Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông hồng đoạn qua thành phố Hà Hội dưới tác động của việc xây dựng đập dâng (Luận văn thạc sĩ)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN LỊNG DẪN SƠNG HỒNG ĐOẠN QUA THÀNH
PHỐ HÀ NỘI DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA VIỆC XÂY DỰNG ĐẬP DÂNG
CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC
VŨ THỊ HƯƠNG

HÀ NỘI, NĂM 2018


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN LỊNG DẪN SƠNG HỒNG ĐOẠN QUA THÀNH
PHỐ HÀ NỘI DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA VIỆC XÂY DỰNG ĐẬP DÂNG
VŨ THỊ HƯƠNG
CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC
MÃ SỐ: 62.44.02.24
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. HOÀNG THỊ NGUYỆT MINH

HÀ NỘI, NĂM 2018


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hướng dẫn chính: TS. HOÀNG THỊ NGUYỆT MINH

Cán bộ chấm phản biện 1: PGS. TS TRẦN THANH TÙNG

Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS NGUYỄN THANH HÙNG

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: Khoa Khí tượng Thủy văn –Trường Đại
học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày 27 tháng 12 năm 2017


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hồn
tồn trung thực, của tơi, khơng vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và
pháp luật Việt Nam.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Vũ Thị Hương


ii

LỜI CẢM ƠN
Luận văn “Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông hồng đoạn qua thành phố
Hà Hội dưới tác động của việc xây dựng đập dâng” được hoàn thành tại Trường
Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.
Tác giả xin bày tỏ làm cảm ơn sâu sắc đến TS Hoàng Thị Nguyệt Minh –

Khoa Tài nguyên nước - Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tận
tình giúp đỡ và hướng dẫn trong quá trình nghiên cứu luận văn.
Tác giả xin cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, các nhà khoa học, cùng tập thể các
thầy cơ giáo khoa Khí tượng – Thủy văn, Trường Đại học Tài ngun và Mơi
trường Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ học viên trong quá trình học tập
tại trường.
Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các anh, chị, em thuộc Trung tâm Đào tạo
và Hợp tác Quốc tế - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam đã nhiệt tình giúp đỡ tác
giả trong quá trình thực hiện Luận văn.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên, hỗ
trợ tác giả trong suốt quá trình học tập và tiến hành nghiên cứu luận văn này.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Tác giả Luận văn

Vũ Thị Hương


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
THÔNG TIN LUẬN VĂN ......................................................................................... v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...............................................vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................................... ix
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết ........................................................................................................ 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 2
3. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 2
4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 2
5. Bố cục của luận văn .............................................................................................. 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN LÒNG DẪN ........... 5
VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU .................................................................................. 5
1.1. Tổng quan về nghiên cứu diễn biến lòng dẫn trong và ngoài nước ..................... 5
1.1.1. Các nghiên cứu ngoài nước ............................................................................... 5
1.1.2. Các nghiên cứu trong nước ............................................................................... 8
1.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu ..................................................................... 10
1.2.1.Đặc điểm tự nhiên ............................................................................................ 10
1.2.2. Đặc điểm khí tượng, thủy văn ......................................................................... 11
1.2.3. Đặc điểm dòng chảy bùn cát ........................................................................... 13
1.2.4. Tình hình diễn biến lịng dẫn sơng Hồng khu vực đoạn qua thành phố Hà Nội17
1.3. Thực trạng cạn kiệt nguồn nước và giải pháp khắc phục trên hệ thống sông
Hồng trong mùa cạn .................................................................................................. 19
1.3.1. Thực trạng cạn kiệt nguồn nước trên hệ thống sơng Hồng –Thái Bình .......... 19
1.3.2. Giải pháp khắc phục thực trạng cạn kiệt nguồn nước ..................................... 22
1.4. Kết luận chương 1 .............................................................................................. 27


iv

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU ................. 28
2.1. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 28
2.1.1. Nguyên nhân gây nên diễn biến lòng dẫn ...................................................... 28

2.1.1. Các hình thức biến hình lịng sơng................................................................. 28
2.1.3. Phương pháp nghiên cứu tính tốn diễn biến lịng dẫn ................................... 29
2.1.4. Lựa chọn phương pháp mơ hình tốn ............................................................. 31
2.1.5. Tổng quan về mơ hình MIKE21ST................................................................. 32
2.2. Dữ liệu đầu vào của mơ hình ............................................................................. 45
2.2.1. Tài liệu địa hình .............................................................................................. 45
2.2.2. Tài liệu thủy văn, bùn cát ................................................................................ 45
2.2.3. Các thông số cơ bản của mơ hình vận chuyển bùn cát ................................... 46
2.2.4. Phân tích số liệu biên đầu vào của mơ hình MIKE 21ST ............................... 47
2.3. Hướng nghiên cứu của luận văn ........................................................................ 48
2.4. Kết luận chương 2 .............................................................................................. 50
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE 21 ST ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN
LỊNG DẪN SƠNG HỒNG TRƯỚC VÀ SAU KHI XÂY DỰNG TUYẾN ĐẬP
DÂNG ...................................................................................................................... 51
3.1. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 51
3.2. Các bước thiết lập mơ hình ................................................................................ 52
3.2.1. Thiết lập lưới tính tốn .................................................................................... 52
3.2.2. Thiết lập các thơng số của mơ hình................................................................. 55
3.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình MIKE21 ST ................................................. 61
3.3.1. Hiệu chỉnh, kiểm định thủy lực ....................................................................... 62
3.3.2. Hiệu chỉnh, kiểm định bùn cát ........................................................................ 65
3.4. Đánh giá diễn biến lịng dẫn bằng mơ hình MIKE 21ST theo các kịch bản...... 69
3.4.1 Mơ phỏng kịch bản 1....................................................................................... 69
3.4.2. Mô phỏng kịch bản 2....................................................................................... 76
3.5. Kết luận chương 3 .............................................................................................. 85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 86


