Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.

Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.

NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI
TRƯỜNG DÒNG CHẢY, LỚP BÙN CÁT ĐÁY VÀ
TIÊU THOÁT NƯỚC PHỤC VỤ DỰ ÁN
VỆ SINH MÔI TRƯỜNG THÀNH PHỐ
GIAI ĐOẠN 2

TP. HCM 2014
1


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
Viết tắt và các thuật ngữ dùng trong báo cáo
-

BĐKH (CC): Biến đổi khí hậu - Climate Change
CSDL: Cơ Sở Dữ Liệu
CT40m: phương án công trình với chiều rộng sông 40m
CT60m: Phương án công trình với chiều rộng sông 60m
GMĐB: Gió mùa Đông Bắc
GMTN: Gió mùa Tây Nam
HT: Hiện trạng
KTTV: Khí tượng Thủy văn
KVNB: Khu vực Nam bộ
NBD: Nước biển dâng
TP: Thành phố
TDM: Thủ Dầu Một
VNC: Vùng nghiên cứu

2


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................5
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................8
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ ..........................................................................................9
1.1 Sự cần thiết thực hiện chuyên đề ...........................................................................9
1.2 Phạm vi nghiên cứu ...............................................................................................9
1.3 Đối tượng, mục tiêu và phương pháp tiếp cận ....................................................11
1.4 Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................11
CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU ...........................12
2.1. Khí hậu ...............................................................................................................12
2.2 Thủy văn ..............................................................................................................13
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................14
3.1 Các bước công tác ...............................................................................................14
3.2 Phân tích đối tượng nghiên cứu ...........................................................................15
3.3 Đề xuất mô hình cần dùng ...................................................................................15
CHƯƠNG 4: LƯỚI TÍNH VÙNG NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU (CSDL)
PHỤC VỤ CHO TÍNH TOÁN MÔ HÌNH ...................................................................18
4.1 Lưới tính vùng nghiên cứu ..................................................................................18
4.2 CSDL phục vụ cho tính toán mô hình .................................................................21
4.2.1 CSDL đầu vào cho mô hình .........................................................................21
4.2.2 CSDL để hiệu chỉnh mô hình .......................................................................22
CHƯƠNG 5: HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH ..........................................23
5.1 Yêu cầu kỹ thuật ..................................................................................................23
5.2 Kết quả hiệu chỉnh mô hình.................................................................................23

CHƯƠNG 6. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN .........................................................................28
6.1 Phương án hiện trạng ...........................................................................................28
6.1.1 Kết quả tính toán thủy lực phương án hiện trạng .........................................28
6.1.1.1 Mực nước...............................................................................................28
6.1.1.2 Dòng chảy ..............................................................................................31
6.1.2 Kết quả vận chuyển bùn cát, bồi xói phương án hiện trạng .........................35
6.2 Phương án xây dựng công trình...........................................................................37
6.2.1 Kết quả tính thủy lực khi xây dựng công trình .......................................39
3


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
6.2.1.1 Mực nước...............................................................................................39
6.2.1.1 Dòng chảy ..............................................................................................44
6.2.1.3 Lưu lượng ..............................................................................................51
6.2.3 Kết quả vận chuyển bùn cát khi xây dựng công trình ..................................54
6.3 Mô phỏng tính toán tiêu thoát nước ...................................................................56
KẾT LUẬN ...............................................................................................................66

4


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Vùng nghiên cứu mở rộng và vùng nghiên cứu chi tiết ...................................10
Hình 2: Lưới tính và địa hình đáy vùng nghiên cứu mở rộng .......................................19
Hình 3: Lưới tính và địa hình đáy vùng nghiên cứu chi tiết .........................................19
Hình 4: Lưới tính và địa hình vùng nghiên cứu khixây dựng công trình CT40m ........20

