B
GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR
NG
B
NÔNG NGHI P VÀ PTNT
I H C THU L I
NGUY N TH THÚY
NGHIÊN C U, TÍNH TOÁN VÀ ÁNH GIÁ
QUÁ TRÌNH V N CHUY N BÙN CÁT
VÙNG C A SÔNG ÁY B NG
CÁC MÔ HÌNH S TR
Chuyên ngành
Mã s
: Th y v n h c
: 60.44.90
LU N V N TH C S
Ng
i đã cùng tôi b
c đi trong su t th i gian
Cu i cùng tôi xin bày t lòng bi t n sâu s c t i toàn th các th y cô giáo,
Tr ng i h c Th y l i, Khoa Th y v n – Tài nguyên n c đã t o cho tôi m t môi
tr ng h c t p lành m nh, cho tôi nh ng c h i đ ph n đ u, rèn luy n, và tr
thành trong su t th i gian h c t p t i tr ng.
ng
Do th i gian và kinh nghi m còn h n ch , dù đã có nhi u c g ng nh ng Lu n
v n không tránh kh i còn có nh ng khi m khuy t và thi u sót c n đi u ch nh b
xung. Vì v y, r t mong nh n đ c nh ng ý ki n đóng góp quý báu c a th y cô cùng
toàn th các b n sinh viên đ Lu n v n có th hoàn thi n h n.
Xin chân thành c m n!
Hà N i, ngày
tháng
n m 2014
H c viên
Nguy n Th Thúy
B N CAM K T
Tôi là Nguy n Th Thúy, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u
ng pháp nghiên c u: .......................................................................... 2
5. B c c lu n v n: ............................................................................................ 3
CH
NG 1: T NG QUAN V VÙNG C A SÔNG VÀ TÌNH HÌNH
NGHIÊN C U V N CHUY N BÙN CÁT VÙNG C A SÔNG .............. 4
1.1. Các khái ni m và đ nh ngh a v vùng c a sông......................................... 4
1.1.1. C a sông .................................................................................................. 4
1.1.2. Vùng c a sông......................................................................................... 4
1.2. T ng quan v các c a sông c a Vi t Nam và vai trò c a c a sông
trong phát tri n kinh t - xã h i: ........................................................................ 5
1.3. Khái quát ngu n g c và đ c đi m v n chuy n bùn cát vùng c a sông. .......... 7
1.3.1. Ngu n g c bùn cát vùng c a sông .......................................................... 7
1.3.2.
c đi m v n chuy n bùn cát vùng c a sông ......................................... 7
1.4. T ng quan tình hình nghiên c u v n chuy n bùn cát vùng c a sông
trên th gi i và
Vi t Nam ............................................................................. 11
1.4.1. Tình hình nghiên c u ngoài n
c ......................................................... 11
1.4.2. Tình hình nghiên c u trong n
2.2.
c đi m khí t
2.2.1. M ng l
2.2.2.
i các tr m khí t
c đi m khí t
2.2.2. Các hi n t
2.3.
ng, khí h u .................................................................... 23
ng............................................................... 23
ng ............................................................................... 24
ng th i ti t đ c bi t ........................................................... 26
c đi m h i v n ...................................................................................... 27
2.3.1. Th y tri u .............................................................................................. 27
2.3.2. Sóng gió................................................................................................. 28
2.3.3. Ch đ dòng ch y .................................................................................. 29
2.4.
c đi m ch đ th y v n, bùn cát .......................................................... 29
Vi t Nam hi n nay .......................................................................................... 44
3.2. Phân tích, l a ch n mô hình s tr s d ng trong nghiên c u ................. 44
3.2.1. Tiêu chí l a ch n mô hình .................................................................... 45
3.2.2. Phân tích, đánh giá và l a ch n mô hình mô hình theo các tiêu chí đã
đ xu t ............................................................................................................. 45
3.2.3. C u trúc chung c a mô hình đ
3.2.4.