v

1. Những kết quả đạt được của luận văn ................................................................... 86
2. Những hạn chế của luận văn ................................................................................. 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 89


vi

THÔNG TIN LUẬN VĂN
- Họ và tên học viên: Vũ Thị Hương
- Lớp: CH1T

Khoá: 2015-2017

- Cán bộ hướng dẫn: TS. Hoàng Thị Nguyệt Minh
- Tên đề tài: Nghiên cứu diễn biến lịng dẫn sơng Hồng đoạn qua thành phố Hà
Nội dưới tác động của việc xây dựng đập dâng
- Các nội dung chính:
+ Xác định được các vị trí bồi, xói trước và sau khu vực đập dâng
+ Đánh giá được ảnh hưởng của tuyến đập dâng đến biến đổi lịng dẫn sơng
Hồng đoạn qua thành phố Hà Nội trong mùa cạn
-Kết quả đạt được:
+ Nghiên cứu, đánh giá thực trạng tình hình hạ thấp mực nước trên sơng Hồng
trong những năm gần đây
+ Mô phỏng thủy động lực học đoạn sông nghiên cứu trước và sau khi xây
dựng đập dâng.
+ Phân tích diễn biến lịng dẫn, xác định các vị trí bồi, xói trước và sau khu
vực đập dâng.


vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
CTĐT

Cơng trình điều tiết

BTCT

Bê tông cốt thép

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long

UBND

Ủy ban nhân dân

KHCN

Khoa học công nghệ

ĐBBB

Đồng bằng Bắc Bộ


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1. Phân phối lượng nước trung bình các mùa ..............................................13
Bảng 1. 2. Lưu lượng bùn cát lơ lửng trung bình tháng trạm Sơn Tây và trạm Hà
Nội giai đoạn (1990 – 2010) .....................................................................................16
Bảng 1. 3. Tổng lượng bùn cát lơ lửng trung bình mùa W(106 tấn) .........................16
Bảng 1. 4. Đặc trưng bùn cát (thành phần hạt) tại Sơn Tây trong mùa lũ ................17
Bảng 1. 5. Đặc trưng bùn cát (thành phần hạt) tại Liên Trì trong mùa lũ.................17
Bảng 1. 6. Thống kê lưu lượng, mực nước ngày thực đo tại Sơn Tây và Hà Nội các
năm kiệt điển hình .....................................................................................................20
Bảng 1. 7. Các thơng số thiết kế đập .........................................................................26
Bảng 2. 1. Dữ liệu sử dụng thiết lập mơ hình Mike 21ST ........................................45
Bảng 3. 1. Các trường hợp đánh giá đánh giá độ nhạy .............................................55
Bảng 3. 2. Bảng đánh giá mức độ chính xác của các kết quả mơ hình theo các chỉ số
NSE và PBIAS theo thời khoảng tháng ....................................................................62
Bảng 3. 3. Bảng thống kê chỉ số hiệu quả mơ hình thủy lực tại trạm Hà Nội ..........65
Bảng 3. 4. Kết quả tính hệ số tương quan trong trường hợp hiệu chỉnh, ..................69


ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 0. 1. Sơ đồ vị trí các đập dâng dự kiến ...............................................................2
Hình 0. 2. Sơ đồ nghiên cứu của luận văn ..................................................................3
Hình 1. 1. Sơ đồ mạng lưới sông Hồng đoạn chảy qua thành phố Hà Nội ...............12
Hình 1. 2. Biến đổi mặt cắt ngang sơng tại vị trí mặt cắt khu vực cầu Long Biên,
gần trạm thủy văn Hà Nội .........................................................................................18
Hình 1. 3. Diễn biến đáy sông Hồng đoạn từ Ngã ba sơng Đuống- trạm thủy văn Hà
Nội .............................................................................................................................18
Hình 1. 4. Diễn biến lưu lượng nhỏ nhất mùa cạn và mực nước tại Hà Nội ............20
Hình 1. 5. Sơ đồ vị trí cơng trình điều tiết dưới cống Long Tửu (sơng Đuống) .......24
Hình 1. 6. Sơ đồ vị trí cơng trình điều tiết dưới cống Xuân Quan (Hà Nội) ............24