Hình 5. Lưới tính và địa hình vùng nghiên cứu khi xây dựng công trình CT60m........20
Hình 6. Đường quá trình mực nước trạm Thủ Dầu Một ...............................................21
Hình 7. Đường quá trình mực nước trạm Biên Hòa ......................................................21
Hình 8. Đường quá trình mực nước trạm Nhà Bè .........................................................22
Hình 9: Vị trí ba trạm đo thủy văn ................................................................................22
Hình 10: Mực nước thực đo và mực nước tính toán tại trạm đo 1 ................................24
Hình 11: Vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt tại trạm đo 1. ..............................24
Hình 12. Lưu lượng dòng chảy thực đo và tính toán tại trạm đo 1 ...............................25
Hình 13: Mực nước thực đo và mực nước tính toán tại trạm đo 2 ................................25
Hình 14: Vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt tại trạm đo 2 ...............................25
Hình 15. Lưu lượng dòng chảy thực đo và tính toán tại trạm đo 2 ...............................26
Hình 16: Mực nước thực đo và mực nước tính toán tại trạm đo 3 ................................26
Hình 17: Vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt tại trạm đo 3 ...............................26
Hình 18: Trường mực nước vào thời điểm đỉnh triều trong GMĐB .............................29
Hình 19. Trường mực nước vào thời điểm đỉnh triều trong gió mùa Tây – Tây Nam .30
Hình 20: Trường mực nước vào thời điểm chân triều trong GMĐB ............................30
Hình 21. Trường mực nước vào thời điển chân triều trong gió mùa Tây Nam ............31
Hình 22: Trường dòng chảy lúc triều lên vào mùa khô ................................................32
Hình 23: Trường dòng chảy lúc triều xuống vào mùa khô ...........................................33
Hình 24: Trường dòng chảy lúc triều lên vào mùa mưa ...............................................33
Hình 25: Trường dòng chảy lúc triều xuống vào mùa mưa ..........................................34
Hình 26: Bề dày lớp bồi xói sau một năm trong điều kiện tự nhiên .............................36
Hình 27. Mặt bằng tổng thể Phương án công trình- CT40m.........................................38
Hình 28. Kích thước mặt cắt kênh Ngọn Ngay khi xây dựng công trình CT40m ........38
Hình 29. Mặt bằng tổng thể phương án công trình CT60m ..........................................39
Hình 30. Kích thước mặt cắt kênh Ngọn Ngay khi xây dựng công trình CT60m ........39
5


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước

phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
Hình 31: Trường mực nước vào thời điểm đỉnh triều trên nền Phương án CT40m .....41
Hình 32. Trường mực nước thời điểm chân triều trên nền phương án CT40m ............42
Hình 33: Trường mực nước vào thời điểm đỉnh triều trên nền phương án CT60m ......42
Hình 34. Trường mực nước thời điểm chân triều trên nền phương án CT60m ............43
Hình 35. Vị trí trích xuất kết quả mực nước .................................................................43
Hình 36. Kết quả mực nước tại thời điểm đỉnh triều của các phương án......................44
Hình 37: Trường dòng chảy khi triều lên vào thời điểm mực nước cao trên nền phương
án CT40m ......................................................................................................................45
Hình 38. Trường dòng chảy khi triều lên vào thời điểm mực nước thấp trên nền
phương án CT40m .........................................................................................................46
Hình 39: Trường dòng chảy khi triều xuống vào thời điểm mực nước cao trên nền
phương án CT40m .........................................................................................................46
Hình 40.Trường dòng chảy khi triều xuống vào thời điểm mực nước thấp trên nền
phương án CT40m .........................................................................................................47
Hình 41: Trường dòng chảy khi triều lên vào thời điểm mực nước cao trên nền phương
án CT60m ......................................................................................................................47
Hình 42. Trường dòng chảy khi triều lên vào thời điểm mực nước thấp trên nền
phương án CT60m .........................................................................................................48
Hình 43: Trường dòng chảy khi triều xuống vào thời điểm mực nước cao trên nền
phương án CT60m .........................................................................................................48
Hình 44. Trường dòng chảy khitriều xuống vào thời điểm mực nước thấp trên nền
phương án CT60m .........................................................................................................49
Hình 45. Vị trí trích xuất kết quả vận tốc ......................................................................49
Hình 46. Tốc độ dòng chảy lớn nhất tại 10 vị trí trên rạch Ngọn Ngay và đoạn nắn
dòng rạch Phú Mỹ..........................................................................................................50
Hình 47. Tốc độ dòng chảy lớn nhất tại 9 vị trí trên rạch Ngọn Ngay ..........................51
Hình 48: Vị trí hai mặt cắt .............................................................................................52
Hình 49: Lưu lượng qua mặt cắt MC1 trước và sau khi xây dựng công trình ..............53
Hình 50: Lưu lượng qua mặt cắt MC2 trước và sau khi xây dựng công trình ..............53

Hình 51: Bề dày lớp bồi xói sau một năm khi xây dựng công trình CT40m ................55
Hình 52. Bề dày lớp bồi xói sau một năm khi xây dựng công trình CT60m ................56
Hình 53: Địa hình và lưới tính cho phương án quy hoạch với CT40m.........................58
6


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
Hình 54. Địa hình và lưới tính cho phương án quy hoạch với CT60m .........................59
Hình 55. Mực nước tại thời điểm đỉnh triều với phương án CT40m ............................61
Hình 56. Trường mực nước tại thời điểm đỉnh triều với phương án CT60m ...............62
Hình 57. Vị trí các điểm trích xuất kết quả mực nước ..................................................63
Hình 58. Biểu đồ so sánh giá trị mực nước lớn nhất tại các vị trí của hai phương án
CT40m và CT60m .........................................................................................................63
Hình 59. Độ sâu ngập lớn nhất ứng với phương án CT40m .........................................64
Hình 60. Độ sâu ngập lớn nhất ứng với phương án CT60m .........................................65

7


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Kết quả tốc độ dòng chảy lớn nhất trong năm .................................................50
Bảng 2: Bảng tần suất mưa ............................................................................................57
Bảng 3. Bảng tổng kết ...................................................................................................67

8

Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 Sự cần thiết thực hiện chuyên đề
Ngày 06/12/2013 Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Dự án "Vệ sinh môi
trường TP. Hồ Chí Minh giai đoạn 2". Dự án được xây dựng với mục tiêu hoàn
chỉnh hệ thống thu gom, xử lý nước thải cho toàn bộ lưu vực sông Nhiêu Lộc - Thị
Nghè và Quận 2, nhằm cải thiện và nâng cao sức khỏe của người dân TP. Hồ Chí
Minh, khôi phục và bảo tồn hệ sinh thái sông Sài Gòn và hạ lưu sông Đồng Nai, cải
tạo, chỉnh trang đô thị và nâng cao ý thức bảo vệ môi trường của người dân.
Khu đất dự kiến xây dựng nhà máy xử lý nước thải thuộc dự án “Vệ sinh môi
trường TP.Hồ Chí Minh giai đoạn 2” rộng gần 37 ha. Khu đất hiện tại đang bị chia cắt
làm hai bởi rạch Phú Mỹ. Do đó việc triển khai bố trí xây dựng các hạng mục của nhà
máy trên khu đất gặp nhiều khó khăn cũng như làm tăng thêm chi phí trong việc lắp
đặt thiết bị công nghệ và kết nối hai khu vực. Để loại trừ khó khăn này theo nghiên
cứu khả thi do bên tư vấn lập thì cần thiết phải lấp rạch Phú Mỹ và chuyển dòng chảy
tiêu thoát nước về rạch Ngọn Ngay.
Khi lấp rạch Phú Mỹ và chuyển dòng chảy tiêu thoát nước về rạch Ngọn Ngay
sẽ dẫn đến sự thay đổi thủy động lực dòng chảy, sự phân bố lưu tốc và sự bồi xói, đặc
biệt có thể làm giảm khả năng thoát nước của vùng. Vì vậy, việc nghiên cứu, tính toán
các vấn đề nêu trên khi xây dựng công trình là cần thiết phải thực hiện.
Có nhiều phương pháp để nghiên cứu giải quyết các vấn đề đặt ra ở trên. Một
trong các phương pháp cho kết quả tin cậy, nhanh chóng và đỡ tốn kém là phương
pháp mô hình toán. Các kết quả tính toán từ mô hình toán sẽ là căn cứ khoa học để lựa
chọn giải pháp xây dựng công trình hợp lý, hiệu quả và tối ưu. Đây cũng là lý do để
thực hiện chuyên đề này.
1.2 Phạm vi nghiên cứu
Vùng nghiên cứu được chia làm 2 vùng: vùng nghiên cứu mở rộng và vùng
nghiên cứu chi tiết.
Vùng nghiên cứu mở rộng được giới hạn từ trạm thủy vănThủ Dầu Một (sông Sài

Gòn) tỉnh Bình Dương, trạm thủy văn Biên Hòa (sông Đồng Nai)tỉnh Đồng Nai cho
đến trạm thủy vănNhà Bè (sông Nhà Bè) huyện Nhà Bè TP. Hồ Chí Minh.
9


Phú Mỹ

Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
Vùng nghiên cứu chi tiết bao chọn vùng dự án xây dựng nhà máy xử lý nước thải.

Hình 1: Vùng nghiên cứu mở rộng và vùng nghiên cứu chi tiết
10


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
1.3 Đối tượng, mục tiêu và phương pháp tiếp cận
* Đối tượng nghiên cứu là:
Chế độ thủy động lực dòng chảy, diễn biến bồi xói và ngập lụt trước và sau khi
xây dựng công trình chuyển dòng rạch Phú Mỹ sang rạch Ngọn Ngay.
* Mục tiêu:
 Mô phỏng thủy động lực học, vận chuyển bùn cát, khả năng tiêu thoát nước
trước và sau khi xây dựng công trình;
1.4 Nội dung nghiên cứu
- Phân tích nghiên cứu xác định nguyên nhân bồi lấp cũng như đưa một số giải
pháp công trình phù hợp trên cơ sở tính toán bằng phương pháp mô hình toán;
- Xây dựng và số hóa các CSDL nhập để chạy các loại mô hình;
- Hiệu chỉnh và kiểm định các mô hình tính toán và các CSDL nhập;
- Phân tích kết quả tính toán để:

o Rút ra các kết luận về chế độ thủy lực dòng chảy, diễn biến bồi xóivà
tình trạng ngập lụt trước và sau khi chuyển dòng Phú Mỹ sang rạch
Ngọn Ngay;
o Dự báo hệ quả tác động của việc xây dựng công trình;

11


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
2.1. Khí hậu
Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo. Cũng
như các tỉnh ở Nam bộ, đặc điểm chung của khí hậu-thời tiết TPHCM là nhiệt độ cao
đều trong năm và có hai mùa mưa – khô rõ rệt. Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa
khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau.
- Nhiệt độ: Do ảnh hưởng của xích đạo nên nhiệt độ khá ổn định, nhiệt độ không khí
trung bình 270C. Tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất là tháng 4 (28,80C), tháng có
nhiệt độ trung bình thấp nhất là khoảng giữa tháng 12 và tháng 1 (25,70C).
- Bức xạ và chiếu sáng:Lượng bức xạ dồi dào, trung bình khoảng 140 Kcal/cm2/năm.
Số giờ nắng trung bình/tháng 160-270 giờ.Ðiều kiện nhiệt độ và ánh sáng thuận lợi
cho sự phát triển các chủng loại cây trồng và vật nuôi đạt năng suất sinh học cao; đồng
thời đẩy nhanh quá trình phân hủy chất hữu cơ chứa trong các chất thải, góp phần làm
giảm ô nhiễm môi trường đô thị
- Mưa: Lượng mưa cao, bình quân/năm 1.949 mm. Năm cao nhất 2.718 mm (1908) và
năm nhỏ nhất 1.392 mm (1958). Số ngày mưa trung bình/năm là 159 ngày. Khoảng
90% lượng mưa hàng năm tập trung vào các tháng mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11;
trong đó hai tháng 6 và 9 thường có lượng mưa cao nhất. Các tháng 1,2,3 mưa rất ít,
lượng mưa không đáng kể. Trên phạm vi không gian thành phố, lượng mưa phân bố

không đều, có khuynh hướng tăng dần theo trục Tây Nam - Ðông Bắc. Ðại bộ phận
các quận nội thành và các huyện phía Bắc thường có lượng mưa cao hơn các quận
huyện phía Nam và Tây Nam.
- Gió: Thành phố Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính và chủ yếu là
gió mùa Tây - Tây Nam và Bắc - Ðông Bắc. Gió Tây -Tây Nam từ Ấn Ðộ Dương thổi
vào trong mùa mưa, khoảng từ tháng 6 đến tháng 10, tốc độ trung bình 3,6m/s và gió
thổi mạnh nhất vào tháng 8, tốc độ trung bình 4,5 m/s. Gió Bắc- Ðông Bắc từ biển
Đông thổi vào trong mùa khô, khoảng từ tháng 11 đến tháng 2, tốc độ trung bình 2,4
m/s. Ngoài ra có gió tín phong, hướng Nam - Ðông Nam, khoảng từ tháng 3 đến tháng
5 tốc độ trung bình 3,7 m/s. Về cơ bản TPHCM thuộc vùng không có gió bão. Năm

12


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
1997, do biến động bởi hiện tượng El-Nino gây nên cơn bão số 5, chỉ một phần huyện
Cần Giờ bị ảnh hưởng ở mức độ nhẹ.
- Ẩm độ: Ðộ ẩm tương đối của không khí bình quân/năm 79,5%; bình quân mùa mưa
80% và trị số cao tuyệt đối tới 100%; bình quân mùa khô 74,5% và mức thấp tuyệt đối
xuống tới 20%.
2.2 Thủy văn
Khu vực dự án thuộc phường Mỹ Lợi, Quận 2, TP. Hồ Chí Minh. Trên VNC có
3 con sông chính là rạch Phú Mỹ, rạch Ngòi Ngay và rạch Kỳ Hà. Rạch Phú Mỹ là con
sông cụtdài khoảng 2.5km, dòng sông rất cong.Rạch Kỳ Hà, đoạn chảy qua vùng dự
án có lòng sông khá thẳng và ổn định, sông rộng khoảng 40.m. Rạch Ngòi Ngay dài
khoảng 700m nối rạch Phú Mỹ với rạch Kỳ Hà, lòng sông rộng khoảng 12m. Chế độ
dòng chảy trên cả ba sông này phụ thuộc trực tiếp vào chế độ thủy triều của vùng hạ
luu sông Sài Gòn Đồng Nai.

13


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Các bước công tác
- Phân tích đối tượng, thu thập và tổng quan tài liệu đáp ứng theo mục tiêu cần
nghiên cứu
- Xác định vị trí, khu vực cần tính toán cũng như khối lượng và nội dung, độ chi
tiết và quy mô cần tính toán.
- Xác định vị trí các biên;
- Xây dựng lưới tính phù hợp;
- Xây dựng các thông số đầu vào cho mô hình: hệ số nhám Manning, hệ số
Nikuradse roughness kn và lựa chọn bước tính phù hợp để tối ưu thời gian chạy
chương trình;
- Chạy mô hình Mike 21/3 Coupled Model FM
- Mô phỏng thủy lực dòng chảy khu vực cần tính toán trong điều kiện tự nhiên;
- Trích lấy các biên đầu vào cho mô hình chi tiết
- Xây dựng lưới cho khu vực tính toán chi tiết
- Mô phỏng thủy lực dòng chảy và bồi xói khu vực tính toán chi tiết trong trường
hợp tự nhiên;
- Đưa ra các phân tích, nhận xét và đánh giá về chế độ thủy động lực dòng chảy
và bồi xói khu vực tính toán khi chưa có công trình kè.
- Xác định vị trí xây dựng nắn dòng chảy;
- Xây dựng lưới tính mới khi nắn dòng chảy;
- Mô phỏng thủy lực dòng chảy và bồi xói khu vực cần tính toán bằng phương
pháp mô hình toán khi có công trình;
- Đưa ra các nhận xét, phân tích, đánh giá về sự thay đổi thủy lực dòng chảy, và

bồi xói dưới tác động của công trình kè;
- So sánh về sự thay đổi thủy lực, hướng dòng chảy và bồi xói của trước và sau
khi có công trình kè.
- So sánh về diện tích ngập lụt trong trường hợp xây dựng công trình ứng với các
tần suất mưa 1%, 5% và 10%.

14


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
3.2 Phân tích đối tượng nghiên cứu
Như chúng ta đã biết, phân tích đối tượng nghiên cứu là luận cứ xuất phát và cơ
sở thực tế quan trọng hàng đầu để chọn phương pháp và quy trình nghiên cứu tối ưu.
Vùng nghiên cứu thuộc phường Mỹ Lợi, Quận 2, TP. Hồ Chí Minh. Vùng có ba
sông chính là Rạch Phú Mỹ, rạch Ngòi Ngay và rạch Kỳ Hà. Để xây dựng nhà máy xử
lý nước thải nên cần thiết phải lấp rạch Phú Mỹ và chuyển dòng chảy tiêu thoát nước
về rạch Ngọn Ngay.
3.3 Đề xuất mô hình cần dùng
Các quá trình dòng chảy, vận chuyển bùn cát, bồi/xói và cân bằng vật chất tại
vùng nghiên cứu (VNC) và lân cận nói riêng thay đổi liên tục vì chúng phụ thuộc vào
nhiều cơ chế biến động mạnh theo thời gian và không gian.
Theo chúng tôi, mô hình toán cần chọn nhằm thực hiện chuyên đề này phải có đủ
công cụ, tính năng và chức năng để giải quyết được các bài toán và vấn đề đặt ra ở trên,
đặc biệt là các vấn đề liên quan đến biên mềm và biên di động. Mô hình tích hợp
MIKE21/3 Coupled Model FM là một trong số rất ít mô hình toán hiện đại đáp ứng
được các yêu cầu nêu trên.
Phân tích đối tượng nghiên cứu và VNC, chúng ta còn thấy những điểm rất quan trọng
cần lưu ý khi chọn mô hình toán như sau:
1. VNC là vùng nước nông, độ dốc đáy tương đối nhỏ, do đó mô hình thủy lực số về

vận chuyển bùn cát và bồi xói trong dòng không ổn định 2 chiều ngang là công cụ
đáng tin cậy và hiệu quả. Riêng các quá trình động lực, ngoài mô hình 2 chiều tích
hợp với mô hình phổ sóng, mô hình vận chuyển bùn, mô hình vận chuyển cát, mô
hình biến đổi lòng dẫn, đôi khi có thể cần đến mô hình 3 chiều không gian khi độ
phân tầng của nước trở nên đáng kể (tại vùng cửa sông). Mô hình tích hợp
MIKE21/3 Coupled Model FM đáp ứng được các nhu cầu này.
2. Các quá trình thủy động lực học, vận chuyển bùn cát và bồi xói tại VNC diễn ra
trên một vùng rộng nên mô hình thủy lực số trên lưới phi cấu trúc là lựa chọn
hợp lý để tính toán mô phỏng chúng tại VNC. Việc sử dụng mô hình thủy lực số
trên lưới như vậy cho phép nâng cao độ phân giải theo phương ngang để mô phỏng,
xấp xỉ các ngõ ngách, đường bờ quanh co, các luồng tàu, các công trình bến, bể
cảng, luồng tàu…, góp phần rất quan trọng để tăng độ tin cậy của kết quả tính toán.
Thậm chí, có thể nói rằng, đối với việc ứng dụng phương pháp mô hình toán để
15


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
nghiên cứu các quá trình trong vùngdự án, vấn đề có được lưới tính hợp lý, tối ứu
là vấn đề quan trọng hàng đầu. Cụ thể, đối với VNC trong chuyên đề này, lưới tính
phần tử tam giác (trong mô hình 2 chiều) và lăng trụ đáy tam giác (trong mô hình 3
chiều) là lựa chọn tối ưu. Lưới tính theo chuẩn của mô hình MIKE21/3 Coupled
Model FM đáp ứng rất tốt đòi hỏi này.
Một số tiêu chí khác cần bảo đảm khi chọn mô hình, bảo đảm tính khả thi và hiệu quả
của chuyên đề, bao gồm:
 Mô hình được chọn phải có lõi học thuật bảo đảm, được công nhận trên thế giới và
ở VN và để giải quyết bài toán về thủy động lực, phổ sóng, vận chuyển bùn cát và
bồi xói tại VNC là vùng nước nông, trong đó dao động triều đóng vai trò khống
chế, vị trí đường bờ thay đổi liên tục trên không gian rộng lớn, ảnh hưởng của sóng
và dòng chảy đều quan trọng; các quá trình vận chuyển bùn, cát mịn kết dính, kết

bông, cát rời... đều có mặt và có vai trò tương đương nhau; bồi xói diễn ra mạnh
mẽ và ảnh hưởng sâu sắc đến địa hình đáy, bờ.... Do đó, mô hình thủy động lực,
sóng, vận chuyển bùn, cát đầy đủ cho dòng không ổn định 2 và 3 chiều tích hợp tất
cả chúng lại một hệ thống nhất, khép kín là lựa chọn tối ưu cho VNC. Theo nghĩa
này, các nội dung học thuật của mô hình MIKE21/3 Coupled Model FM đáp ứng
đáp ứng được tiêu chí này.
 Mô hình MIKE21/3 Coupled Model FM là mô hình thuộc họ MIKE là sản phẩm
thương mại nổi tiếng của Viện thuỷ lực Đan Mạch (DHI) và đã được DHI nghiên
cứu và phát triển liên tục trong hơn 20 năm qua, đã được điều chỉnh thông qua trên
400 ứng dụng trên thế giới và nhiều công trình ở Việt Nam. Đây là một mô hình
thủy lực số đã được kiểm định chặt chẽ về mặt học thuật và ứng dụng thực tế rộng
rãi ở Việt Nam và thế giới. Sử dụng MIKE21/3 Coupled Model FM sẽ thỏa mãn
được các tiêu chuẩn Quốc tế.
 Mô hình MIKE21/3 Coupled Model FM là sản phẩm mới (xây dựng năm 2004 2011) và tiến bộ nhất của bộ phần mềm chuyên dùng họ MIKE, gồm nhiều module
được xây dựng để sử dụng trong 4 lĩnh vực chính: thuỷ lực sông biển và hải văn,
sóng, các quá trình sa bồi và thuỷ lực môi trường. Đây là mô hình thủy lực số trên
lưới phi cấu trúc được tích hợp để mô phỏng các quá trình thủy lực có kết hợp chặt
chẽ với nhau trên vùng nước nông, là dòng chảy, sóng và vận chuyển vật chất
16


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
(trong đó có vận chuyển bùn, vận chuyển cát, lan truyền và phát tán các loại chất
nước thải, dầu mỏ).
 Tóm lại, chúng tôi cho rằng Mô hình tích hợp MIKE21/3 Coupled Model FM là
mô hình rất thích hợp hợp, là lựa chọn tối ưu để mô phỏng/dự báo các quá trình
thủy động lực học, vận chuyển bùn cát và bồi xói tại VNC.
 Các module cần sử dụng đồng thời bao gồm:
- Model thủy động lực học (MIKE21/3 HD) để xác định trường dòng chảy và

trường độ sâu cột nước.
- Module vận chuyển bùn cát và bồi xói (MIKE21/3 MT) để tính vận chuyển bùn
cát và bồi/xói do vận chuyển bùn cát.

17


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.

CHƯƠNG 4: LƯỚI TÍNH VÙNG NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ DỮ
LIỆU (CSDL) PHỤC VỤ CHO TÍNH TOÁN MÔ HÌNH
4.1 Lưới tính vùng nghiên cứu
Để mô phỏng thủy lực, vận chuyển bùn cát và mô phỏng khả năng tiêu thoát
nước cho vùng nghiên cứu, chúng tôi sử dụng vùng nghiên cứu mở rộng và vùng
nghiên cứu chi tiết. Vùng nghiên cứu mở rộng để hiệu chỉnh, kiểm định các thông số
đầu vào cho vùng nghiên cứu chi tiết và để trích các số liệu biên đầu vào cho mô hình
nghiên cứu chi tiết.Lưới tính và địa hình vùng nghiên cứu được trình bày trong các
hình từ Hình 2 tới Hình 5:
Vùng nghiên cứu mở rộng được giới hạn từ trạm thủy văn Thủ Dầu Một (TDM)
trên sông Sài Gòn và trạm thủy văn Biên Hòa trên sông Đồng Nai cho tới trạm thủy
văn Nhà Bè trên sông Soài Rạp.
Vùng nghiên cứu chi tiết bao gồm toàn bộ hệ thống rạch Phú Mỹ, rạch Ngọn
Ngay và hạ lưu rạch Kỳ Hà.

18


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.

TDM

Biên
Hòa

Nhà Bè
Hình 2: Lưới tính và địa hình đáy vùng nghiên cứu mở rộng

Hình 3: Lưới tính và địa hình đáy vùng nghiên cứu chi tiết

19


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.

Hình 4: Lưới tính và địa hình vùng nghiên cứu khixây dựng công trình CT40m

Hình 5. Lưới tính và địa hình vùng nghiên cứu khi xây dựng công trình CT60m
20


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
4.2 CSDL phục vụ cho tính toán mô hình
4.2.1 CSDL đầu vào cho mô hình
- CSDL địa hình vùng nghiên cứu: Gồm số liệu khảo sát của dự án vệ sinh môi
trường Tp.Hồ Chí Minh và số liệu thu thập từ các nguồn tài liệu khác.
- Số liệu mực nước giờ năm 2008 và số liệu mực nước giờ tháng 6 năm 2014 tại
ba trạm trong vùng nghiên cứu mở rộng: Thủ Dầu Một, Biên Hòa và Nhà Bè do

Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Bộ cung cấp.
- Các tài liệu về bùn cát được lấy với giá trị trung bình cho toàn vùng.

Hình 6. Đường quá trình mực nước trạm Thủ Dầu Một

Hình 7. Đường quá trình mực nước trạm Biên Hòa

21


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.

Hình 8. Đường quá trình mực nước trạm Nhà Bè
4.2.2 CSDL để hiệu chỉnh mô hình
Từ ngày 08/06/2014 đến ngày 15/6/2014, Viện Kỹ thuật Biển đã đo đạc các giá
trị thủy văn tại 3 trạm: Trạm đo 1 tại tọa độ: (10045’22.10”Bắc, 106045’34.63”Đông);
Trạm đo 2 tại tọa độ: (10044’56.74”Bắc, 106045’38.47”Đông) và Trạm đo 3 tại tọa
độ(10044’55.43”Bắc, 106045’41.22” Đông). Vị trí các trạm được thể hiện trên Hình 9.
Số liệu mực nước và số liệu vận tốc dòng chảy tại ba trạm đo này được sử dụng để
hiệu chỉnh mô hình mở rộng và mô hình chi tiết.

Hình 9: Vị trí ba trạm đo thủy văn
22


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.

CHƯƠNG 5: HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH

5.1 Yêu cầu kỹ thuật
Trước khi sử dụng mô hình MIKE 21/3 để đánh giá chế độ thủy lực tại vùng dự
án, chúng ta cần kiểm định chất lượng số liệu đo đạc được mô tả trong chương 4.
Thuật ngữ “hiệu chỉnh và kiểm định mô hình” sử dụng dưới đây bao gồm toàn bộ các
công tác liên quan đến: (1) hiệu chỉnh các thông số thủy lực MIKE 21/3 thông qua các
thực nghiệm số; (2) kiểm định độ tin cậy của các mô hình số và các CSDL kèm theo.
Kiểm định và hiệu chỉnh mô hình (theo tinh thần nêu trên) bao gồm:
So sánh nghiệm số trị của các mô hình thủy lực với các nghiệm giải tích.
- Kiểm tra độ nhạy, tính xấp xỉ, độ bảo toàn, cơ chế làm việc của sơ đồ tính toán.
- Kiểm tra độ chính xác của mô hình số và các CSDL nhập qua so sánh số liệu
tính toán và số liệu thực đo trong điều kiện thực tại vùng dự án.
Kết quả cuối cùng cần đạt được là:
- Minh chứng được rằng mô hình thủy lực số và các CSDL nhập kèm theo là
đáng tin cậy, làm việc ổn định có cơ sở khoa học và thực tiễn chắc chắn cho
vùng dự án trong điều kiện hiện trạng và khi có thêm công trình.
- Chọn được bộ thông số mô hình thủy lực số (bước tính theo không – thời gian,
mô phỏng độ nhám đáy, số lần lặp…) phù hợp cho vùng dự án.
- Các CSDL đã được hiệu chỉnh và cập nhật hoàn chỉnh và hợp lý cho vùng dự
án.
- Kiểm định độ tin cậy của các CSDL đầu vào;
- Kết quả dự báo mực nước, ngập lụt, lưu lượng, vận tóc dòng chảy có độ chính
xác chấp nhận được qua so sánh số liệu tính toán và thực đo.
5.2 Kết quả hiệu chỉnh mô hình
Để hiệu chỉnh mô hình thủy lực cho vùng mở rộng, chúng tôi sử dụng số liệu
mực nước và số liệu vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt ngang từ ngày 8/6/2014
đến ngày 23/6/2014 tại ba trạm đo: Trạm đo 1, trạm đo 2 và trạm đo 3. Vị trí của ba
trạm đo này được trình bày trong Hình 9.
Mô hình được hiệu chỉnh thông qua việc so sánh số liệu mực nước thực đo với
số liệu mực nước tính toán, số liệu vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt ngang
23

Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.
thực đo với số liệu vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt ngang tính toán. Số liệu
lưu lượng dòng chảy thực đo và tính toán. Kết quả so sánh số liệu mực nước, số liệu
vận tốc dòng chảy và lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt ngang tại ba vị trí đo được trình
bày trong các hình từ Hình 10 tới Hình 17.

Hình 10: Mực nước thực đo và mực nước tính toán tại trạm đo 1

Hình 11: Vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt tại trạm đo 1.

24


Báo cáo: Nghiên cứu sự biến đổi trường dòng chảy, lớp bùn cát đáy và tiêu thoát nước
phục vụ dự án vệ sinh môi trường thành phố giai đoạn 2.

Hình 12. Lưu lượng dòng chảy thực đo và tính toán tại trạm đo 1

Hình 13: Mực nước thực đo và mực nước tính toán tại trạm đo 2

Hình 14: Vận tốc dòng chảy trung bình qua mặt cắt tại trạm đo 2
25