Quảng Nam là một tỉnh ven biển Nam Trung Bộ, bắc giỏp thành phố Đà Nóng, phớa Đụng giỏp Biển Đụng với 125 km bờ biển, phớa Nam giỏp Quảng Ngói, phớa Tõy giỏp Kon Tum với diện tớch tự nhiờn là 10800 km2, dõn số là 1402700 ngƣời (1999) [75]. Vị trớ địa lý của Quảng Nam tạo điều kiện thuận lợi cho việc phỏt triển kinh tế hàng hoỏ và dịch vụ du lịch [75]. Về hành chớnh, Quảng Nam hiện nay cú hai thị xó (Hội An, Tam Kỳ) 12 huyện và 12 thị trấn, 12 phƣờng và 193 xó.. Mật độ dõn số là 134,8 ngƣời/km2 (2001), phõn bố khụng đều giữa cỏc huyện miền nỳi (15-20 ngƣời/km2),và đồng bằng ven biển (250ngƣời/km2).
Quảng Nam là một tỉnh cú nhiều dõn tộc. Cỏc dõn tộc thiểu số chủ yếu là Xơ Đăng, Cơ Tu, số cũn lại là ngƣời Hoa, Mnụng, Co, Giộ Triờng, Tày, Nựng... cƣ trỳ trờn địa bàn cỏc huyện miền nỳi phớa Tõy.
Kể từ khi tỏi lập đến nay, nền kinh tế xó hội của Quảng Nam cú những bƣớc phỏt triển đỏng kể, nhịp độ phỏt triển kinh tế tăng bỡnh quõn 7,5%. Cụ thể là:
- Nụng, lõm, ngư nghiệp: Ngành này chiếm tỷ trọng lớn trong cơ cấu GDP
của tỉnh. Trong ngành nụng nghiệp đang cú xu hƣớng cơ cấu lại tỷ trọng của trồng trọt và chăn nuụi. Trồng trọt chiếm 74% cơ cấu nụng nghiệp với cỏc loại cõy lƣơng thực, cõy cụng nghiệp, cõy ăn quả. Chăn nuụi chiếm 26% phõn bổ đều cỏc loại gia sỳc: trõu, bũ lợn và gia cầm.
Lõm nghiệp là một ngành kinh tế quan trọng của tỉnh. Sản xuất lõm nghiệp chủ yếu là trồng rừng, chăm súc và bảo vệ rừng. Độ che phủ rừng tăng, đến năm 2002 đạt 42%. Khai thỏc gỗ cú xu hƣớng giảm dần qua hàng năm.
Ngƣ nghiệp cũng phỏt triển mạnh do cú ngƣ trƣờng lớn, nhiều vũng, đầm phỏ, đẩy mạnh cỏc hoạt động khai thỏc, chế biến và nuụi trồng thuỷ sản.
- Cụng nghiệp: là ngành cú tốc độ phỏt triển lớn trong những năm gần đõy,
với mức tăng trƣởng hàng năm khoảng 15,8%. Trong cơ cấu nội bộ thỡ cụng nghiệp chế biến chiếm tỷ trọng lớn (89%), cũn lại là cỏc ngành điện, ga, nƣớc (3,6%) khai thỏc (7,4%), [75].
- Dịch vụ: bao gồm giao thụng vận tải, viễn thụng, thƣơng mại và du lịch.
2.2.3. Quảng Ngói
Quảng Ngói là một tỉnh thuộc vựng duyờn hải Nam Trung Bộ trải dài theo hƣớng Bắc - Nam khoảng 100 km. Diện tớch tự nhiờn toàn tỉnh là 5 131,51 km2 với số dõn là 1216592 ngƣời (năm 2000) [75]. Lónh thổ của tỉnh nằm trong vựng kinh tế trọng điểm của cỏc tỉnh Miền Trung, cú khu cụng nghiệp Dung Quất, cú giao thụng thuận lợi nối liền với cỏc tỉnh Tõy Nguyờn và hai đầu đất nƣớc.
Về hành chớnh, Quảng Ngói cú 1 thị xó và 12 huyện, mật độ dõn số toàn tỉnh là 237 ngƣời/km2 (2000) phõn bố khụng đều. Nơi đụng dõn nhất là thị xó với mật độ trờn 3000 ngƣời/km2, nơi thƣa là cỏc huyện miền nỳi nhƣ Ba Tơ, Sơn Tõy, Trà Bồng và Minh Long xấp xỉ 50 ngƣời /km2. Cỏc tộc ngƣời ở Quảng Ngói, sau ngƣời Kinh là Hre, Co và Xơ Đăng, cỏc dõn tốc khỏc cú số lƣợng khụng đỏng kể.