Hình 1. 7. Sơ đồ cắt ngang đập phao điều tiết cố định .............................................26
Hình 1. 8. Mặt bằng đập phao điều tiết cố định ........................................................26
Hình 2. 1. Mặt cắt dọc sơng ......................................................................................28
Hình 2. 2. Đường quá trình lưu lượng nước và độ đục bùn cát năm 2003, 2004, tại
trạm Sơn Tây, Thượng Cát và Hà Nội ......................................................................47
Hình 2. 3. Các bước thiết lập mơ hình Mike 21 ST đánh giá ảnh hưởng của xây
dựng đập dâng đoạn qua TP. Hà Nội ........................................................................49
Hình 3. 1. Bình đồ khu vực nghiên cứu ....................................................................52
Hình 3. 2. Địa hình sơng Hồng mơ phỏng trong MIKE 21 ......................................53
Hình 3. 3. Phạm vi các biên cứng trong mơ hình Mike 21 .......................................54
Hình 3. 4. Lưới chia địa hình sơng Hồng mơ phỏng trong MIKE 21 .......................54
Hình 3. 5. Đường quá trình mực nước tại trạm Hà Nội ứng với các trường hợp đánh
giá độ nhạy thông số nhám M ...................................................................................56
Hình 3. 6. Đường quá trình lưu lượng tại trạm Hà Nội ứng với các trường hợp đánh
giá độ nhạy thông số nhám M ...................................................................................56


x

Hình 3. 7. Đường quá trình lưu lượng bùn cát tại trạm Hà Nội ứng với các trường
hợp đánh giá độ nhạy thơng số đường kính hạt bùn cát ...........................................57
Hình 3. 8. Lưới phân bố hệ số nhám thiết lập trong mơ hình MIKE 21ST ..............58
Hình 3. 9. Thơng số hệ số nhớt động học trong mơ hình MIKE 21ST .....................59
Hình 3. 10. Lưới phân bố đường kính hạt bùn cát d50 ..............................................60
Hình 3. 11. Các đặc trưng về bùn cát trong mơ hình MIKE 21ST ...........................61
Hình 3. 12. Kết quả hiệu chỉnh lưu lượng tại trạm Hà Nội năm 2003 ......................63
Hình 3. 13. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Hà Nội năm 2003 .....................63
Hình 3. 14. Kết quả kiểm định lưu lượng tại trạm Hà Nội năm 2004 ......................64
Hình 3. 15. Kết quả kiểm định mực nước tại trạm Hà Nội năm 2004 ......................64
Hình 3. 16. Đường quá trình độ đục bùn cát tại trạm Hà Nội – Hiệu chỉnh mùa cạn

2003 ...........................................................................................................................66
Hình 3. 17. Quan hệ lưu lượng nước và lưu lượng bùn cát mùa cạn trên sơng Hồng
– Hiệu chỉnh mùa cạn 2003 .......................................................................................67
Hình 3. 18. Đường quá trình độ đục bùn cát tại trạm Hà Nội – Kiểm định mùa cạn
2004 ...........................................................................................................................68
Hình 3. 19. Quan hệ lưu lượng nước và lưu lượng bùn cát mùa cạn trên sông Hồng
– Kiểm định mùa cạn 2004 .......................................................................................68
Hình 3. 20. Địa hình lịng dẫn sơng Hồng và tại các vị trí dự kiến xây dựng đập ....71
Hình 3. 21. Trường lưu tốc tại các vị trí xây dựng đập ngày 23/3/2008...................72
Hình 3. 22. Kết quả bồi xói đoạn sơng Hồng từ Sơn Tây đến Hưngn .................73
Hình 3. 23. Các vị trí xói bồi ngày 23/3/2008...........................................................74
Hình 3. 24. Diễn biến mực nước dọc sông- Kịch bản hiện trạng ngày 23/3/2008 ...75
Hình 3. 25. Gán cao độ địa hình tại các vị trí xây dựng đập trong MIKE 21ST ......78
Hình 3. 26. Lưới tính tốn tại các vị trí xây dựng đập trong mơ hình MIKE 21 ST 78
Hình 3. 27. Trường lưu tốc tại các vị trí xây dựng đập ngày 23/3/2008...................79


xi

Hình 3. 28. Địa hình lịng dẫn cuối thời gian mơ phỏng ngày 23/3/2008.................80
Hình 3. 29.Đường q trình mực nước phía thượng lưu cống Long Tửu trước và sau
khi xây dựng đập .......................................................................................................81
Hình 3. 30. Đường quá trình mực nước phía thượng lưu cống Xuân Quan trước và
sau khi xây dựng đập .................................................................................................81
Hình 3. 31. Trường lưu tốc ngày 23/3/2008 tại các vị trí dự kiến xây dựng đập trong
trường hợp trước và sau khi xây dựng đập dâng.......................................................82
Hình 3. 32. Phân tích các vị trí xói, bồi trước và sau khi xây dựng đập dâng trên
sông Hồng và sông Đuống ngày 23/3/2008 ..............................................................84

