
74
Sông Địa danh Vị trí (m) Phƣơng án
LTK1 LTK2 LTK3 - xã Hồng Minh, H. Hưng Hà 2000 6.46 6.49 6.69