Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông hồng đoạn qua thành phố hà hội dưới tác động của việc xây dựng đập dâng

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN LÒNG DẪN SÔNG 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 LÒNG DẪN SÔNG 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


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI 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 hoàn
toàn trung thực, của tôi, không 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 cô giáo khoa Khí tượng – Thủy văn, Trường Đại học Tài nguyên và Môi
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 lòng 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


3

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 lòng dẫn sông 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 sông 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


4

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 lòng sông................................................................. 28
2.1.3. Phương pháp nghiên cứu tính toán diễn biến lòng dẫn................................... 29
2.1.4. Lựa chọn phương pháp mô hình toán ............................................................. 31
2.1.5. Tổng quan về mô hình MIKE21ST................................................................. 32
2.2. Dữ liệu đầu vào của mô 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 mô hình vận chuyển bùn cát ...................................
46
2.2.4. Phân tích số liệu biên đầu vào của mô hình MIKE 21ST ...............................
47
2.3. Hướng nghiên cứu của luận văn ........................................................................ 48
2.4. Kết luận chương 2 .............................................................................................. 50
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 ST ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN
LÒNG DẪN SÔNG HỒNG TRƯỚC VÀ SAU KHI XÂY DỰNG TUYẾN ĐẬP
DÂNG ...................................................................................................................... 51
3.1. Phạm vi nghiên cứu............................................................................................ 51
3.2. Các bước thiết lập mô hình ................................................................................ 52
3.2.1. Thiết lập lưới tính toán ....................................................................................
52
3.2.2. Thiết lập các thông số của mô hình................................................................. 55
3.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô 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 lòng dẫn bằng mô hình MIKE 21ST theo các kịch bản......
69
3.4.1 Mô phỏng kịch bản 1....................................................................................... 69


5

3.4.2. Mô phỏng kịch bản 2....................................................................................... 76
3.5. Kết luận chương 3 .............................................................................................. 85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 86


6

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


7

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 lòng dẫn sông 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 lòng dẫn sông
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 sông 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 lòng 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
BTCT

Công trình điều tiết
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


8

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 thông số thiết kế đập .........................................................................26
Bảng 2. 1. Dữ liệu sử dụng thiết lập mô 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 mô hình theo các chỉ số
NSE và PBIAS theo thời khoảng tháng ....................................................................62
Bảng 3. 3. Bảng thống kê chỉ số hiệu quả mô hình thủy lực tại trạm Hà Nội ..........65
Bảng 3. 4. Kết quả tính hệ số tương quan trong trường hợp hiệu chỉnh,..................69

9

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 sông 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 sông 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 công trình điều tiết dưới cống Long Tửu (sông Đuống) .......24
Hình 1. 6. Sơ đồ vị trí công 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 sông ......................................................................................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 mô 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 sông Hồng mô phỏng trong MIKE 21 ......................................53
Hình 3. 3. Phạm vi các biên cứng trong mô hình Mike 21 .......................................54
Hình 3. 4. Lưới chia địa hình sông Hồng mô 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

10

Hình 3. 7. Đường quá trình lưu lượng bùn cát tại trạm Hà Nội ứng với các trường
hợp đánh giá độ nhạy thông số đường kính hạt bùn cát ...........................................57
Hình 3. 8. Lưới phân bố hệ số nhám thiết lập trong mô hình MIKE 21ST ..............58
Hình 3. 9. Thông số hệ số nhớt động học trong mô 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 mô 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 sông 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 lòng dẫn sông 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 sông Hồng từ Sơn Tây đến HưngYên .................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 toán tại các vị trí xây dựng đập trong mô hình MIKE 21 ST 78
Hình 3. 27. Trường lưu tốc tại các vị trí xây dựng đập ngày 23/3/2008...................79

11

Hình 3. 28. Địa hình lòng dẫn cuối thời gian mô phỏng ngày 23/3/2008.................80
Hình 3. 29.Đường quá 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