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Lịng dẫn ln biến đổi theo thời gian và dưới tác động của môi trường xung
quanh và là kết quả của quá trình vận động của lịng sơng. Sự biến đổi lịng dẫn
được thể hiện qua q trình vận động giữa dịng nước và đáy sơng dưới tác động
qua lại của bùn cát. Mối quan hệ dịng chảy và lịng dẫn ln liên quan mật thiết đến
cân bằng bùn cát. Bên cạnh đó, trong những năm gần đây, dưới tác động của các
hoạt động khai thác nguồn nước của con người như xây dựng hồ chứa, khai thác
cát… gây ra mất cân bằng bùn cát. Điều này dẫn đến hiện tượng xói lở bờ sơng và
lịng dẫn làm ảnh hưởng đến đời sống của người dân, phát triển kinh tế-xã hội và
các cơng trình ven sơng…khơng những vậy việc bồi xói lịng dẫn cịn kéo theo hệ
lụy là mực nước sơng bị hạ thấp gây khó khăn cho việc cấp nước và giao thông
thủy.
Trên hệ thống sông Hồng, từ năm 2004 trở lại đây vào mùa khô mực nước
sông Hồng hạ thấp hơn đáy cống và bể hút trạm bơm của các hệ thống thủy nông
lấy nước từ sông Hồng, gây ra nạn thiếu nước trầm trọng cho sản xuất nơng nghiệp,
sinh hoạt Tình trạng đó ảnh hưởng rất lớn đến phát triển kinh tế xã hội của đồng
bằng sông Bắc Bộ, đặc biệt ảnh hưởng rất lớn đến cảnh quan môi trường sinh thái
Hà Nội [5]. Trước tình hình đó, rất nhiều nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu để
tìm ra các giải pháp thích ứng và ứng phó, nổi bật trong đó có nghiên cứu của
GS.TS Trần Đình Hịa và các cộng sự [5]. Nhóm nghiên cứu đã đề xuất xây dựng 7
đập dâng nước trên sông Hồng trong mùa cạn, trong giai đoạn 1 là 2 đập dâng
(trước cống Xuân Quan và Long Tửu) (Hình 0. 1) để khắc phục tình trạng hiện nay.
Tuy nhiên, theo GS. TS Nguyễn Ân Niên việc xây dựng 7 đập dâng trên sông Hồng
sẽ phá vỡ quy luật tất yếu của dịng sơng, sẽ ảnh hưởng đến việc thốt lũ, giao thơng
thủy cũng như mơi trường sinh thái trên lưu vực sơng [19].
Trên cơ sở đó, đề tài “Nghiên cứu diễn biến lịng dẫn sơng Hồng đoạn qua
thành phố Hà Nội dưới tác động của việc xây dựng đập dâng” được thực hiện với

mục tiêu là đánh giá tác động của việc xây dựng đập dâng đến diễn biến lòng dẫn


2

sơng Hồng và tập trung phân tích khu vực trước và sau cơng trình, làm cơ sở khoa
học cho việc đề xuất các giải pháp chỉnh trị sông ổn định lịng dẫn, phục vụ cấp
nước, giao thơng thủy và đảm bảo môi trường sinh thái.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xác định được các vị trí bồi, xói trước và sau khu vực đập dâng
- Đánh giá được ảnh hưởng của tuyến đập dâng đến biến đổi lịng dẫn sơng
Hồng đoạn qua thành phố Hà Nội trong mùa cạn
3. Phạm vi nghiên cứu
-Nghiên cứu diễn biến lịng dẫn sơng Hồng đoạn chảy qua khu vực thành
thành phố Hà Nội và tại khu vực cơng trình trong mùa cạn.
-Nghiên cứu khơng xét đến hoạt động của các cơng trình lấy nước dọc sơng

Nguồn”Google Earth”
Hình 0. 1. Sơ đồ vị trí các đập dâng dự kiến
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích, kế thừa: Dựa trên các tài liệu về khu vực nghiên
cứu,các kết quả nghiên cứu của các đề tài, dự án, các báo cáo, hội thảo liên quan


3

dến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài, tiến hành tổng hợp phân tích để đưa ra các giải
pháp, các lựa chọn phù hợp.
- Phương pháp mơ hình tốn: Sử dụng mơ hình MIKE21ST để mơ phỏng chế
độ thủy động lực khu vực nghiên cứu.

- Phương pháp chuyên gia: thông qua các hội thảo khoa học được tổ chức bởi
khoa Khí tượng Thủy văn –Trường Đại học Tài nguyên và Mơi trường Hà Nội để
lấy ý kiến đóng góp và tham khảo kinh nghiệm của các chuyên gia để phục vụ đề
tài.
5. Bố cục của luận văn
Dựa trên phân tích diễn biến lịng dẫn trên sơng Hồng đoạn chảy qua thành phố Hà
Nội, kết hợp với các nghiên cứu trên lưu vực, đồng thời dựa trên thực trạng tài liệu
phục vụ nghiên cứu, luận văn đưa ra hướng giải quyết thể hiện trong Hình 0.2.
Hiện trạng diễn biến lịng
dẫn trên lưu vực nghiên cứu

Các nghiên cứu đã có trên
lưu vực

Xác định mục tiêu nghiên
cứu

Cơ sở dữ liệu

-Xác định nội dung
nghiên cứu
-Xác định phương pháp
nghiên cứu

Các phương pháp nghiên
cứu về diễn biến lịng dẫn
trong sơng

Thiết lập mơ hình tốn
đánh giá diễn biến lịng

dẫn trước và sau khi xây
dựng đập dâng

Phân tích đánh giá ảnh
hưởng của xây dựng đập
dâng đến diễn biến lịng dẫn

Hình 0. 2. Sơ đồ nghiên cứu của luận văn


4

Trên cơ sở sơ đồ nghiên cứu, luận văn có bố cục gồm phần mở đầu và kết
luận, kiến nghị và 3 chương chính:
Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu diễn biến lòng dẫn và khu vực nghiên
cứu: nội dung đề cập đến các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến diễn
biến lịng dẫn và tình hình hạ thấp mực nước trên sông Hồng trong những năm gần
đây và các giải pháp khắc phục.
Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và cơ sở dữ liệu: trình bày cơ sở dữ liệu
phục vụ nghiên cứu, lựa chọn mơ hình để nghiên cứu giải quyết bài toán, đồng thời
đưa ra hướng tiếp cận của luận văn.
Chương 3: Ứng dụng mơ hình MIKE 21ST đánh giá diễn biến lịng dẫn sơng
Hồng trước và sau khi xây dựng đập dâng trình bày về nội dung thiết lập mơ hình
MIKE 21ST đánh giá hiện trạng chế độ thủy động lực sông Hồng đoạn từ Sơn Tây
đến Hưng n, sau đó phân tích diễn biến lòng dẫn sau khi xây dựng tuyến đập
dâng.


