Hiệu chỉnh các thông số mô hình và kiểm định tính toán

Một phần của tài liệu NGHIÊN CỨU DỰ BÁO SẠT LỞ TẠI KHU VỰC CỰ LAO LONG KHÁNH TRÊN SÔNG TIỀN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ (Trang 83)

Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định với tài liệu lưu lượng thực đo tại các trạm TC3, TC4, TC5 trong khoảng thời gian từ 25÷28/12/2010. Dựa vào 3 ngày tính toán trên để hiệu chỉnh kiểm tra xem xét kết quả mô hình tính toán có đúng với kết quả thực đo hay không. Tính toán mô hình lặp đi lặp lai nhiều lần và so sánh với kết quả thực đo.

Hình 3.7. Vị trí đo lưu lượng, mực nước tại trạm đo Tân Châu-sông Tiền

Hình 3.8. Kiểm chứng mô hình lưu lượng tại trạm TC3

Hình 3.10. Kiểm chứng mô hình lưu lượng tại trạm TC5

Hình 3-8, 3-9, 3-10 thể hiện sự so sánh giữa lưu lượng tính toán và thực đo tại 3 trạm TC3, TC4, TC5 trong thời gian 3 ngày.

Đánh giá việc hiệu chỉnh qua so sánh giữa số liệu thực đo và tính toán tại các trạm được đánh giá theo chỉ số Nash-Sutcliffe.

Bảng 3. 1. Mức hiệu quả của mô hình theo Nash – Sutcliffe

Mức hiệu quả của mô hình Nash – Sutcliffe (E)

Rất tốt 0,75 ÷ 1 Tốt 0,65 ÷ 0,75 Trung Bình 0,50 ÷ 0,65 Kém ≤ 0,50 Hệ số Nash-Sutcliffe : ∑ ∑ = = − − − = T t t T t t m t Q Q Q Q E 1 2 0 0 1 2 0 ) ( ) ( 1 (3-17) Trong đó : - Q0t : Số liệu thực đo (m3/s) - Qmt : Số liệu mô phỏng (m3/s)

- E : Là sai số so sánh giữa tính toán và thực đo theo Nash – Sutcliffe. Bảng 3. 2. Hệ số E tính toán

E Ghi chú

TC3 0.604 Trung bình

TC4 0.726 Tốt

TC5 0.578 Trung bình

Ta thấy kết quả hệ số E tính toán như trong bảng 3.2 thỏa mãn các yêu cầu sự phù hợp về lưu lượng. Kết quả so sánh giữa lưu lượng tính toán từ mô hình và kết quả thực đo tại các trạm TC3, TC4, TC5 trong khoảng thời gian từ 25/12 ÷ 28/12/2010, đạt theo chỉ số E.

Kết luận: Mô hình đã được thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định bằng phương pháp so sánh kết quả tính toán và lưu lượng thực đo tại các trạm. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định cho thấy các kết quả tính toán tương đối phù hợp, mô hình thủy lực chấp nhận được bộ thông số mô hình thu được là đáng tin cậy. Có thể sử dụng mô hình để tính toán các quá trình động lực và vận chuyển bùn cát.

Sau khi hiệu chỉnh ta có bộ thông số sau:

Bảng 3. 3 Các thông số mô hình

Thông số Giá trị

Bed resistance (Hệ số nhám) 0,02 ÷ 0,05

Deposition (Ứng suất cắt của bùn cát lơ lửng) 0,25 (N/m2) Erosion (Hệ số ứng với bùn cát đáy) 1,8 (N/m2)

Khối lượng riêng bùn cát đáy 400 ( kg/m3)

Sau khi kiểm định mô hình ta tiến hành tính toán dự báo sạt lở với điều kiện lũ tương đương lũ năm 2000. Đây là năm lũ điển hình và có số liệu thủy văn tương đối đầy đủ.

