Ứng dụng mô hình Hec- 6 tính toán và dự báo diễn biến lòng sông Hồng

ĐẠI HỌC QUỒC GIA HA NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN
• • ■ ■
TÊN ĐỂ TÀI:
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC-6 TÍNH TOÁN VÀ
DỤ BÁO DIỄN BIÊN LÒNG SÔNG H ổN (
MẢ SỐ: QT-03-22
CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI:
CÁC CÁN BỘ THAM GIA:
TlìS. (ỈVC. Nguyễn Thị Nga
1. ThS. (ỈVC. Đặng Quý Phượng
2. CN Lẽ Thị Hiệu
Ị O A MiJ'C
Q ( V - L •
'p ■ T, ~,v
’ ’ H Ó \ ^ *H :
v ó ;
HA NỘI. 2005.
MỤC LỤC
LỜI MỚ ĐẨU 2
Chương 1. ĐIỂU KIÊN ĐỊA LÝ Tự NHIÊN LƯU v ự c SÔNG HỒNG VÀ
ĐẶC ĐIỂM ĐOẠN MẠNG SÔNG NGHIÊN c ứ u

3
1.1. Vị trí địa lý 3
1.2. Địa hình 4
1.3. Cấu tạo địa chất và đất
4
1.4. Lớp phủ thực vật 5
1.5. Khí hậu
1.6. Mạng lưới sóng suối, đặc điếm đoạn mạng sồng nghiên cứu va tình

hình tài liệu thúy văn đã thu thập 7
1.7. Quy trình vận hành và một số thông số cơ bán của hô Hoà bình

1 2
Chương 2. c ơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH HEC-6 14
2.1. Giới thiệu mỏ hình HEC-6
14
2.2. Cơ sớ lý thuyết tính toán thúy lực 1?
2.3. Cơ sớ lý thuyết tính toán bùn cát 20
2.4. Các yêu cầu về số liệu đầu vào 2C>
2.5. Kiếm soát đẩu ra 3 I
Chương 3. ỨNG DUNG MỔ HÌNH HEC-6 TÍNH TOÁN VẢ Dự BẢO DIKN
BIẾN ĐOAN SÔNÍỈ h ổn g TỪHOÀ b ình đ ế n ha n ổ i

33
3.1. Cơ sớ số liệu 33
3.2. Sư đồ tính 34
3.3. Phân tích, xử lý số liệu đầu vào 34
3.4. Điểu kiện ban đầu và điều kiện biên

39
3.5. Hiệu chinh và kiểm nghiệm mô hình thúy lực 39
3.6. Tính toán, lựa chọn công thức sức tái cát

43
3.7. Mô phỏng diễn biến lòns sông Hồne đoan nghiên cứu đến nam
1997

.

'

ĩ

44
3.8. Dư báo thử diễn biến lòng sôna Hổne đoan nshién cứu đến năm
1997 T.

’

46
3.9. Dụ báo diễn biến lòng sông Hóng đoan nghiên cứu đến năm 2052 48
KẾT LllẬN 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 54
LÒI MỞ ĐẨU
Với hai nhiệm vụ quan trọng hàng đầu là phát điện và phòns lũ cho ha du. từ
khi vận hành, hổ Hoà Bình đã và đang đem lại cho con người nhiine lọi ích hết sức lo
lớn nhưng cũng đã và đang gây ra cho con người những thay đối bát lợi như quá
trình hổi lắng lòng hổ, quá trình xói lớ bờ hố, quá trình xói lớ cục bô 0' ha lưu sau
chân đập và quá trình xói lớ lan truyền vé hạ du Bơi vậy. đánh giá. mỏ phónsi và tlư
báo các thay đổi sau khi xây dựne công trình đập Hoà Bình nói liens và các cõim
trình xây tlưng Irẽn sõng nói chung nhằin để xuất các biện pháp hạn chế các ihicí hại
luón lá dê tai có tính cap Ihiết và có ý nghĩa thực tiền lớn. Cõne cụ hữu hiện và kinh
tế nhất đế giai quyết các đề tài này là mô hình toán.
HEC-6 là mô hình số thủy động lực một chiều trong lòng dán hớ có biên di
đỏng được Trung tâm Kỹ thuật Thúy vãn Hoa Kỳ thiết kế đe mó phóng và dự háo
các thay đổi trong trắc diện dọc sông do xói hoặc bồi trons các thời đoạn vừa.
Đê tài này nghiên cứu ứng duns mò hình HEC-6 đê’ mõ phóne cliỏn biên lòn Li

sõng Đà phía hạ lưu đập Hòa Bình (đoạn từ Hòa Bình đôn niũi ha Thno-Đà) và lòim
sông Hỏng (đoan từ ngã ha Thao-Đà đến Hà Nội). Báo cáo đê tài đưực bó cục ihành
ba chương (không kế phấn mở đáu và kết luận):
Chương 1. Điêu kiện địa lý tự nhiên lưu vực sône Hỏn li và tlặc điém (.loạn
mạng sóng nghiên cứu.
Chương 2. Cư sớ lý thuyết của mò hình IIEC-6.
Chương 3. line duns mõ hình HEC-6 tính toán và dụ' bán dicn hicn đoan SPI1L!
Hổns từ Hòa Bình đến Hà Nội.
Chương 1
ĐIỂU KIỆN ĐỊA LÝ TỤ NHIÊN LƯU vực SÔNG HỔNG VÀ
1.1. Vị trí địa lý
Hệ thông sông Hồng là hê thống sồng lớn nhất ớ Bắc Bộ và lớn thứ hai 0' Việt
Nam (chí sau hệ thống sông Mê Kông). Lưu vực hệ thống sóng Hóng được khõiiỊi
chẽ trong phạm vi từ vĩ tuyến 2CT00' đén 25l,30’ bắc và từ kinh tuycn 1 ()()"(>()' đèn
106l,07’ đỏng với tổng diện tích 155 000 knr. trong đó có tới hơn nứa (53r< ) năm ơ
nước ngoài (Trung Quốc, Lào) còn phần diện tích trong nước chí chiêm 47rf (72 7(H)
krrr) [7]. Hệ thông sông Hổng do ba sõng Đà, Thao và Lỏ hợp thành, tronc đó sỏnii
Thao được coi là dòng chính (hình 1.1).
Lưu vực sông Thao tính đến Việt Trì có diện tích 51 800 krrr. trong đó phán
ihuộc địa phận Việt Nam chi 12 000 krrr. Nằm ớ vị trí chuyên tiếp từ đónu hắc saiiii
táy bác cua Bác Bộ. lưu vực sòng Thao kéo dài khoán a 250 km từ tây bãc xLìônu
dóng nam với chiều rône trung hình khoang 50 km. Giới hạn phía done là dãy núi
Con Voi (đường phán nước giữa hai lưu vực sõng Thao va sõng Chay ); gioi han phía
tây la dãy núi cao Hoàng Liên Sơn-Pu Luông (đường phán nước mữa hai Ill'll vực
sỏne Thao và sông Đà) với đinh Fan-xi-pan cao nhất nước ta (3143 m ) [3][6].
Lun vực sông Đà có tổng diên tích là 52 900 knr. trontì đi') phan thuộc dĩa
phán Việt Nam khoáng 26 800 km2, Nãm sáu trong lục địa thuộc khu táv hãc Bác
Bộ, lưu vực sông Đà kéo dài tới 380 km theo hướnti tãv bác-đôn II nam \'ứi chicII rónti
trung hình khoáng 80 km. Giới hạn phía đôns là dãy núi HoànII Liẽn Sơn-Pu Luóna
(đường phân nước giữa hai lưu vực sông Đà và sônẹ Thao) với các đỉnh cao từ 2500

m đến trên 3000 m. Giới hạn phía tày là các dãy núi cao như: Pu-đen-đinh( 1886 m).
Phu-hiiỏi-Lonẹ (2178 m). Phu-la-ina (1801 m). Phu-Turm (1486 nu. \'à Phu-Sanu
(i5]s 111). Chung cunii chính la đưưng phan nirớc mil'll Ill'll vực sòne Đa VỨ1 các lưu
vực sòng Mẽ Kông và sông Mã. Phía cực bác có dãy núi cao Pu-si-lune ( 3076 m ) \'à
Ngũ-đài-sơn (3048 m). Phía đông nam là vùn tỉ núi thấp Ba Vì (1287 m) \a Vicn
Nam (1029 m) - đường phân nước giữa hai lưu vực sône Đà và sóng Đáy [5][6].
Lưu vực Sỏns Lô có tons diện tích là 39 000 k nr. tronsỉ dó phan nam tròn địa
phận Việt Nam khoang 22 600 krrr. Giói hạn phía đổns là cánh cun<2 Neãn Son \ a
canh cung sỏne Gâm, phía dòng nam là dãy Ill'll Tam Đao \'à phía lãv là dãy núi Con
Voi [6],
Vùnu dồng bằng châu thố do phù sa sóng HỔI12 bói đáp nén từ Viội Trì mo'
rộng ra tới biển. Vùng đồng bằng này rộng tới 1 1 300 knr. có dans tam giác với
đỉnh là Việt Trì [4],
3
,
_
I
V :
V'.
iMuliii 1«
s
J:;r
vs.
i Vsxoita* >. *
■■Hi ., t / > • < V -
\ o-
t r V . '■ N|<.| K'.n 1 - f
— V,, v.>; ' V '
J Y
__