5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN LÒNG DẪN
VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về nghiên cứu diễn biến lịng dẫn trong và ngồi nước
1.1.1. Các nghiên cứu ngoài nước
Những nghiên cứu thuộc lĩnh vực động lực học dịng sơng, chuyển động bùn
cát và chỉnh trị sơng cụ thể như: nghiên cứu xác định nguyên nhân, cơ chế, diễn
biến lòng dẫn, nghiên cứu đề xuất các giải pháp phịng chống giảm nhẹ các thiệt hại
do xói lở bờ, bồi lắng lòng dẫn….đã được quan tâm từ thế kỷ XIX. Tuy nhiên, phải
từ những năm thập kỷ 30 đến thập kỷ 60 thế kỷ XX mới phát triển mạnh ở các nước
Âu Mỹ với những nghiên cứu của các nhà khoa học Pháp: như Du Boys về chuyển
động bùn cát, Barre de Saint – Venant về dịng khơng ổn định; L. Fargue về hình
thái đoạn sơng uốn khúc. Vào những năm đầu của thế kỷ XX, các nhà khoa học của
Liên Xô như Lotchin V.M. Bernadski. N.M., Gontrarop V.N. và Lê Vi đã nghiên
cứu thành công về các vấn đề liên quan đến vận chuyển bùn cát, các nhà khoa học
Antunin S.T., Grisanin K.B, Kariukin S.N. có nhiều nghiên cứu về chỉnh trị sông
[1,2].
Từ những năm 1960 đến nay, việc tính tốn động lực học dịng sơng đã có
những bước phát triển mới, tiến bộ mới trong kỹ thuật tính tốn, đặc biệt trong việc
hồn thiện mơ hình hóa các hiện tượng thủy lực phức tạp. Một số mơ hình tốn mơ
phỏng q trình diễn biến lịng dẫn như mơ hình MIKE11, MIKE21, và MIKE21C,
EFDC, MD- SWMS, CCHE1D, CCHE2D, GSTARS 2.0/2.1, GSTARS3, SED2D,
SOBEK ... cho kết quả tính tốn dịng chảy, dự báo biến hình lịng dẫn khá chính
xác.
+ Từ năm 1995-1998, Hans G. Enggrob & Soren Tjery đã áp dụng MIKE 21C
cho đoạn sông phân nhánh Brahmaputra-Jamuna, Banglades. Sơng BrahmaputraJamuna là một trong những con sơng có lưu lượng bùn cát lớn nhất thế giới và ln
có sự vận động rất lớn của lịng sơng. Q trình dự báo được mô phỏng với kịch bản
ngắn hạn trong một mùa lũ và kịch bản dài hạn 30 năm với một cấp lưu lượng tạo
lòng. Cũng trong nghiên cứu này, để phục vụ cho dự án xây dựng cầu cảng kéo dài

6

3 năm, hình thái đoạn sơng lân cận khu vực xây dựng được tính với nhiều kịch bản
lũ khác nhau và sau mỗi mùa lũ địa hình tính tốn lại được so sánh với địa hình thực
đo, sửa đổi cho phù hợp và được dùng làm điều kiện địa hình ban đầu cho tính tốn
tiếp theo. Kết quả tính tốn đã mơ tả được diễn biến lịng sơng quanh khu vực cầu
Jamuna trong quá trình xây dựng. Đồng thời đưa ra hình ảnh địa hình ổn định của
lịng sơng trong q trình phát triển tự nhiên của nó [10].
+ Mơ hình tốn MIKE 21C đã ở ở Bangladesh năm 1997, tác giả là Henrik
Garsdal, Carsten Staub and Hans Enggrob (1997) đã nghiên cứu ứng dụng mơ hình
tốn nghiên cứu chế độ thủy lực vùng ngã ba sông Gorai trong dự án “Khơi phục
dịng sơng Gorai ở Bangladesh. Vấn đề thực tế đặt ra là trong vòng một thập kỷ,
dòng chảy sơng bị suy thối một cách đáng kể và gần như khô cạn trong mùa khô.
Nguyên nhân là do một lượng bùn cát lớn từ sơng chính vận chuyển vào và lắng
đọng tại cửa sông Gorai, gây nên sự thiếu nước sinh hoạt trong lưu vực của sông và
làm cho q trình xâm nhập mặn ở cửa sơng tăng lên. Chính quyền địa phương đã
phải chi rất nhiều tiền của để nạo vét hàng năm nhưng vẫn chưa có hiệu quả. Để
giải quyết vấn đề đó, Henrik Garsdal và nnk đã sử dụng mơ hình MIKE 21C mơ
phỏng diễn biến thuỷ lực, bùn cát và hình thái sơng trước và sau khi nạo vét dưới
nhiều kịch bản khác nhau về dịng chảy và phạm vi nạo vét. Từ đó đề xuất những vị
trí cần nạo vét thường xuyên và thời điểm thích hợp để bắt đầu nạo vét [11].
+ Yang et al (2004) đã ứng dụng mơ hình GSTAR-1D để tính tốn vận chuyển
cho loại bùn cát khơng dính. Kết quả nghiên cứu là đường biến đổi cao trình đáy
sau một thời đoạn tính tốn và cho biết q trình diễn biến xói bồi lịng dẫn [31].
+ Zuwen và cộng sự (2003) đã ứng dụng thành cơng mơ hình SOBEK 1D –
MOR, do viện thủy lực Delf - Hà Lan phát triển, để nghiên cứu bài tốn diễn biến
lịng dẫn cửa sơng Hồng Hà (Yellow River) – Trung Quốc. Sơng Hồng Hà là
sơng đứng hàng đầu thế giới về vận chuyển bùn cát, hàng năm có khoảng 1,6 tỷ tấn
bùn cát vận chuyển ra cửa biển. Từ những năm 1967, các cửa sơng Hồng Hà bị bồi
lấp, gây ngập lụt vùng đồng bằng, do vậy việc chỉnh trị cửa sông là một u cấu cấp