Tính vận tốc khởi động bùn cát để xác định khoảng thời gian dự báo sạt lở

Vận tốc khởi động bùn cát lòng dẫn được xác định từ các công thức kinh nghiệm đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới như Êri, Gôntrarốp, Samốp. Sau đây là một số công thức tính toán vận tốc khởi động bùn cát mà GS.TS. Lương Phương Hậu đã thống kê:

gd d

Vkđ =3,9 (1+0,0004) (3-18)

- Công thức của Gôntrarốp:

agd d h Vkđ 75 , 1 2 ) 8 , 8 (lg = (3-19)

- Công thức của Samốp:

6 )2 1000 ( 6 , 4 h d Vkđ = (3-20) Trong đó: - Vkđ: Lưu tốc khởi động bùn cát (m/s). - a: Hệ số Acsimet, λ γ γ − = s a thường lấy a =1,65.

- γs: Trọng lượng riêng của bùn cát.

- γ : Trọng lượng riêng của nước.

- g: Gia tốc trọng trường (m/s2).

- h: Chiều sâu dòng nước (m).

- d: Đường kính hạt (m).

Bảng 3. 4. Vận tốc khởi động tính toán

Độ sâu lấy mẫu h (m)

Đường kính hạt d

(mm) Vkđ (m/s)

Eri Samốp Gôntrarốp Trung bình

Hình 3.11. Quan hệ giữa Vkđ và Vtđ theo thời gian mùa lũ từ tháng 7 đến tháng 10 Từ hình 3.11 ta thấy vận tốc khởi động tính toán được nhỏ hơn rất nhiều so với vận tốc thực đo trong cả khoảng thời gian từ tháng 6 cho tới tháng 11. Vì vậy ta có thể chọn khoảng thời gian từ tháng 9 cho tới tháng 11 là 3 tháng mùa lũ để tiến hành tính toán dự báo sạt lở cho khu vực nghiêc cứu.

3.2.2. Kết quả tính toán bằng mô hình MIKE 21FM

Mô hình MIKE 21FM HD tính chế độ dòng chảy cho khu vực cù lao Long Khánh, sau khi hiệu chỉnh mô hình, kết quả của mô hình được thể hiện dưới đây.

Hình 3.13. Phân bố vận tốc dòng chảy năm 2000

Hình 3.15. Kết quả diễn biến mặt cắt ngang 16

Hình 3.16. Kết quả diễn biến mặt cắt ngang 1

Từ kết quả mô phỏng bằng MIKE 21FM, ta thấy diễn biến địa hình mặt cắt ngang lòng sông khu vực đầu cù lao Long Khánh có xu hướng bị xói sâu, có những vị trí lòng sông bị xói sâu tới gần 2m như trên hình 3.15, 3.16 tại MC1 và MC16. Xói lở tại đây do dòng chảy mùa lũ với vận tốc lớn, thúc thẳng vào đầu cù lao gây ra.

Hình 3.17. Kết quả diễn biến mặt cắt ngang 8

Hình 3.18. Kết quả diễn biến mặt cắt ngang 6

Còn cuối cù lao địa hình lòng sông cũng bị biến đổi mạnh, theo kết quả mô phỏng bằng mô hình MIKE 21FM ta thấy tại MC6 và MC8 đáy sông bị xói sâu từ 0,7÷3m.

Hình 3.20. Kết quả diễn biến mặt cắt ngang 12

Hình 3.21. Kết quả diễn biến mặt cắt ngang 9

Đoạn cong Hồng Ngự đường bờ cũng bị biến đổi. Theo kết quả mô phỏng tại các mặt cắt 9, 12, 14 thì có những vị trí lòng sông bị xói sâu tới gần 5m. Nhưng cũng có những vị trí đường bờ không bị thay đổi nhiều như tại mặt cắt 12 và 14.

Hình 3.22. Kết quả diễn biến mặt cắt ngang 3

Tại MC3 nhánh phải Long Thuận - Long Khánh lòng sông bị đào sâu, vị trí lớn nhất khoảng từ 2 đến 3m. Đường lạch sâu có xu thế áp sát vào mép bờ.