7 à c : : : i i Vi. ,:, /
V •— - s . 4?rt**hKy.Ai r i frKfMTvVSJ,'? W" /
& & )
h •/
»-* \v —ị >líníĩr
:-0
1 I ;l:i •. 1 Lfu I
T: I in I'll' k ’
11;Ịr 1V ;mik.
IT*, r- •,
H tâ
Hinh 1.1.
Bciri do mạng lươi song va cac trạm khi tương thuy vãn lưu vực sõng Hóng
1.2. Địa hình
Địa hình trong lưu vực hệ thống sông Hồng rất đa dạng, hao sổm ca địa hình
núi cao, núi thấp, đồi trung du và đổng bằns.
Lưu vực sóng Thao có địa hình núi trung bình với độ cao bình quán 647 m.
thuộc loại tré, vẫn đang diễn ra quá trinh xâm thực và náns lén manh. Đỏ dóc Ill'll
vực rất lớn. có thế tới 45"-5ơ’. Địa hình cao ở phía tây bắc. thấp dán vẽ phía đoni: \u
đông nam [5][6],
Đặc điểm nổi bật cua địa hình trong lưu vực sông Đà là các dạne địa hình mil
và cao nguyên đều cao. bị chia cắt mạnh theo chiều thảng đứns và đans được 11 ũ ne
lén mạnh do chịu ánh hưởng của hoạt động tân kiến tạo. Các địa hình núi. cao
nguyên và thung lũng sắp xếp song song theo hướng tây bác-đỏns nam với đo cao
trung hình lưu vực đạt 965 m [5][6],
Lưu vực sổng Lô có dạng địa hình phổ biên là đổi núi thấp. Các (lũv núi I'.'n
trong Ill'll vực đểu quy tụ về phía đông nam và mớ rộng về phía bắc tao cho Ill'Ll vực
có dạng hình nan quạt. Độ cao bình quân lưu vực đạt 884 m, trone đó độ cao từ 200
m trờ lén chiếm tới 70-80% diện tích lưu vực [5][6].
Vùng đỏng bàng châu thổ sông Hỏnỵ do phù sa sòn 2 íỉỏne hỏi đáp phan lớn

có địa hình bãntỉ pháng (trừ một vài núi sót cao dưới 10 m ). hơi níỉhións: ra hien thon
hưóng tày hãc-đông nam. Dọc theo các sóng có đê bao bọc nen clónti hãim hi du a
cắt thành những khu vực, ỏ trũng, các cồn cát và bãi cát phu sa chay dọc ihco bớ
biên [7],
1.3. Cáu tao địa chất và đát
Các vùng núi cao trong lưu vực của hệ thốn 2 sóng Hỏn tí được cấu lạo hời các
loai đá như: granit. đá phiên, sa diệp thạch, phiến thạch, sa thạch, cát kct, cuội két va
đá vôi. Dãy Hoàng Liên Sơn và các dãy núi O' vùng biên giói Việt-Lào được call lạo
hói các đá có nguồn gốc macma. Khói núi vòm sóng Chay ỏ' thượng imum Sony
Cháv với đính Tây Côn Lĩnh cao 2418 m là khối núi granit lớn nhất, diện lích tới
2500 knr. Phía nam khối núi này là vùng đồi núi thấp (bao ỉiổm thung lũne snnu
Cháy, sòn í Lõ. hạ lưu sông Gâm và sỏna Phó Đáy) được cấu tạo chu yếu hăim ilá
phiên, dá cát kèl. đá phiên kết tinh và các loại đá biến chát khác. Cánh cu nu sonii
Gám được cấu tạo băng đá phiến thạch anh và đá cát kết. đá vòi. Đá vôi phán bu
rộng rãi trên các cao nguyên đá vôi Tá phình-Sín Chai. Sơn La-Mộc Châu ironii Ill'll
vực sông Đà. các cao nguyên đồng Vãn. Quán Bạ trong lưu vực sôniỉ Lo va cánh
eunc Neân Sơn, Yên Lạc [7],
Phán băc và đôiìiỉ bác lưu vực thuộc vùnti đát núi phát tricn trôn đá VOI hicin
trtV, lì đất hãng, có rừna che phủ, đất phát triến trẽn diệp thạch, sa ihach \'à đá vùi
Do vậy, lirựnii bùn cát hi xói mòn đê cuna cấp cho SỎI12 khóns nhiêu nón sõiiii [,i'i
m ans rât ít bùn cát. V ùne đất thuộc dãy núi Fan xi pan-Pu luỏnti có diẹn lích rọne.
độ cao và địa hình thay đổi lớn được phủ bới các loại đất rất khác nhau. Đủi O' vùnt:
này được phát triển trên các loại đá gốc như diệp thạch tinh thè. hoa ciro’Hi’. Caii’j
4
xuống phía tây nam, diệp thạch và đá vôi càng nhiều còn ớ phía đông nam la diệp
thạch và hoa cương. Đây là khu vực cung cấp bùn cát quan trọng cho sõns Đà và
đóng góp phấn chủ yếu vào bùn cát sông Hồng. Khu vực bên phải cua sons Đa co
cao nguyên đá vói kéo dài từ tây bắc xuống đỏng nam, đát phát triên trên đá vói có
độ mịn lớn. Ngoài ra, còn có các loại đất phát triển trên diệp thạch, sa thạch, hoa
cương. Thám thực vật ớ đáy bị phá hủy nghiêm trọng nén rất thuận lọi cho xói mon

[8], Các vùng đồng báng xen đồi được bồi lấp bới phù sa hiên đại hoặc bới cac vật
liệu từ các đổi đưa xuống. Vùng đồng bằng ha lưu sông Hỏns được bói tích bơi phu
sa sóng với lớp trầm tích dày [6],
1.4. Lớp phủ thực vật
Trước những năm 80, lớp phú rừng cua lưu vực hệ thòne sòng Hons còn kha.
tý lệ phú rừng của một số lưu vực sóng vừa và nho của sóntỉ Đà từ 30 đến 55';. cua
sông Thao từ 50 đến 65% và cua sông Lô từ 45 đến 92% (báng 1.1).
Bảng 1.1
Tỷ lệ che phủ rừng của một sô lưu vực sông vừa và nhỏ
trong lưu vực hệ thống sông Hống năm 1980 [8]
TT
Thuộc lưu
vực son2
Ten sóng Tên trạm
Diện tích
lưu vực (knrj
Ty lẽ ruriL!
11 0
1 Đà Nậm Mu Nậm Mu
2620 31
1
Đà Suối Sâp Suối Sập 269
55
3
Đà
Nậm Bú
Thác Vai
1 360
ì()
4 Đà Suối Ríu

Bãi Saim
97,5
42
5
Đà Nậm Sập Thác Mộc 405 50
6 Thao
Ngòi Bo Tà Thàng 521
60
7
Thao Ngòi Thi a
Ngòi Thi a
1 520 50
s
Thao
Búa Thanh Sơn 1 190
r-õ
9
Lo
Phó Đáy
Quánsi Cư 1 190
92
10 Lô Năng
Ba Bế 1 895
45
1 1
Lô
Ngòi Sao Ngòi Sảo
271
71
12 Lũ

Nehĩa Đỏ Nshĩa Đỏ
138
90
13
Lô
Ngòi Quáng
Thác Hốc 665
90
Nhưim từ nhũng năm siữa thập ky 80. lớp phú thực vật trẽn lưu vực chu yêu la
rùng dã bị tàn phá nãng. Theo tài liệu cua Viện Điêu tra Quy hoạch rừne năm 1990
[9], tv lệ rừng phòng hộ trên thượng nguồn sòng Thao. Đà và Ló chi còn khoanti lừ
8r’f đến 27r/c ; ít hơn nhiều so với tiêu chuấn đô che phu rìnm đáu nìiuón phone hộ an
loàn quy định cua FAO (-10%). Thượng nguồn sóne Thao (phán Việt Nam) là nơi 1\
5
lệ rừng còn ít nhất, chỉ từ 8,5% đến 15% (bảng 1.2). Đâv là một trong nhũng nguyên
nhân chính làm tăng lượng dòng chảy bùn cát trên thượng nguồn các sõng Đà. Thao.
Lô trong những nãm từ 1986 đến nay. Sự tãng diện tích các vùng đất trốn a. đổi trọc
đã khiến đất bị xói mòn nghiêm trọng, làm tăng lương bùn cát trong sõng vào mùa
mưa lũ. gây hiện tượng bổi lấp lòng sông ờ hạ lưu, ảnh hướng nghiêm irọntỉ đến VÍCL
tiéu thoát lũ và gây trớ ngại cho giao thông thủy.
Bảng 1.2