c l a ch n ......................................... 46
u đi m, t n t i c a mô hình ................................................................ 56
3.3. Thi t l p mô hình s tr cho vùng nghiên c u ......................................... 56
3.3.1. Các tài li u s d ng ............................................................................... 56
3.3.2. Thi t l p l
i tính toán .......................................................................... 57
3.3.3. Thi t l p đ a hình tính toán ................................................................... 58
3.3.4. Xác đ nh đi u ki n biên và đi u ki n ban đ u ...................................... 59
3.3.5. Hi u ch nh và ki m đ nh mô hình ......................................................... 61
K t lu n ch
CH
ng 3 ........................................................................................... 64
NG 4:
K T LU N VÀ KI N NGH ...................................................................... 97
TÀI LI U THAM KH O ............................................................................ 99
PH L C ..................................................................................................... 104
DANH M C HÌNH V
Hình 2.1: Hình nh c a áy trên nh v tinh ................................................. 20
Hình 2.2: B n đ các tr m khí t
ng th y v n l u v c sông áy ................. 31
Hình 3.1: Các biên c a khu v c nghiên c u ................................................... 60
Hình 3.2:
cao và h
ng sóng t i biên bi n trích t NOAA ...................... 60
Hình 3.3:
cao và h
ng sóng hi u ch nh đ
Hình 3.4:
ng quá trình m c n
c.......................................... 61
tri u xu ng (mùa l ) ........................................................................................ 84
Hình 4.8: Tr
ng sóng tính toán trong mùa ki t (tháng 11) ........................... 86
Hình 4.9: Tr
ng dòng ch y trong mùa ki t................................................... 87
Hình 4.10: Phân b n ng đ bùn cát l l ng vùng c a
mùa ki t - th i k tri u c
áy khi tri u lên
ng ......................................................................... 89
Hình 4.11: Phân b n ng đ bùn cát l l ng vùng c a áy khi tri u xu ng
mùa ki t - th i k tri u c
ng ......................................................................... 89
Hình 4.12: Phân b n ng đ bùn cát l l ng vùng c a
áy khi tri u lên
mùa ki t - th i k tri u kém ............................................................................ 90
Hình 4.13: Phân b n ng đ bùn cát l l ng vùng c a áy khi tri u xu ng
mùa ki t - th i k tri u kém ............................................................................ 90
Hình 4.14: Cao trình đáy khu v c c a áy khi tri u lên trong mùa ki t ....... 92
B ng2.7 : S gi n ng trung bình tháng và n m (gi ) .................................... 26
B ng 2.8: Kho ng cách xâm nh p m n (km) .................................................. 28
B ng 2.9: L
i tr m th y v n thu c l u v c sông áy................................. 30
B ng 2.10 :
c tr ng hình thái l u v c c a m t s sông nhánh .................. 33
B ng 2.11: K t qu tính toán l u l
ng bình quân các tháng 1, 2, 3 ( m3/s).. 37
B ng 2.12 : M c chuy n cát trung bình nhi u n m (1961 ÷ 1970) c a sông
Nam
nh t i tr m Nam
B ng 2.13 :
nh, c a sông Bôi t i H ng Thi (kg/s) ..................... 38
đ c bình quân tháng tr m H ng Thi...................................... 38
B ng 2.14: T ng h p s li u dân s và ngu n l c n m 2000 l u v c sông áy . 39
B ng 3.1 : Các đ c tr ng c a l
i tính toán.................................................... 58
1
1. Tính c p thi t c a đ tài:
Sông
M
U
áy là con sông chính c a l u v c sông Nhu -
áy
phía Tây
Nam vùng châu th sông H ng có vai trò quan tr ng trong s phát tri n kinh
t c ađ tn
c nói chung và khu v c đ ng b ng sông H ng nói riêng.
Trong nh ng n m qua, quá trình b i t đang di n ra r t m nh t i đây làm
t ng thêm di n tích đ t t nhiên song do s c ép phát tri n kinh t - xã h i đã gây
nh h ng nh t đ nh đ n quá trình đ ng l c c a sông và vùng ven b .
Do đó, vi c nghiên c u đánh giá v n chuy n bùn cát vùng c a sông áy
là m t v n đ r t c p thi t.
đáp ng yêu c u này, đòi h i ph i có m t công
c đ m nh đ nghiên c u, tính toán và đánh giá quá trình v n chuy n bùn cát
khu v c nghiên c u. Trên c s nh n th c đ
3.
it
ng và ph m vi nghiên c u:
ng nghiên c u: Lu n v n t p trung ch y u vào vi c nghiên c u,
it
tính toán và đánh giá v ch đ và đ c đi m quá trình v n chuy n bùn cát khu
v c nghiên c u.