thiết đối với cửa sơng Hồng Hà. Các giải pháp truyền thống như nắn dòng sẽ gây


7

ra tổn thất lớn do gây ngập lụt vùng Gudong, do vậy giải pháp nạo vét có thể trở
thành một biện pháp chính để duy trì cửa sơng Hồng Hà. Thơng qua việc nạo vét
lịng dẫn, lượng bùn cát có thể thoát nhanh hơn, do vậy một số vấn đề đưa ra là liệu
những nỗ lực nạo vét có giải quyết được vấn đề này không để trước khi quyết định
các biện pháp chỉnh trị sông. Zuwem và các cộng sự đã sử dụng mơ hình SOBEK
để nghiên cứu hình thái cửa sơng Hồng Hà để đánh giá hiệu của các dự án nạo vét
[32].
+ Hay gần đây Weiming Wu và Sam S.Y. Wang (2013) đã xây dựng và ứng
dụng mơ hình CCHE1D lựa chọn các cơng thức tính tốn khác nhau để nghiên cứu
giải quyết các bài toán vận chuyển bùn cát trong thực tế phục vụ yêu cầu về thủy
lực, nông nghiệp và môi trường. Kết quả các nhà nghiên cứu đã ứng dụng thử
nghiệm thành công mô hình trên xác định được từng lưu lượng bùn cát thành phần
tại cửa ra của lưu vực Goodwin, Mississippi (Mỹ) với kết quả tính tốn phù hợp với
các giá trị thực đo. Nghiên cứu này làm cơ sở cho việc xem xét đánh giá xu thế biến
đổi hình thái trong thời gian dài thơng qua thay đổi điều kiện dịng chảy [33].
Ngồi ra, việc nghiên cứu ảnh hưởng của cơng trình chỉnh trị, cơng trình điều
tiết ở trên sơng (đập ngăn nước, đập dâng nước, kè bờ sông, kè mỏ hàn, cống điều
tiết) cũng đã được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Các nghiên cứu này
xoay quanh vấn đề tính tốn dự báo, đánh giá ổn định và đề xuất các giải pháp bảo
vệ bờ khi xây dựng các cơng trình. Một số nghiên cứu ứng dụng mơ hình đa chiều
mơ phỏng diễn biến lịng dẫn khi có cơng trình ở trên sơng như:
+ Trung tâm nghiên cứu về tính tốn khoa học thủy văn thủy lực ASCE của
Hoa kỳ đã nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sơng Ole thuộc hệ thống Mississippi bằng
mơ hình CCHE3D. Trên đoạn sơng có dự kiến xây dựng đập thủy điện. Kết quả tính
tốn bằng mơ hình cho thấy, sau đoạn nhà máy thủy điện, chế độ dịng chảy phức

tạp, có hiện tượng xói sâu, lưu tốc dịng chảy tại đây lớn. Kết quả mơ hình tốn
cũng cho ta được phân bố vận tốc, sự thay đổi cao trình đáy và dịng chảy thứ cấp
tại đoạn sơng phức hợp [12].
+ Stoschek et al (2003), Viện Franzius của Đại học Hannover đã ứng dụng mô