Hiện trạng diện tích rừng năm 1990
của các tỉnh thượng và trung lưu lưu vực hệ thống sòng Hong [6]
TT
Vùno
Diện tích
đất tự nhiên
(iia)
Diện tích

đất có
rừnsi (ha)
Ty lệ rừns so
với diện tích
đat tư nhicn
(rv )
1
Tây Bắc 3 135 200 267 300
8.5
2 Trung Tâm
3 885 000
796 000
20
3 Tỉnh Lai Châu
] 714 200 139 200
8.1
4
Tính Sơn La
1 421 000 128 100
9.0
5
Tĩnh Hoàng Liên Sơn 1 485 200 227 000
15
6 Tính Hà Giang và Tuyên Quang
1 363 000
372 000
27
1.5. Khí hậu [7]
Khí hậu trong lưu vực hệ thống sõng Hổng ớ phán lãnh thổ Viél Nam la khí
hậu nhiệt đới gió mùa. Các vếu lố khí hậu chịu tác động cúa địa hình, bicn doi mạnh

theo khõng gian và thời gian.
Bức xa tổng cộng trung bình năm đạt khoáng 80 kcal/cnr ớ vùnu núi cao va
tăng lên tới 120 kcal/cnr ờ vùng đồng bằng. Cân bằng bức xạ Irung bình nam cìmti
hiến đổi từ dưới 40 kcal/cm2 ớ vùng núi cao đến trên 70 kcal/cirr O' vùng đòng Mím.
Can hãng hức xạ trung bình tháng tươns đối cao trong các thán LI mùa hè (7-9
kcul/cm2) và tương đối tháp tron li các thán a mùa đông (3-6 kcal/cnr).
Sỏ giò' nắng trung binh năm biến đổi trong phạm vi từ dưới 1400 ụiờ ơ vìnm
núi cao đến hơn 2000 giờ ớ các thung lũng.
Nhiệt độ không khí trung bình năm cũng biến đổi mạnh theo khỏna eian va
theo mùa. Trong thời kỳ gió mùa mùa hạ. nhiệt độ không khí truns bình thán”
khoánti 15-20"C ớ vùna núi, 20-30"C ớ vùna trung dll và đổriiỉ bans. Troim [hoi k\
LLÌÓ mùa mùa uổng, nhiệt độ không khí truns bình tháng khoaim 10-15’ C ớ \ùnti núi.
] 5-20’C ứ \ Cintí, trung du và đồng bang.
Nhiệt độ không khí cao nhất tuyệt đối có thế trẽn 40"C’ f(42.fi"C lai Lai Cháu
(5/1928). 41.r c tại Yen Châu (13/5/1966). 40.7 ’C tại Phú Ho (5/1931 ) va 42.X c
tại Láníi (5/1926)].
6
Nhiệt độ không khí thấp nhất tuyệt đối có thế hạ thấp dưới 0"C o vùng núi cao
[-4,5"C tại Sìn Hổ (3/1/1974), -4,7°c tại Cò Nòi (2/1/1974). -5.7"C tại Hoang Llen
Sơn (14/12/1975)] và dưới 5"C ớ trung du và đồng bằng.
Độ ám tương đối của không khí trung bình năm vào khoáng 80-85rf , biên đoi
không lớn theo không gian trong lưu vực nhưng thay đổi mạnh theo mùa. tương đoi
cao trong mùa mưa và tương đối thấp trong mùa khỏ.
Lượng mây tống quan trung bình năm biến đổi trong phạm vi 6-cS.5 phan
mười bầu trời, tương đối thấp ở lưu vực sồng Đà và tương đối cao ờ lưu vực sònn Ló.
Tốc độ gió trung hình năm biến đổi trong phạm vi rộng, từ dưới 1 m/s ớ thnnti
lũng và những sườn núi khuất gió đến 3-4 m/s ớ đổng băng ven biến, thậm chí có the
lẽn tứi trẽn 4 m/s o vùng níu cao như ớ Hoàng Liên Sơn.
Lương bốc hơi trung bình năm (đo bằng ống Piche) cũng hiến đổi mạnh tro nu
không gian, có xu thế lớn ở vùng trung du và đồng bằng ( 900-1000 nun) và nho ớ

vùng núi (500-700 mill).
Do ánh hướng cua địa hình nén lượn” mua nãm trung bình nhicu nám (X )
phân bó rất khổng đêu trong lưu vực. từ 1100-1200 mm ớ những nơi khnấi nió mua
ám đến trẽn 4000 mm ớ sườn núi đón gió mùa ám. Nơi mưa nhiêu nhát co lượim
mua hàng năm lớn sấp 5 lán nơi mưa ít nhất.
Trong lưu vực hệ thống sông Hỏng, khu vực Bắc Quana thuộc sườn núi Tày
Côn Lĩnh có X , lớn nhất, đạt tới gần 5000 mm. Ngoài ra, còn một sỏ trung tâm inu'a
lớn (X ,>3000 mm) xuất hiên ứ vùng núi cao Hoàn Si Liên Sơn. khu vực núi cao ó' hicn
giói Việt- Trung, ta ngạn sõng Đà. Thung lũne Yen Cháu- Mộc Châu O' hữu nu.; Ill
sông Đà và thung lũng thượng nguồn sông Chảy (Sin Mần-Nậm Vai )la nluìnu míi L'i)
x„ nhỏ nhất (1 100-1200 mm). Ngoài ra, thuna lũn ti sỏne Miên ứ cao niHiyen Đonii
Vãn trong lưu vực sông Gâm cũng có Xu tương đói nhỏ (1200-1300 mm|, Vimiỉ ha
Ill'Ll thuộc đồng bằng châu thổ Bắc Bộ có X 0 biến đổi trona phạm VI 1300-2000 mm.
tháp nhấl ỏ' khu vực Phúc Yên - Kim Anh thuộc lưu vực sons Cà Lò ( 1300-1400
min).
Cũng như các yếu tô khí tượng khác, mưa cũng biên đổi theo mua. Múa mua
Irons’ lưu vực hệ thống sõne Hồng thường kéo dài từ thán” V đến tháim IX. X (chi >
6 thane) nhưng có lượng mưa chiếm tới 75-85% lượng mưa ca năm. Trotm khi do.
mùa khô kéo dài tới 6-7 tháng nhimg có tons lương mưa chí chiếm l>2.Ví lượn ti
nura cá năm.
1.6. Mạng lưới sòng suối, đặc điểm đoan mang sông nghiên cứu và tình hình tai
liệu thúy văn đã thu thập [7]
1.6.1. Mang ìưóỉ sóng suôi
Mane lưới sõniỉ suối trong hệ thốne sôns Hỏne phát tnến IvhónL2 đẽ 11 \ới mịii
dò lưứi sòng từ 0,25 đến 0.5 km/knr O' nhữnii cao noLivên đá vôi khỏ han (Sơn La-
7
Mộc Châu, Đồng Vãn ) cho đến trên 1,55 km/km2 ớ nhưng nơi mưa nhièu và có
địa hình bị chia cắt mạnh.
Hệ thống sông Hống do ba sông: Thao. Đà và Ló hợp thành tron" đó sỏni:
Thao được coi là dòng chính (hình 2.4).