Ph m vi nghiên c u: ánh giá các nhân t
chuy n bùn cát vùng c a sông
áy, đ a ra đ
nh h
ng đ n quá trình v n
c xu th quá trình v n chuy n
bùn cát, qua đó làm c s cho vi c đ xu t h
ng ch nh tr cho khu v c
nghiên c u.
4. Cách ti p c n và ph
ng pháp nghiên c u:
ng pháp mô hình toán:
ây là ph
ng pháp c b n và đ nh l
ng
trong nghiên c u v n chuy n bùn cát vùng c a sông áy làm c s cho vi c đ
xu t các gi i pháp t ng th ph c v phát tri n b n v ng vùng c a sông áy.
3
- Ph
ng pháp phân tích h th ng:
ánh giá quá trình v n chuy n bùn
cát trên c s phân tích t ng h p các y u t nh : ch đ th y v n, h i v n, đ a
hình lòng d n, tác đ ng c a con ng
i, các công trình
vùng c a sông c ng
nh các bi n pháp ch nh tr v.v…
Trong quá trình làm lu n v n, các ph
ho t và b tr cho nhau. S d ng ph
ng 2:
i u ki n t nhiên và tình hình kinh t xã h i c a vùng
nghiên c u
Ch
ng 3: Phân tích l a ch n và thi t l p mô hình tính toán v n chuy n
bùn cát vùng c a sông áy
Ch
ng 4:
ng d ng mô hình s tr tính toán, đánh giá quá trình v n
chuy n bùn cát vùng c a sông áy
K t lu n và ki n ngh
4
CH
NG 1: T NG QUAN V VÙNG C A SÔNG VÀ TÌNH HÌNH
NGHIÊN C U V N CHUY N BÙN CÁT VÙNG C A SÔNG
1.1. Các khái ni m và đ nh ngh a v vùng c a sông
1.1.1. C a sông
C a sông là n i n
ng xói mòn đáy và dòng b i tích d n đ n vi c thành t o c a
bar c a sông. Do v y gi i h n c a sông th
ng đ
c xác đ nh b i các d u
hi u đ c đi m nh sau:
- Gi i h n phía trong c a sông:
l n nh t, n i b m t m c n
v trí đáy tr c lòng d n sông đ t đ sâu
c sông đ t t i đ d c nh nh t, ranh gi i cu i
c a vùng không nhi m m n.
- Gi i h n phía ngoài c a sông:
ranh gi i ngoài c a các bar đ o c a
sông, n i dòng ch y, dòng b i tích sông th
ng t t d n.
1.1.2. Vùng c a sông
Vùng c a sông là ph n h l u sông n m ti p giáp t i đ
ng b duyên h i
+
n
c sông và n
-
ng c a sông đ
c th hi n
c bi n, làm gi m đ m n, t o đi u ki n l ng đ ng tr m tích.
ng l c phát tri n lòng d n c a sông đ
mòn c c b
ra bi n, d
vùng ven b , n i g p g gi a
c đ c tr ng b i tính ch t xói
đáy lòng d n sông đ ng th i xu t hi n dòng b i tích đ
c đem
i s tác đ ng c a dòng sóng, dòng tri u… D n đ n thành t o d i
cát ng m, bar ng m đ
trên 1.000 km2
S c a sông
chính đ ra bi n
B cB
515
4,4
18
Trung B
1827
13,0
49
Nam B
912
12,5
22
3254
Nam B đó là h th ng đ vào v nh
Gành Rái. Nh ng v nh đó đ u là nh ng trung tâm giao thông v n t i th y l n,
v i các c ng quan tr ng:
B c B đó là c ng H i Phòng;
Nam B , đó là
c ng Cái Mép – Th V i.
- H th ng sông d ng delta t o ra các châu th l n:
th ng sông H ng;
B c B , đó là h
Nam B , đó là h th ng sông C u Long. Hai h th ng
sông này t o ra 2 v a thóc kh ng l cho đ t n
thành m t trong nh ng n
c, đ hi n nay n
c ta tr
c hàng đ u trên th gi i v xu t kh u g o.
