Đánh giá sức chịu tải

MỤC LỤC
MỤC LỤC.............................................................................................................................. 1
DANH MỤC BẢNG..............................................................................................................3
DANH MỤC HÌNH VẼ.........................................................................................................4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC DỰ ÁN............................................................6
1.1.

Vị trí địa lý................................................................................................................6

1.2.

Địa hình, địa mạo......................................................................................................6

1.3.

Đặc điểm khí hậu......................................................................................................7

1.4.

Thủy văn, hải văn.....................................................................................................7
1.4.1. Đặc điểm thủy văn...........................................................................7
1.4.2. Đặc điểm hải văn...........................................................................13

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH MIKE 11...................................................15
2.1.

Cơ sở lý thuyết........................................................................................................15

2.2.

Phương trình cơ bản và phương pháp giải..............................................................16

2.3.

Phương trình cơ bản Mơ đun tải phân tán...............................................................20

2.4 Mô đun sinh thái (Ecolab)..............................................................................................23
CHƯƠNG 3. THIẾT LẬP, HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH THỦY LỰC...............25
3.1.

Cơ sở dữ liệu........................................................................................................... 25

3.2.

Thiết lập mơ hình....................................................................................................26

3.3.

Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình...........................................................................27
3.3.1. Hiệu chỉnh mơ hình.......................................................................29
3.3.2. Kiểm định mơ hình........................................................................34

3.4 Mơ phỏng chất lượng nước sơng của hệ thống sơng thuộc tỉnh Cà Mau bằng mơ
hình MIKE11........................................................................................................................ 39
1


3.1.1 Số liệu đầu vào..................................................................................40
3.4.2 Kết quả hiệu chỉnh mô hình CLN.....................................................41
Kết quả kiểm định mơ hình CLN...............................................................45
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY LỰC ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG KHẢ

NĂNG TIẾP NHẬN NƯỚC THẢI CỦA CÁC SƠNG CHÍNH TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH
CÀ MAU.............................................................................................................................. 48
4.1 Phương pháp đánh giá....................................................................................................48
4.2 Số liệu đầu vào...............................................................................................................49
4.3 Kết quả đánh giá hiện trạng khả năng tiếp nhận nước thải của một số sơng chính.........53
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................57

2


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Các sông nội tỉnh thuộc lưu vực sông lớn...................................................7
Bảng 1.2. Thống kê đặc điểm các sông chính tỉnh Cà Mau.........................................9
Bảng 1.3. Danh mục lưu vực sơng liên tỉnh thuộc địa bàn tỉnh Cà Mau....................10
Bảng 3.1. Một số nhánh sơng chính trên hệ thống sơng trong mơ hình....................23
Bảng 3.2. Đánh giá mức độ chính xác của kết quả mô phỏng theo các chỉ số Nash. .26
Bảng 3.3. Kết quả hiệu chỉnh hệ số Nash tại các trạm kiểm tra................................32
Bảng 3.4. Kết quả hiệu chỉnh hệ số Nash tại các trạm kiểm tra................................37

3


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1. Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott......................................................17
Hình 2.2. Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott cho phương trình liên tục .......18
Hình 2.3. Sơ đồ sai phân 6 điểm cho phương trình động lượng..............20
Hình 2.4. Sơ đồ sai phân.................................................................................22
Hình 3.1. Sơ đồ mạng tính thủy lực khu vực nghiên cứu........................27
Hình 3.2. Sơ đồ quá trình hiệu chỉnh bộ thơng số mơ hình mơ hình.....................28

Hình 3.3. Đường q trình mực nước tính tốn và thực đo trạm Châu
Đốc tháng 3 năm 2015....................................................................................29
Hình 3.4. Đường quá trình mực nước tính tốn và thực đo trạm Tân
Châu tháng 5 năm 2015..................................................................................29
Hình 3.5. Đường q trình mực nước tính tốn và thực đo trạm Cần
Thơ tháng 4 năm 2015....................................................................................30
Hình 3.6. Đường q trình mực nước tính tốn và thực đo trạm Cà
Mau tháng 5 năm 2015....................................................................................30
Hình 3.7. Đường quá trình mực nước tính tốn và thực đo trạm Năm
Căn tháng 5 năm 2015.....................................................................................31
Hình 3.8. Đường q trình mực nước tính tốn và thực đo trạm Năm
Căn tháng 2 năm 2016.....................................................................................31
Hình 3.9. Đường q trình mực nước tính tốn và thực đo trạm Cà
Mau tháng 4 năm 2016....................................................................................32
Hình 3.10. Đường quá trình mực nước tính tốn và thực đo trạm Cần
Thơ tháng 5 năm 2016....................................................................................32
Hình 3.11. Đường quá trình mực nước tính tốn và thực đo trạm
Châu Đốc tháng 5 năm 2016..........................................................................33
4


Hình 3.12. Đường q trình mực nước tính tốn và thực đo trạm Tân
Châu tháng 5 năm 2016..................................................................................33
Hình 3.13. Đường q trình mực nước tính tốn và thực đo trạm
Năm Căn tháng 4 năm 2017...........................................................................35
Hình 3.14. Đường quá trình mực nước tính tốn và thực đo trạm Cà
Mau tháng 4 năm 2017....................................................................................35
Hình 3.15. Đường q trình mực nước tính tốn và thực đo trạm
Châu Đốc tháng 5 năm 2017..........................................................................36
Hình 3.16. Đường q trình mực nước tính tốn và thực đo trạm Tân

Châu tháng 5 năm 2017..................................................................................36
Hình 3.17. Đường quá trình mực nước tính tốn và thực đo trạm Tân
Châu tháng 4 năm 2018..................................................................................37
Hình 3.18. Đường q trình mực nước tính tốn và thực đo trạm
Châu Đốc tháng 5 năm 2018..........................................................................37
Hình 3.19. Đường q trình mực nước tính tốn và thực đo trạm Cà
Mau tháng 5 năm 2018....................................................................................38
Hình 3.20. Đường quá trình mực nước tính tốn và thực đo trạm
Năm Căn tháng 3 năm 2018...........................................................................38

5


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC DỰ ÁN
1.1.