Trong mƣời năm gần đõy, tốc độ tăng trƣởng kinh tế của Quảng Ngói khỏ cao, bỡnh quõn hàng năm đạt 8,5%, quỏ trỡnh dịch chuyển cơ cấu kinh tế cũng đang diễn ra mạnh mẽ. Sau đõy là tỡnh hỡnh phỏt triển kinh tế trờn một số lĩnh vực:
- Nụng, lõm, ngư nghiệp: Nụng nghiệp là một lĩnh vực kinh tế quan trọng
của Quảng Ngói với trồng trọt nắm vai trũ chủ đạo với cỏc loại cõy lƣơng thực, cõy ăn quả và cõy cụng nghiệp. Chăn nuụi giữ vị thế thứ yếu gồm trõu, bũ, lợn và gia cầm, chiếm tỷ trọng khoảng 24% trong sản xuất nụng nghiệp.
Ngƣ nghiệp phỏt huy thế mạnh về tài nguyờn biển và ven biển. Giỏ trị thuỷ sản tăng bỡnh quõn hàng năm khoảng 12%. Cơ cấu ngành thuỷ sản gồm đỏnh bắt (86,5%) và nuụi trồng (13,5%), những năm gần đõy sản lƣợng do nuụi trồng cú xu hƣớng tăng nhanh.
Lõm nghiệp cú vị trớ khỏ khiờm tốn. Hoạt động khai thỏc chiếm tỷ trọng cao trong sản xuất lõm nghiệp, sản lƣợng gỗ mỗi năm tăng 13%, chủ yếu là bạch đàn.
- Cụng nghiệp: của tỉnh Quảng Ngói hiện nay tƣơng đối nhỏ bộ về qui mụ,
đi vào hoạt động, khả năng tăng trƣởng của cụng nghiệp mới cú thể đƣợc phỏt huy..
- Dịch vụ: là ngành quan trọng trong phỏt triển kinh tế, chiếm hơn 1/3 GDP
của tỉnh với tốc độ tăng trƣởng khoảng 11%
2.3. ĐẶC ĐIỂM MƢA, DếNG CHẢY VÀ CÁC BIỆN PHÁP PHếNG LŨ
2.3.1. Đặc điểm mƣa, dũng chảy trờn cỏc lƣu vực nghiờn cứu
Mựa lũ trờn sụng Tả Trạch xuất hiện từ thỏng X - XII chiếm khoảng 66,7% tổng lƣợng dũng chảy năm. Thỏng XI là thỏng cú dũng chảy lớn nhất. So với trung bỡnh cả nƣớc thỡ đõy là vựng cú trị số dũng chảy lũ khỏ lớn. Mựa kiệt trong lƣu vực kộo dài trong 9 thỏng từ thỏng I đến thỏng IX, chiếm khoảng 33.3% tổng lƣợng dũng chảy năm [14, 17]
Với vị trớ địa lý đún giú thuận lợi, lại gần cỏc nguồn ẩm nờn lƣợng mƣa hàng năm mang đến lƣu vực rất phong phỳ vào khoảng 2500 -2700 mm, số ngày mƣa trong năm đạt 140 đến 150 ngày. Lƣợng mƣa cú xu thế tăng dần từ Đụng sang Tõy do sự biến đổi tăng dần của độ cao địa hỡnh.. Lƣợng mƣa hàng năm lớn cộng với cấu tạo địa chất trong khu vực phần lớn là cỏc lớp đỏ gốc, khả năng thấm nƣớc kộm nờn hàng năm lƣu vực sản sinh ra một lƣợng dũng chảy mặt khỏ lớn với mụ đun dũng chảy đạt 76,7 l.s/km2, tƣơng ứng lớp dũng chảy 2420mm (so với trung bỡnh cả nƣớc là 30,9 l.s/km2, tƣơng ứng với lớp dũng chảy là 974mm).