Hai h th ng sông này đ u đ ra vùng bi n có th y tri u cao, chênh l ch
x p x 4m, nh ng
B c B là ch đ nh t tri u, nh p đi u s ng khoan thai h n,
c.
Bùn cát mang đ n c a sông có ngu n g c bi n t
ng đ i ph c t p. M t
ph n là do sóng, dòng tri u cu n t bãi b i ven b , m t ph n khác s bùn cát
do dòng ch y sông mùa l mang ra b i tích
ki t l i đ
vùng bãi xa ngoài c a, đ n mùa
c các y u t đ ng l c bi n mang tr l i c a sông, có th l i có m t
ph n đ n t m t c a sông lân c n khác.
1.3.2.
c đi m v n chuy n bùn cát vùng c a sông
Hi n t
ng keo t và k t chùm:
Vùng c a sông th
ng có đ d c nh , th y v c r ng, l i ch u nh h
ng
c a th y tri u, tác d ng đ ng l c c a dòng ch y sông khi ra c a b suy gi m
ng bùn cát t ng lên, xác su t đ các h t va ch m vào nhau càng
nhi u, t o thu n l i cho vi c keo t và k t chùm, làm cho t c đ chìm l ng
t ng lên. Nh ng đ n m t tr s n ng đ bùn cát nh t đ nh, bùn cát keo t đã
t o ra cho mình m t c c u k t chùm n đ nh, h n n a vi c gia t ng n ng đ
bùn cát c ng làm cho kh i l
hàm l
ng bùn cát t ng lên s làm cho t c đ chìm l ng gi m xu ng.
Ngoài ra, nhi t đ n
t ng c
ng riêng c a ch t l ng t ng và t ng l c đ y, n u
c t ng lên c ng làm gi m nh tính nh t c a n
c,
ng chuy n đ ng Brown, xúc ti n hi u qu keo t , d n đ n s t ng lên
c a v n t c chìm l ng c a bùn cát.
Chuy n đ ng di đáy c a bùn cát khu v c c a sông:
T c đ dòng ch y t i vùng c a sông ph thu c vào t c đ c a dòng sông
và t c đ (h
ng) c a dòng tri u ra vào c a sông. Bùn cát đáy t th
chuy n đ ng đ n c a sông s chuy n đ ng xuôi ng
Chuy n đ ng c a bùn cát l l ng có quan h m t thi t v i t c đ dòng
ch y. T c đ dòng ch y vùng c a sông nh h
ng tri u l i lúc l n lúc bé v i
h
ng lúc lên lúc xu ng. M t khác, d
th
ng l u, dòng ch y c a sông lúc thì t ng t c, lúc thì gi m t c. Trong m t
môi tr
i tác d ng c a dòng ch y sông t
ng đa nguyên và không n đ nh nh th , s bi n đ i c a hàm l
ng
bùn cát t t nhiên là r t ph c t p.
Do th y tri u lên xu ng có tính chu k , trong th i k tri u lên, n ng đ
bùn cát s t ng d n lên t
ng ng v i s t ng lên c a t c đ dòng tri u. Mu n
h n th i đi m t c đ dòng tri u đ t t i tr s c c đ i m t chút, s xu t hi n tr
s c c đ i hàm l
m t m t c t nào đó, n u t c đ gi m xu ng đ n quá gi i h n t c đ d ng c a
bùn cát, thì bùn cát còn ph i ti n v phía tr
c m t đo n n a m i chìm xu ng
10
đáy. Hi n t
ng l ch pha chuy n đ ng gi a bùn cát và dòng ch y nh v y g i
là chênh l ch th i đi m sa l ng. M t khác, sau khi bùn cát r i xu ng đáy, do
s khác bi t gi a t c đ d ng và t c đ kh i đ ng, đ n khi t c đ t ng lên tr
l i đ n tr s t c đ d ng, bùn cát v n n m yên ch a kh i đ ng. Cho đ n khi
t c đ dòng ch y ti p t c t ng lên, v
m i b t đ u kh i đ ng. Hi n t
t qua tr s t c đ kh i đ ng, bùn cát
ng chênh l ch th i đi m trong tr ng thái kh i
đ ng g i là chênh l ch th i đi m kh i đ ng. H t bùn cát càng m n, hai tr s
chênh l ch sa l ng và kh i đ ng nêu trên càng l n.