Vị trí địa lý

Theo Niên giám thống kê năm 2017, tổng 5.221,19km 2. Trong đó, diện tích đất
nơng nghiệp là 461.317 ha, đất phi nông nghiệp 56.153 ha, đất trồng lúa 129.204 ha,
đất lâm nghiệp 103.723 ha.
Nằm ở 8o34’ đến 9o33’ vĩ độ Bắc và 104o43’ đến 105o25 kinh độ Đông, cách
thành phố Hồ Chí Minh 370 km, cách thành phố Cần Thơ 180 km về phía Nam. Theo
đường chim bay, từ bắc tới nam dài 100 km.
Phía bắc giáp tỉnh Kiên Giang, phía Đơng Bắc giáp tỉnh Bạc Liêu, phía Đơng và
Đơng Nam giáp biển Đơng và phía tây giáp Vịnh Thái Lan. Cà Mau nằm trên bán đảo,
có vị trí địa lý khá đặc biệt, với ba mặt tiếp giáp biển. Mũi Cà Mau là nơi duy nhất trên
đất liền có thể ngắm được mặt trời mọc lên từ mặt biển Đông vào buổi sáng và lặn
xuống mặt biển Tây vào buổi chiều. Cà Mau nằm ở trung tâm vùng biển các nước
Đông Nam Á nên rất thuận lợi giao lưu, hợp tác kinh tế với các nước trong khu vực.

Vùng biển: Vùng biển và thềm lục địa thuộc chủ quyền và quyền tài phán của
Việt Nam do tỉnh Cà Mau quản lý có diện tích 71.000 km 2. Trong đó, có các cụm đảo
Hịn Khoai, Hịn Chuối và Hịn Đá Bạc.
1.2.

Địa hình, địa mạo

Cà Mau là vùng đồng bằng, có nhiều sơng rạch, có địa hình thấp, bằng phẳng và
thường xuyên bị ngập nước. Độ cao bình quân 0,5m đến 1,5m so với mặt nước biển.
Hướng địa hình nghiêng dần từ Bắc xuống Nam, từ Đông Bắc xuống Tây Nam. Những
vùng trũng cục bộ Thới Bình, Cà Mau nối với Phước Long, Hồng Dân, Giá Rai (Bạc
Liêu) thuộc vùng trũng trung tâm Bán đảo Cà Mau có quan hệ địa hình lịng sơng cổ.
Những ơ trũng U Minh, Trần Văn Thời là những vùng “trũng treo” nội địa được giới
hạn bởi đê tự nhiên của hệ thống các con sơng Ơng Đốc, Cái Tàu, sơng Trẹm và gờ đất
cao ven biển Tây. Vùng trũng treo này quanh năm đọng nước và trở thành đầm lầy.
Phần lớn đất đai ở Cà Mau là vùng đất trẻ do phù sa bồi lắng, tích tụ qua nhiều năm tạo
6


thành, rất màu mỡ và thích hợp cho việc ni trồng thủy sản, trồng lúa, trồng rừng
ngập mặn, ngập lợ… ().
Bên cạnh đó, địa hình của tỉnh cịn bị chia cắt nhiều bởi hệ thống sông rạch
chằng chịt, là lợi thế về giao thông đường thuỷ, nhưng là hạn chế rất lớn đối với phát
triển giao thông đường bộ, phát sinh nhiều cầu cống, là một trong những nguyên nhân
làm giao thông đường bộ của tỉnh chậm phát triển. Đây cũng là những trở ngại cho
chương trình phát triển đơ thị của tỉnh (hạn chế khả năng phát triển khu đô thị cao tầng,
tốn kém nhiều trong đầu tư xây dựng hạ tầng đơ thị…).
1.3.

Đặc điểm khí hậu

Cà Mau là tỉnh đồng bằng ven biển, nằm trong khu vực nội chí tuyến bắc bán
cầu, cận xích đạo, đồng thời nằm trong khu vực gió mùa châu Á nên khí hậu Cà Mau
ơn hồ thuộc vùng cận xích đạo, nhiệt đới gió mùa, có 2 mùa mưa nắng rõ rệt.
Mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11, trung bình từ 170 đến 200 ngày/ năm.
Vùng biển phía tây và khu vực tây nam của tỉnh, mùa mưa thường bắt đầu sớm hơn và
kết thúc muộn hơn các khu vực khác. Lượng mưa trung bình giữa các tháng vào mùa
mưa chênh lệch nhau không nhiều và nằm trong khoảng từ 200mm đến 400mm/ tháng.
Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Nhiệt độ trung bình cả năm dao
động từ 26,6 oC đến 27,7 oC; nhiệt độ trung bình cao nhất trong năm là vào tháng 4
và tháng 5, khoảng 28,6 oC. Riêng từ năm 2001 đến 2005 nhiệt độ trung bình tháng 4
dao động từ 29,2 oC đến 29,7 oC. Nhiệt độ trung bình thấp nhất vào tháng 1, khoảng
25,6oC. Như vậy, chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa tháng nóng nhất và tháng lạnh
nhất khoảng 3,0oC.
1.4.