Mựa lũ trờn lƣu vực sụng Thu Bồn kộo dài trong 3 thỏng (XXII) chiếm 6070 % lƣợng dũng chảy cả năm. Mụ đun dũng chảy mựa lũ đạt tới 200l/s.km2, đõy là trị số mụ đun dũng chảy mựa lũ lớn nhất cả nƣớc. Với điều kiện địa hỡnh dốc, mạng lƣới sụng suối phỏt triển hỡnh toả tia, mức độ tập trung mƣa lớn cả về lƣợng lẫn về cƣờng độ trờn phạm vi rộng nờn lũ trờn cỏc sụng suối của lƣu vực sụng Thu Bồn mang đậm tớnh chất lũ nỳi với cỏc đặc trƣng: cƣờng suất lũ lớn, thời gian lũ ngắn, đỉnh lũ nhọn, biờn độ lũ lớn. Hàng năm trờn sụng Thu Bồn xuất hiện 45 trận lũ, năm nhiều nhất cú 78 trận lũ, lũ lớn nhất trong năm thƣờng xuất hiện trong thỏng X và XI [14,17].
dũng chảy năm. Thỏng XI là thỏng cú dũng chảy lớn nhất, chiếm 27,8% lƣợng dũng chảy năm và đõy là thỏng cú tần suất xuất hiện bóo và ỏp thấp nhiệt đới cao nhất. Lũ trờn lƣu vực sụng Trà Khỳc thƣờng rất ỏc liệt, mang đậm tớnh chất lũ ở vựng nỳi với cỏc đặc tớnh: cƣờng suất lũ lớn, đỉnh lũ cao và thời gian lũ ngắn. Mực nƣớc trờn cỏc triền sụng tăng nhanh trong thời gian xuất hiện lũ, cƣờng suất lũ ở thƣợng nguồn đạt 50 70 cm/h, cũn ở hạ du đạt 30 cm/h, thậm chớ cú một số trận lũ lớn đạt tới 100 cm/h. Khả năng điều tiết trờn lƣu vực khụng lớn và khả năng thoỏt nƣớc của hạ du kộm, vỡ vậy trờn lƣu vực sụng Trà Khỳc thƣờng xuất hiện lũ kộp với nhiều đỉnh. Trung bỡnh trong một năm trờn lƣu vực thƣờng xuất hiện 5 7 trận lũ, tập trung nhất vào thỏng X và XI [14, 17].
Mựa lũ trờn lƣu vực sụng Vệ thƣờng kộo dài trong 3 thỏng, bắt đầu từ thỏng X đến thỏng XII nú chiếm khoảng 70.6% tổng lƣợng dũng chảy năm. Mụ đun dũng chảy mựa lũ khoảng 196 l/s.km2 là vựng cú trị số dũng chảy lũ lớn. Mựa kiệt trờn lƣu vực sụng Vệ thƣờng kộo dài trong 9 thỏng, bắt đầu từ thỏng I đến thỏng IX và chiếm khoảng 29,4% tổng lƣợng dũng chảy năm [14, 17].
Lƣu vực sụng Vệ với vị trớ địa lý đún giú thuận lợi nờn hàng năm lƣợng mƣa mang đến lƣu vực rất phong phỳ đạt 2476 mm. Lƣợng mƣa cú xu thế tăng dần từ Đụng sang Tõy, phần thƣợng nguồn vựng nỳi lƣợng mƣa đạt tới 3000 mm cũn phần hạ du vựng đồng bằng lƣợng mƣa cũng đạt 2000 mm. Với lƣợng mƣa lớn nhƣ vậy, trung bỡnh năm trờn lƣu vực sụng Vệ xuất hiện từ 6 đến 8 trận lũ, phụ thuộc vào cỏc đợt mƣa lớn của năm và cỏc trận lũ này thƣờng gắn liền với ngập lụt cỏc vựng hạ du do lƣợng mƣa lớn trờn diện rộng.
2.3.2 Cỏc biện phỏp phũng lũ trờn cỏc lƣu vực nghiờn cứu
Trờn khu vực Miền Trung, trong năm cú 4 dạng lũ cần phũng chống là: lũ tiểu món, lũ sớm, lũ chớnh vụ và lũ muộn. Trong điều kiện kinh tế hiện nay, khụng cú khả năng chống triệt để lũ chớnh vụ và chỉ cú thể tỡm phƣơng ỏn giảm thiểu thiệt hại do lũ gõy ra và phũng chống cú mức độ. Cỏc loại lũ tiểu món, lũ sớm và lũ muộn cú thể phũng chống bằng cỏc biện phỏp phi cụng trỡnh và cụng trỡnh.