Dòng chính sông Hổng bất nguồn từ hồ Đại Lý ớ độ cao eân 2000 m tron
đính Ngụy Sơn thuộc tính Vân Nam-Trung Quốc, chảy theo hướne tây băc-đone
nam qua tính Vân Nam rồi đố vào nước ta tại biên giới Viẽt-Truns thuộc Phô Lu.
huyện Bát Xát. tính Lào Cai; tiếp tục cháv qua Lào Cai. Yên Bái, Hà Nội. Hưnti Yen
rối đổ ra vịnh Bắc Bộ tại cửa Ba Lạt. Phần nằm trẽn lảnh thổ Trung Quốc dược ÍỈỌÌ la
sòng Nguyên, đoạn trung lưu từ biên giới đến Việt Trì được íiọi là sôna Thao và ŨI'
Việt Trì đến Ba Lạt được gọi là sông Hồng. Tính từ nguôn đến cửa Ba Lại. dò nu
chính sông Hồng dài 1126 km, trong đó 556 km cháy trong lãnh thổ nưóc ta. ơ ha
lưu, sông Hổng có một số phân lưu như các sông Đáy, Đuông. Luộc, Trà Lý, Đào và
Ninh Cơ. Sông Đáy vốn là con sông tự nhiên có cửa Hát Môn đưa nước từ sõne
Hông cháy vào sông Đáy. Từ sau khi đập Đáy được xây dựng (vào năm 1937). CƯU
song Hat Món bị bôi lap nên sống Đáy dã trớ ihanh con sônạ tiẽu nước chI khi lũ
sõng Hỏng đặc biệt lớn đế đảm báo an toàn cho thủ đô Hà Nội và đỏns hãng SỎHL!
Hồng. Ngoài ra, các sông Cà Lổ. Ngũ Huyện Khê trước đáy cũne là phán lưu sons:
Hổng ớ phía bờ trái nhung nay, hai cứa sòng nàv dã bị bói láp nên chi con la sòIiii
tiêu nước cho vùng Vĩnh Phúc và Bãc Ninh.
Sòng Đà và sông Lô cũng bát nguồn từ tính Vân Nam TrunSI Ọuóc. Phun
Ihương Ill'll năm trong lãnh thọ Trung Quốc cứa sóns Đà đitợc tiọi la sóne Lý Ticn
còn của sông Ló được ơọi là sông Bàn Long.
Dòng chính sông Đà cháy vào nước ta tại xã Ka Lon tỉ huyện Muờníi Tc tinh
Lai Châu, tiếp tục cháy qua ihị trấn Mường Tè và các thị xã Lai Chau, Sơn La vu I lòa
Bình rồi đổ vào sông Thao tại Trung Hà. Từ neuồn đến Trung Hà, sỏnc Đa dai I
010 kin. diện tích lưu vực 52 900 knr. trong đó phán nằm tron í: lãnh thổ nước la dài
570 km và diện tích Ill'Ll vực 26 600 knr.
Dòng chính sống Lô cháy vào lãnh thổ nước ta tại Thanh Thúy rỏi chay qua
thị xã Hà Giang. Tuyên Quang và đổ vào sống Thao tại Việt Trì.
Sông Gâm và sông Chảy là hai nhánh lớn nhất của sỏne Ló. Sô nu Ciám la
nhánh phía bên trái, cũng bắt nguồn từ tính Vân Nam Tru nu Quốc rói chay vào nuỚL
ta tại phía thượng lưu thị trấn Báo Lạc tính Cao Bãns. Sô nu Gám cháy VUI) SOI1 L1 Lu
lại phía thượns lưu thị xã Tuyên Quang. Sôns Gám dài 297 km. diện lích Ill'Ll MIC

17 200 km:, trong đỏ phấn trong lãnh thố nước ta dài 217 km. diện lích Ill'Ll vực
9780 knr. Sông Chay bát nguồn từ sườn phía táy bắc dãy Táy Con Linh thuộc huyện
Su Phì tinh Hà Giang, cháy theo hướng tâv bắc-đỏns nam đến phía dưới Si-Ma-Cao
huyện Bắc Hà tinh Lào Cai thì chuyển hướng đông bắc-tây nam, chay qua Bao Nhai.
Rao Yên ròi đổ vào hổ chứa Thác Bà. Sau dó. phẩn ha lưu sône Chay đo vào sone Lo
tại Đoan Hùng. Sông Cháy dài 319 km. diện tích lưu vực 6 500 knr. trong đỏ có
1920 knr nam trên lãnh thổ Trung Quốc.
8
Tổng diện tích lưu vực của hệ thống sống Hổng khoáng 155 000 knr. trong
đó chí có 72 700 km2 (47% diện tích) nầm trong lãnh thỗ nước ta. Diện tích lưu \ ực
sóng Hổng tính đến Sơn Tây khoảng 143 700 km2. trong đó lưu vực sôns Đà chiêm
36%. sông Thao: 37,5% và sóng Lô: 26,5%. Tính đén Sơn Tây. sônu Hỏnii co 615
sõng suối các loại có chiều dài íừ 10 km trớ lẽn. trong đó có 57 sõna nhánh cáp 1.
195 sông nhánh cấp 2. 245 sông nhánh cấp 3, 97 sông nhánh cấp 4. 18 sons: nhánh
cấp 5 và 2 sóng nhánh cấp 6.
1.6.2. Đãc điểm đoạn mạng sông nghiên cứu
Đoạn mạng song nghiên cứu được tính lừ các trạm thúy vãn Hoa Bình-Yen
Bái-Vụ Quang đến các trạm thúy văn Hà Nội-Thượng Cát; bao m')in: đoạn sone Đa
từ Hoà Bình đến ngã ba Thao-Đà, đoạn sòng Thao từ Yên Bái đến Việt Tri. đoan
sông Lô từ Vụ Quang đến Việt Trì. đoạn sòng Hổng từ Việt Trì đến Hà Nội va đoan
sông Đuống từ ngã ba Hồng-Đuống đến Thượng Cát (hình 1.2).
Phía thượne lưu trạm Hoà Bình, sông Đà cháy theo hướnn tây-đône nhưns từ
I loa Bình dẽn Trung Hà. do ánh hướne của các ngọn núi rán chăc nhu Ra Vi. Yicii
Nam. Đòi Thỏi làm sông Đà đổi hướng, chay theo hướrm nam-bác. Lòn tí sỏne (í
đoạn này mớ rộng rõ rệt (khoáng 200 m tron2 mùa can) nên thuận lợi cho iinio thrum
thủy. Độ dốc lòng sông eiáin nhưng không nhiéu, còn khoána 0.42 %".
Đoạn sông Thao từ Yên Bái đến neã ba Thao-Đà van tiếp tục chay theo huứni!
lây hắc-đôna nam nhưne riêmi đoạn lừ ngã ba Thao-Đà đến Việt Trì thì đổi hướnu.
1'hay theo hướng lâv nam-đỏim bác. Lòng sóng đoan nay mó' rộn" tới 300-400 m nen
vặn tái trẽn sónt! thuận tiện hơn. Địa hình hai bên hờ ha tháp xuõna đưói 25 111. Bãi

nổi \ LI at hiện nhiên và thườn £ bị nước lũ tràn neập. Tại dây đã xuất hiên nhữnu CỈIKII1
đô đáu tién cua sóng Hổng.
Từ Vụ Quang đến Việt Trì. sau khi nhận thêm nước cua sõníí Ciãm. sỏny Lo
vần cháy theo hướng tây bắc-đỏng nam. Trước khi đổ vào Việt Trì. sóns Lu um
nhàn them một nhánh bên trái nữa là sồng Phó Đáv. Lòng sône đoan từ Vụ Quanu
đến Việt Trì mỏ' rộng tới trên 200 m nên thuyén bè đi lại khá thuận tiện, thác yhẽnh
không còn. chi xuất hiện các bãi nổi.
Kế từ Việt Trì. sông Hồng bắt đầu cháy vào vùn2 đõns bans nhuns \'ăn tiep
tục theo hướng tây bác-đông nam ra tới tận cứa Ba Lạt. Dưới thị xã Sơn Táv chừnii
I 2 km. SÔI12 HỒ112 tách ra một phân lưu là sõna Đáy. Phân lưu sónii Đáy chi phan lũ
khi có kì lớn đế dam bao an toàn cho thu đô Hà Nội và đóns bane sónii Hóng. Tại
hác bãi Cam Lò có sỏns Cà Lô nối sông Hổna \'ới sông cáu nhưns hiện đã bị cát hỏi
Ví) đò vít kín. Khoáng 8 km trước khi tói Hà Nội. một phán lưu nữa lá sõnu Đuonìi
nòi sỏne Hổnu với SÔI12 Thái Bình. Trước đáv, phán lưu sons Đuốnii rất nho nhunu
nì le)56, cứa sòng Đuông được mớ rộng \à sóng Đuống irớ thánh phán Ill'll LỊLKtn
Ironu nhát cua SÕ1112 Hổim.
9
Hình 1.2.
Sơ đổ đoạn mạng sòng nghiên cứu
LỔ.3. Tình hình nghiên cứu thuỷ ván và các số liệu đả thu thập
Việc quan trắc thuý văn đã được tiến hành tại một số điểm trẽn sỏrm Đa nhu
Hoà Bình (từ 1902). Lai Châu (từ 1927) ; trên sông Thao như Yen Bái. Tuycn
Ọuaim, Phú Thọ ; trên sông Ló như Ghềnh Gà. Vụ Quang Tuy nhiên, lại da so
các trạm truức dây chí tập trung quan trắc mực nước. Lưu lượn” nưức khónti đuuv
quan irăc liôn lục và thường chi được tiến hành trong giai đoạn mùa lũ.
Sau năm 1956. việc quan trác liên tục cho hê thống các yêu tở ihuv vãn chính
như mực nước. Ill'll lượng nước, bùn cát, nhiệt độ nước được tiến hành ớ một su vị
trí quan trọng; trên sông Đà như Hoà Bình. Tạ Bú. Lai Cháu . trẽn sỏne Thao như
10
Yên Bái. Phú Thọ , trẽn sòng Lô như Ghẽnh Gà. Vụ Quang và trẽn sônc Hỏni:

như Sơn Tây. Hà Nội
Công trình thủy điện Hoà Binh được khởi cỏne xây dựns ngày 6/X/\L)lL>: lap
sóng đợt I vào tháng XII/1983; lấp dẫn dòng thi công vào tháng 1/1986 và hoàn
thành vào tháng XII/1994. Ngay từ khi khởi công xây dựng, chế độ thuy vãn cua
sóng Đà dã có những thay đổi nhất định. Tuy nhiên, những thay đỏi rõ rệt cua đòn tí
cháy nước và dòng cháy bùn cát được ghi nhận ké từ tháng 1/1986. khi lấp dần clnnu
đế thi công và đặc biêt là từ 1988, khi hồ tích nước đê chạy tổ máy số 1. Cĩìnu lừ
năm 1988, do vị trí trạm thuý vãn Hoà Bình ỏ quá gần đập chính, chê độ đòne chay
chịu ánh hướng trực tiếp từ cóng trình, không đảm bảo cho cỏns lác đo đạc. vì the
tram chuyển về phía hạ lưu khoáng 4,5 km và mang tên mới là Bến Naọc.
Bảng 1.3
Thông kè tinh hinh số liệu thủy văn thực đo đã thu thập
Vi trí tram
Thơi kì
quan irác
So n;ìm
'IT Tên trạm
Kinh độ Vì đỏ
Loại till liệu
Uu licu
(nam)
1 1 loa Bình
105"19 30 20" 19 20
Q. p, t" nước
bình quán ngàv
1986 - 2003 18
1
Yen Bá 1 104"53 00
2 r 42 00
Q. p, t" nước

bình quàn ngàv
1986 - 2003
IS

IS
3
1
Vu Ọuans
■
105"17 20
21"30'50"
Ọ. p, t" nu ức
bình quàn ns,ày
i m - 2003
4
Son 'lay
i05"30 20 21 "09 20
Q ,p, 1 nước
bình quân nsáv
1 L)!S6 - 2003
IX
5
Hà Nòi 105-52’
21 "02'
Mực nước
bình quân ngàv
1986 - 2003
■
18
6

Thượng Cát
105-52• 2i‘04'
Ọ. p, t" nơóc
bình quân 112ày
1986 - 2003 IX
Xuất phát từ tình hình thực tế như vậy. toàn bộ so liệu thuy vãn phàn chia
thành hai giai đoạn đặc trưng là:
+ Thời kỳ trước khi có hố Hoà Bình: từ 1985 trớ vé trước (coi anh hirớnti cua
hò tronu thời kỳ 1979 - 1985 là không đáns kê).
+ Thời kỳ sau khi có hồ Hoà Bình: từ 1986 đến nay.
Đế phục vụ đé tài nehiên cứu, báo cáo dã thu thập các số liệu YC doDLi chu\
nước. nhiệt độ nước và lượng ngâm cát của 6 trạm là: Hoà Bình. Yen Bái. Vụ Ọuanu.
Son Tây, Hà Nội. Thượng Cát thò'i kỳ từ sau khi có anh hưứnìi cua ho Hoa Binh (tư
nam 1986). Tình hình sô liệu đã thu thập đươc thôns kê tronti bans 1.3.
1.7. Quy trình vận hành và một sỏ thõng sô cơ bàn của hó Hoà binh [5]
1.7.1. Quy trinh vận hành hổ Hòa Bình
Hồ Hòa Bình được thiết kế đế có thế cắt được những trận lũ lớn nhu lũ lịch SƯ'
tháng VIII nãm 1971, đám bảo cho mực nước Hà Nội không vượt quá 13,3 m. Đê
nâng cao hiệu quá chống lũ cho hạ du và phát điện, giảm thiếu mâu thuần siiữa các
ngành dùng nước, cần phải có quy trình vận hành hợp lý. Ngày 12/VI/1997 Bộ
trưởng Bộ Nóng nghiệp và Phát triển nông thôn. Trường ban Phòng chốniỉ lụt bào
Trung ương Nguyễn Cống Tạn đã ký quyết định số 57 PCLBTƯ/QĐ vé quy trình
vận hành hổ Hòa Bình [7] với một sỏ nội dung có thế tóm tát như sau:
Điều 6 quy định 3 thời kỳ vận hành: (1) Thời kỳ lũ sớm lừ 1 5/VI - 15/VII. (2 I
Thời kỳ lũ chính vụ từ 16/VII - 25/VIII, (3) Thời kỳ lũ muộn từ 26/VIII - 15/1X.
Điéu 7 quy định khi hồ chứa làm nhiệm vụ cát lũ cho ha du. mực nước tron Lì
hổ từng giai đoạn cho phép duy trì ở mức tối đa như sau:
/) Tliời kỳ lũ sớm lừ J5/VI - 15ỈVII:
+ ) Từ 1 5/VI - 15/VII: mực nước hồ được điều tiết ớ cao trinh 91 = 2m.
+ ) Trước ngày 25/VI do yêu cầu cắt lũ tiếu mãn. đám báo khòm: xa xuốnu ha

Ill'Ll Ill'Ll lưựng lớn hơn 4000 in'/s thi có thê nãng mức nước hổ cao hon. nhmiii khoiiLi
quá cao trình +100 m và phái đua về mức 91 X 2 m trước ngày 1/VII.
2) Thời kỳ lũ chính vụ từ 16/VII - 25/VIII:
Mực nước hổ được điều tiết ớ cao trình 91 + 2 m.
j I I hời kỳ lũ niiiộn ỉừ 2(ìi\ III - 15/1X:
Tuỳ theo tình hình thời tiết cuối tháng VIII. dự báo đáu tháne IX v;i kẽì qiui
tích nuúc làm nhiệm vụ cắt lũ của hổ trone thời kv lũ chính vụ, Ban chi dạn
PCLBTU sẽ trao đối với Tổng Cóng ty Điện lực Việt Nam và Tổn tỉ cục Khí tưony
Thuý văn đê quyết định.
1.7.2. Mọt số thông so co bán cùa cóng trình thủy điện lìũà bình
Một số thông số cơ bản cúa côns trình thủv điện Hòa Binh đựơc trình bày
trong bang 1.4.
Báng 1.4.
Một số thông sô cơ bàn của hố Hòa Binh [8]
Thônasố Đơn vi Giá tri
1. Nhà máy:
- Con Ị! suất láp máy MW
1920
- Lượng điên trung bình năm 10" KWh 8.16
2. Đập đitns:
- Cao trình đinh
m
123
- Chiều dài đập m
734
- Sô lươn lĩ cửa xá đáy
Cứa 12
- Cao trình đá\ cửa xá đáv
m
36

12
- Kích thước cửa xả đáy m X m
6 X 10
- Lưu lượng xả tối đa qua cứa xả đáy nr/s
21900
- Số lượng cứa xả mặt Cưa
6
- Cao trình đáv cửa xả mãt m
102
- Kích thước cứa xả mãt m X m
1 X 15
- Lưu lượng xá tối đa qua cửa xá mặt
m 7s
13500
3. Hổ chứa:
- Mực nước dâng bình thường
m
1 15/(117)
- Mưc nước chết
m
80
- Mức nước gia cường m 120
- Mưc nước trước lũ
m
88
- Mức nước có thế hoạt động được
m
75
- Dung tích toàn bộ km;
9,45

- Dung tích hữu ích km5 5.65
- Duim lích chét km *
3,<s5
- Dưng tích chốn2 lũ km'
5.87
- Diện tích mặt hồ ứng với MNDBT km2
208
- Chi cu dài lòng hổ km 208
- Chill'Ll rộ nu trung hình cua hồ km 1
- Cliicu sâu trung bình của hồ km
0.06
13
Chương 2
C ơ SỚ LÝ THUYẾT CÚA MÔ HÌNH HEC-6 [11]
2.1. Giới thiệu mô hình HEC-6
William A. Thomas là người đầu tiên có công thiết kế. xây dựng và phái I] lên
mỏ hình HEC-6. Phiên bản đầu tiên là HEC-6 2.7 được xây dune tù nãm 1476 tại
Trung tám Kỹ thuật Thúy văn (Hydrologic Engineering Center - HEC) cua Hoa Kỳ.
Từ đó đến nay, Thomas và các cộng sự đã liên tục phát tnến mó hình và cho ra đời
nhiều phiên bán khác cua mó hình với sự bổ sune một số tính năng. Báo cáo này sư
dụng HEC-6 phiên bản 4.1 cồng bô năm 1993. Phiên bán này dã được bổ sunti tính
năng mô phỏng tính toán vận chuyển bùn cát trên mạng sóng và cho các hạt bùn cát
cổ đường kính lớn.
2.1.1. Mac đích và nguyén lý của mớ hình
HEC-6 là mỏ hình số thúy động lực một chiêu trong lòns dẫn hơ có bién
động, được thiết kế để mỏ phóng và dự báo những biến dạng của trãc diện dọc sone
xay ra do xói hoặc bồi Irong thời đoạn tính toán vừa. Số liệu quan trác dònn cha>
lid’ll tục được phân thành chuồi các dòng chay ổn định có lưu lượnẹ va thòi tiian đuv
trì thay đoi. Đường mặt nước được tính toán đối với mỏi Ill'Ll lương va tứ đo cho đn
dốc năng lương, lốc đỏ. đỏ sâu lại mỗi mặt căl nuanii. Sail đo. sức tai cái đươc tính