Thủy văn, hải văn

1.4.1. Đặc điểm thủy văn
Cà Mau có nhiều kênh rạch lớn nhỏ, đan xen nhau như kênh xáng Quản Lộ Phụng Hiệp, Cà Mau - Bạc Liêu, Chợ Hội - Huyện Sử, kênh Chắc Băng, Bà Kẹo, Đội
Cường, Biện Nhị...
7


Một số sơng ngịi chính: sơng Cửa Lớn (cịn gọi là Cái Lớn), sơng Gành Hào,
sơng Bảy Háp, sơng Ơng Đốc, sơng Trèm Trẹm (cịn gọi là sơng Trẹm).
Rạch có rất nhiều như: Rạch Sau, Lung Lắm, Bà Bường, Bà Thanh, Bà Kẹo, Bà
Đặng, Ơng Do, Ơng Tình, Ơng Định, Ông Đơn, Rạch Lùm, Rạch Cui, Rạch Ráng,
Rạch Dinh, Rạch Tệt, Rạch Đền... Ở Cà Mau có một số đầm, trong đó nổi bật nhất là
đầm Bà Tường (cịn gọi là Đầm Thị Tường). Đây là đầm lớn nhất và là một thắng cảnh

ở Cà Mau. Đầm chia làm 3 phần: Đầm Trên, Đầm Giữa, Đầm Dưới. Khoảng cách giữa
2 bờ nơi rộng nhất khoảng 2 km. Chiều dài 7 km. Đầm Thị Tường cạn, có nhiều tơm,
cá và là nơi du lịch sinh thái hấp dẫn.
Danh mục hệ thống sông, kênh rạch nội tỉnh Cà Mau Ban hành kèm theo Quyết
định số 341/QĐ-BTNMT ngày 23/3/2012 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường
được thống kê trên Bảng sau:
Bảng 1.1. Các sông nội tỉnh thuộc lưu vực sông lớn
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

Tên sông, suối
Sông Bạch Ngưu
Kênh Huyện Sử
Sông Giồng Kè

Kênh Chung Kiệt
Sông ấp Hạp
Kênh Xáng Lương Thế Trân
Sơng Bảy Háp
Kinh Tây
Rạch Ơng Tư
Sơng Mương Điều
Sơng Ngà Cái
Rạch Lung Lá
Rạch Bà Hính
Kênh xáng Đơng Hưng
Sơng Cái Keo
Kênh Xáng Cái Ngay
Rạch Bị Dú

Chảy ra
Kênh Láng Trâm
Kênh Xáng Chắc Băng
Sơng Gành Hào
Sơng Gành Hào
Biển
Sơng Ơng Đốc
Biển
Sơng Ơng Đốc
Sơng Bảy Háp
Sơng Đầm Dơi
Sơng Bảy Háp
Sơng Bảy Háp
Sông Bảy Háp
Sông Bảy Háp

Sông Bảy Háp
Sông Cửa Lớn
Sông Bảy Háp
8

L (km)
16
10
10
15
5
10
60
17
12
11
13
13
10
18
13
11
13


STT
18
19
20
21

22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46

Tên sông, suối
Chảy ra
L (km)
Kênh Lô Đầm Cùng

Sông Bảy Háp
26
Kênh Xáng
Sông Cửa Lớn
13
Sông Bào Chấu
Sông Bảy Háp
40
Kênh Thọ Mai
Sông Bảy Háp
10
Sơng Mỹ Bình
Sơng Bảy Háp
21
Rạch Mang Rổ
Sơng Bảy Háp
15
Sơng Cửa Lớn
Biển
58
Sông Đầm Dơi
Sông Cửa Lớn
35
Rạch Cây Dừa
Sông Vàm Cỏ
12
Sông Vàm Đầm
Sông Đầm Dơi
26
Sông Trảng Tràm

Biển
6
Sông Cái Bé
Sông Vàm Đầm
13
Rạch Su Cùi
Sông Cửa Lớn
10
Sông Cái Ngay
Sông Cửa Lớn
19
Rạch Bà Bường
Sông Cửa Lớn
11
Rạch Bà Thanh
Sơng Cửa Lớn
13
Rạch Ơng Quyền
Sơng Cửa Lớn
13
Rạch Ơng Đồ
Sơng Cửa Lớn
10
Rạch Ơng Dinh
Sơng Rạch Cốc
17
Rạch Đường Kéo
Sơng Cửa Lớn
28
Rạch Ơng Quyến

Sơng Cửa Lớn
11
Rạch Trại Lưới
Sơng Cửa Lớn
15
Rạch Ca Cao
Sông Cửa Lớn
14
Sông Rạch Cốc
Biển
9
Sông Biện Nhị
Sông Cửa Lớn
16
Sông Nhưng Miên
Sơng Cửa Lớn
16
Rạch Ơng Thuộc
Sơng Cửa Lớn
15
Sơng Ơng Trang
Sơng Cửa Lớn
16
Sơng Cái Mịi
Biển
13
Trên hệ thống sơng thuộc Cà Mau có 8 sơng chính chảy qua và chảy ra biển qua các

cửa sơng lớn. Bề rộng cửa sơng chính thay đổi từ 45 m (sông Cái Tàu) đến 1.800m (sông Cửa

9


Lớn) và sâu từ 3m (cửa Bảy Háp) tới 19m (cửa Bồ Đề của sông Cửa Lớn). Số liệu cụ thể như
sau:
Bảng 1.2. Thống kê đặc điểm các sơng chính tỉnh Cà Mau

TT

Sơng chính

Dài

Rộng

Sâu

(km)

(m)

(m)

Vị trí đo rộng sâu

1

Sơng Gành Hào

56

60-200

5-14

Cà Mau- cửa sơng

2

Sơng Cửa Lớn

58

600-1.800

19-5

Bồ Đề -Ơng Trang

3
4

Sơng Đầm Dơi
Sơng Bảy Háp

45
50

200
250

12
3

Tam Giang
Cửa Bảy Háp

5

Sơng Đầm Chim

24

140

3

Trung bình sơng

6
7
8

Sơng Ơng Đốc
60
300
4
Cửa ông Đốc
Sông Cái Tàu
45

45
3,5
Cửa Sông
Sông Trèm Trẹm
33
80
3,5
Cửa Sông
Một số tuyến sông, kênh lớn thuộc danh mục sông Liên tỉnh trích từ Quyết định

số 1989/QĐ-TTg ngày 01/11/2010 của Thủ tướng Chính phủ như sau:
Bảng 1.3. Danh mục lưu vực sơng liên tỉnh thuộc địa bàn tỉnh Cà Mau
STT