Biện phỏp phi cụng trỡnh bao gồm:
- Chăm súc, bảo vệ rừng đầu nguồn, quy hoạch sử dụng đất hợp lý, hạn chế sự tập trung lũ và chống xúi mũn
- Bố trớ thời vụ hợp lý, trỏnh đối đầu với lũ - Tăng cƣờng cụng tỏc cảnh bỏo, dự bỏo lũ
- Di dời dõn ra khỏi khu vực cú nguy cơ ngập ỳng và lũ quột - Cỏc biện phỏp hỗ trợ, cứu hộ chủ động cú tớnh liờn ngành cao. Biện phỏp cụng trỡnh bao gồm:
- Xõy dựng cỏc hồ chứa thƣợng nguồn để cắt lũ, giảm mực nƣớc hạ du. Hiện nay đó cú hồ Dƣơng Hoà (Tả Trạch), Sụng Bung I (Thu Bồn), ĐắcDrinh I (Trà Khỳc)
- Xõy đờ kố cỏc bờ sụng để chống lũ muộn và lũ tiểu món - Tăng cƣờng cỏc tuyến thoỏt lũ qua cỏc cửa sụng
Theo Viện Quy hoạch Thuỷ lợi, JICA và cỏc tổ chức quốc tế khỏc, giải phỏp tốt nhất là xõy dựng cỏc hồ chứa thƣợng nguồn để làm giảm mực nƣớc lũ hạ du
Với địa hỡnh cỏc lƣu vực nghiờn cứu, nhiều nơI cú địa hỡnh thuận lợi để xõy dựng hồ chứa. Giải phỏp hồ chứa khụng những làm nhiệm vụ cắt lũ mà cũn là cụng trỡnh thuỷ lợi cấp nƣớc tƣới cho nụng nghiệp vào mựa cạn, là cụng trỡnh thuỷ điện cấp điện cho lƣới điện quốc gia và cú thể sử dụng vào cỏc mục tiờu kinh tế tổng hợp khỏc nhƣ cấp nƣớc cho cụng nghiệp, sinh hoạt, dịch vụ thƣơng mại và du lịch.
Kết luận chương 2. Qua phõn tớch cỏc điều kiện tự nhiờn và kinh tế xó hội
khu vực nghiờn cứu thấy rằng:
1) Miền Trung là nơi hội tụ nhiều điều kiện thuận lợi đối với việc hỡnh thành lũ lụt hàng năm. Điều kiện mặt đệm cỏc lƣu vực thƣợng nguồn ở Miền Trung phự hợp với việc ỏp dụng phƣơng phỏp SCS và KW – 1D để mụ phỏng quỏ trỡnh tổn thất và vận chuyển nƣớc, tức là mụ phỏng quỏ trỡnh mƣa – dũng chảy.
2) Đỏnh giỏ hiện trạng cỏc hồ chứa trờn cỏc lƣu vực nghiờn cứu cho thấy khả năng điều tiết lũ của chỳng vẫn chƣa đỏp ứng quy hoạch phũng lũ, cần cú bổ sung cỏc hồ chứa để cắt lũ, tăng cƣờng khả năng điều tiết lƣu vực.
Chƣơng 3
XÂY DỰNG Mễ HèNH Mễ PHỎNG QUÁ TRèNH MƢA - DếNG CHẢY BẰNG Mễ HèNH SểNG ĐỘNG HỌC MỘT CHIỀU, PHƢƠNG PHÁP
PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ PHƢƠNG PHÁP SCS
3.1. NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Mễ PHỎNG KHễNG GIAN – THỜI GIAN TRONG Mễ PHẦN TỬ HỮU HẠN Mễ PHỎNG KHễNG GIAN – THỜI GIAN TRONG Mễ HèNH SểNG ĐỘNG HỌC MỘT CHIỀU
3.1.1. Cỏc vấn đề về tớnh ổn định và độ chớnh xỏc khi giải phƣơng trỡnh súng động học bằng phƣơng phỏp phần tử hữu hạn
Việc giải phƣơng trỡnh súng động học đối với dũng chảy tràn sử dụng sơ đồ phần tử hữu hạn Galerkin thƣờng gõy nờn nhiễu động số do số hạng bất đối xứng thứ nhất của đạo hàm theo khụng gian. Đó cú nhiều nghiờn cứu giải quyết vấn đề súng động học sử dụng phõn tớch phần tử hữu hạn [120,143,156]. Nghiệm số trị của những phƣơng trỡnh này sẽ vấp phải cỏc vấn đề về tớnh ổn định và hội tụ.