2

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Lòng dẫn luôn biến đổi theo thời gian và dưới tác động của môi trường xung
quanh và là kết quả của quá trình vận động của lòng sông. Sự biến đổi lòng dẫn
được thể hiện qua quá trình vận động giữa dòng nước và đáy sông dưới tác động
qua lại của bùn cát. Mối quan hệ dòng chảy và lòng dẫn luôn 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 sông và
lòng dẫn làm ảnh hưởng đến đời sống của người dân, phát triển kinh tế-xã hội và
các công trình ven sông…không những vậy việc bồi xói lòng dẫn còn kéo theo hệ

lụy là mực nước sông 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 nông 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 Hòa 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 dòng sông, sẽ ảnh hưởng đến việc thoát lũ, giao thông
thủy cũng như môi trường sinh thái trên lưu vực sông [19].
Trên cơ sở đó, đề tài “Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông 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


sông Hồng và tập trung phân tích khu vực trước và sau công trình, làm cơ sở khoa
học cho việc đề xuất các giải pháp chỉnh trị sông ổn định lòng dẫn, phục vụ cấp
nước, giao thông 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 lòng dẫn sông
Hồng đoạn qua thành phố Hà Nội trong mùa cạn
3. Phạm vi nghiên cứu
-Nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông Hồng đoạn chảy qua khu vực thành
thành phố Hà Nội và tại khu vực công trình trong mùa cạn.

-Nghiên cứu không xét đến hoạt động của các công trình lấy nước dọc sông

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


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 mô hình toán: Sử dụng mô hình MIKE21ST để mô 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 Môi 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 lòng dẫn trên sông 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 lòng
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 lòng dẫn
trong sông

Thiết lập mô hình toán
đánh giá diễn biến lòng
dẫn trước và sau khi xây
dựng đập dâng

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

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


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 lòng 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 mô hình để nghiên cứu giải quyết bài toán, đồng thời
đưa ra hướng tiếp cận của luận văn.
Chương 3: Ứng dụng mô hình MIKE 21ST đánh giá diễn biến lòng dẫn sông
Hồng trước và sau khi xây dựng đập dâng trình bày về nội dung thiết lập mô hình
MIKE 21ST đánh giá hiện trạng chế độ thủy động lực sông Hồng đoạn từ Sơn Tây
đến Hưng Yên, sau đó phân tích diễn biến lòng dẫn sau khi xây dựng tuyến đập
dâng.


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 lòng dẫn trong và ngoài nước
1.1.1. Các nghiên cứu ngoài nước
Những nghiên cứu thuộc lĩnh vực động lực học dòng sông, chuyển động bùn
cát và chỉnh trị sông cụ thể như: nghiên cứu xác định nguyên nhân, cơ chế, diễn
biến lòng dẫn, nghiên cứu đề xuất các giải pháp phòng chống giảm nhẹ các thiệt hại
do xói lở bờ, bồi lắng lòng dẫn….đã được quan tâm từ thế ky XIX. Tuy nhiên, phải
từ những năm thập ky 30 đến thập ky 60 thế ky XX mới phát triển mạnh ở các nước
Âu My với những nghiên cứu của các nhà khoa học Pháp: như Du Boys về chuyển
động bùn cát, Barre de Saint – Venant về dòng không ổn định; L. Fargue về hình
thái đoạn sông uốn khúc. Vào những năm đầu của thế ky 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 toán động lực học dòng sông đã có
những bước phát triển mới, tiến bộ mới trong ky thuật tính toán, đặc biệt trong việc
hoàn thiện mô hình hóa các hiện tượng thủy lực phức tạp. Một số mô hình toán mô

phỏng quá trình diễn biến lòng dẫn như mô hình MIKE11, MIKE21, và MIKE21C,
EFDC, MD- SWMS, CCHE1D, CCHE2D, GSTARS 2.0/2.1, GSTARS3, SED2D,
SOBEK ... cho kết quả tính toán dòng chảy, dự báo biến hình lòng 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. Sông BrahmaputraJamuna là một trong những con sông có lưu lượng bùn cát lớn nhất thế giới và luôn
có sự vận động rất lớn của lòng sông. Quá 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