Tên sông, suối

1

Kênh Chợ Hội

2
3
4

Kênh Chắc Băng
Sơng Cái Tàu
Sơng Ơng Đốc
Kênh Xáng Quản

5

6
7

Lộ - Phụng Hiệp
Kênh Xáng Cà
Mau - Bạc Liêu
Sông Gành Hào

Chảy ra
Kênh Xáng Quản Lộ -

Chiều

Thuộc tỉnh, thành

dài (Km)

phố

Phụng Hiệp
Sơng Ơng Đốc
Sơng Ơng Đốc
Biển

11

Bạc Liêu, Cà Mau

33
42

107

Sơng Gành Hào

121

Cà Mau, Kiên Giang
Cà Mau, Kiên Giang
Cà Mau, Kiên Giang
Bạc Liêu, Cà Mau,

Sông Mỹ Thanh

103

Biển

59
10

Hậu Giang, Sóc Trăng
Bạc Liêu, Sóc Trăng,
Cà Mau
Bạc Liêu, Cà Mau


8
9

Kênh Tám Chục

Kênh Xáng Quản Lộ -

Thước

Phụng hiệp
Kênh Xáng Cà Mau -

Kênh Láng Trâm

21

Bạc Liêu, Cà Mau,
Kiên Giang

29
Bạc Liêu, Cà Mau
Bạc Liêu
(Nguồn: Ban hành kèm theo Quyết định số 1989/QĐ-TTg ngày 01 tháng11 năm

2010 của Thủ tướng Chính phủ)
Về thủy văn, địa bàn tỉnh Cà Mau chịu tác động trực tiếp của chế độ thủy triều
biển Đông (bán nhật triều không đều) và của vịnh Thái Lan (nhật triều không đều).
Biên độ triều biển Đông tương đối lớn, từ 3  3,5 m vào ngày triều cường, trong khi
thủy triều vịnh Thái Lan thấp hơn, trung bình từ 0,5  1m.
Thủy triều đưa nước biển vào ra thường xuyên, mang theo một lượng phù sa lớn
làm bồi lắng nhanh ở các sông, kênh thủy lợi, việc nạo vét kênh mương thủy lợi rất tốn
kém, phải đầu tư thường xuyên, nhất là ở một số cửa sông lớn trong tỉnh như Cái Đơi
Vàm, Khánh Hội, Sơng Đốc… Ngồi ra, trong mùa khơ (mùa gió chướng) nước biển
dâng cao, gây tình trạng tràn mặn, ảnh hưởng đến sản xuất và đời sống, vì vậy cơng tác

ngăn mặn chống tràn là việc phải làm hàng năm của địa phương.
Do hệ thống sông rạch có nhiều vật cản, ma sát lớn, nên khi lan truyền triều vào
sâu trong các sơng, ngịi, kênh rạch biên độ triều giảm khá nhanh. Vùng ven biển Tây
mức chênh lệch giữa 2 đỉnh triều trong ngày từ 50  100 cm, vào sâu trong đất liền
mức chênh lệch này giảm đi một nửa. Cũng tương tự, vùng ven biển Đông mức chênh
lệch giữa 2 chân triều trong ngày từ 300  350cm, trong khi đó tại TP.Cà Mau mức
chênh lệch này chỉ còn từ 50  75cm.Cũng cần lưu ý rằng sự triết giảm biên độ vào các
ngày triều cường lớn hơn các ngày triều kém.Càng vào sâu trong nội địa, do độ dốc
lịng sơng, do ma sát, nên thời gian triều lên ngắn đi, thời gian triều xuống dài ra so với
vùng cửa sông.Biên độ triều của sông chịu ảnh hưởng triều biển Đông lớn hơn biên độ
triều của sông chịu ảnh hưởng thủy triều Vịnh Thái Lan do đó biên độ triều trên sơng
có xu thế giảm dần từ Đông sang Tây.
Đặc trưng mực nước tại một số trạm trong vùng:
11


+ Tại cửa Gành Hào mực nước lớn xuất hiện vào tháng X, XI. Mực nước
thấp nhất -2,1m xuất hiện vào tháng VI, VII hàng năm. Mực nước với tần suất
10% là 1,96m.
+ Tại Năm Căn mực nước lớn xuất hiện vào tháng X, XI. Mực nước thấp nhất –
1,8m xuất hiện vào tháng VI, VII hàng năm. Mực nước với tần suất 10% là 1,4m.
+ Tại Cà Mau mực nước lớn xuất hiện vào tháng XI, XII. Mực nước thấp nhất –
0,5m xuất hiện vào tháng IV, V hàng năm. Mực nước với tần suất 10% là 1,2m.
+ Tại cửa Sông Đốc mực nước lớn xuất hiện vào tháng XI, XII. Mực nước thấp
nhất–0,5m xuất hiện vào tháng VI, VII hàng năm. Mực nước với tần suất 10% là 0,8m.
+ Vận tốc lan truyền triều trên hệ thống sông rạch trung bình tương đối nhỏ, Cà
Mau cách Gành Hào khoảng hơn 40 km đường sông, nhưng pha triều tại đây chậm hơn
Gành Hào tới 2 giờ 30’, tức tốc độ truyền triều chỉ khoảng 15 km/giờ. Do đó tại một
thời điểm, bức tranh ngập triều và dòng chảy trên tồn bộ hệ thống sơng rạch rất phức
tạp.