Christie cựng cỏc cộng sự [110] cho rằng, nờn trỏnh sử dụng xấp xỉ sai phõn trung tõm của đạo hàm bậc nhất vỡ nú làm tăng dao động số với cỏc kớch thƣớc lƣới
tớnh trung bỡnh và phƣơng phỏp phần tử hữu hạn Galerkin, sử dụng dạng hàm tuyến tớnh dạng kim tự thỏp đối xứng chớnh là mụ phỏng cụng thức sai phõn trung tõm đó chứa những dao động cú sẵn. Hughes [124] cho biết những khú khăn xuất hiện khi cỏc toỏn tử chuyển vị là bất đối xứng và kết quả gõy nờn những dao động giả. Theo Fiedler và Ramiez [113], với chiều sõu dũng chảy nhỏ thỡ những dao động nhỏ sẽ phỏ huỷ nghiệm cho dũng chảy tràn trờn bề mặt và việc hạn chế dao động là một nhiệm vụ rất khú khăn do bản chất dao động sẵn cú trong cỏc phƣơng trỡnh. Zang và Cundy [159] sử dụng sơ đồ sai phõn hữu hạn MacCormak - là sơ đồ sai phõn hiện hai bƣớc, để giải quyết cỏc vấn đề dũng chảy tràn và cũng nhận định rằng luụn cú những dao động trờn cỏc đƣờng quỏ trỡnh và trong một vài trƣờng hợp là khụng hợp lý buộc phải dừng tớnh toỏn.
Abbott và Basco [96] cho rằng những phƣơng trỡnh nƣớc nụng thƣờng nghiờng về những thành phần Fourier tần số cao, cỏc dao động 2x, khi sử dụng sơ đồ sai phõn trung tõm bởi vỡ giỏ trị của độ dốc ƣớc lƣợng bởi sai phõn là độc lập với biến phụ thuộc tại điểm giữa của hai nỳt lƣới. Chan và Williamson [109] thỡ lại cho rằng phƣơng trỡnh đạo hàm riờng, bao gồm đạo hàm bậc nhất theo khụng gian, sẽ xuất hiện dao dộng trong nghiệm theo phƣơng phỏp phần tử hữu hạn Galerkin khi kớch thƣớc ụ lƣới vƣợt quỏ giỏ trị tới hạn dựa trờn số Peclet nhỏ hơn 2. Cỏc tỏc giả khụng bàn luận đến những trƣờng hợp mà số Peclet lớn vụ cựng nhƣ trƣờng hợp dũng chảy sƣờn dốc. Tuy nhiờn, những thảo luận về thiết lập một lƣới phần tử hữu hạn mịn với bƣớc thời gian nhỏ để giải quyết vấn đề thỡ cũng khụng đỏp ứng đƣợc về hiệu quả tớnh toỏn thực tiễn (do yờu cầu khả năng mỏy tớnh quỏ cao).
Hầu hết cỏc thảo luận đều cựng thống nhất về quan điểm rằng, cỏc dao động trong khi giải hệ phƣơng trỡnh súng động học là luụn tồn tại. Chan và Williamson [109] đó mụ tả sơ đồ Upwind nhƣ là sự thay thế sơ đồ sai phõn trung tõm bằng sai phõn lựi và cho rằng điều này sẽ làm giảm độ chớnh xỏc. Heinrich cựng cỏc cộng sự [121] thấy rằng sơ đồ phần tử hữu hạn Upwind, sử dụng hàm trọng số cú dạng hàm bất đối xứng khỏc với sử dụng hàm hỡnh dạng và kết luận rằng sự giảm độ chớnh xỏc của cả hai sơ đồ là tƣơng đƣơng. Tisdale cựng cỏc cộng sự [153] đó phỏt triển
sơ đồ Upwind đƣờng dũng với bài toỏn dũng chảy hai chiều bằng việc cụ lập số
hạng chuyển vị trong phƣơng trỡnh theo độ dốc chớnh và giải quyết vấn đề bằng kỹ thuật Upwind, đó cụng bố rằng, sơ đồ giải quyết đƣợc vấn đề mà khụng xuất hiện dao động số trong khi ảnh hƣởng của nú tới độ chớnh xỏc là cú thể bỏ qua. Mặc dầu vậy, nghiờn cứu này dựa trờn việc biến đổi hệ phƣơng trỡnh ban đầu và chỉ giới hạn cho những bề mặt đơn giản, nơi điểm nỳt cú hƣớng dốc xuống của mỗi phần tử cú thể xỏc định bằng cỏc chƣơng trỡnh con đó đƣợc thử nghiệm đối với những bề mặt dũng chảy phức tạp. Fiedler và Ramirez [113] sử dụng sơ đồ sai phõn hữu hạn
Upwind MacCormack để tớnh dũng chảy sƣờn dốc và phỏt hiện thờm rằng bờn cạnh
việc “ngƣợc dũng”, hàm làm trơn cú thể hạn chế đƣợc những dao động ở những khu vực cú gradient lớn nhƣ cỏc dao động tần số cao và sử dụng độ sõu dũng chảy bỡnh