3.2.3. Nhận xét kết quả tính toán

Kết quả mô phỏng bằng mô hình MIKE 21FM cho thấy khu vực cù lao Long Khánh mặt cắt ngang lòng sông bị biến đổi mạnh so với trước lũ. Từ hình 3.13, ta thấy ở đầu khu vực nghiên cứu bề rộng lòng sông lớn sau đó bị thu hẹp lại tại nút co hẹp Tân Châu, rồi lại phình to ra ngay sau đó và phân thành hai nhánh, làm cho vận tốc dòng chảy cũng thay đổi theo. Từ hình 3.13 ta thấy vận tốc dòng chảy từ đầu khu vực nghiên cứu tới nút co hẹp Tân Châu tăng dần lên, khi qua nút co hep lòng sông bị mở rông ra nên vận tốc dòng chảy có giảm đi. Dòng chảy xô thẳng vào đầu cù lao với vận tốc lớn như trên hình 3.13 và gây ra xói lở mạnh ở đầu cù lao như MC16, MC1. Vậy kết quả tính toán bằng mô hình MIKE 21FM cho thấy cả hai nhánh sông thuộc khu vực nghiên cứu đều bị xói. Nguyên nhân là do mô phỏng cho mùa lũ năm 2000. Đây là một mùa lũ lớn với lưu lượng có thể lên tới hơn 30000m3/s nên gây ra xói ở cả hai nhánh sông. Kết quả diễn biến địa hình sẽ phục vụ cho việc kiểm tra ổn định bằng phần mềm GeoSlope, để xác định các phạm vi có

nguy cơ bị sạt lở.

3.2.4. Kiểm tra ổn định đất bờ bằng phần mềm GEOSLOPE

3.2.4.1. Tài liệu tính toán

- Sau khi có kết quả tính toán diễn biến lòng sông vùng cù lao Long Khánh, sử dụng phần mềm Geoslope để xác định phạm vi có nguy cơ sạt lở ở nhiều mặt cắt khác nhau, cho điều kiện mực nước kiệt nhất, có mưa và bão hòa.

- Tổng số các mặt cắt kiểm tra 16 mc, các mặt cắt ngang tỷ lệ 1/200; - Tài liệu địa chất như đã nêu ở chương 2;

- Tính toán với mực nước kiệt nhất là -0,5m;

3.2.4.2. Kết quả tính toán

Tại mỗi mặt cắt phần mềm sẽ tiến hành tính toán với nhiều cung trượt khác nhau và cho ta một hệ số an toàn nhỏ nhất Kminmin.

- Nếu Kminmin > 1,3 => thì ta kết luận vị trí mặt cắt tính toán là ổn định.

- Nếu 1,15 < Kminmin < 1,3 thì ta có thể kết luận mặt cắt tính toán mất ổn định nhưng có điều kiện. Với các đều kiện có thể là sự gia tải trên mái bờ, triều cường, lũ lớn, mưa… một cách bất thường làm mặt cắt bị mất ổn định.

- Nếu Kminmin < 1,15 thì ta kết luận mắt cắt tính toán mất ổn định.

Từ cung trượt cho giá trị Kminmin mà phần mềm đã tính toán được ta sẽ xác định được một khoảng cách từ mép bờ sông đến vị trí cung trượt. Khi ta tiến hành tính toán với nhiều mặt cắt thì sẽ xác định được một hành lang bảo vệ quan trọng, phục vụ cho công tác dự báo, cảnh báo (phương pháp xác định trong hình 3.24)