1.4.2. Đặc điểm hải văn
Khu vực ven biển tỉnh Cà Mau có 3 mặt tiếp giáp Biển Đơng ở phía đơng, tây
và tây nam và được bao phủ bởi trầm tích đầm lầy RNM. Khu vực phía đơng và đơng
nam, từ huyện Đầm Dơi đến Ngọc Hiển có độ cao địa hình khoảng 0,8-1,5m với đường
bờ biển thay đổi phức tạp; khu vực phía tây từ huyện U Minh đến Năm Căn có cao độ
địa hình thấp hơn, khoảng 0,5-0,8m với đường bờ tương đới ổn định. Mạng lưới sông
rạch chằng chịt đặc trưng cho vùng đồng bằng rìa châu thổ có địa hình thấp và ưu thế
bởi triều, tổng chiều dài khoảng 2.800km với mật độ thay đổi từ 1,3 đến 2,5km/km 2.
Hệ thống sơng chính gồm sơng Cửa Lớn nối liền bờ đông và bờ tây; sông Bảy Háp và
Rạch Gốc chảy theo hướng tây nam - đông bắc; những kênh rạch khu vực Đất Mũi
chảy theo hướng tây bắc thông ra bờ tây và tây đông thông ra bờ đông của Biển Đơng.
Tỉnh Cà Mau mang đặc trưng khí hậu gió mùa cận xích đạo với 2 mùa rõ rệt
trong năm. Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 chịu tác động của chế độ gió mùa tây
nam và mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau là thời gian hoạt động của gió mùa
12


đông bắc. Lượng mưa khá cao, khoảng 2.300mm/năm và khoảng 90% lương mưa
trong năm tập trung vào mùa mưa. Trong số các cơ bão đổ bộ vào ĐBSCL, cơn bão số
5 (tháng 11/1997) đã tàn phá RNM và môi trường sinh thái khu vực ven biển tỉnh Cà
Mau. Tuy xuất hiện trong thời gian ngắn nhưng những cơn bão làm thay đổi các đặc
trưng chế độ thủy hải văn ven bờ, ảnh hưởng đến phân bố nguồn vật liệu trầm tích và
q trình bồi xói bờ biển trong thời gian dài sau đó.
Đặc trưng gió
Do ảnh hưởng của địa hình đường bờ biển nên hướng gió khu vực ven bờ
đơng và phía tây khác nhau. Trong thời kỳ gió mùa đơng bắc, hướng gió chủ yếu ở
khu vực bờ tây là đông nam và đông với tốc độ khoảng 3,6m/s; ở khu vực bờ đơng
hướng gió đặc trưng là đơng bắc và đông với tốc độ khoảng 4,5m/s. Trong thời kỳ
gió mùa tây nam, ở khu vực bờ tây hướng gió chủ yếu là tây nam với tốc độ
khoảng 3,4m/s; ở khu vực bờ đơng tốc độ gió khoảng 3m/s, đặc biệt trong các cơn

giơng sức gió có thể đạt đến 1520m/s.
Đặc trưng dịng chảy và sóng
Ven bờ phía tây, từ mũi Cà Mau đến mũi Ơng Trang và Gị Cơng, dịng triều mang
tính chất nhật triều khơng đều. Trong pha triều dâng, dòng chảy dọc bờ theo hướng từ mũi
Cà Mau đến mũi Ông Trang; trong pha triều rút, dịng chảy hồn tồn theo hướng ngược
lại. Độ lớn vận tốc dòng triều trong khu vực khoảng 3050cm/giây trong các kỳ triều
cường. Ven bờ phía đơng, từ Gành Hào đến mũi Cà Mau, dịng triều mang tính chất bán
nhật triều khơng đều. Dịng triều mang tính chất thuận nghịch và chảy gần như song song
với đường bờ với vận tốc khoảng 50100cm/giây.
Dưới tác dụng của gió mùa, chế độ sóng ở khu vực bờ đông và bờ tây rất khác
nhau. Sóng ven bờ đơng có hướng chủ đạo từ đơng - đơng bắc đến đơng - đơng nam, trong
đó hướng đơng có tần xuất cao nhất. Như vậy, trong giai đoạn gió mùa tây nam, ven bờ
đơng nhìn chung lặng sóng; bờ tây chịu tác dụng sóng khá mạnh với hướng sóng gần như
đi vào bờ và độ cao sóng khoảng 0,5-0,9m, chiều cao có thể đến 1,52,5m lúc có những
cơn dơng. Trong trường gió mùa đơng bắc, khu vực bờ tây tương đối lặng sóng, ngược lại
13


khu vực bờ đông chịu tác dụng mạnh mẽ của sóng với độ cao thường khoảng 0,81,2m.
Trong thời gian gió mùa đông bắc mạnh kết hợp với triều cường, độ cao sóng có thể đạt
đến 1,83,5m, q trình xói lở đường bờ biển xảy ra nghiêm trọng và vật liệu trầm tích
được dịng chảy mang đến bồi lắng cho mũi Cà Mau và bờ tây.

14


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH MIKE 11
2.1.