8

hình MIKE21 và MIKE3D mơ tả ảnh hưởng của cơng trình đến diễn biến vùng cửa
sơng Ems, trong đó tập trung vào cảng Emden và đường thủy Emdener. Kết quả mơ
phỏng bằng mơ hình cho thấy phù hợp với số liệu đo đạc thủy triều tại Emden,
chênh lệch so với lưu tốc dịng chảy đo đạc là khơng lớn, chênh nhau trung bình
khoảng 10 cm/s và 5 cm/s. Dịng chảy hạ lưu và thượng lưu cơng trình thay đổi, dẫn
đến có sự biến đổi lịng dẫn cả ở phía thượng và hạ lưu [12].
+ Stephen H. Scott và Yafei Jia (2002) đã sử dụng mơ hình CCHE2D nghiên
cứu diễn biến lịng dẫn và đề xuất giải pháp cơng trình kè mỏ hàn bảo vệ bờ và ổn
định lòng dẫn trên sông Mississippi. Kết quả cho giá trị về diễn biến cao độ đáy
sơng và phân bố vận tốc trên tồn tuyến [23].
1.1.2. Các nghiên cứu trong nước
Những năm của nửa cuối thế kỷ XX ở nước ta đã bắt đầu có những cơng trình
nghiên cứu chống bồi lắng các cửa lấy và những cơng trình nghiên cứu thời gian
này tập trung ở một số cơ sở nghiên cứu khoa học như: Viện Khoa học Thủy lợi,
trường Đại học Xây dựng, Trường Đại học Thủy lợi, Viện Khoa học Khí tượng
thủy văn và biến đổi khí hậu …. Tuy nhiên, những nghiên cứu mới tập trung vào
nghiên cứu cơ sở khoa học và phương pháp luận dựa trên các phương pháp, công
nghệ của các nhà khoa học trên thế giới.
Một số nhà khoa học Việt Nam đã và đang nghiên cứu vấn đề diễn biến lịng
dẫn, cửa sơng như: Lưu Cơng Đào, Lê Ngọc Bích, Hồng Hữu Hn, Trịnh Việt
An, Nguyễn Bá Quỳ, Đỗ Tất Túc, Phạm Thị Hương Lan, Nguyễn Thanh Hùng,
Lương Phương Hậu, Nguyễn Ân Niên…

Một số nghiên cứu gần đây liên quan đến vấn đề nghiên cứu:
+Phạm Đình, 2010 đã tổng hợp, phân tích các đặc trưng thủy văn, thủy lực và
nghiên cứu các quy luật biến động lịng dẫn sơng Hồng khu vực cửa lấy nước vào
sơng Đáy. Đề tài đã sử dụng mơ hình Mike 21 FM-ST để xây dựng mơ hình tốn
mơ phỏng thủy lực và hình thái sơng cho khu vực nghiên cứu và đề xuất được giải
pháp ổn định cho đoạn sông nghiên cứu [6].


9

+Lê Văn Hùng, 2015 đã đánh giá diễn biến lòng dẫn sông Hồng về mùa kiệt
những năm gần đây, đồng thời phân tích bản chất hiện tượng hạ thấp mực nước
sông và đặt vấn đề cho những nghiên cứu tiếp theo nhằm tìm ra nguyên nhân và giải
pháp kỹ thuật và quản lý phù hợp [12].
+Vũ Thanh Te, 2012 đã ứng dụng mơ hình MIKE 11ST và MIKE 21FM dự
báo diễn biến lòng dẫn trường hợp sau khi xây dựng cơng trình ngăn triều chống
ngập cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh. Bên cạnh đó, đề tài đã đề xuất được
phương án quy hoạch chỉnh trị sông vùng hạ du sơng Đồng Nai Sài Gịn cũng như
xây dựng được ngân hàng dữ liệu đầy đủ và đồng bộ về điều kiện tự nhiên, hiện
trạng và dự báo vận chuyển bùn cát….sau khi xây dựng hệ thống cơng trình ngăn
triều chống ngập cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh [24].
+Nguyễn Ngọc Quỳnh, 2007 đã nghiên cứu diễn biến lòng dẫn và khả năng
thoát lũ khi xây dựng cầu qua sơng Hồng khu vực Hà Nội bằng mơ hình 21C và đã
đạt được các kết quả như: đã đánh giá ảnh hưởng của các cầu Thanh Trì, Vĩnh Tuy,
Nhật Tân… tới thốt lũ và chế độ thủy lực đoạn sơng Hồng qua Hà Nội, đã đánh giá
ảnh hưởng của cầu tới lưu lượng trên bãi sơng và lịng chính, đã đánh giá ảnh hưởng
của cầu tới ổn định lòng dẫn, dự báo được diễn biến tổng thể lòng dẫn đoạn sông
Hồng qua Hà Nội [20].
+Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, 2001-2004 đã nghiên cứu dự báo xói lở,
bồi lắng và các giải pháp phịng chống trên hệ thống sơng ở ĐBSCL và đã đạt được

những kết quả như: xác định vị trí, quy mơ, tốc độ xói lở bờ sơng và xác định các
vùng trọng điểm xói lở cho tồn tuyến sơng Tiền, sơng Hậu bằng phương pháp viễn
thám và GIS; định lượng nguyên nhân, cơ chế xói lở và các nhân tố ảnh hưởng đến
xói lở cho sơng Cửu Long tại các khu vực trọng điểm; Nghiên cứu sử dụng mơ hình
tốn 1D và 2D trong nghiên cứu xói lở, bồi lắng đoạn sơng Tiền khu vực Tân Châu,
đoạn sông Hậu khu vực Long Xuyên bằng các mô hình tốn MIKE11, MIKE21; đề
xuất một số cơng thức kinh nghiệm tính dự báo, sạt lở bờ theo thời gian [21].
+Hoàng Văn Huân, 2010 đã nghiên cứu các giải pháp khoa học cơng nghệ để
ổn định lịng dẫn hạ du hệ thống sơng Đồng Nai- Sài Gịn phục vụ phát triển kinh tế


