ĐỘNG THÁI DÒNG CHẢY Ở VÙNG TỨ GIÁC LONG XUYÊN DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA ĐÊ BAO NGĂN LŨ

- ĐỘNG THÁI DÒNG CHẢY Ở VÙNG TỨ GIÁC LONG XUYÊN DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA ĐÊ BAO NGĂN LŨ.
- Mô hình thủy lực một chiều, động thái dòng chảy, HEC- RAS, Tứ Giác Long Xuyên, đê bao khép kín.
- Mô hình thủy lực dòng chảy một chiều cho hệ thống sông vùng Tứ Giác Long Xuyên (đồng bằng sông Cửu Long) được xây dựng trên HEC-RAS dựa vào các số liệu có sẵn về mạng lưới sông, mặt cắt ngang, điều kiện biên và mô hình cao độ số của năm 2000.
- Các kịch bản được xây dựng cho mô hình bao gồm: (i) Kịch bản dựa trên dữ liệu năm 2000 (không có đê bao).
- và, (ii) kịch bản dựa trên hệ thống đê bao khép kín năm 2011 có hiệu chỉnh cao trình nhằm đảm bảo ngăn lũ triệt để.
- Việc xây dựng các kịch bản nhằm mục đích đánh giá những ảnh hưởng có thể xảy ra của hệ thống đê bao khép kín lên khu vực nghiên cứu nếu sự kiện lũ năm 2000 xuất hiện trong tương lai.
- Hơn nữa, thông qua mô hình, các đặc tính thủy lực và động thái dòng chảy đối với hai kịch bản được xác định.
- Địa hình trũng, tương đối bằng phẳng với cao trình mặt đất thay đổi từ 0,4 đến 2,0 m so với mực nước biển (ngoại trừ một số khu vực vùng núi).
- Hình 1: Khu vực nghiên cứu.
- Trong những năm gần đây, do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu cùng với việc phát triển của hệ thống cơ sở hạ tầng thủy lợi, đặc tính dòng chảy ở vùng nghiên cứu đã có những thay đổi dẫn đến những ảnh hưởng đáng kể đối với sản xuất nông nghiệp và thủy sản ở địa phương (Van et al., 2012).
- Bên cạnh đó, việc xây dựng đê bao ngăn lũ để sản xuất lúa vụ 3 cũng đã có những tác động đáng kể đối với đặc tính dòng chảy (Smith et al., 2006)..
- Cùng với sự phát triển của khoa học máy tính, các phần mềm về mô hình toán thủy lực dòng chảy đã được nâng cấp một cách đáng kể nhằm hỗ trợ tính toán sự lan truyền của lũ, xây dựng bản đồ ngập lũ và dự báo xu hướng của lũ trong tương lai.
- Hiện nay, những đề tài ứng dụng mô hình toán thủy lực (ví dụ: VRSAP, MIKE 11, ISIS, Hydro-GIS, HEC-RAS…) đã được thực hiện khá nhiều trên phạm vi thế giới và Việt Nam ( Wassmann et al., 2004, Le Thi Viet Hoa et al., 2007, Nguyen Viet Dung, 2010 và Van et al., 2012).
- Ở ĐBSCL, mặc dù đã có khá nhiều mô hình toán thủy lực được phát triển.
- Tuy vậy, những nghiên cứu trước đây chưa đi sâu vào các đặc tính thủy lực (lưu lượng.
- và mực nước theo thời gian tại từng vị trí khác nhau) và động thái dòng chảy (chuyển động của nước trong kênh) của khu vực.
- Mục tiêu của nghiên cứu là xây dựng mô hình thủy lực dòng chảy một chiều (Van, 2009) có thể áp dụng được cho vùng TGLX (bằng phần mềm HEC- RAS) nhằm xác định các đặc tính dòng chảy mùa lũ ở vùng nghiên cứu dựa vào một số kịch bản (KB) khác nhau..
- (ii) xây dựng mô hình;.
- (iii) hiệu chỉnh mô hình thông qua việc điều chỉnh độ nhám thủy lực Manning’s n.
- (iv) vận hành mô hình theo các kịch bản khác nhau.