Hình 3.23. Minh họa kết quả tính dự báo sạt lở bằng Geoslope

Hình 3.24. Dự báo vùng sạt lở khu vực cù lao Long Khánh bằng phần mềm Geoslope

Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 3. 5. Tính toán ổn định tại các mặt cắt bằng phần mềm Geo-Slope MC Kminmin Khoảng cách từ mép bờ tới cung lở Kmin = 1,15 Khoảng cách từ mép bờ tới cung lở Kmin = 1,3 Khoảng cách từ mép bờ tới cung lở Kết luận 1 0,919 6,5 1,15 9 1,3 15 Mất ổn định 2 1,066 5,5 1,15 12 1,3 14 Mất ổn định 3 1,246 5,5 1,3 11,5 Mất ổn định có điều kiện 4 1,247 3,5 1,3 6 Mất ổn định có điều kiện 5 1,473 6,1 Ổn định 6 1,154 7,5 1,3 15,6 Mất ổn định có điều kiện 7 1,263 7,2 1,3 11 Mất ổn định có điều kiện 8 0,908 3,5 1,15 7,3 1,3 12,7 Mất ổn định 9 1,198 3,5 1,3 11 Mất ổn định có điều kiện 10 1,628 4 Ổn định 11 1,519 7 Ổn định 12 1,739 5 Ổn định 13 1,371 6 Ổn định 14 1,111 5 1,15 5,5 1,3 8,5 Mất ổn định 15 0,911 4,5 1,15 8,5 1,3 14 Mất ổn định 16 1,108 3,5 1,15 5,5 1,3 7 Mất ổn định 3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

Thông qua tính toán dự báo sạt lở bằng mô hình MIKE 21FM và GeoSlope cho thấy, mặc dù khối lượng công việc khá nhiều và mất thời gian, nhưng kết quả thể hiện khá trực quan về dự báo các phạm vi có nguy cơ sạt lở.

Trên hình 3.24, là kết quả tính toán của 2 bộ mô hình toán, mô hình MIKE 21FM tính toán diễn biến dòng chảy, bùn cát đáy lòng sông cho toàn vùng nghiên cứu, và phần mềm GeoSlope tính toán kiểm tra ổn định sau khi có kết quả của MIKE 21FM, cho 16 mặt cắt. Trên thực tế, nếu kiểm tra ổn định càng nhiều mặt cắt, phạm vi dự báo sạt lở sẽ càng chính xác hơn, tuy nhiên do thời gian làm luận văn hạn chế, nên em chỉ tính cho khối lượng 16 mặt cắt. Đồng thời, do thiếu tài liệu địa

chất bờ Long Thuận, nên việc tính toán dự báo sạt lở cho khu vực này chưa được tính toán.

Với mô hình MIKE 21FM MT cho ta thấy có những vị trí lòng sông bị xói sâu tớí gần 5m như ở mặt cắt 9, 12, 14 ở khúc cong nhánh trái Hồng Ngự và nhánh phải Long Thuận-Long Khánh ở mặt cắt 3 với vị trí lớn nhất khoảng từ 2 đến 3m. Còn ở đầu cù lao Long Khánh ta thấy diễn biến địa hình mặt cắt ngang lòng sông cũng có xu hướng bị xói sâu, có những vị trí lòng sông bị xói sâu tới gần 2m như tại MC1 và MC16. Xói lở tại đây do dòng chảy mùa lũ với vận tốc lớn, thúc thẳng vào đầu cù lao gây ra. Còn cuối cù lao địa hình lòng sông cũng bị biến đổi mạnh tại MC6 và MC8 đáy sông bị xói sâu từ 0,7÷3m.

Với mô hình Geoslope tiến hành tính toán ổn định cho 16 mặt cắt, kết quả được tổng hợp như ở bảng 3.4. Có những vị trí mất ổn định phạm vi cung trượt, lở từ 8÷15m. Tại những khu vực mất ổn định này không được gia tăng tải trọng trên mép bờ, đồng thời tiến hành gia cường, gia cố bờ, di dời dân đến những khu vực an toàn hơn.

CHƯƠNG 4:

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH ĐỂ ĐIỀU CHỈNH VÀ ỔN ĐỊNH CÙ LAO LONG KHÁNH

4.1. YÊU CẦU ĐỐI VỚI GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT

Khu vực nghiên cứu là khu vực có đoạn sông phân lạch, với nút phân lưu tại Tân Châu. Cù lao Long Khánh chia sông Tiền đoạn này thành 2 lạch: Lạch tả Hồng Ngự (HN) là một đoạn sông cong với chiều dài khoảng 15km, đỉnh cong tại Ấp Thị, xã Thường Lạc; Lạch hữu gọi là lạch phía Long Thuận (LT) cũng là một đoạn sông hơi cong, với bờ lõm thuộc xã Long Thuận, dài khoảng 11,6km.