10

xã hội vùng Đông Nam Bộ đã đạt được những kết quả như ứng dụng MIKE 11,
MIKE 21C để dự báo sạt lở định kỳ phục vụ cho công tác phòng tránh giảm nhẹ
thiên tai các năm 2004, 2005, 2006, 2010; đề xuất quy hoạch chỉnh trị sông Đồng
Nai khu vực thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai đã được UBND tỉnh ra quyết định
phê duyệt số 1194 ngày 25 tháng 3 năm 2005; kiến nghị và giải pháp KHCN để ổn
định lịng dẫn hạ du sơng Đồng Nai - Sài Gòn [13]
1.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
1.2.1.Đặc điểm tự nhiên
a. Vị trí địa lý
Lưu vực sơng Hồng là một lưu vực sông liên quốc gia chảy qua 3 nước: Việt
Nam, Trung Quốc, Lào với tổng diện tích tự nhiên là: 169.020 km2. Vùng đồng
bằng châu thổ sông nằm hồn tồn trong lãnh thổ Việt Nam có diện tích ước tính
khoảng 17.000 km2. Chiều dài sơng Hồng trong lãnh thổ Việt Nam khoảng 328 km.
Phần lưu vực nằm ở Trung quốc là: 81.200 km2 chiếm 48 % diện tích tồn lưu vực;
phần lưu vực nằm ở Lào là: 1.100 km2 chiếm 0,7 % diện tích tồn lưu vực; và phần
lưu vực nằm ở Việt Nam là: 86.680 km2 chiếm 51,3 % diện tích lưu vực [20].
Sơng Hồng là con sông lớn thứ hai (sau sông Mê Kông) chảy qua Việt Nam

đổ ra biển Đơng. Sơng Hồng được hình thành từ 3 sông nhánh lớn là sông Đà, sông
Lô và sơng Thao. Sơng Thái Bình cũng được hình thành từ 3 nhánh sông lớn là
sông Cầu, sông Thương và sông Lục Nam. Hai hệ thống sông được nối thông với
nhau bằng sông Đuống và sông Luộc tạo thành lưu vực sơng Hồng - sơng Thái
Bình.
Lưu vực sơng Hồng - Thái Bình được giới hạn từ 20o23’ đến 25o30’ vĩ độ Bắc
và từ 102o 10’ đến 107o10’ kinh độ Đơng.
Phía Bắc giáp lưu vực sông Trường Giang và sông Châu Giang của Trung
Quốc.
Phía Tây giáp lưu vực sơng Mê Kơng.
Phía Nam giáp lưu vực sơng Mã.
Phía Đơng giáp vịnh Bắc Bộ.


11

Khu vực nghiên cứu tập trung vào đoạn sông Hồng chảy qua thành phố Hà
Nội và giáp gianh với các tỉnh Hưng Yên và Hà Nam.
b. Đặc điểm địa hình, địa chất, thảm phủ
Lưu vực sơng Hồng-Thái Bình là nơi tổng hợp của nhiều loại địa hình, gồm
ven biển, đồng bằng, trung du và rừng núi. Các loại địa hình này đều chiếm một
diện tích đáng kể so với tồn bộ lưu vực. Địa hình vực sơng Hồng-Thái Bình có xu
thế thấp dần theo hướng Tây Bắc và Đông Nam. Địa chất lưu vực sông Hồng được
phân bố trên vùng đứt gãy kiến tạo mạnh và phức tạp. Quá trình kiến tạo địa chất đã
hình thành các tầng nham thạch khác nhau. Đó chính là nguồn tạo thành đất đai và
các loại khoáng sản. Các vận động tạo sơn đã làm thành địa hình núi cao, cao
nguyên và đồng bằng. Lưu vực thuộc vùng uốn nếp Bắc Bộ kéo dài từ phía Nam
(sơng Mã) lên phía Bắc (biên giới Việt Trung). Đồng bằng là vùng bồi tụ dày, trầm
tích đệ tứ có độ dày hơn 100 m có nơi gần 400 m. Những lún sụt, đứt gãy của nền
địa chất tạo ra các hồ và dịng sơng [20].

1.2.2. Đặc điểm khí tượng, thủy văn
a. Chế độ mưa
Lượng mưa trên lưu vực sơng Hồng khá phong phú, bình qn nhiều năm trên
tồn lưu vực khoảng 1500 mm/năm. Chính lượng mưa đã hình thành tài nguyên
nước phong phú của lưu vực. Theo không gian, các trung tâm mưa lớn bao gồm:
khu vực Bắc Quang thuộc sườn núi Tây Côn Lĩnh với Xo lớn nhất đạt tới gần 5.000
mm; dãy núi Hoàng Liên Sơn có lượng Xo khoảng trên 3.000 mm/năm; các khu
vực Tam Đảo và Ba Vì đạt 2.400 mm/năm. Vùng ít mưa 1.200 - 1.500 mm (Bảo
Lạc, Mộc Châu, Sơn La, Bắc Giang), vùng mưa trung bình (1.700 - 2.000 mm) là
vùng đồng bằng, trung du, bắc bộ. Lượng mưa trong mùa mưa chiếm khoảng 7585% lượng mưa năm [20].
Trong các tháng mùa kiệt vẫn cịn có lượng mưa chiếm khoảng 2025 %
lượng mưa cả năm. Nhưng các tháng XII đến tháng III mưa nhỏ và nhất là hai tháng
XII và I thời tiết khô hanh, tháng II và tháng III tuy đã có mưa nhưng chỉ là mưa
phùn.