- 2.2 Cơ sở lý thuyết mô hình HEC-RAS Nghiên cứu này sử dụng phần mềm HEC- RAS phiên bản 4.1.
- Đây là phần mềm dùng để xây dựng mô hình toán mô phỏng thủy lực dòng chảy một chiều cho mạng lưới sông/kênh..
- Mô hình dòng chảy không ổn định trong kênh hở chủ yếu dựa trên các công thức (1) và (2)..
- Ngoài ra, hệ số nhám thủy lực Manning’s n (công thức 3) cũng được sử dụng để hiệu chỉnh mô hình..
- Lưu lượng (m 3 /s).
- z: cao độ mực nước tại mặt cắt (m).
- n: độ nhám thủy lực.
- 2.3 Phương pháp xây dựng mô hình.
- và, (ii) Biên dưới - chuỗi số liệu mực nước theo từng giờ tại 25 vị trí ở biển Tây và 1 vị trí ở Long Xuyên..
- Dữ liệu hiệu chỉnh mô hình bao gồm chuỗi số liệu mực nước từ tháng 7 đến tháng 11 năm 2000 tại 2 trạm đo thủy văn Xuân Tô và Tri Tôn (Hình 2)..
- Ngoài ra, dữ liệu về hệ thống đê bao năm 2011 cũng được thu thập để xây dựng mô hình bao gồm vị trí, diện tích khu vực có đê bao và cao trình đê bao.
- Trong nghiên cứu này, tác giả chỉ sử dụng số liệu mặt cắt của năm 2000 để xây dựng mô hình và dựa vào hệ thống đê bao của năm 2011 có hiệu chỉnh cao trình nhằm đảm bảo ngăn lũ triệt để cho kịch bản trong tương lai.
- Đây chỉ là kịch bản giả định để xem xét sự thay đổi của đặc tính dòng chảy lũ trong điều kiện tất cả các vùng sản xuất lúa ở An Giang đều được bao đê khép kín triệt để..
- Bước 2: Xây dựng mạng lưới sông dựa vào số liệu có sẵn của mô hình ISIS-1D từ Ủy ban Sông Mekong (Halcrow Group Limited, 2004)..
- Bước 3: Dữ liệu mặt cắt ngang được chuyển đổi bằng cách sao chép dữ liệu hình học từ mô hình ISIS-1D.
- Việc nội suy mặt cắt ngang theo yêu cầu của mô hình toán thủy lực nhằm đảm bảo tính ổn định trong quá trình tính toán..
- Bước 4: Xây dựng vùng trữ nước (khu vực nằm ven sông và khi nước từ sông dâng cao hơn bờ thì sẽ chảy tràn vào bên trong nội đồng) và tạo dòng chảy bên.
- mực nước trong kênh rút xuống thấp hơn thì nước từ vùng trữ nước tràn trở ra kênh và xảy ra hiện tượng ngược lại, điều này được nhận biết khi lưu lượng có giá trị âm (Q <.
- Hình 3: Mô tả sự chảy tràn qua vùng trữ nước khi không có đê bao.
- Bước 5: Hiệu chỉnh mô hình được thực hiện nhằm điều chỉnh hệ số nhám thủy lực của từng đoạn sông/kênh sao cho giá trị mô phỏng phù hợp với giá trị thực.
- Sai số giữa giá trị mô phỏng và giá trị thực đo trong bước hiệu chỉnh mô hình được đánh giá theo chỉ số Nash- Sutcliffe (công thức 4) (Nash và Sutcliffe, 1970).
- Bước 6: Mô-đun RAS Mapper của HEC- RAS cho phép xây dựng bản đồ ngập lũ dựa trên những số liệu kết quả mô hình kết hợp với DEM của khu vực nghiên cứu theo các kịch bản.
- khác nhau sau khi mô hình đã được hiệu chỉnh..
- Các dữ liệu đầu vào cho việc xây dựng bản đồ ngập bao gồm: mạng lưới sông, hệ thống mặt cắt ngang, hệ thống các vùng trữ nước, DEM của khu vực, và cao trình mực nước tại mỗi lát cắt ứng với từng kịch bản.
- 2.4 Các kịch bản của mô hình.