Sự phân chia lưu lượng về các nhánh thay đổi theo thời gian, gây ra hiện tượng sạt lở, làm thiệt hại lớn về tài sản cũng như tính mạng của người dân trong khu vực. Theo nghiên cứu của TS. Trần Bá Hoằng, GS.TS. Lương Phương Hậu, PGS.TS. Lê Mạnh Hùng và các cộng sự ta có lưu lượng phân chia qua các thời kì thể hiện ở bảng 4.1.

Bảng 4. 1. Lưu lượng phân chia qua các thời kì[21]

Năm 1993 (%) 1996 (%) 2003 (%) 2008 (%) 2010 (%)

Hồng Ngự 62,54 59,6 48,93 37 32,4

Long Khánh 26,5 30,8 46,68 58 62,6

Diễn biến

các nhánh HN bị xói HN bị xói Tương đối ổn định LK bị xói LK bị xói

Như vậy, qua các thời kỳ, lưu lượng giữa hai nhánh sông phía Hồng Ngự và Long Thuận bị thay đổi. Điều này cho thấy, khi lưu lượng thay đổi nhánh bên nào chiếm ưu thế, thì nhánh bên đó sẽ bị sạt lở. Nhưng nếu tỷ lệ lưu lượng của các nhánh khá bằng nhau (2003) thì diễn biến khu vực này khá ổn định[21].

Điều này cho thấy rằng, nếu đề xuất các giải pháp mang tính chất làm thay đổi tỷ lệ dòng chảy giữa 2 nhánh (kè hướng dòng, nạo vét) thì cần lựa chọn tỷ lệ lưu lượng các nhánh để tính toán cho phù hợp. Ngoài ra, nếu chấp nhận với tỷ lệ phân lưu hiện tại mà chỉ cần chỉnh trị đưa ra các giải pháp bị động lát mái bờ sông, thì cần thiết phải tính toán dự phòng các trường hợp xói gây sạt lở và thay đổi tỷ lệ sau này.

+ Yêu cầu về chống sạt lở, ổn định và tôn tạo bờ sông

Đây là khu vực thị xã, thị trấn có dân cư tập trung sát hai bên bờ sông, nên giải pháp đưa ra phải giải quyết được vấn đề ổn định bờ sông chống sạt lở ở khu vực này đặc biệt ở khu vực thị trấn Tân Châu, bờ tả lạch Hồng Ngự-Long Khánh, bờ hửu lạch Long Khánh-Long Thuận, hai phía đầu và cuối cù lao Long Khánh để đảm bảo an toàn về tài sản cũng như tính mạng của nhân dân.

+ Yêu cầu về vận tải, giao thông thủy

Sông Tiền khu vực này nằm trên tuyến giao thông thủy quan trọng nối khu vực nghiên cứu với Campuchia, các tỉnh khác của ĐBSCL. Hàng năm có hàng triệu tấn hàng hóa được vận chuyển qua đây, tàu bè qua lại tấp nập nhưng tuyến luồng không ổn định, sông sâu, nước chảy xiết, có nhiều xoáy nguy hiểm dễ gây tai nạn. Vì vậy giải pháp đưa ra cần đảm bảo ổn định tuyến luồng, phân chia lưu lượng nước cát cho các lạch để tàu, bè qua lại.

+ Yêu cầu về kết cấu

- Phải đảm bảo ổn định trên lớp đất bề mặt của mái dốc bờ, đảm bảo sự bền vững lâu dài về kết cấu và vật liệu.

- Phải tận dụng được vật liệu địa phương, phù hợp với nhân lực và phương tiện thi công, kết cấu phải linh hoạt, dễ biến dạng theo đất của mái dốc và nền, dễ

Một phần của tài liệu NGHIÊN CỨU DỰ BÁO SẠT LỞ TẠI KHU VỰC CỰ LAO LONG KHÁNH TRÊN SÔNG TIỀN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ (Trang 83)

Tải bản đầy đủ (DOC)

(124 trang)
w