3 năm, hình thái đoạn sông lân cận khu vực xây dựng được tính với nhiều kịch bản
lũ khác nhau và sau mỗi mùa lũ địa hình tính toán 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 toán
tiếp theo. Kết quả tính toán đã mô tả được diễn biến lòng sông quanh khu vực cầu
Jamuna trong quá trình xây dựng. Đồng thời đưa ra hình ảnh địa hình ổn định của
lòng sông trong quá trình phát triển tự nhiên của nó [10].
+ Mô hình toán MIKE 21C đã ở ở Bangladesh năm 1997, tác giả là Henrik
Garsdal, Carsten Staub and Hans Enggrob (1997) đã nghiên cứu ứng dụng mô hình
toán nghiên cứu chế độ thủy lực vùng ngã ba sông Gorai trong dự án “Khôi phục
dòng sông Gorai ở Bangladesh. Vấn đề thực tế đặt ra là trong vòng một thập kỷ,
dòng chảy sông bị suy thoái một cách đáng kể và gần như khô cạn trong mùa khô.
Nguyên nhân là do một lượng bùn cát lớn từ sông 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 quá trình xâm nhập mặn ở cửa sông 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 mô hình MIKE 21C mô
phỏng diễn biến thuy lực, bùn cát và hình thái sông trước và sau khi nạo vét dưới
nhiều kịch bản khác nhau về dòng 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 mô hình GSTAR-1D để tính toán vận chuyển
cho loại bùn cát không dính. Kết quả nghiên cứu là đường biến đổi cao trình đáy
sau một thời đoạn tính toán và cho biết quá trình diễn biến xói bồi lòng dẫn [31].
+ Zuwen và cộng sự (2003) đã ứng dụng thành công mô hình SOBEK 1D –
MOR, do viện thủy lực Delf - Hà Lan phát triển, để nghiên cứu bài toán diễn biến
lòng dẫn cửa sông Hoàng Hà (Yellow River) – Trung Quốc. Sông Hoàng Hà là
sông đứng hàng đầu thế giới về vận chuyển bùn cát, hàng năm có khoảng 1,6 ty tấn
bùn cát vận chuyển ra cửa biển. Từ những năm 1967, các cửa sông Hoàng Hà bị bồi
lấp, gây ngập lụt vùng đồng bằng, do vậy việc chỉnh trị cửa sông là một yêu cấu cấp
thiết đối với cửa sông Hoàng Hà. Các giải pháp truyền thống như nắn dòng sẽ gây


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 sông Hoàng Hà. Thông qua việc nạo vét
lòng 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 mô hình SOBEK
để nghiên cứu hình thái cửa sông Hoàng 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 mô hình CCHE1D lựa chọn các công thức tính toán 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 toán 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 thông qua thay đổi điều kiện dòng chảy [33].
Ngoài ra, việc nghiên cứu ảnh hưởng của công trình chỉnh trị, công trình điều
tiết ở trên sông (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 toán dự báo, đánh giá ổn định và đề xuất các giải pháp bảo
vệ bờ khi xây dựng các công trình. Một số nghiên cứu ứng dụng mô hình đa chiều
mô phỏng diễn biến lòng dẫn khi có công trình ở trên sông như:
+ Trung tâm nghiên cứu về tính toán khoa học thủy văn thủy lực ASCE của
Hoa kỳ đã nghiên cứu diễn biến lòng dẫn sông Ole thuộc hệ thống Mississippi bằng
mô hình CCHE3D. Trên đoạn sông có dự kiến xây dựng đập thủy điện. Kết quả tính
toán bằng mô hình cho thấy, sau đoạn nhà máy thủy điện, chế độ dòng chảy phức
tạp, có hiện tượng xói sâu, lưu tốc dòng chảy tại đây lớn. Kết quả mô hình toán
cũng cho ta được phân bố vận tốc, sự thay đổi cao trình đáy và dòng chảy thứ cấp
tại đoạn sông phức hợp [12].
+ Stoschek et al (2003), Viện Franzius của Đại học Hannover đã ứng dụng mô


hình MIKE21 và MIKE3D mô tả ảnh hưởng của công trình đến diễn biến vùng cửa
sông Ems, trong đó tập trung vào cảng Emden và đường thủy Emdener. Kết quả mô
phỏng bằng mô hình cho thấy phù hợp với số liệu đo đạc thủy triều tại Emden,
chênh lệch so với lưu tốc dòng chảy đo đạc là không lớn, chênh nhau trung bình
khoảng 10 cm/s và 5 cm/s. Dòng chảy hạ lưu và thượng lưu công trình thay đổi, dẫn
đến có sự biến đổi lòng dẫn cả ở phía thượng và hạ lưu [12].
+ Stephen H. Scott và Yafei Jia (2002) đã sử dụng mô hình CCHE2D nghiên
cứu diễn biến lòng dẫn và đề xuất giải pháp công 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
sông và phân bố vận tốc trên toàn tuyến [23].
1.1.2. Các nghiên cứu trong nước
Những năm của nửa cuối thế ky XX ở nước ta đã bắt đầu có những công trình
nghiên cứu chống bồi lắng các cửa lấy và những công 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 lòng
dẫn, cửa sông như: Lưu Công Đào, Lê Ngọc Bích, Hoàng Hữu Huân, 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 lòng dẫn sông Hồng khu vực cửa lấy nước vào
sông Đáy. Đề tài đã sử dụng mô hình Mike 21 FM-ST để xây dựng mô hình toán
mô phỏng thủy lực và hình thái sông cho khu vực nghiên cứu và đề xuất được giải
pháp ổn định cho đoạn sông nghiên cứu [6].