- Các kịch bản của mô hình được đưa ra với mục đích đánh giá ảnh hưởng của lũ năm 2000 lên khu vực nghiên cứu trong điều kiện có và không có đê bao khép kín (Bảng 1).
- Câu hỏi đặt ra là nếu sự kiện lũ năm 2000 xuất hiện vào năm 2011 hoặc những năm tiếp theo (sau khi hệ thống đê bao khép kín được xây dựng) thì đặc tính thủy lực dòng chảy sẽ thay đổi như thế nào?.
- Bảng 1: Các kịch bản của mô hình.
- Kịch bản Lưu lượng Mực nước Hệ thống đê bao Kịch bản 1.
- Kịch bản 2.
- Năm 2000 Đê bao khép kín 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.
- 3.1 Kết quả hiệu chỉnh mô hình.
- mô hình sau khi được hiệu chỉnh đã cho kết quả gần giống với giá trị thực đo ngoài thực tế (hệ số Nash-Sutcliffe đạt có giá trị trên 0,8.
- Ngoài ra, mô hình có khả năng mô phỏng tốt nhất ở thời gian mực nước lũ lên cao nhất (Hình 4a và b)..
- Một số vị trí khác nhau trong khu vực được chọn để so sánh mực nước giữa hai KB (Hình 2).
- Kết quả cho thấy trong giai đoạn đầu thì mực nước lúc có đê bao (KB 2) cao hơn lúc không có đê bao (KB 1).
- Giai đoạn sau thì xảy ra hiện tượng ngược lại, tức là mực nước lúc có đê bao lại thấp hơn mực nước lúc không có đê bao (Hình 5a, b, c và d).
- Nguyên nhân của sự thay đổi này là do thời gian đầu, khi có đê bao thì nước chỉ chảy trong kênh nên không gian chứa nước sẽ ít hơn dẫn đến mực nước sẽ cao hơn.
- Còn đối với lúc không có đê bao thì nước.
- sẽ chảy tràn qua hai bên nên không gian chứa nước sẽ nhiều hơn dẫn đến mực nước sẽ thấp hơn.
- Khoảng thời gian sau thì ngược lại, tức là mực nước lúc có đê bao lại thấp hơn do lưu lượng nước ở thượng nguồn giảm dần.
- Lúc có đê bao thì lưu lượng nước chỉ phụ thuộc vào lưu lượng thượng nguồn, không chịu ảnh hưởng của lưu lượng ở hai bên.
- Đối với lúc không có đê bao thì ngoài lưu lượng ở thượng nguồn, hệ thống kênh còn tiếp nhận lưu lượng chảy vào từ hai bên (do nước lũ tích tụ ở vùng trữ nước trong quá trình lũ và chảy ngược trở ra kênh)..
- Hình 5: Thay đổi động thái mực nước tại vị trí 1 (a), 2 (b), 3 (c) và 4 (d) 3.3 Ảnh hưởng của mực nước thượng nguồn.
- KB 2 lớn hơn KB 1 dẫn đến mực nước cũng tăng cao hơn so với KB 1 trong giai đoạn đầu..
- Giai đoạn sau, mực nước ở KB 2 lại thấp hơn so với KB 1..
- Theo công thức Manning’s n (công thức 3) thì ở giai đoạn sau, khi lưu lượng lớn nhưng mực nước không thay đổi nhiều dẫn đến độ dốc của dòng chảy sẽ tăng.
- Điều này sẽ ảnh hưởng đến mực nước ở hạ nguồn, tức là càng gần về phía hạ nguồn, mực nước ở KB 2 sẽ thấp hơn nhiều so với KB 1 trong giai đoạn sau.
- khi càng gần về phía hạ nguồn thì mực nước của KB 2 càng thấp hơn so với KB 1 (Hình 7)..
- Ở các vị trí gần biên dưới thì mực nước giữa hai kịch bản không thay đổi nhiều hoặc hầu như không thay đổi do ảnh hưởng của biên dưới (mực nước) (Hình 6d).
- Cũng theo công thức Manning’s n, khi độ dốc lớn dẫn đến vận tốc dòng chảy sẽ lớn.
- Hình 6: Thay đổi động thái mực nước từ thượng nguồn đến hạ nguồn.
- Hình 7: Sự khác nhau về độ dốc của dòng chảy kênh Vĩnh Tế giữa hai kịch bản 3.4 Động thái dòng chảy.
- Hướng dòng chảy trong khu vực nghiên cứu rất phức tạp và hướng chủ yếu (theo KB 2) được xác đinh như sau: (i) Dòng chảy từ thượng nguồn (Châu Đốc) đổ ra hai hướng, ngoài dòng.
- Hình 8: Hướng dòng chảy của hệ thống sông Sự thay đổi hướng dòng chảy - Xét tại vị.
- trí ở giữa khu vực chịu ảnh hưởng từ động thái phức tạp của dòng chảy: Lưu lượng thay đổi đáng kể khi xây dựng đê bao ngăn lũ.
- có đê bao thì hướng dòng chảy tại vị trí này là hướng từ biển vào đất liền (Q <.
- 0), nhưng khi có đê bao thì dòng chảy có hướng ngược lại tức là hướng từ đất liền ra biển (Q >.
- Hình 9: Sự thay đổi hướng dòng chảy khi có đê bao.
- 3.5 Ảnh hưởng của đê bao lên đặc tính dòng chảy trên sông chính.
- Mực nước và lưu lượng trên sông Hậu đối với cả hai kịch bản có mối tương quan với nhau, khi lưu lượng tăng thì mực nước tăng..
- mực nước cũng cao hơn (Hình 10 và 11).
- Do vậy, khi có đê bao, lưu lượng và mực nước trên dòng chảy sông chính đều cao đáng kể hơn khi chưa có đê bao.
- Hình 10: Mối quan hệ mực nước và lưu lượng của kịch bản 1 [a] và kịch bản 2 [b] (vị trí A, Hình 2).
- Hình 11: Mối quan hệ mực nước và lưu lượng của kịch bản 1 [a] và kịch bản 2 [b] (vị trí B, Hình 2) 4 KẾT LUẬN.
- Mô hình HEC-RAS mô phỏng dòng chảy thủy lực một chiều cho hệ thống sông vùng TGLX đã được xây dựng nhằm xác định đặc tính dòng chảy trong mùa lũ trong điều kiện có và không có đê bao ngăn lũ.
- Các đặc tính thủy lực và động thái dòng chảy của mô hình được tìm hiểu chi tết hơn so với mô hình thủy lực của toàn ĐBSCL.
- Kết quả của đề tài nhằm mục đích thể hiện sự ảnh hưởng của đê bao lên động thái dòng chảy ở khu vực nghiên cứu.
- Mô hình được xây dựng có thể cung cấp công cụ hỗ trợ đáng tin cậy cho các nhà quản lý nhằm phục vụ công tác ra quyết định có liên quan đến qui hoạch thủy lợi và qui hoạch sử dụng đất đai nông nghiệp ở những vùng có liên quan trực tiếp (An Giang và Kiên Giang) và những vùng bị tác động (Cần Thơ)..
- Khi phân tích sự ảnh hưởng của đê bao lên khu vực nghiên cứu thì mực nước lúc có đê bao sẽ cao hơn lúc chưa có đê bao, đặc biệt là trên dòng chính.
- Theo công thức Manning’s n thì khi mực nước nhỏ, lưu lượng lớn sẽ dẫn đến vận tốc dòng chảy tăng.
- Ngoài ra, khi có đê bao thì lưu lượng và mực nước trên dòng chảy chính (sông Hậu) sẽ cao hơn lúc chưa có đê bao.
- Trong nghiên cứu này, việc kiểm định mô hình chưa được thực hiện (do hạn chế về số liệu sẵn có).
- do vậy, số liệu về thủy lực dòng chảy 4,2.
- Mực nước (m).
- Lưu lượng (m 3 /s) [b].
- Lưu lượng (m 3 /s) [a].
- mùa lũ ở những năm về sau cần được thu thập để đảm bảo tính chính xác của mô hình (được kiểm định).
- Ứng dụng mô Hình MIKE FLOOD tính toán ngập lụt hệ thống sông Nhuệ - Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội.
- Mô phỏng xâm nhập mặn Đồng bằng sông Cửu Long dưới tác động của mực nước biển dâng và sự suy giảm lưu lượng ở thượng nguồn