Cơ sở lý thuyết

MIKE 11 do DHI Water & Environment (Đan Mạch) phát triển, là một gói phần
mềm kỹ thuật chuyên môn để mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển
bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các vật thể nước khác.
MIKE 11 là mơ hình động lực, một chiều được sử dụng nhằm phân tích chi tiết,
thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giản hay phức tạp.
Với môi trường đặc biệt thân thiện, linh hoạt và tốc độ tính tốn khá cao, MIKE 11
cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật cơng trình, tài ngun nước,
quản lý chất lượng nước và các ứng dụng phục vụ cho quy hoạch.
Mơ-đun mơ hình thủy động lực (HD) là một phần trọng tâm của hệ thống mơ
hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô-đun bao gồm: dự báo lũ, truyền
tải khuyếch tán, chất lượng nước và các mô-đun vận chuyển bùn lắng không cố kết.
Mô-đun HD giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo tính liên tục
và bảo toàn động lượng (momentum), nghĩa là giải hệ phương trình Saint Venant. [1]
* Các ứng dụng liên quan đến mô - đun HD bao gồm:
+ Dự báo lũ và vận hành hồ chứa,
+ Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ,
+ Vận hành hệ thống tưới và tiêu thốt bề mặt,
+ Nghiên cứu sóng triều và nước dâng do mưa ở sông và cửa sông.
Đặc trưng cơ bản của hệ thống mơ hình MIKE 11 là cấu trúc mô-đun tổng hợp
với nhiều loại mô - đun được thêm vào mô phỏng các hiện tượng liên quan đến hệ
thống sơng.
Ngồi các mơ-đun HD đã mơ tả ở trên, MIKE bao gồm các mô-đun bổ sung đối
với:
+ Thủy văn,
+ Tải khuyếch tán,
15


+ Các mơ hình về chất lượng nước,

+ Vận chuyển bùn cát có cố kết (có tính dính),
+ Vận chuyển bùn cát khơng có cố kết (khơng có tính dính).
2.2.

Phương trình cơ bản và phương pháp giải

Phương trình cơ bản của mơ hình để tính tốn cho trường hợp dịng khơng ổn
định là hệ phương trình bao gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng (hệ
phương trình Saint Venant) với các giả thiết: [1]
+ Dòng chảy thay đổi từ từ dọc theo lòng dẫn để áp suất thuỷ tĩnh chiếm ưu thế,
gia tốc theo chiều thẳng đứng được bỏ qua.
+ Trục của lòng dẫn được coi như một đường thẳng.
+ Độ dốc đáy lòng dẫn nhỏ và đáy cố định, bỏ qua hiện tượng xói và bồi.
+ Có thể áp dụng hệ số sức cản của dòng chảy rối đều, ổn định cho dịng khơng
ổn định để mơ tả các tác động của lực cản.
+ Chất lỏng không nén được và có khối lượng khơng đổi trong tồn dịng chảy.
* Phương trình liên tục:
(2.1)

Q A

q
x t

* Phương trình động lượng
(2.2)

� Q2 �
��


�
A�
�
Q
�
h gQ Q
�

 gA  2
0
�
t
�
x
�
x C AR
Trong đó:
Q: Lưu lượng (m3/s),
A: Diện tích mặt cắt (m2),
q: Lưu lượng nhập lưu trên một đơn vị chiều dài dọc sông (m2/s),
C: Hệ số Chezy,
16


α: Hệ số động lượng,
R: Bán kính thuỷ lực (m).
* Phương pháp giải hệ phương trình Saint Venant
Hệ phương trình Saint Venant là một hệ gồm hai phương trình vi phân đạo hàm
riêng phi tuyến bậc nhất. Trong trường hợp tổng qt, hệ phương trình có dạng này
khơng giải được bằng phương pháp giải tích, do đó người ta giải phương trình này

bằng phương pháp gần đúng (phương pháp số hoá) và MIKE11 cũng dùng phương
pháp này để giải hệ phương trình Saint-Venant với lược đồ sai phân hữu hạn 6 điểm sơ
đồ ẩn Abbott-Inoescu.

Hình 2.1. Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott
* Phương trình liên tục
Trong phương trình liên tục, ta có:
(2.3)

A
h
Q
h
b

b
q
t
t
x
t

Sai phân hố phương trình trên tại bước thời gian thứ (n+1/2), ta thu được các
phương trình sai phân:
(Q nj11  Q nj1 )
Q

x

2



(Q nj11  Q nj 1 )
2

2x j

17

(2.4)


(2.5)

h nj 1  h nj
h

t
t
Với b trong phương trình (2.3) được tính theo cơng thức:

b 

(2.6)

A0 j  A0 , j 1
2 x j

Trong đó: A0j: Diện tích mặt phân cách giữa 2 điểm lưới j-1 và điểm lưới j

A0j+1: Diện tích mặt phân cách giữa 2 điểm lưới j và điểm lưới j+1
Δ2xj: Khoảng cách giữa hai điểm lưới j-1và j+1
Thế vào các phương trình sai phân, rút gọn các hệ số, được phương trình:

 j Q nj11   j h nj 1   j Q nj11  j

(2.7)

Với α, β, γ là hàm của b và δ, ngồi ra nó cịn phụ thuộc vào giá trị Q và h tại
bước thời gian n và giá trị Q tại bước thời gian n+1/2.

Hình 2.2. Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott cho phương trình liên tục
* Phương trình động lượng
Sai phân hố phương trình động lượng:
(2.8)

Q nj 1  Q nj
Q

t
t

18


 Q2 
Q2
 A 
(
)


A 
x

n 1 / 2

 Q2 
 
A 

j 1
2x j

(h nj11  h nj1 )
h

x

2



n 1 / 2

(2.9)

j 1

( h nj11  h nj 1 )
2

(2.10)

2 x j

Để xác định thành phần bậc 2 trong phương trình trên, sử dụng phương trình gần
đúng:
(2.11)

Q 2  .Q nj 1 .Q nj  (  1).Q nj .Q nj

Với θ là hệ số do người sử dụng tự xác định (hệ số này được ghi trong mục
Default value của mơ đun HD và có mặc định từ 0 đến 1. Thế vào các phương trình sai
phân và rút gọn các hệ số, được phương trình động lượng viết dưới dạng: [1]
(2.12)

 j h nj11   j Q nj 1   j h nj11  j
Trong đó:
 j  f ( A)
 j  f (Q nj , t , x, C , A, R )
 j  f ( A)
 j  f ( A, x, t ,  , q, ,  , h nj 1 , Q nj11 / 2 , Q nj , h nj1 , Q nj11 / 2 )

Từ đó, khi viết các phương trình này với đầy đủ các bước thời gian, thu được
một ma trận tính tốn. Sử dụng cơng cụ tốn học giải các ma trận để tìm nghiệm của
bài tốn. Tính ổn định của phương pháp sai phân hữu hạn để giải hệ phương trình Saint
Venant được bảo đảm khi các điều kiện sau được thoả mãn: Số liệu địa hình phải tốt,
giá trị cho phép tối đa với Δx (dx-max) được lựa chọn trên cơ sở này. Bước thời gian
Δt cần thiết đủ nhỏ để điều kiện ổn định Courant được thoả mãn. Tuy nhiên, khi giải hệ
phương trình Saint Venant với sơ đồ ẩn thì điều kiện ổn định Courant khơng nhất thiết

phải thoả mãn.