toán tại mỗi mặt cát. Sức tái cát này kết hợp với thời gian duy trì dnniỉ chay cho phép
tính thê tích bùn cát trong mỗi đoạn sổng. Tiêp theo, lượng hỏi hoặc xoi tại mỏi mat
cát dược tính toán và mặt cát ngang được hiệu chình lại. Sau đỏ. các tính toán này
được thực hiện đối với lưu lượng kế tiếp trong dãy và chu kỳ được lãp lại lừ đau với
những thòng tin hình học mới nhất. Các tính loan bùn cát đưực tiên hanh ihen ùrnt:
phấn kích thước hạt và băng cách đó cho phép mò phỏng thúy lực quá trinh \Ỏ1 hoặc
thô hoá lòng sõng.
2.1.2. Khả năng ứng dụng và các hạn chê của mó hình HEC-6
Mó hình HEC-6 có thê được ứng dụng đế:
thiết kố mò phone xu thế bổi xói lòna dẫn trona thòi hạn dài do kết qua cua
SU' thay đổi có tính thường xuyên và chu ky của Ill'Ll lượn2 hoặc do sư thay đoi
hình dạng lòne dẫn.
- đánh íiiá hổi láne trong hổ chứa.
ihiết kế thu hẹp lòng dẫn, đáp ứng yêu cáu duy trì chiêu sáu vận tài thủy.
dự báo ánh hưứng cua nao vét đen tốc độ hổi láns.
L1'ỚC tính kha nãns xói lớn nhất trons trườn2 hợp 10 lớn và đánh íiiá quá trinh
bổi xói trong lòng dẫn co định.
Tuv nhiên, do là mô hình một chiều nên HEC-6 có nhữnc han ché sau:
14
khổng tính được vận chuyên bùn cát theo phương ngang nén khóntì. có kha
năng tính xói lớ bờ và mô phỏng sự phát triến cúa những đoan sóna con tí.
- chỉ áp dụng được cho sông không chịu ánh hướng triều,
trong mó tá mạng không mó tả được sự vận chuvến bùn cát trons sõns nhánh,
không thế điều tiết trực tiếp dòng cháv quanh các đảo: giữa hai mặt cát niíanti
chí cho phép một chỗ nối hoặc một điểm nhập lưu cục hộ.
2.2. Cơ sớ lý thuyết tính toán thủy lực
2.2.1. Phương trình cơ bản
Các tham số thúy lực cán thiết đế tính toán kha năng vận chuyên hùn cát nhu':
tốc độ, độ sáu, độ rộng và độc dốc năng lượng đểu nhân được từ các tính toán dirờnu
mật nước. Phương trình năng lượng một chiều (2.1) được giái nhừ su' dune phương

pháp bậc thang thông dụng và các tham số thủy lực được tính tại mỏi mặt cát nszane
đối với mõi lưu lượng liên tiếp.
ơ. V ; u Y." , ,
\\ s ~ = WS. * • h (2.1)
- 2 »
trong đó: g là gia tóc trọng lực; lic ỉà tổn thài năng lượng; Vị. v : là tốc đô t run li hình
tại đấu và cuối đoạn sông; WS|, WS2 là các cao trình mặt nước tai đáu vù cuối đoạn
sông; 0C|, Gt là hệ số phân bô tốc độ đối với dòng cháy tại đầu và cuối đoan snniz.
» ©
" ^ O ư ơ n g đỏ d oc r E n g ltỊé n g
-I— - Đ ư ơng m ât n ươc I
Dong chày t * ■
Đ ay lo n g dẫn
Hinh 2.1.
Các sò hạng của
phương trinh năng lượng.
2.2.2. Tôn thất thúy lưc
2.2.2./. Tốn tlníỉ (lo ma sát
Tổn thất năng lượng l\ bao eổm tổn thất do ma sát hj và tổn thất do hình đạn ổ
h„:
l\. =h,-h„ (2.2)
Tron li số hạn a tổn thất do hình dạng, chi xét các tốn thất do co hẹp và mớ rộn II.
Để xấp xi phân phối dòns cháy theo phươns neane. sỏne được phan chia
thành các dái tươns tụ' nhau vê tính chất thiiy lực theo phươns clone chay. Mói mặt
15
cắt ngang được chia nhỏ thành các tiểu mật cắt. Tổn thất do ma sát được tính theo
công thức sau:
h, =
Q_
K ,

2.3)
với:
(A, + A ,),
1,49
R, + R,
’ I n i J L-
trong đó: A|, A-, tương ứng là diện tích của dòng cháy thõng thườn2 tại các mật cài
thượng và hạ lưu; NSS là tống số các tiếu mặt cắt của mặt cát nsang: K. là môdun
lưu lượng của tiếu mặt cắt: Lị là chiều dài của dái thứ j giữa các tiếu mặt cát: n là hẹ
sổ nhám Manning: Q là lưu lượng nước; R| và R; tương line là bán kính thúy lực phía
thượng và hạ lưu.
2.22.2. Cúc toil thái khác
Các tổn thất năng lượng do thu hẹp và mớ rộng được tính bới phươnú trình
sail đâv:
h., =t'
u.
, V:
2.5)
trong dó: C| là hệ sô tổn thất đối với thu hẹp hoặc mớ rộn í!. Nêu lư ơ n u irono ký hi cu
giá trị tuyệt đỏi là âm thì dòng chciv là thu hẹp và CL là hệ so thu hẹp còn ne LI lượn tí
trong ký hiệu giá trị tuyệt đối là dương thì dòns chay là mứ rộ nu vu Cị la hệ só mo
rõ 11«.
2.2.3. Tính toán các yếu tó thủy lực
Mỗi mặt căt ngang được định nghĩa bới các toạ độ (X.Y) như thé hiện troniĩ
hình 2.2. Đế thuận lợi cho việc ấn định các giá trị n, chiều dài sòng.,.: mỗi mặt cat
ngang được phán chia thành các tiểu mặt cắt, thường gồm một lòng chính với các hãi
trái và phái.
16
Diện tích, chu vi ướt. bán kính thúy lực. mô đun lưu lượng, hệ sổ phán bò tốc
độ. độ rộng và độ sáu hiệu quá của mỏi tiêu mặt cắt được xác định từ các phan 10

hình thang nhỏ hơn, được giới ‘hạn bới mặt nước và các điếm toa đổ ké 1 ién cua mat
cất ngang.
Sức tái cát của dòng cháy trong lòng dẫn có mặt cắt naans không phai hình
chữ nhật được tính nhờ sử dung độ sâu hiệu quá EFD và độ rông hiệu qua EFYV lính
từ độ sâu hiệu quả đế báo toàn A(D:/:<) cho mặt cắt ngang. Độ sâu hiệu qua dược tinh
theo cóng thức :
EFD = —
(2,6)
1 », '
1 = 1
và độ rộng hiệu quá được tính theo công thức:
Va I),
H\v