nh h
ng c a dòng d tr ng nêm m n đ i v i chuy n đ ng bùn cát
l l ng.
i v i các vùng c a sông xáo tr n m n y u và v a,
đi m d ng, l p n
ki n dòng ch y và bùn cát t sông ra bi n. Vào mùa l , vùng có n ng đ bùn
cát cao d ch xu ng h l u, mùa khô thì ng
c l i. Chênh l ch tri u l n s làm
cho v trí đó l ch v h l u, chênh l ch tri u nh s đ y nó d ch lên th
ng
l u. S thay đ i c a v trí vùng đ c gi ng hoàn toàn v i s thay đ i v trí c a
đi m d ng. Mùa l , bùn cát t th
ng l u v nhi u, đ ng th i do tác d ng
dòng d tr ng nêm m n m nh, bùn cát vùng đáy d t p trung, cho nên vào
mùa l vùng n ng đ bùn cát cao rõ r t h n vào mùa khô. S li u th c đo
ch ng t r ng, s t n t i vùng n ng đ bùn cát cao, nh h
ng tr c ti p đ n
11
s b i l ng lòng sông, công tác n o vét c a c a sông này t p trung ch y u t i
xung quanh đi m d ng.
Chuy n đ ng c a bùn cát l l ng vùng c a sông d
i tác d ng c a sóng:
Trong dòng ch y có sóng, s r i đ ng do sóng v gây ra ch y u t p trung
h
T ng quan tình hình nghiên c u v n chuy n bùn cát vùng c a sông
1.4.
trên th gi i và
Vi t Nam
1.4.1. Tình hình nghiên c u ngoài n
V n chuy n tr m tích đ
đ i, L
ng Hà, Hy L p và
c nghiên c u t r t s m nh
Trung Qu c c
qu c La Mã. Nghiên c u b ng ph
thuy t và th c nghi m s m nh t đ
(1738-1809) ng
c
ng pháp lý
c th c hi n b i nhà khoa h c DuBuat
i Anh xây d ng. C
s nghiên c u v n chuy n tr m tích trong các máng thí nghi m đ
b i Engels (1854-1945) ng
i
c Fargue
c và Gilbert (1843-1918) ng
cb tđ u
i M [10].
N m 1967, Robert P. Apmann và Ralph R. Rumer nghiên c u quá trình
phát tán các h t tr m tính do khu ch tán r i trong dòng ch y b t đ ng nh t
d a trên mô hình toán [41]. N m 1972, Odd và Owen s d ng mô hình 1D
xem xét t c đ xói mòn và l ng đ ng d a trên công th c đ xu t c a Krone
1962 và Partheniades 1965. N m 1994, Li và c ng s đã phát tri n mô hình
2DV tích h p gi a mô hình th y đ ng l c h c và mô hình v n chuy n bùn cát
cho c a sông Gironde n
c Pháp. N m 2002, Wen-Cheng Liu, Ming-Hsi Hsu
và Albert Y. Kuo áp d ng mô hình hai chi u trung bình đ sâu nghiên c u
đ c đi m th y đ ng l c và v n chuy n bùn cát l l ng trong c a sông c a h
th ng sông Tanshui Rivers, ài Loan [43].
N m 2004, Wahyu W. Pandoe và Billy L. Edge
ý là các công trình nghiên c u c a Bijker E.W, Engelund & Fredsoe,
Engelund & Hansen, Meyer Peter & MiFller, Bogardi J.L, Coleman J.M, Graf
W.H, V.N Mikhalov.
1.4.2. Tình hình nghiên c u trong n
c
Vi t Nam, các nghiên c u liên quan đ n v n đ th y đ ng l c và v n
chuy n bùn cát b t đ u đ
c nghiên c u t nh ng n m 60 c a th k tr
c.