19


Hình 2.3. Sơ đồ sai phân 6 điểm cho phương trình động lượng
Ngồi ra trong mơ hình MIKE 11 cịn sử dụng các phương trình Darcy, phương
trình Poisson cho tính tốn dịng chảy nước ngầm. [1]
Cơng thức dùng để tính tốn được lập từ việc sai phân hóa hệ phương trình (2.1)
và phương trình (2.2). Do vậy, các sơng trong hệ thống được chia thành các đoạn có
chiều dài từ 1000 - 2000 m, trong mỗi đoạn sông đặc trưng mặt cắt thay đổi khơng đáng
kể, khơng có dịng chảy tập trung chảy vào. Bước thời gian tính tốn t 10 giây .
Việc sai phân hóa hệ phương trình cơ bản (2.1) và phương trình (2.2) được thực
hiện cho mỗi đoạn sông, sau khi sai phân, ở mỗi đoạn sông thu được một hệ phương
trình bậc nhất với các ẩn số lưu lượng Q và mực nước H ở hai đầu.
Hệ phương trình (2.1) và phương trình (2.2) được sai phân hóa, mạng sơng được
chia thành các đoạn, trong mỗi đoạn có các đặc trưng lịng dẫn ít biến đổi, các cơng
trình, đập, cầu, cống được mơ phỏng như những đoạn sơng đặc biệt.
Ngồi mơ đun thuỷ lực (HD) là phần trung tâm của mơ hình làm nhiệm vụ tính
tốn các đặc trưng thuỷ lực của dòng chảy, MIKE 11 cũng cho phép tính tốn q trình
xâm nhập mặn thơng qua mơ đun AD.
2.3.

Phương trình cơ bản Mơ đun tải phân tán

Mô đun tải phân tán (AD) được dùng để mô phỏng vận chuyển một chiều của
chất huyền phù hoặc hồ tan (phân huỷ) trong các lịng dẫn hở dựa trên phương trình
bảo tồn khối lượng các chất hịa tan hoặc lơ lửng với giả thiết các chất này được hòa

20

tan, nghĩa là khơng có thay đổi hay biến động trong cùng mặt cắt và dịng chảy khơng
phân tầng (đồng đẳng). [1]
* Phương trình truyền tải - phân tán
�
AC �
QC
�� �
C


AD
�
�
t
�
x
�
x�
�
x

�
  AKC  C2 q
�
�

(2.13)

Trong đó:
A: Diện tích mặt cắt (m2),
C: Nồng độ (kg/m3),
D: Hệ số phân tán,
q: Lưu lượng nhập lưu trên 1 đơn vị chiều dài dọc sông (m2/s),
K: Hệ số phân huỷ sinh học, K chỉ được sử dụng khi các hiện tượng hay quá
trình xem xét có liên quan đến các phản ứng sinh hóa.
Hệ số phân huỷ sinh học K bao hàm trong đó rất nhiều các hiện tượng và phản
ứng sinh hoá. Hệ số này khơng cần xem xét trong bài tốn lan truyền chất thơng
thường.
Phương trình (2.13) thể hiện hai cơ chế truyền tải, đó là truyền tải đối lưu do tác
dụng của dòng chảy và truyền tải phân tán do Gradien nồng độ gây ra.
Sự phân tán theo chiều dọc sông gây ra do sự kết hợp của dòng chảy rối và sự
phân tán. Sự phân tán dọc theo sông do ảnh hưởng của chảy rối lớn hơn rất nhiều so
với sự phân tán hỗn loạn của các phân tử đơn lẻ. Về mặt trị số, thành phần phân tán rối
lớn hơn nhiều so với thành phần phân tán phân tử. Sự phân bố của thành phần phân tán
rối trong dòng chảy là khơng đồng đều, nó phụ thuộc vào hướng của tốc độ dòng chảy
và khoảng cách đến thành ống, do đó hệ số phân tán rối khác nhau theo các hướng
khác nhau. Quá trình truyền tải phân tán tuân theo định luật Fick.
Hệ số phân tán được xác định như là một hàm của dịng chảy trung bình:
D

n+1
j

Q n 1/ 2
 a
An 1/ 2

21

b

(2.14)
j


Trong đó:
a, b: các hằng số do người dùng xác định.
* Phương pháp giải phương trình truyền tải phân tán
Người ta thường giải phương trình truyền chất theo phương pháp số với sơ đồ
sai phân ẩn trung tâm. Sơ đồ sai phân hữu hạn này được xây dựng bằng cách xem xét
lượng dịng chảy vào một thể tích kiểm tra xung quanh nút điểm j. Các giới hạn biên
của thể tích kiểm tra này là đáy sơng, bề mặt nước và hai mặt cắt tại hai điểm j-1/2 và
j+1/2.