-

(2.7)
EFD
Irony dó: a, là diện tích dòng cháy của mỏi phán tố hình thane, 1) la độ sâu đonư
cháy irung bình của mỏi phán tỏ hlnh thang và i, la tone sổ các phan lí) hình thaiiii
trong một tiếu mặt cát (hình 2.3).
Việc lính sức tái cát chi dựa trên các tham sử thúy lực cua chi lone dẫn chính
nên các yêu tố thúy lực cũng chí được xác định theo tài liệu địa hình eiới han tron"
phạm vi của lòng đẫn chính.
Tai mồi mặt cát nsans. HEC-6 kiếm tra các tham sô thúy lực thích hop de xác
(.tịnh \cm đoan SÕ11£ là đoạn dòim chúv êm hay xiet. Néu chá\ Om. các tính loan tiến
hành theo chiên ngược done còn nêu cháy xiêi. HEC-6 xấp XI hình dans hình học
lòna dần nhờ độ sâu và độ rộng hiệu quá và xác dinh cao trình mặi nước dưa trẽn độ
sâu cháy xiết thônc thường.
Ba bước chính đươc sứ dung đế hội tụ các tính toán thử sai trong khi tính cao

trình mặt nước của mặt cắt ngang thượng lưu. Hình 2.4 thê hiện dãy các thư sai liên
tiếp đế hội tụ phương pháp bậc thang thông dụng. Quy trình tính toán nhu sau:
* Thử sai lần 1: Dựa trên cao trình mặt nước ban đầu.
* Thứ sai lần 2: Giả thiết lượng thav đối bàng 90% của AY,.
* Thứ sai lấn 3: Các cao trình cúa bước thử sai lần 1 và 2 đã gia thiết được shép nối
với nhau băng một đường thẳng và các đáp án cua các tính toán thứ sai lán I và 2
cũng được ghép nối với nhau bằng một đường thắng. Giao điếm cua hai đườrm thane
này trở thành giá trị giả thiết của thử sai lần 3.
Quá trình này tiếp tục cho tới khi các giá trị gia thiết và tính toán cua cao
trình mặt nước năm trong phạm vi dung sai sai số có thế cho phép. Khi đó. cao ninh
mật nước tính toán trớ thành nghiêm hôi tụ.
Nêu sau 20 lần thứ sai mà sai số vẫn lớn hơn sai số cho phép thì cao trình mật
nước tính toán cuối cùng được sử dụng.
0 WSE tính toán 1
* W5E giả thiẻt I
-Dung sai sai sổ cò thế
T-0" sịj\Ề
— — N qhié m hô tu
/lãt nướ c tai m ât cắt ha lưu tiế p the o
. S ± Ì L - - / .
rô
ũ
14 6 5
Só thử sai
Hinh 2.4.
Sự hội tụ của các cao trin h m ặt nước
aiả thiết và tính toán
2.2.4. Các tham sô thủy lực điển hình sử dung trong các tính toán bùn cát
Các tham NÒ thuy lực được biến đối thanh các eiá trị điên hình dối với mỗi
đoan sồng trước khi tính sức tái cát. Các phương trinh tòn ti quát dược trinh bày tlưói

đây. Có thê sửa đổi các trọng số cùng với các sò liệu đầu vào.
ĐIỂM ớ TRONG (MẶT CẮT):
\ EL = XID X \ ■E U K -Ỉ) + XỈN X l rEL(K) + XIU X YEUK+ỈÌ (2.8)
EFD = XỈD X EFDiK-1) + À7.V À EFDiK) + XII X EFD<K+1 >
(2.9)
EFW = XID X EF\V(K-l) + XIN X EF\V(K) + x n ' X EFW7K+J) f 2.10)
SLO = 0,5 X [SLOịKì + SLOtK+1 >] (2.1 I )
18
ĐIẾM THƯỢNG LUU (MẬT CẮT):
V E L = ÍỈB N X V EL (K ) + U BI X V E U K - Ì } ( 2 . 12)
EFD = UBN X EFD(K) + UBI.EFD(K-ì) (2.13)
EFW = UBN X EFW(K) + UBI.EFW(K-J) (2.14)
SLO -SLO(K) (2.15)
ĐIỂM HẠ LUU (MÁT CAT):
VEL = DBN X VEL(K) + DBỈ X V ’EL( K-l) (2.12)
EFD = DBN X EFD(K) + DBI X EFD(K-Ỉ) (2.13)
EFW = DBN X EFW(K) + DBI X EFW( K-l) (2.14)
SLO=SLO(K) (2.15)
trong đó: DBN, DBỈ là các hệ số đối với biên hạ lưu cứa đoạn sône: K -ỉ. K, K+I
tương ứng là các vị trí ớ hạ lưu, điểm giữa và thương lưu cua một đoan sònti: SLO hì
dỏ dốc ma sát: UBN, UBỈ là các hệ số đối với biên thượng lưu cua đoạn sóng: YEL la
tốc độ hình quân của đoan sõng; XỉD, XỈN, XỈU tii'0'nc ứng lù các hộ sỏ ha lưu. hên
trong và thượng lull cửa các diêm bẽn trong.
Bàng 2.1
DBI
DBN
XID
XIN
XIU
1 ’BI 1 í l\

Sơ đổ 1
0.5
0.5
0.25
0.5 0.25
0.0
1.0
On dịnh nhai
Sư dỏ
2
0.0 1.0 0.0
1.0
o.u 0.0
LO
Nhạ\ Iihat
Một vài trọng số khác được nghiên cứu trong khi xây dựns cône thức cua NO'
đồ tính. Báng 2.1 trên trình bày bô hệ số cho tính toán gần như ổn định nhát và nho
đó cho phép các bước thời gian dài nhất (sơ đổ l ) và bộ hệ số nhay nhất đói với việc
thay đổi cao trình đáy nhưng lại véu cầu các bước thời gian na án hơn đe được on
định (sơ đổ 2). Sơ đồ l thườns được chọn nhiêu nhất bới vì độ dốc nãny lƯơnỊ1 tính
toán cổ thê thay đổi manh lừ mặt cắt này đến mãt cắt khác Irons khi cliẻn biến sônìi
ihựt lè có thể phụ thuộc \ào các đặc truns cua đoạn.
2.2.5. Độ nhám thủy lực
Độ nhám biên của sông bồi tích có quan hê chặt chẽ với vận chuyen bùn cát
và chuyên độne cíia vật liệu đáy. Cấc tổn thất nãns lượn2 cua đirờntí mặt nu(íc phai
bao gổin các ánh hiro'ng cua tất cá các tổn thát như: tốn thát do độ nhám hat cua đá\
động; tốn that do SƯ cán trớ gây bới các hình dạn2 đáy như sóna HỢn. đụn cái. lính
khổng đẽu cua bờ, thực vật; các tòn thát do thu hẹp hoặc mơ rộng: các lỏn thát do
khúc sông cong và các tổn thất do các chỗ nổi. Trừ tổn thất do thu hep va mớ rónV
tất cả các tổn thất khác đổu dược bao gồm trong tham số độ nhám đơn Manniniỉ n.

19
2.3. Cơ sở lý thuyết tính tơán bùn cát
2.3.1. Phương trình liên tục của vật liệu bùn cát
2.3.1.1. Khái niệm thể tích khống chế
Mỗi mật cắt ngang mó tả một thế tích khống chế. Độ rộng của thê tích khóntỉ
chê thường bãng độ rộng lòng động và độ sâu cua nó kéo dài từ mặt nước đèn dinh
cua đá góc hoặc đến điếm khống chế địa chất khác năm dưới hê mặt đáy sons. Trone
các diên tích không có đá gốc, một siới han tuỳ ý (gọi là “đáy mô hình) được ấn
định (hình 2.5). Thế tích khống chế đối với mật cắt ngang 2 được mô ta bới các
đường đứt nét to. Các thể tích khống chế đối với các mật cắt 1 và 3 được noi với
nhau bới mặt cát 2 Phương trình liên tục bùn cát được viết cho thê tích kiêm soát
này còn phương trình năng lượng lại được viết giữa các mặt cãt neanc.
Tống lượng bùn cát trên lòng sông được xác dinh hăne cách xáp XI diện tích
giới han trung bình như sau:
V = B X Y X Lv (2.16)
serf <f
.V
'y
trong đó: lị, là độ rộng lòng động: Lư. Lứ tương ứng là chiêu dài cúa (.loạn thương và
hạ lưu sử dụng Irong tính toán thể tích khống chế, \ ’SO| thế tích hun cát trong thê tích
không chế và Kv là độ sâu cua bùn cát trong thế tích không chõ.
Đôi với mỗi độ sâu D. thể tích chất lỏna trong cột nước là:
l' = R,
xZ)x—— (2.17)
/ 2
Các tham sỏ thiiy lực độ rộng B„ vù độ sáu D sứ dung để giai phương trình nàng
lượng được tính bans cách láv trung bình trẽn khoang không gian như nhau.
Các tham số thúy lực. cấp phối vặt liệu đáy và sức tai cát lính toán đirơc gia
thicí là đổne nhát trong ihẽ tích khủng chẽ. L.irnìiy hun cát cha_\ vào đưiíL gia ihici la
20