Cho đ n nay các v n đ liên quan đ n th y đ ng l c và v n chuy n tr m tích
t i các vùng ven bi n Vi t Nam đang là m i quan tâm c a nhi u nhà khoa h c
và các c quan nghiên c u. M t s c quan nghiên c u tiêu bi u trong l nh
v c này nh
Khoa Khí t
ng Th y v n H i d
ng h c,
HQGHN, Vi n Khoa h c Th y l i, Vi n C h c, Vi n H i d
Trang, Vi n Tài nguyên và Môi tr
chuy n tr m tích đ
ng trình Bi n KT.03 (1991-
inh V n
u (2003 – 2012), nghiên c u các quá trình th y đ ng l c, lan
truy n v t ch t b ng mô hình 3D (MDEC). Trong th i gian này, tác gi đã phát
tri n và hoàn thi n d n mô hình cho m c đích nghiên c u th y đ ng l c, v n
chuy n tr m tích và lan truy n ch t gây ô nhi m môi tr
ng. Các công trình
tiêu bi u có th k đ n nh n m 2003, Các k t qu phát tri n và ng d ng mô
hình ba chi u (3D) thu nhi t đ ng l c bi n ven và n
c nông ven b Qu ng
Ninh [11]. N m 2005, Phát tri n mô hình tính toán v n chuy n ch t l l ng đ i
v i vùng bi n v nh H Long và kh n ng ng d ng trong vi c xây d ng h
th ng mô hình monitoring và d báo môi tr
ng bi n và
ng d ng mô hình
dòng ch y ba chi u (3D) nghiên c u quá trình lan truy n ch t l l ng t i vùng
bi n ven b Qu ng Ninh [12, 13]. N m 2006, Phát tri n và ng d ng mô hình
tính toán v n chuy n ch t l l ng và bi n đ ng tr m tích đáy cho vùng bi n
V nh H Long [14]. N m 2009, Mô hình vào tính toán v n chuy n tr m tích và
bi n đ ng đ a hình đáy áp d ng cho vùng bi n c a sông c ng H i Phòng [15].
N m 2012, ti n t i hoàn thi n mô hình ba chi u (3D) th y đ ng l c c a sông
ven bi n [17].
Hoàn và Lê
nh [3].
ình M u áp d ng mô hình
ECOMSED tính toán v n chuy n v t ch t l l ng t i d i ven bi n c a sông
Mê Công [6].
1.4.3. Các ph
1.4.3.1. Ph
Ph
ng pháp nghiên c u v n chuy n bùn cát vùng c a sông
ng pháp phân tích h th ng
ng pháp phân tích h th ng là thi t l p chi n l
c chi n thu t
nghiên c u đ ng l c c a sông, phân tích đánh giá các y u t liên quan nh m
tìm gi i pháp đi u khi n t i u chúng.
Quan đi m h th ng trong nghiên c u đ ng l c vùng c a sông là r t c n
thi t b i nó bao hàm t t c các y u t tác đ ng t
m i quan h gi a các y u t , có th xác đ nh đ
ng h l n nhau. Hi u đ
c
c giá tr ng u nhiên c a các
16
1.4.3.3. Ph
Ph
đ
ng pháp vi n thám, b n đ và h thông tin đ a lý (GIS)
ng pháp vi n thám, b n đ và h thông tin đ a lý nghiên c u bi n đ ng
ng b , theo dõi, đánh giá hi n tr ng và di n bi n quá trình v n chuy n, b i
l ng bùn cát vùng c a sông ven bi n. L u tr , c p nh t các thông tin k c d
li u b n đ . ây là ph
ng pháp h u hi u đ đánh giá hi n tr ng và di n bi n
xói l , b i l ng bùn cát vùng c a sông ven bi n, sa b i lòng d n và thoát l d a
trên các đi m nghiên c u chìa khóa; các t li u nh vi n thám ( nh v tinh, nh
máy bay) qua các th i kì khác nhau. Công ngh GIS giúp cho vi c l u tr , c p
nh t và s d ng có hi u qu các d li u đã có v quá trình v n chuy n, b i l ng
bùn cát vùng c a sông ven bi n. Ph
ng pháp b n đ (mô hình không gian, tr c
quan) giúp cho vi c th hi n tr c quan nh t các k t qu nghiên c u đ ng l c
bi n, s v n chuy n, b i l ng bùn cát vùng c a sông ven bi n.
1.4.3.4. Ph
ng pháp đánh d u phóng x nghiên c u chuy n đ ng c a bùn
c nhi u thành t u đáng k .
Copyright: Tài liệu đại học ©