Hình 2.4. Sơ đồ sai phân
* Phương trình liên tục:
V jn 1/ 2C nj 1
t



V jn 1/ 2C nj
t

 T jn1/1/22  T jn1/1/22  q n 1/ 2Cqn 1/ 2  V jn 1/ 2 KC nj

Trong đó:
C: Nồng độ (mg/l),

V: Thể tích (m3),
T: Tải lượng qua thể tích tính tốn (kg/s),
q: Lượng nhập lưu trên một đơn vị chiều dài dọc sơng (m2/s),
∆t: Bước thời gian,
Cq: Nồng độ của dịng nhập lưu (mg/l),
22

(2.1
5)


K: Hệ số phân huỷ.
* Phương trình truyền tải phân tán
T

n 1/ 2
j 1/ 2

Q

n 1/ 2
j 1/ 2

C

*
j 1/ 2

A

n 1/ 2
j 1/ 2

D

C nj 11/ 2  C nj 1/ 2

(2.16)

x

Trong đó:
1/ 2
Q nj1/
2

Anj1/1/22 D

: lưu lượng qua mặt phân cách bên phải vùng tính tốn (m3/s),
: diện tích mặt phân cách bên phải vùng tính tốn (m2),

D: Hệ số phân tán,

C *j 1/ 2
C *j 1/ 2 

: nồng độ nội suy phía thượng lưu,

C *j 1/ 2

�
1
1� 2
(C nj 11  C nj 1  C nj 1  C jn )  min � �
1
4
6� 2
�

được tính theo cơng thức:

�1 � n
,
(C j 1  2C nj  C nj 1 )
�
�
4

�
�

(2.17)

với σ là số Courant σ = u∆t/∆x
Thay thế và sắp xếp các phương trình trên lại, thu được một phương trình sai
phân hữu hạn sơ đồ ẩn

 j C nj 11   j C nj 1   j C nj 11   j

(2.18)

*Điều kiện biên thủy lực
Biên thuỷ lực ở mặt cắt thượng lưu là q trình lưu lượng, có thể thu được từ tài
liệu thực đo. Biên hạ lưu có thể là q trình mực nước thu được từ tài liệu thực đo.
2.4 Mô đun sinh thái (Ecolab)
Mô đun sinh thái (Ecolab) trong mơ hình MIKE 11 [59,60] giải quyết khía cạnh
chất lượng nước trong sơng tại những vùng bị ảnh hưởng bởi các hoạt động dân sinh
kinh tế... Mô đun này phải được đi kèm với mô đun tải - khuyếch tán (AD), điều này có
nghĩa là mơ đun sinh thái giải quyết các quá trình biến đổi sinh học của các hợp chất
trong sơng cịn mơ đun tải - khuyếch tán (AD) được dùng để mô phỏng q trình
truyền tải khuyếch tán của các hợp chất đó.
Nước là môi trường sống và phát triển của rất nhiều loài động thực vật thủy sinh
cũng như các vi sinh vật sống trong nước. Chúng ln ln có sự tương tác qua lại với
23


mơi trường. Do đó trong mơi trường nước xảy ra rất nhiều các quá trình trao đổi phức
tạp như sự hô hấp và phân hủy của các loại động thực vật, quá trình hấp thụ nhiệt...
Các quá trình này đều được mơ hình hố và đưa vào mơ đun chất lượng nước. Chúng
ta tác động vào các quá trình này thơng qua các hệ số hiển thị trong trình duyệt của mơ
đun chất lượng nước có trong mơ hình. Mơ đun sinh thái tính tốn tới 13 thơng số chất
lượng nước với 6 cấp độ khác nhau, mô phỏng và biểu diễn những q trình chuyển
hóa giữa các hợp phần có liên quan tới các q trình sau:
Tính tốn lượng oxy hoà tan trong nước (Dissolved Oxygen - DO): bao gồm
các q trình tương tác với ơxy khí quyển trên bề mặt, q trình hơ hấp và quang hợp
của sinh vật dưới nước, tiêu thụ ơxy trong q trình chuyển hố Ammonia thành
Nitrate, nhu cầu ơxy đáy;
Tính tốn nhu cầu ơxy sinh hố (Biological Oxygen Demand - BOD): có thể
tính tốn được các hợp phần BOD riêng rẽ, đó là BOD lơ lửng, BOD dạng hòa tan
trong nước và BOD trong lớp bùn đáy. Mơ hình cịn cho phép tính tốn các q trình

sinh hóa của BOD là q trình phân rã BOD và các q trình chuyển hóa giữa các hợp
phần BOD.
Tính tốn tổng Phốtpho: mơ hình cho phép tính tốn hai hợp phần Phốtpho
riêng biệt là Orthophophate và Particulate Phosphorus, các q trình sinh hóa xảy ra
như thu nhận phốtpho từ quá trình phân rã BOD, tiêu hao phốtpho do sinh vật hấp thụ.
Tính tốn Amonia: sinh ra do q trình phân hủy BOD, tiêu hao do chuyển
hóa thành Nitrate, do thực vật và vi khuẩn hấp thụ.
Tính tốn Nitrate: sinh ra do q trình chuyển hóa từ Ammonia sang Nitrate
(q trình Nitrate hố), sút giảm do chuyển hóa thành Nitơ tự do.
Tính tốn Coliform: mơ hình có thể tính được Coliform theo hai hợp phần là
Faecol Coliform và Total Coliform. Các quá trình biến đổi lượng Coliform do chúng
chết đi và nhận các hợp phần Coliform từ các nguồn thải. Các giá trị tham số của mơ
hình chất lượng nước và sinh thái được liệt kê và cho sẵn các giá trị ngưỡng của từng
tham số ứng với các mức độ tính tốn. Điều này đặc biệt có ý nghĩa với việc hiệu chỉnh
mơ hình khi số lượng thông số là rất nhiều.
Các lựa chọn để kiết xuất dữ liệu cho phép lấy và kiểm tra các q trình chuyển hóa
giữa các hợp phần tính tốn với nhau. Với tính đồng bộ cao, mơ hình cịn cho phép cập
nhật các nguồn thải dưới dạng nguồn điểm hay nguồn diện trên từng đoạn sông.

24


25