xáo trộn đều với bùn cát hiện có trong thể tích khống chế và sư khuếch tán cua tất ca
các lớp kích thước hạt đươc xem như xáy ra ngay lập tức.
Sõng trao đổi hùn cát với các biên cùa nó theo cá hai chiêu thãns đứn° cũna
như năm ngang và thay đối hình dạng cua nó băng cách hình thành các lòne dẫn. các
đê tư nhiên, các khúc cong, các đáo và các hình dạng khác trên mặt bãntỉ. Tu\ nhien.
HEC-6 chi mó hình hoá được sự trao đổi bùn cát cùng sự thay đói 1ÒI12 sone iheo
chiếu thảng đứng còn độ rộng và độ sâu của nó do ngưò'i sử dụns xác định.
HEC-6 tính đên hai nguồn bùn cát: bùn cát trone nước chay vào \ à hùn cat
long sông. Lượng bùn cát cháy vào là điêu kiện biên và được mo ta L'Cmii với sô liệu
đầu vào. Thê tích khống chế bùn cát lòng sông cung cấp thành phán bẽ phót nụuòn
và cũng được mỏ tả trong số liệu đầu vào.
Lý thuyết vận chuyển cát và các kích thước lớn hơn liên kết quan đến suất vặn
chuyển cùng với cấp phối hạt bùn cát trên bề mặt lòng sông và thúy lực dòng cháy.
Các tính toán hoá thó yêu cầu cấp phối hạt vật liêu bén dưới bé mặt lònu Nona. Độ
sáu cưa đá góc hoặc cua một sổ vật liệu khác có the nuãn ngừa suy thoái cũ ne phai
dược nhận dạng dế giới hạn quá trình xói. Các Yêu cấu này được vào HLỈC-6 hãn ì:
cách tính toán tách riêng cấp phối hạt hê mặt lòng sông và dưới mặt lòn tỉ Sony.
Các toa độ được nối bới các đường liên nét trona hình 2.6 xác định hình đane
mặt cắt neana ban đầu tại lúc bát đầu mô phỏnti. Đối với các điêu kiện X Ó I, hiệu iiiừa
lượn ti bùn cát cháy vào và khá nãna vận chuyến cua đoạn sònn được biên thanh the
tích xói. Nêu cao trình đáy mó hình khỏns được xác đinh trong các diêu kiện ban
dầu thì giá trị mạc đinh bans 10 ft sẽ được sư dụns. sau đó trư thành đó sâu cực dại
đê xói hiện có của vật liệu lòng sông.
2.3.1.2. Plìiùniii trình liên lục của bùn cát
Phươnn trình liên tục cua vật liệu bùn cát (phương trình I:\nen la co SO' đc mó
phong chuyên dỏng theo phương ihãne đứng cua lòng sõng:
Lòng dẳn
-C
C
o

ra
o
Khoảng cách
Hinh 2.6.
Vật liệu bùn cát trong đáy sông
0
(2. IX)
21
trong đó: ổc, là độ rộng lòng động, t là thời gian. G là lun lượng bùn cát (iV/s) trung
bình trong hước thời gian At. Xlà khoảng cách dọc theo lòng dẫn và ì\ là đỏ sâu bùn
cát trong thế tích khống chế.
Phương trình (2.18) và (2.19) mó tả phương trình Exner biếu diễn ớ đạnti sai
phân hữu hạn nhờ sử dụng các số hạng thế hiện trong hình (2.7).
G d - G L, , B sp (^'s p — ^sp _ ) = 0 ( 2 1 9 )
0.5(1 J - I . j At
YP=YS|1- — G^ - ° " (2.20)
’ 1 0.5B,p L ^ l . o
trong đó: là độ rộng lòng đóng tại điếm P: Gu. G:| tươntỉ ứnti la các lim lượn ti hun
cát tại các mặt cắt ngang thượng và hạ lưu; Lu. L, tưng ứng la chiếu dai cua các đoạn
sóng thượng và hạ lưu giữa các mật cát ngang; Y . Y’ tươne ứnc là độ sâu của hun
cát trước và sau bước thời gian tại điếm P; 0.5 là “hệ số hình dạna thê tích” cân đối
chiều dài các đoạn sông phía thượng và hạ lưu và At là bước thời Sỉian tính toán.
Hmh 2
7 Lưỡi tính toán
Đô sâu vật liệu đáy ban đấu tại điếm p định nghĩa 2Ĩá trị ban đáu cua Y
Lưu lượng bùn cát Gu là tone lượng bùn cát theo kích thước hạt vào the tích kiếm
soát từ thể tích kiểm soát phía thượng lưu. Đối với đoạn sõng xa nhất phía thương
lưu. đây là điều kiện biên lưu lượn 2 bùn cát cháy vào do n lĩ ười sư dune cung cáp.
Bùn cát rời khỏi thó tích kiêm soát G trớ thành Gu đối với thó tích kiêm soát tiép
theo phía hạ lưu.

Lưu lượng bùn cát Gj được tính bans cách xem xét kha năne vận chuyên tại
điểm p, dòne bùn cát vào. vật liệu hiện có trẽn lòne sôns và sư hoá thỏ. Sư khác
nhau ai lìa Cij và Ciu là tổng \'ật liệu hồi hoặc xói trong mõi đoạn sõna yhi nhãn "\'ìm2
tính tdán" trẽn hình (2.7 I và được biên đổi thành sư thay đổi cùa cao trình đá\ nhơ SƯ
dụng phương trình (2.20).
Khá nãnu vận chuyến của mỏi kích thước hạt được tính toán đối Ml] các dicu
kiện thủv lực tại đáu thời đoạn và không được tính lại Irons: thòi đoan nay. Bin váy.
ihời đoạn tính toán phái đu nsăn đế các thay đói can trình đá\ do xói hoặc bói iron 11
thời đoạn khỏng ảnh hướng đáng kể đến khả năng vận chuyên tại cuối thời đoan.
Bước thời gian điên hình dối với các lưu lương lớn là phần cùa ngày còn đối với dònn
cháy kiệt là vài ngày hoặc thậm chí vài tháng vẫn có thò thoa mãn. Ván đẽ quan
trọng cần đánh giá là tống thay đối cao trình đáy có thẽ được chấp nhận tron£ moi
bước thời gian. Nó phải không.vươt quá lượng thav đối đáy cho phép irons một thòi
đoạn tính toán là 1 ft hoặc 10% độ sâu dòng nước. Tuy nhiên, cấp phối vật liệu day
được tính lại trong thời đoạn vì tổng lượng; vật liệu vận chuvến rất nhay đối với cấp
phổi hạt vật liệu đáy.
2.3.1.4. Tính toán lại cấp phối hạt vật liệu dáx
HEC-6 giái phương trình Exner đối với SU' liên tục cùa bùn cát. Nêu kha rũuiii
vận chuyển lớn hơn lượng bùn cát vào thê tích kiém soát, bùn cát hiện có được di
chuyến từ đáy đế thoá mãn lính liên tục. Vì kha nãne vận chuyến đối với một kích
thước đã cho phu thuộc vào phán kích thước hat trẽn đáy nên cán thưòìm xiivên tính
lại các phán kích thước hiện có do bùn cát trao đổi với đáy. Vẽ mặt lý luận, so các
lượng gia trao đổi SPI trong một bước thời gian có quan hê với chiêu dài bước thòi
gian At. với tốc độ trong một đoạn sông V và chiều dài đoan sônti L hơi:
SPI = (Atxtốc độ)/chiéu dài đoan sông (2,21 )
Thường thường, lượng gia trao .đối có thế nhó hơn aiá trị này mù khônc phát sinh các
vấn đế số đán í! kê. SPI han đáu phái được đạt bằni! 0 và một sự kiện ihuy văn cực
đoan đưực mỏ phỏng. Đây phái là trường hợp ổn dinh nhất. Sail dó. bãt dâu lừ
SPI = 50 hoặc lớn hon. giá trị SPI phái ui ám theo lirợim ííia cua lt) cho dẽn khi cúc
kết quá trớ nên khác đáng kể các kết quá với SPI = 0. Sử sụn a SPI nho nhất lie cho

một lời giai sát với SFI = 0.
2.3.2. Xác định các lớp hoạt dóng và không hoạt dông.
HiiC-6 su dunu khái niệm lớp hoạt done và khỏim hoat độn”. Lớp huại dnnti
được gia thiết được xáo trộn liên tục với dòng chav nhưne có thế có mọt bé mặt các
hat chuyến động chậm báo vệ các hạt mịn hơn khỏi bị cuốn trôi vào cỉònn chay. Hai
quá trình khác nhau được mỏ phỏng: (1) xáo trộn xảy ra giữa các hat hùn cát lònti
sòng và hồn hợp chất lỏns-bùn cát do năng lượng trong chất lóng chuyên độníi va (2)
xáo trôn xáy ra giữa lớp hoại dộns và lớp khône hoạt độn2 do chuyến đợnti cua he
rn ặt lòng sòng. Các cơ chế xáo trộn được quy vào sự rỏi dóng quy mỏ lớn và ứnii
suất tiếp đáy do nước chuyến động. Chiêu sâu xáo trộn (aọi la "chiêu sáu cán bũmi” )
đirực biếu diễn bàng một hàm của cường độ dòn° chay (kru lượn” đưn vị), dỏ dốc
năng lượng và kích thước hạt.
2.3.2.Ì. Chiêu sáu cân băníỊ
Điéu kiện thủy lực nãng lượn a cue tiên mà lại đó vừa till cho một kích thưtVc
hạt riêng hiệt không chuyến động tròn bẽ mặt lònn sónt: dược lính hãng cách kCi hop
tirơnẹ ứns các phươnc trình Manning. Stricklcr \’à Einstein: