Nghiên cứu mô hình HEC RAS để xác định vùng ngập lụt thượng lưu hồ chứa nước đăk mi 4

1

B

GIÁO D C VÀ ĐÀO T O
Đ I H C ĐÀ N NG

PH M TH KIM PH NG

NGHIÊN C U MƠ HÌNH HEC - RAS Đ XÁC Đ NH
VÙNG NG P L T THƯ NG LƯU H CH A NƯ C
ĐĂK MI 4

CHUN NGÀNH: XÂY D NG CƠNG TRÌNH TH Y
MÃ S :

60.58.40

TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T

ĐÀ N NG - 2011


2

Cơng trình đư c hồn thành t i
Đ I H C ĐÀ N NG

Ngư i hư ng d n khoa h c: GS.TS. NGUY N TH HÙNG

Ph n bi n 1 : TS. Nguy n Văn Minh

Ph n bi n 2 : PGS.TS. Nguy n Thư ng

Lu n văn ñã ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k
thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 29 tháng 6 năm 2011.

Có th tìm hi u lu n văn t i:
• Trung tâm Thơng tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng
• Trung tâm H c Li u, Đ i h c Đà N ng.


1

M

Đ U

1. Lý do ch n ñ tài
H th ng sông Vu Gia – Thu B n thu c t nh Qu ng Nam, m t ph n t nh Kon
Tum ( thư ng ngu n) và Thành ph Đà N ng. Là sơng có ti m năng kinh t k thu t
th y ñi n g n 5 t kWh/năm, đ ng th 4 trong các sơng

Vi t Nam sau sông Đà,

sông Đ ng Nai và sông Sê San. Trong tình hình thi u h t nghiêm tr ng ngu n cung
c p năng lư ng hi n t i và tương lai, vi c xây d ng các cơng trình th y đi n - th y
l i trên h th ng sông này s b sung lư ng ñi n năng ñáng k vào h th ng đi n
Qu c gia, ngồi ra nó cịn góp ph n thúc ñ y cho s phát tri n Kinh t , xã h i cho
khu v c mi n Trung và ñ t nư c. Đ c bi t, v i ti m năng d i dào chưa ñư c khai
thác, t nh Qu ng Nam có nhi u ñi u ki n phát tri n m t cách tồn di n và hi n đ i.

Đ đ m b o cho s phát tri n kinh t khu v c, địi h i ph i xây d ng cơ s h t ng,
trong đó n i b t nh t là giao thơng, đi n và nư c.
Cơng trình th y đi n Đăk Mi 4 đư c khai thác theo sơ ñ 2 b c: B c trên s
d ng ngu n nư c c a sông Đak Mi đ t o thành h chính trên sơng Đak Mi và m t
ñư ng h m chuy n nư c sang sông ng n Thu B n v i chênh l ch c t nư c là 152 m.
B c dư i t n d ng l i ngu n nư c sau Nhà máy Đak Mi 4 b c trên và ph lưu c a
sông ng n Thu B n có chênh l ch c t nư c là 39 m.
Cơng trình th y đi n Đak Mi 4 s góp ph n b sung ngu n năng lư ng vào h
th ng ñi n Qu c gia v i t ng công su t l p ñ t 190 MW và ñi n lư ng hàng năm
kho ng 768.4 tri u kWh.
Trong quy ho ch thi t k th y đi n, k t qu chính xác c a vi c nghiên c u các
vùng ng p l t trong mùa lũ t i v trí lòng h là r t quan tr ng nh m xác ñ nh ñư c
vùng nào c n di d i tái ñ nh cư quanh khu v c xây d ng lòng h nh m gi m thi u
h u qu v ngư i và tài s n do thiên tai lũ l t gây ra, ñ ng th i gi m đư c chi phí đ u
tư cho d án trong vi c di d i tái ñ nh cư

m c th p nh t.

Tuy nhiên, khi tính lũ, đ đơn gi n cho q trình tính tốn ngư i ta thư ng xem
như m c nư c h n m ngang, ho c tính theo dịng ch y n ñ nh. Nhưng trong th c t
m c nư c h dâng lên và dòng ch y trong h là dịng ch y khơng n đ nh.


2

Do đó, đ có m t b c tranh đúng hơn v dòng ch y lũ trong h ch a, tác gi
ch n đ tài: “Nghiên c u mơ hình Hec – ras ñ xác ñ nh vùng ng p l t vùng thư ng
lưu h ch a nư c Đăk Mi 4”.
2. M c đích nghiên c u
Nghiên c u áp d ng mơ hình tốn th y l c HEC – RAS đ tính tốn kh năng

ng p l t

thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4. T đó, đánh giá ph m vi và m c ñ

ng p l t vùng thư ng lưu nh m c nh báo lũ và ñ nh hư ng trong công tác qui ho ch
phát tri n.
3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u
-Đ i tư ng nghiên c u c a ñ tài là ch ñ mưa - lũ trên h th ng sơng; áp
d ng mơ hình tốn th y văn, thu l c tính tốn dịng ch y lũ.
-Ph m vi nghiên c u: Lưu v c h th ng sông Đăk Mi.
4. Phương pháp nghiên c u
-Phương pháp ñi u tra, thu th p s li u
-Phương pháp th ng kê, t ng h p ñ a lý
-Phương pháp áp d ng mơ hình tốn h c v thu văn, thu l c
5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài
Đánh giá l i ch ñ , ñ c ñi m lũ l t c a h th ng sơng Đăk Mi đ xây d ng các
phương án d báo lũ, kh năng ng p l t nh m ñ m b o s n su t và an toàn vùng
thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4.
S n ph m c a đ tài s là cơng c r t c n thi t góp ph n ph c v cơng tác đ nh
hư ng qui ho ch lịng h ; là cơ s ñ d báo kh năng ng p lũ và ñ ra ch ñ v n
hành nh m nâng cao kh năng thoát lũ h Đăk Mi ñ m b o an toàn cho vùng thư ng
lưu lưu v c h th ng sông Đăk Mi.
6. B c c c a lu n văn
Lu n văn ngoài ph n m ñ u, k t lu n và ki n ngh , g m có 03 chương:
Chương 1: T ng quan v cơng trình th y đi n Đăk Mi 4
Chương 2: Các phương pháp tính lũ vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4
Chương 3:
nư c Đăk Mi4

ng d ng mơ hình Hec – ras tính ng p l t vùng thư ng lưu h ch a

3

CHƯƠNG 1: T NG QUAN V CƠNG TRÌNH TH Y ĐI N ĐĂK MI 4
1.1.Đ c ñi m và ñi u ki n t nhiên lưu v c h ch a nư c Đăk Mi 4
Cơng trình th y đi n Đak Mi 4 ñư c khai thác theo sơ ñ 2 b c: B c trên s
d ng ngu n nư c c a sơng Đak Mi đ t o thành h chính trên sơng Đak Mi và m t
đư ng h m chuy n nư c sang sơng ng n Thu B n v i chênh l ch c t nư c là 152m.
Cơng trình th y đi n Đak Mi 4 có tuy n đ p b c trên n m trên sông Đak Mi, lưu v c
sơng đ n tuy n đ p có di n tích 1.125 km2, chi u dài sơng 76 km, đ d c lịng sơng
26,7o/oo, đ cao trung bình lưu v c 950 m. Sông Đăk Mi là ph n thư ng lưu c a sông
Cái, m t trong các sông l n c a h th ng sông Vu Gia-Thu B n. Sơng Cái b t ngu n
t các đ nh núi thu c dãy Trư ng Sơn, ch y theo hư ng B c – Nam, gia nh p v i
sơng Bung. T nh p lưu này sơng có tên Vu Gia và ch y theo hư ng Tây-Đông, đ
vào Bi n Đơng.
1.1.1. V trí đ a lý
Phía b c giáp huy n Qu Sơn và Nam Giang, phía tây giáp huy n Nam Giang,
phía nam là Kon Tum, phía đơng là huy n Trà My và Hi p Đ c.
Cơng trình th y đi n Đak Mi 4 n m trên sông Đăk Mi thu c huy n Phư c Sơn,
T nh Qu ng Nam. D án n m trong gi i h n t a ñ ñ a lý: 15015’ – 15030’ vĩ ñ B c;
107045’ – 107057’ kinh đ Đơng, cách Tam Kỳ kho ng 85 Km theo hư ng Tây B c.
1.1.2. Đ c ñi m đ a hình
Khu v c cơng trình thu c dãy Trư ng Sơn nên có đ a hình ph c t p và b phân
c t m nh, có đ a hình khá d c, các sư n có ñ nghiêng t 150- 350 cao ñ bi n thiên
t 80 m ñ n g n 700 m, v i vài ñ nh núi lân c n cao trên 1.800 m. Sau khi tích nư c
h ch a s làm ng p kho ng 5,5km ÷ 6km đư ng t nh l 14E và c u Nư c M .
1.1.3.Đi u ki n khí h u và th y văn khu v c
1.1.3.1.Đ c đi m khí h u
-Nhi t đ khơng khí:

khu v c này nhi t đ trung bình năm khơng l n, t i tr m Trà

Mi trong kho ng th i gian t năm 1978-2005 là 24,5oC. Các tháng nóng nh t trong
năm thư ng là tháng V, VI, VII, tháng l nh nh t thư ng là tháng XII hay tháng I.


4

-Đ

m c a khơng khí: Đ

m khơng khí

khu v c khá l n, giá tr trung bình năm

t i tr m Trà Mi đ t 87%, giá tr trung bình tháng gi a các tháng trong năm chênh l ch
không nhi u, ñ

m l n nh t h u như ñ t 100%, ñ

-Mưa: Mùa mưa

m nh nh t trung bình đ t 38%.

khu v c này thư ng b t ñ u vào tháng IX và k t thúc vào tháng

XII, lư ng mưa 4 tháng mùa mưa chi m kho ng 70% lư ng mưa năm. Các tháng V
và VI không ph i mùa mưa nhưng thư ng có lư ng mưa khá l n, đây là ngun nhân

sinh ra lũ ti u mãn

khu v c này.

-Gió: Các ñ c trưng v gió l y theo tr m Trà Mi, tài li u quan tr c t 1978-2005. Khu
v c này có 2 mùa gió rõ r t, t tháng III đ n tháng VIII hư ng gió th nh hành là
Đông và Đông Nam, t tháng IX ñ n tháng II năm sau hư ng gió th nh hành là B c
và Đông B c. T c đ gió trung bình năm là: 2,2 m/s.
-B c hơi: Do đ

m khơng khí l n nên lư ng b c hơi nh . Các tháng mùa mưa có

lư ng b c hơi nh và ngư c l i các tháng mùa khơ có lư ng b c hơi l n. Lư ng b c
hơi Piche t i Trà Mi trung bình năm là: 660 mm.
1.1.3.2.Đ c đi m dịng ch y
Tr m thu văn Thành M trên sông Cái (ph n h du sơng Đak Mi) có tài li u
dịng ch y th c đo t 1977-2008. Lưu lư ng trung bình tháng, năm 1976 t i tr m
Thành M

đư c tính theo tương quan dịng ch y Nơng Sơn - Thành M năm

1977. Dòng ch y tháng tr m Thành M ñã b sung năm 1976 như b ng 1.10 .
Dịng ch y c a sơng Đak Mi và khu v c lân c n có hai mùa rõ r t. Mùa lũ t tháng X
ñ n tháng XII, mùa ki t t tháng I ñ n tháng IX năm sau. Mùa lũ tuy ng n (ch trong
3 tháng), nhưng lư ng nư c mùa lũ chi m kho ng 60% ÷ 70% lư ng nư c c năm.
Ngư c l i mùa c n kéo dài t i 9 tháng nhưng ch chi m kho ng 30% ÷ 40% lư ng
nư c c năm. Lưu lư ng gi m d n t tháng I ñ n tháng IV, tháng V-VI dòng ch y
tăng lên nh mưa ti u mãn. Tháng ki t nh t trong năm thư ng là tháng IV.
1.1.4.Đi u ki n ñ a ch t, th như ng cơng trình
1.1.4.1.L ch s đ a ch t

1.1.4.2.Ki n t o
1.1.4.3.Đi u ki n ñ a ch t các tuy n cơng trình(tuy n đ p chính và tràn)
N n và hai vai đ p là ñ t ñá thu c h t ng Khâm Đ c, ch y u là ñá phi n th ch anhmica d ng gneis v i chi u dày t ng ph (là ñ t á sét màu nâu ñ l n ít dăm đá g c)


5

dày 3-15 m. Ph n lịng sơng có l p cu i s i dày 2-5 m ph lên n n ñá ñ i IB

b

trái.
ñ a ch t ñáp ng t t u c u xây d ng cơng trình.
1.1.4.4. Th như ng
Các lo i ñá trong khu v c g m ch y u là các ñá bi n ch t gneis và d ng
gneiss như gneiss plagiocla, gneiss biotit, dioritgneiss, granitogneiss, amphybol,
phi n th ch anh… c a h t ng khâm Đ c, plagioclagranit c a ph c h Chu Lai và các
tr m tích đ t .
1.2.Ngun nhân hình thành m t s ch đ gây mưa lũ:
Khu v c D án thu c vùng núi th p và chuy n ti p sang vùng núi cao c a dãy
Trư ng Sơn, m c ñ phân c t m nh, có đ a hình khá d c, các sư n có đ nghiêng t
15- 35o, cao ñ bi n thiên t 80 m ñ n g n 700 m, v i vài ñ nh núi lân c n cao trên
1.800 m.
Mùa mưa

khu v c này thư ng b t ñ u vào tháng IX và k t thúc vào tháng

XII, lư ng mưa 4 tháng mùa mưa chi m kho ng 70% lư ng mưa năm. Các tháng V
và VI không ph i mùa mưa nhưng thư ng có lư ng mưa khá l n, đây là nguyên nhân
sinh ra lũ ti u mãn

khu v c này.

Dịng ch y c a sơng Đăk Mi và khu v c lân c n có hai mùa rõ r t. Mùa lũ t
tháng X ñ n tháng XII, mùa ki t t tháng I ñ n tháng IX năm sau. Mùa lũ tuy ng n
(ch trong 3 tháng), nhưng lư ng nư c mùa lũ chi m kho ng 60÷70% lư ng nư c c
năm. Ngư c l i mùa c n kéo dài t i 9 tháng nhưng ch chi m kho ng 30÷40% lư ng
nư c c năm. Lưu lư ng gi m d n t tháng I đ n tháng IV, tháng V-VI dịng ch y
tăng lên nh mưa ti u mãn. Tháng ki t nh t trong năm thư ng là tháng IV.
1.3.Hi n tr ng các cơng trình trong lưu v c
1.3.1.Các nghiên c u trư c ñây
Nghiên c u v s d ng ngu n nư c sơng Đak Mi đã đư c th c hi n t nh ng
năm 70 c a th k 20. M t trong nh ng nghiên c u có h th ng đã đư c

y ban

Qu c gia sông Mê Kông th c hi n năm 1972. Đó là “Deck Study for Water
Resources Projects in Vietnam”. Theo nghiên c u này, sơng Đak Mi đư c khai thác


6

v i m c đích năng lư ng g m b n nhà máy th y ñi n Đak Mi 1, 2, 3 và 4 v i các
công su t l p ñ t tương ng là 50, 55, 27 và 22 MW.
1.3.2.Các nghiên c u g n ñây
Nghiên c u g n ñây là Quy ho ch h th ng sơng Vu Gia-Thu B n đư c Cơng
ty Tư v n Xây d ng Đi n 1 th c hi n t năm 1998 ñ n năm 2003. Theo báo cáo Quy
ho ch h th ng sông Vũ Gia – Thu B n này, cơng trình Đak Mi 4 n m trong h th ng
như sau:
B ng 1.27.Quy ho ch h th ng sông Vu Gia – Thu B n

No

Thông

Sông

Sông

A

Đak

Đak

Sông

Sông

Bung

Gi ng

Vương

Mi

Mi

Tranh

Côn

2

s

Sông
Bung

Đv

4

2

1

1

4

2

2

1

MNDBT

m

570

230

60

380

820

260

170

312.5

2

MNC

m

525

175

50

340

770

220

135

290

3

Nlm

MW

100

220

60

210

225

210

135

60

379

833

231

753

850

787

513

249

1.45

1.04

1.44

1.29

1.36

1.17

1.26

106k

4

Enăm

5

B/C

-

1.09

6

EIRR

%

11.90 22.77 10.85 20.93 15.92 19.22 13.43 17.82

Wh

V i phương án Quy ho ch như trên, cơng trình Đak Mi 4 có các ch tiêu kinh
t tương đ i t t và ñư c ki n ngh nghiên c u ti p.


7

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH LŨ VÙNG THƯ NG LƯU H
CH A NƯ C ĐĂK MI 4
Dòng ch y lũ là dịng ch y thư ng

ch đ khơng n ñ nh, s dâng lên hay rút

xu ng nhanh chóng c a m t tr n lũ k t h p v i ch đ sóng, gió có nh hư ng r t l n
ñ n kh năng ng p lũ.
Trong th c t thi t k tính tốn, tùy theo cơng trình cũng như l c lư ng c a các
cơ quan tính tốn thi t k có th phân ra hai nhóm phương pháp tính:
+ Chia th i gian tính tốn lũ thành nhi u th i đo n tương ng v i th i gian nh
và trong t ng th i đo n xem dịng ch y như là dịng ch y n đ nh.
+ Tính dịng ch y lũ d a vào các mơ hình tốn khá t ng quát, bi u di n tương
ñ i ñ y ñ tr ng thái chuy n ñ ng c a lũ.
2.1.Tính tốn lũ t a dịng ch y n ñ nh
Đ ñơn gi n các ñơn v thi t k chia nh th i gian thành nh ng th i ño n nh ∆t t 5
ñ n 10 phút đ tính tốn kh năng ng p lũ. Trong các th i ño n ng n ta xem như m c
nư c thư ng và h lưu khơng đ i đ dùng các cơng th c tính tốn th y l c thơng
thư ng c a dịng ch y n đ nh đ tính lưu lư ng qua cơng trình c n tính lũ vùng
thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4. V i cách tính như trên có m t s đi m khơng
h p lý như sau:
+ Xem lư ng nư c c a toàn b lưu v c khi mưa t p trung ngay l p t c t i v trí
cơng trình, như v y đi u này khơng đúng v i dịng ch y th c t .
+ Xem sơng Đăk Mi tuy n thư ng ngu n ñ p Đăk Mi 4 có m c nư c n đ nh
khơng ñ i như m c nư c h ch a trong t ng th i đo n nh là khơng chính xác. Th c
ch t sơng Đăk Mi là dịng ch y khơng n đ nh có đ d c m c nư c trong sông.
+ Xem chênh l ch m c nư c thư ng và h lưu công trình khơng đ i trong t ng
th i đo n nh là khơng chính xác.
2.2. Tính tốn lũ vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4 theo mơ hình tốn:

S d ng mơ hình tốn mơ ph ng quá trình th y l c trong h th ng b ng các
phương trình tốn h c. Lo i mơ hình này có tính m m d o đáp ng đư c v i nhi u
bài tốn kích c khác nhau, ñi u ki n biên khác nhau.
V i s phát tri n nhanh chóng c a các th h máy tính, mơ hình tốn là m t
cơng c m nh, nhanh và kinh t trong vi c tìm ra các l i gi i trong các phương án
quy ho ch khác nhau.


8

V m t h c thu t, hi n nay đã có các mơ hình ph c t p, như mơ hình m t
chi u, hai chi u, ba chi u mơ t đư c dịng ch y th c khơng n đ nh trong sơng, h .
2.3.Các mơ hình tốn th y l c tính lũ m t chi u
Hi n nay, đ tính tốn th y l c có r t nhi u ph n m m n i ti ng mơ ph ng dịng ch y
m t chi u trên sông, ch ng h n như nh ng ph n m m sau:
Ph n m m MIKE 11 c a Đan M ch (m t chi u – 1D)
Ph n m m MACARET c a Pháp (1D)
Ph n m m HES- RAS c a M (1D)
Ph n m m TELEMAC c a Pháp (1D k t n i v i 2D)
Ph n m m SMS c a M (1D k t n i v i 2D),…
Các mô hình trên khá m nh, có kh năng mơ ph ng các hi n tư ng th y l c
ph c t p, có tính t đ ng hóa cao.
Trong nư c, hi n có các ph n m m mơ ph ng dịng ch y, m c nư c cũng như
n ng ñ m n c a h th ng m ng lư i sơng đ ng b ng như:
Mơ hình VRSAP c a c Phó Giáo sư Nguy n Như Kh
Mơ hình SAL c a Phó Giáo sư Nguy n T t Đ c
Mơ hình KOD c a Giáo sư Nguy n Ân Niên,…
Các mơ hình này có ưu ñi m là ñơn gi n, d s d ng. Tuy nhiên, các mơ hình
này có như c đi m là khơng t ng qt, ít m m d o và đ chính xác khơng cao.
M c đích c a đ tài là ng d ng mơ hình tốn đ tính dịng ch y khơng n đ nh

c a sông Đăk Mi t i tuy n thư ng ngu n đ p Đăk Mi 4. Sơng Đăk Mi tuy n thư ng
ngu n đ p Đăk Mi 4 có h s nhám tương ñ i n ñ nh. Khi lũ, m c nư c trong sơng
và đ ng g n như n m ngang, v n t c tương ñ i ñ ng ñ u và cùng m t chi u. Qua so
sánh các mơ hình tốn và đi u ki n áp d ng chúng, ñ tài ch n mơ hình Hec- Ras
(1D) version 4.0 c a Hoa Kỳ đ tính tốn ki m tra kh năng ng p lũ c a vùng thư ng
lưu h ch a nư c Đăk Mi 4. Hec- Ras (1D) version 4.0 ñã ñư c phân ph i mi n phí,
s d ng thân thi n và có kh năng mơ ph ng t t dòng ch y c a các khu tr ven b ,
đ ng ru ng và cơng trình.
2.4.Mơ hình tính tốn dịng ch y đ n
Lưu lư ng ñ n t i biên c a bài toán th y l c t mưa đư c mơ hình hóa b ng
tốn h c, đư c g i là mơ hình tốn dịng ch y đ n. Riêng lưu lư ng b sung d c sông
và khu tr v i chi u dài t p trung dịng ch y khơng l n l m, di n tích h ng nư c là


9

ñ ng ru ng tương ñ i ph ng nên có th xem mơ hình mưa phân b đ u, lưu lư ng b
sung khơng thay đ i.
Mơ hình hóa dòng ch y là m t phương pháp khoa h c ñ y hi u l c giúp cho
chúng ta xâm nh p sâu vào b n ch t t nhiên c a dịng ch y. Hi n nay có hàng trăm
mơ hình dịng ch y, nhưng có th th ng nh t tách ra hai lo i mơ hình phân bi t (mơ
hình t t đ nh và mơ hình ng u nhiên). Dù b n ch t c a dòng ch y là ng u nhiên,
nhưng cũng th a nh n t n t i nh ng giai đo n hình thành dịng ch y trong đó nh ng
thành ph n t t đ nh đóng vai trị ch y u.


10

CHƯƠNG 3:

NG D NG MƠ HÌNH HEC – RAS TÍNH NG P LŨ VÙNG
THƯ NG LƯU H

CH A NƯ C ĐĂK MI 4

3.1. Mơ hình tốn Hec-Ras
Lu n văn áp d ng mơ hình Hec-Ras 4.0 do qn đ i Hoa kỳ xây d ng và phát
tri n. Đây là mơ hình tốn m t chi u (1D) bao g m hai ph n: mơ hình th y l c và mơ
hình truy n ch t.
HEC-RAS đư c xây d ng đ trình di n q trình tính thu l c m t chi u cho
m ng lư i sông su i t nhiên hay các kênh nhân t o. Mơ hình này có kh năng t
đ ng hóa cao trong vi c nh p s li u, n i suy m t c t ngang; ñư c dùng ñ tính tốn
m c nư c, lưu lư ng, s xâm nh p m n

vùng sông nh hư ng tri u, v n chuy n

bùn cát trên sơng; mơ hình tốn này gi i h phương trình Saint – Venant m t chi u
trên h th ng sông, kênh h và phương trình truy n ch t. Ngồi ra mơ hình cịn dùng
đ tính tốn thêm m t s y u t ch t lư ng nư c như lan truy n ch t dinh dư ng, các
ch t hoà tan...
3.2.H phương trình cơ b n s d ng trong Hec – ras
3.2.1. Phương trình liên t c
Phương trình liên t c mơ t đ nh lu t b o tồn kh i lư ng cho bài toán m t
chi u:
∂A ∂S ∂Q
+
+
− ql = 0
∂t ∂t ∂x

(3.7)

Trong đó :
x : Kho ng cách d c theo sông
t

: Th i gian

Q : Lưu lư ng
A : Di n tích m t c t ngang
S : Lư ng tr
ql : Lưu lư ng ch y vào t bên, trên m t ñơn v chi u dài
Phương trình trên có th đư c vi t cho lòng d n và bãi
∂Qc ∂Ac
+
= qf
∂x c
∂t

(3.8)


11
∂Q f

và

+

∂x f

∂A f
∂t

+

∂S
= qc + ql
∂t

(3.9)

Các ch s dư i c và f bi u th dịng chính và dòng bãi, ql là dòng ch y bên trên
m t ñơn v chi u dài dòng bãi, và ql là lư ng trao đ i nư c gi a lịng d n và bãi.
Hai phương trình (3.8) và (3.9) đư c `x p x b ng cách s d ng sơ đ sai phân
n, thay các phương trình (3.4) đ n (3.6) vào hai phương trình trên:
∆Qc ∆Ac −
+
=qf
∆x c
∆t

(3.10)

−
−
∆Qt ∆At ∆S
+
+
= qc + q f

∆x1
∆t
∆t

(3.11)

S trao ñ i kh i lư ng thì b ng nhau nhưng khác d u, do đó :
∆xc qc = -qf ∆xƒ

(3.12)

Thay vào phương trình (3.10) và (3.11) :
∆Q +

∆A f
∆Ac
∆S
∆xc +
∆x f +
∆x f − Ql = 0
∆t
∆t
∆t

(3.13)

Trong đó :
: Lưu lư ng trung bình dịng ch y bên

Ql

3.2.2. Phương trình đ ng lư ng
Phương trình đ ng lư ng xu t phát t ñ nh lu t bi n thiên ñ ng lư ng
∂Q ∂ (VQ)
 ∂z

+
+ gA + S f  = 0
∂t
∂x
 ∂x


(3.14)

Trong đó :
g

: Gia t c tr ng trư ng

Sf

: Đ d c th y l c

V

:V nt c

Phương trình trên có th đư c vi t cho dịng chính và bãi :
 ∂z


∂Qc ∂ (Vc Qc )
+
+ gAc 
 ∂x + S fc  = M f

∂t
∂xc
 c

∂Q f
∂t

+

∂ (V f Q f )
∂x f

 ∂z
+ gA f 
+ S ff
 ∂x
 f


 = Mc



(3.15)

(3.16)


12

Trong đó Mc và Mf là nh ng dịng đ ng lư ng trên m t ñơn v chi u dài trao
đ i tương ng gi a dịng chính và bãi. Trong nh ng phương trình này gi thi t ñư c
s d ng là m t nư c n m ngang và m t c t ư t vuông góc v i phương dịng ch y.
B i v y ñ cao m t nư c là như nhau cho dịng chính và bãi t i m t m t c t xác ñ nh.

D ng sai phân c a các phương trình (3.15) và (3.16) là :
 ∆z

∆Qc ∆(Vc Qc )
+
+ gAc 
+ S fc  = M f
 ∆x

∆t
∆xc
 c

∆Q f
∆t

+

∆(V f Q f )
∆x f

 ∆z
+ gA f 
+ S ff
 ∆x
f



 = Mc



(3.17)
(3.18)

S trao ñ i năng lư ng ph i b ng nhau nhưng khác d u : ∆xc Mc = - ∆xf Mf
C ng hai phương trình trên và s p x p l i ta ñư c :
∆ (Qc ∆xc + Q f .∆x f )
∆t

+ ∆(Vc Qc ) + ∆(V f Q f ) + g (Ac + A f )∆z + gAc .S fc .∆xc + gA f .S ff .∆x f = 0

(3.19)
Hai thông s cu i cùng là l c ma sát do b tác d ng lên ch t l ng. Thành ph n l c
này có th vi t l i dư i d ng tương ñương :
gA.S f .∆xc = gAc .S fc .∆xc + gA f .S ff .∆x f

(3.20)

Trong đó :
∆xc : Chi u dài dịng ch y tương đương
Sf

: Đ d c th y l c cho toàn b m t c t,
−

−

A = Ac + A f

V y thơng s đ i lưu có th đư c vi t l i thơng qua vi c xác ñ nh h s phân
b lưu t c :

(v . A
β=
2
c

c

+ v 2 .Af
f
2

v .A

) = (v .Q
c

c

+ v f .Q f )
Q.v

(3.21)

Do đó :
∆(β .v.Q ) = ∆(vc .Qc ) + ∆(v f .Q f )

D ng cu i cùng c a phương trình đ ng lư ng là :

(3.22)


13

∆ (Qc ∆xc + Q f .∆x f ) ∆(β .v.Q )
 ∆z
+
+ gA 
 ∆x + S f
∆t.∆xc
∆xc
 c


=0



(3.23)

3.3.Phương hư ng gi i h phương trình cơ b n s d ng trong Hec–ras
3.3.1. Tuy n tính hóa phương trình sai phân h u h n
* Các gi thi t :
1. N u ƒ x ƒ >> ∆ƒ x ∆ƒ thì ∆ƒ x ∆ƒ = 0 ( theo Preissmann nêu trong báo cáo
Liggett và Cunge, 1975)
2. N u g = g(Q,z) thì ∆g có th đư c x p x b ng s h ng ñ u c a chu i
 ∂g 
 ∂g 
∆g l = 
 ∂Q  ∆Qi +  ∂z  ∆z i

 i

j

Taylor:

3. N u bư c th i gian, ∆t nh , có th coi như giá tr c a các bi n là khơng đ i ;
do đó h n +1 ≈ h n và ∆hƒ ≈ 0
f
f
Gi thi t 2 ñư c ng d ng cho ñ d c th y l c Sf và di n tích A. Gi thi t 3
ñư c ng d ng cho v n t c v, trong s h ng ñ i lưu; h s phân b v n t c β, chi u
dài dịng ch y tương đương x, và h s phân b lưu lư ng φ.
3.3.2. H s phân ph i dịng ch y
C n ph i xác đ nh s phân ph i lưu lư ng gi a dịng chính và bãi. Ph n dịng
ch y trong sơng đư c xác ñ nh như sau:

φj =

Qcj

(3.30)

Qcj + Q fj

Fread (1976) gi thi t r ng ñ d c th y l c gi a dịng chính và bãi là tương t
nhau, do đó s phân ph i lưu lư ng ñư c chia theo t l c a mô ñun lưu lư ng. Do
đó trong mơ hình Hec-Ras h s phân ph i xác ñ nh :
φj =

K cj

(3.31)

K cj + K fj

3.3.3. Chi u dài dòng ch y tương ñương
∆xe =

Ac S fc ∆xc + A f S ff ∆x f
AS f

Theo Fread h s phân ph i lưu lư ng trung bình c a đo n:

(3.32)

14
−

−

φ=

Kc
−

−

,

Kc+ Kf
−

∆x c =

Thì:

−

A c ∆x c + A f ∆x f
−

A

V y ∆xc ñư c xác ñ nh :
∆xe =

(A

cj

+ Acj +1 )∆xcj + (A fj + A fj +1 )∆x fj

A j + A j +1

(3.33)

3.3.4.Đi u ki n biên
Theo sơ ñ sai phân v i m t đo n sơng có N nút tính tốn có N-1 ph n t sai
phân h u h n nên ch có 2N-2 phương trình sai phân. S

n (∆Q và ∆z) cho m i nút

là 2N n s , nên c n ph i có thêm hai phương trình n a. Vì v y t i m i nhánh, v i
dịng ch y xi t địi h i 2 đi u ki n biên
c u 1 ñi u ki n biên

thư ng lưu nhánh. V i dòng ch y êm yêu

thư ng lưu và 1 ñi u ki n biên

h lưu.

3.3.4.1. Đi u ki n biên phía trong (cho k t n i nhánh )
3.3.4.2.Đi u ki n biên thư ng lưu
3.3.4.3.Đi u ki n biên h lưu

3.3.5.Đi u ki n ban ñ u
Bên c nh ñi u ki n biên, c n ph i ñưa vào ñi u ki n ban ñ u c a h th ng t i
th i ñi m b t ñ u c a quá trình mơ ph ng dịng ch y khơng n đ nh. Đi u ki n ban
ñ u bao g m các giá tr v m c nư c và lưu lư ng t i m i m t c t, cũng như cao ñ
m c nư c c a các ô ru ng.
Chương trình HecRas 4.0 cho phép nh p ñi u ki n ban ñ u theo hai cách:
+ Vào d li u v lưu lư ng t i th i ñi m ban ñ u c a m i nhánh. Chương trình
s tính tốn giá tr m c nư c và lưu lư ng t i các m t c t tương ng v i dòng ch y
n ñ nh.
+ Nh p tr c ti p giá tr v m c nư c và lưu lư ng t i các m t c t. Cách này
thư ng dùng khi mơ ph ng dịng ch y khơng n đ nh trong th i gian dài, ph i chia ra
làm nhi u th i đo n đ tính tốn. Khi ñó, giá tr

th i ño n cu i c a th i ño n trư c

ñư c s d ng làm ñi u ki n biên c a th i ño n k ti p.


15

3.4. Áp d ng tính tốn cho dịng ch y lũ vùng thư ng lưu h
ĐăkMi4:
*Sơ đ tính tốn:

Hình 3.6: Sơ đ v trí các nhánh sơng, su i tính tốn

Hình 3.7: Sơ đ mơ hình hóa v trí các nhánh sơng tính tốn

ch a nư c

16

T chương trình, tác gi đã xây d ng mơ hình 3D cơng trình th y đi n Đăk Mi
4 ng v i m c nư c max p = 0,5% bi u di n

hình 3.8

Hình 3.8: Mơ hình 3D cơng trình th y đi n Đăk Mi 4 ng v i m c nư c max
p = 0,5%
* K t qu tính tốn:
M ng lư i sơng Đăk Mi v i các sơng su i và các cơng trình trên sơng đã t o
thành m t h th ng cùng các đi u ki n biên và chương trình HEC – RAS gi i cho giá
tr m c nư c và lưu lư ng t i t ng m t c t sơng.
K t qu tính tốn các giá tr c a các m t c t t i th i ñi m c t nư c l n nh t
đư c trình bày

b ng PL 1.1 ( ph l c 1) và ñư ng m c nư c l n nh t Hmax ng v i

t n su t 0,5% d c sơng phía thư ng lưu đ p Đăk Mi 4 tính theo ph n m m HEC –
RAS th hi n

hình 3.9.


17

Hình 3.9: Đư ng c t nư c Hmax theo tr c d c thư ng lưu ñ p Đăk Mi 4 tính theo
ph n m m HEC – RAS
K t qu tính tốn giá tr lưu lư ng, c t nư c và v n t c t i m t c t ngay trư c

ñ p Đăk Mi 4 ( m t c t 1, ño n 2 ) ñư c cho

b ng 3.5.

B ng 3.5: Giá tr lưu lư ng, c t nư c và v n t c t i m t c t ngay trư c ñ p ĐăkMi 4
STT

A

Ch tiêu
Giá tr

Đơn v

Lũ ng v i t n
su t p = 0,5%

ng v i m c nư c l n nh t

Hmax (11h, 23/10/1998)

1

Lưu lư ng Q

m3/s

5300,25

2

V nt cV

m/s

0,26

3

Cao trình m c nư c thư ng lưu Hmax

m

258,02

B

Giá tr lưu lư ng, m c nư c l n nh t
(12h, 23/10/1998)

1

Lưu lư ng Q

m3/s

9432,55

2

V nt cV

m/s

0,49

3

Cao trình m c nư c thư ng lưu Hmax

m

254,55

Gi

1

C

Th i gian t Hmax ñ t ñ n Qmax


18

Đư ng m c nư c l n nh t ng v i t n su t 0,5% t i m t c t ngay trư c ñ p
Đăk Mi 4 ( m t c t 1, ño n 2, sơng Đăk Mi) tính theo ph n m m HEC – RAS th
hi n trên hình 3.10 và ph l c 2.

Hình 3.10: C t nư c Hmax t i m t c t ngang thư ng lưu ñ p Đăk Mi 4 ( m t c t 1,

ño n 2 ) tính theo ph n m m HEC – RAS
Theo k t qu t chương trình ghi

b ng 3.5, ta th y giá tr lưu lư ng, các bi u

ñ quan h lưu lư ng và m c nư c t i m t c t s 1, thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi
4 ng v i t ng gi đư c cho

hình 3.11


19

Hình 3.11: Quan h Q ∼ t, H ∼ t và a ∼ t c a lũ ng v i t n su t 0,5% t i m c t 1
K t qu tính tốn đã th hi n

ph l c 1 di n tích th c t ng p úng vùng

thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4 ñư c th hi n trên sơ ñ hình 3.12

Hình 3.12: Sơ đ th hi n di n tích th c t ng p úng vùng thư ng lưu h ch a
nư c Đăk Mi 4


20

3.5.Tính ng p l t vùng thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4 theo phương pháp
t a n ñ nh:
Theo phương pháp c ñi n s ng p úng lịng h Đăk Mi 4 đư c tính theo quan
ni m dịng ch y t a n ñ nh, t c là t i m i th i đo n ∆t dịng ch y xem như n ñ nh.

Như v y, m c nư c cao nh t trong lòng h Đăk Mi 4 s tương ng v i ñư ng m t
nư c ng v i lưu lư ng max đ nh lũ.
K t qu tính tốn đư ng m t nư c theo phương pháp t a n đ nh đư c cho b i
hình v 3.13 và b ng PL1.2 (ph l c 1).

Hình 3.13:Đư ng c t nư c Hmax theo tr c d c thư ng lưu ñ p Đăk Mi 4 tính theo
phương pháp t a n đ nh


21

3.6. So sánh k t qu tính tốn m c nư c l n nh t theo Hes – ras và phương
pháp t a n đ nh:
*Sơng chính Đăk Mi:
280

Theo PM Hec - ras

275

H(m)

Theo
270

PP t a n đ nh

265
260
255

250
0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

x(m)

*Sơng nhánh Đăk Sa:
259

258

Theo PP t a n ñ nh
257

Theo PM Hec - ras

256

255

254
0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Hình 3.14: Đư ng c t nư c Hmax theo tr c d c sơng Đăk Mi tính theo ph n m m Hec
– ras và phương pháp t a n đ nh
*Nh n xét:
-Theo mơ hình tốn dùng đ tính tốn dịng ch y khơng n đ nh, các y u t
th y l c v dòng ch y như: lưu t c dòng ch y và áp su t t i m t v trí thay đ i theo
th i gian, trong phương trình đ ng lư ng ta khơng th b qua đ i lư ng l c quán tính
nên giá tr c t nư c và lưu lư ng khơng cùng đ t c c tr đ ng th i.
-K t qu tính theo mơ hình tốn khi c t nư c đ t l n nh t, lưu lư ng chưa ñ t
giá tr l n nh t. V n ñ này phù h p v i dịng ch y khơng n đ nh trong sông thiên


22

nhiên, các c c tr khơng đ ng th i xu t hi n. Giá tr lưu lư ng và v n t c l n nh t
ñ n ch m hơn giá tr m c nư c. Cư ng ñ ñ nh lũ biên trên càng l n thì th i gian đ
dịng ch y đ t t Hmax ñ n Qmax càng nh .
-Do dòng ch y lũ có qn tính nên k t qu tính theo mơ hình tốn khơng n
đ nh trong Hec – ras khác v i phương pháp t a n đ nh.
-Do có k đ n l c qn tính trong q trình lũ lên và xu ng nên k t qu tính
theo mơ hình Hec – ras l n hơn tính theo phương pháp dịng ch y t a n đ nh.


23

K T LU N - KI N NGH
A.K T LU N:
* Lu n văn s d ng ph n m m HEC – RAS xây d ng d a trên mơ hình tốn
m t chi u đ tính tốn dịng ch y khơng n đ nh

thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi

4 cho k t qu tính tốn g n đúng v i th c t ng p úng thư ng lưu ch a nư c Đăk Mi
4.
*T k t qu thu đư c qua tính tốn d a vào ph n m m HEC – RAS ñã góp
ph n d báo ñư c vùng ng p lũ

thư ng lưu h ch a nư c Đăk Mi 4 đư c chính xác

hơn và xây d ng đư ng quá trình x lũ t i h ch a nư c Đăk Mi 4 ñư c h p lý hơn.
*K t qu chính xác c a vi c nghiên c u này cho bi t vùng nào c n di d i dân
tái ñ nh cư dân cư quanh khu v c lòng h nh m gi m thi u h u qu v tính m ng và
kinh t do thiên tai lũ l t gây ra, ñ c bi t là tình hình th i ti t nh ng năm g n ñây
mưa lũ ngày càng tr nên ph c t p hơn, ñ ng th i gi m đư c chi phí đ u tư cho d
án trong vi c di d i tài ñ nh cư

m c t t nh t.

*T lưu lư ng tính tốn x lũ qua tràn chính xác hơn góp ph n d báo lũ h
lưu h ch a ñư c t t hơn.
B.KI N NGH :
*Trong th i gian t i c n l p tr m ño th y văn ñ ño lưu lư ng và hàm lư ng
bùn cát c a các sông trong khu v c d án ñ có ñư c s li u tin c y góp ph n d báo
ng p lũ cũng như b i l ng lịng h đư c t t hơn.
*Ph n m m HEC – RAS thân thi n, mi n phí, đáp ng đư c u c u tính tốn
đi u ti t lũ và b i l ng lịng h , do đó đ ngh nên đưa ph n m m này vào trong gi ng
d y và tính tốn thi t k các cơng trình th y l i – th y ñi n.