Luận văn Nghiên cứu mô hình hec - Ras để xác định vùng ngập lụt thượng lưu hồ chứa nước đăk mi 4

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHẠM THỊ KIM PHỤNG NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH HEC - RAS ĐỂ XÁC ĐỊNH VÙNG NGẬP LỤT THƯỢNG LƯU HỒ CHỨA NƯỚC ĐĂK MI 4 CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY MÃ SỐ: 60.58.40 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐÀ NẴNG - 2011 2 Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. NGUYỄN THẾ HÙNG Phản biện 1 : TS. Nguyễn Văn Minh Phản biện 2 : PGS.TS. Nguyễn Thưởng Luận văn ñã ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 29 tháng 6 năm 2011. Có thể tìm hiểu luận văn tại: • Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng • Trung tâm Học Liệu, Đại học Đà Nẵng. 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn ñề tài Hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn thuộc tỉnh Quảng Nam, một phần tỉnh Kon Tum (ở thượng nguồn) và Thành phố Đà Nẵng. Là sông có tiềm năng kinh tế kỹ thuật thủy ñiện gần 5 tỷ kWh/năm, ñứng thứ 4 trong các sông ở Việt Nam sau sông Đà, sông Đồng Nai và sông Sê San. Trong tình hình thiếu hụt nghiêm trọng nguồn cung cấp năng lượng hiện tại và tương lai, việc xây dựng các công trình thủy ñiện - thủy lợi trên hệ thống sông này sẽ bổ sung lượng ñiện năng ñáng kể vào hệ thống ñiện Quốc gia, ngoài ra nó còn góp phần thúc ñẩy cho sự phát triển Kinh tế, xã hội cho khu vực miền Trung và ñất nước. Đặc biệt, với tiềm năng dồi dào chưa ñược khai thác, tỉnh Quảng Nam có nhiều ñiều kiện phát triển một cách toàn diện và hiện ñại. Để ñảm bảo cho sự phát triển kinh tế khu vực, ñòi hỏi phải xây dựng cơ sở hạ tầng, trong ñó nổi bật nhất là giao thông, ñiện và nước. Công trình thủy ñiện Đăk Mi 4 ñược khai thác theo sơ ñồ 2 bậc: Bậc trên sử dụng nguồn nước của sông Đak Mi ñể tạo thành hồ chính trên sông Đak Mi và một ñường hầm chuyển nước sang sông ngọn Thu Bồn với chênh lệch cột nước là 152 m. Bậc dưới tận dụng lại nguồn nước sau Nhà máy Đak Mi 4 bậc trên và phụ lưu của sông ngọn Thu Bồn có chênh lệch cột nước là 39 m. Công trình thủy ñiện Đak Mi 4 sẽ góp phần bổ sung nguồn năng lượng vào hệ thống ñiện Quốc gia với tổng công suất lắp ñặt 190 MW và ñiện lượng hàng năm khoảng 768.4 triệu kWh. Trong quy hoạch thiết kế thủy ñiện, kết quả chính xác của việc nghiên cứu các vùng ngập lụt trong mùa lũ tại vị trí lòng hồ là rất quan trọng nhằm xác ñịnh ñược vùng nào cần di dời tái ñịnh cư quanh khu vực xây dựng lòng hồ nhằm giảm thiểu hậu quả về người và tài sản do thiên tai lũ lụt gây ra, ñồng thời giảm ñược chi phí ñầu tư cho dự án trong việc di dời tái ñịnh cư ở mức thấp nhất. Tuy nhiên, khi tính lũ, ñể ñơn giản cho quá trình tính toán người ta thường xem như mực nước hồ nằm ngang, hoặc tính theo dòng chảy ổn ñịnh. Nhưng trong thực tế mực nước hồ dâng lên và dòng chảy trong hồ là dòng chảy không ổn ñịnh. 2 Do ñó, ñể có một bức tranh ñúng hơn về dòng chảy lũ trong hồ chứa, tác giả chọn ñề tài: “Nghiên cứu mô hình Hec – ras ñể xác ñịnh vùng ngập lụt vùng thượng lưu hồ chứa nước Đăk Mi 4”. 2. Mục ñích nghiên cứu Nghiên cứu áp dụng mô hình toán thủy lực HEC – RAS ñể tính toán khả năng ngập lụt ở thượng lưu hồ chứa nước Đăk Mi 4. Từ ñó, ñánh giá phạm vi và mức ñộ ngập lụt vùng thượng lưu nhằm cảnh báo lũ và ñịnh hướng trong công tác qui hoạch phát triển. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu -Đối tượng nghiên cứu của ñề tài là chế ñộ mưa - lũ trên hệ thống sông; áp dụng mô hình toán thủy văn, thuỷ lực tính toán dòng chảy lũ. -Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực hệ thống sông Đăk Mi. 4. Phương pháp nghiên cứu -Phương pháp ñiều tra, thu thập số liệu -Phương pháp thống kê, tổng hợp ñịa lý -Phương pháp áp dụng mô hình toán học về thuỷ văn, thuỷ lực 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài Đánh giá lại chế ñộ, ñặc ñiểm lũ lụt của hệ thống sông Đăk Mi ñể xây dựng các phương án dự báo lũ, khả năng ngập lụt nhằm ñảm bảo sản suất và an toàn vùng thượng lưu hồ chứa nước Đăk Mi 4. Sản phẩm của ñề tài sẽ là công cụ rất cần thiết góp phần phục vụ công tác ñịnh hướng qui hoạch lòng hồ; là cơ sở ñể dự báo khả năng ngập lũ và ñề ra chế ñộ vận hành nhằm nâng cao khả năng thoát lũ hồ Đăk Mi ñảm bảo an toàn cho vùng thượng lưu lưu vực hệ thống sông Đăk Mi. 6. Bố cục của luận văn Luận văn ngoài phần mở ñầu, kết luận và kiến nghị, gồm có 03 chương: Chương 1: Tổng quan về công trình thủy ñiện Đăk Mi 4 Chương 2: Các phương pháp tính lũ vùng thượng lưu hồ chứa nước Đăk Mi 4 Chương 3: Ứng dụng mô hình Hec – ras tính ngập lụt vùng thượng lưu hồ chứa nước Đăk Mi4 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN ĐĂK MI 4 1.1.Đặc ñiểm và ñiều kiện tự nhiên lưu vực hồ chứa nước Đăk Mi 4 Công trình thủy ñiện Đak Mi 4 ñược khai thác theo sơ ñồ 2 bậc: Bậc trên sử dụng nguồn nước của sông Đak Mi ñể tạo thành hồ chính trên sông Đak Mi và một ñường hầm chuyển nước sang sông ngọn Thu Bồn với chênh lệch cột nước là 152m. Công trình thủy ñiện Đak Mi 4 có tuyến ñập bậc trên nằm trên sông Đak Mi, lưu vực sông ñến tuyến ñập có diện tích 1.125 km2, chiều dài sông 76 km, ñộ dốc lòng sông 26,7o/oo, ñộ cao trung bình lưu vực 950 m. Sông Đăk Mi là phần thượng lưu của sông Cái, một trong các sông lớn của hệ thống sông Vu Gia-Thu Bồn. Sông Cái bắt nguồn từ các ñỉnh núi thuộc dãy Trường Sơn, chảy theo hướng Bắc – Nam, gia nhập với sông Bung. Từ nhập lưu này sông có tên Vu Gia và chảy theo hướng Tây-Đông, ñổ vào Biển Đông. 1.1.1. Vị trí ñịa lý Phía bắc giáp huyện Quế Sơn và Nam Giang, phía tây giáp huyện Nam Giang, phía nam là Kon Tum, phía ñông là huyện Trà My và Hiệp Đức. Công trình thủy ñiện Đak Mi 4 nằm trên sông Đăk Mi thuộc huyện Phước Sơn, Tỉnh Quảng Nam. Dự án nằm trong giới hạn tọa ñộ ñịa lý: 15015’ – 15030’ vĩ ñộ Bắc; 107045’ – 107057’ kinh ñộ Đông, cách Tam Kỳ khoảng 85 Km theo hướng Tây Bắc. 1.1.2. Đặc ñiểm ñịa hình Khu vực công trình thuộc dãy Trường Sơn nên có ñịa hình phức tạp và bị phân cắt mạnh, có ñịa hình khá dốc, các sườn có ñộ nghiêng từ 150- 350 cao ñộ biến thiên từ 80 m ñến gần 700 m, với vài ñỉnh núi lân cận cao trên 1.800 m. Sau khi tích nước hồ chứa sẽ làm ngập khoảng 5,5km ÷ 6km ñường tỉnh lộ 14E và cầu Nước Mỹ. 1.1.3.Điều kiện khí hậu và thủy văn khu vực 1.1.3.1.Đặc ñiểm khí hậu -Nhiệt ñộ không khí: Ở khu vực này nhiệt ñộ trung bình năm không lớn, tại trạm Trà Mi trong khoảng thời gian từ năm 1978-2005 là 24,5oC. Các tháng nóng nhất trong năm thường là tháng V, VI, VII, tháng lạnh nhất thường là tháng XII hay tháng I. 4 -Độ ẩm của không khí: Độ ẩm không khí ở khu vực khá lớn, giá trị trung bình năm tại trạm Trà Mi ñạt 87%, giá trị trung bình tháng giữa các tháng trong năm chênh lệch không nhiều, ñộ ẩm lớn nhất hầu như ñạt 100%, ñộ ẩm nhỏ nhất trung bình ñạt 38%. -Mưa: Mùa mưa ở khu vực này thường bắt ñầu vào tháng IX và kết thúc vào tháng XII, lượng mưa 4 tháng mùa mưa chiếm khoảng 70% lượng mưa năm. Các tháng V và VI không phải mùa mưa nhưng thường có lượng mưa khá lớn, ñây là nguyên nhân sinh ra lũ tiểu mãn ở khu vực này. -Gió: Các ñặc trưng về gió lấy theo trạm Trà Mi, tài liệu quan trắc từ 1978-2005. Khu vực này có 2 mùa gió rõ rệt, từ tháng III ñến tháng VIII hướng gió thịnh hành là Đông và Đông Nam, từ tháng IX ñến tháng II năm sau hướng gió thịnh hành là Bắc và Đông Bắc. Tốc ñộ gió trung bình năm là: 2,2 m/s. -Bốc hơi: Do ñộ ẩm không khí lớn nên lượng bốc hơi nhỏ. Các tháng mùa mưa có lượng bốc hơi nhỏ và ngược lại các tháng mùa khô có lượng bốc hơi lớn. Lượng bốc hơi Piche tại Trà Mi trung bình năm là: 660 mm. 1.1.3.2.Đặc ñiểm dòng chảy Trạm thuỷ văn Thành Mỹ trên sông Cái (phần hạ du sông Đak Mi) có tài liệu dòng chảy thực ño từ 1977-2008. Lưu lượng trung bình tháng, năm 1976 tại trạm Thành Mỹ ñược tính theo tương quan dòng chảy Nông Sơn - Thành Mỹ năm 1977. Dòng chảy tháng trạm Thành Mỹ ñã bổ sung năm 1976 như bảng 1.10 . Dòng chảy của sông Đak Mi và khu vực lân cận có hai mùa rõ rệt. Mùa lũ từ tháng X ñến tháng XII, mùa kiệt từ tháng I ñến tháng IX năm sau. Mùa lũ tuy ngắn (chỉ trong 3 tháng), nhưng lượng nước mùa lũ chiếm khoảng 60% ÷ 70% lượng nước cả năm. Ngược lại mùa cạn kéo dài tới 9 tháng nhưng chỉ chiếm khoảng 30% ÷ 40% lượng nước cả năm. Lưu lượng giảm dần từ tháng I ñến tháng IV, tháng V-VI dòng chảy tăng lên nhờ mưa tiểu mãn. Tháng kiệt nhất trong năm thường là tháng IV. 1.1.4.Điều kiện ñịa chất, thổ nhưỡng công trình 1.1.4.1.Lịch sử ñịa chất 1.1.4.2.Kiến tạo 1.1.4.3.Điều kiện ñịa chất các tuyến công trình(tuyến ñập chính và tràn) Nền và hai vai ñập là ñất ñá thuộc hệ tầng Khâm Đức, chủ yếu là ñá phiến thạch anh- mica dạng gneis với chiều dày tầng phủ (là ñất á sét màu nâu ñỏ lẫn ít dăm ñá gốc) 5 dày 3-15 m. Phần lòng sông có lớp cuội sỏi dày 2-5 m phủ lên nền ñá ñới IB ở bờ trái. ñịa chất ñáp ứng tốt yêu cầu xây dựng công trình. 1.1.4.4. Thổ nhưỡng Các loại ñá trong khu vực gồm chủ yếu là các ñá biến chất gneis và dạng gneiss như gneiss plagiocla, gneiss biotit, dioritgneiss, granitogneiss, amphybol, phiến thạch anh… của hệ tầng khâm Đức, plagioclagranit của phức hệ Chu Lai và các trầm tích ñệ tứ. 1.2.Nguyên nhân hình thành một số chế ñộ gây mưa lũ: Khu vực Dự án thuộc vùng núi thấp và chuyển tiếp sang vùng núi cao của dãy Trường Sơn, mức ñộ phân cắt mạnh, có ñịa hình khá dốc, các sườn có ñộ nghiêng từ 15- 35o, cao ñộ biến thiên từ 80 m ñến gần 700 m, với vài ñỉnh núi lân cận cao trên 1.800 m. Mùa mưa ở khu vực này thường bắt ñầu vào tháng IX và kết thúc vào tháng XII, lượng mưa 4 tháng mùa mưa chiếm khoảng 70% lượng mưa năm. Các tháng V và VI không phải mùa mưa nhưng thường có lượng mưa khá lớn, ñây là nguyên nhân sinh ra lũ tiểu mãn ở khu vực này. Dòng chảy của sông Đăk Mi và khu vực lân cận có hai mùa rõ rệt. Mùa lũ từ tháng X ñến tháng XII, mùa kiệt từ tháng I ñến tháng IX năm sau. Mùa lũ tuy ngắn (chỉ trong 3 tháng), nhưng lượng nước mùa lũ chiếm khoảng 60÷70% lượng nước cả năm. Ngược lại mùa cạn kéo dài tới 9 tháng nhưng chỉ chiếm khoảng 30÷40% lượng nước cả năm. Lưu lượng giảm dần từ tháng I ñến tháng IV, tháng V-VI dòng chảy tăng lên nhờ mưa tiểu mãn. Tháng kiệt nhất trong năm thường là tháng IV. 1.3.Hiện trạng các công trình trong lưu vực 1.3.1.Các nghiên cứu trước ñây Nghiên cứu về sử dụng nguồn nước sông Đak Mi ñã ñược thực hiện từ những năm 70 của thế kỷ 20. Một trong những nghiên cứu có hệ thống ñã ñược Ủy ban Quốc gia sông Mê Kông thực hiện năm 1972. Đó là “Deck Study for Water Resources Projects in Vietnam”. Theo nghiên cứu này, sông Đak Mi ñược khai thác 6 với mục ñích năng lượng gồm bốn nhà máy thủy ñiện Đak Mi 1, 2, 3 và 4 với các công suất lắp ñặt tương ứng là 50, 55, 27 và 22 MW. 1.3.2.Các nghiên cứu gần ñây Nghiên cứu gần ñây là Quy hoạch hệ thống sông Vu Gia-Thu Bồn ñược Công ty Tư vấn Xây dựng Điện 1 thực hiện từ năm 1998 ñến năm 2003. Theo báo cáo Quy hoạch hệ thống sông Vũ Gia – Thu Bồn này, công trình Đak Mi 4 nằm trong hệ thống như sau: Bảng 1.27.Quy hoạch hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn No Thông số Đv Sông Bung 2 Sông Bung 4 Sông Giằng 2 A Vương 1 Đak Mi 1 Đak Mi 4 Sông Tranh 2 Sông Côn 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 4 Enăm 106k Wh 379 833 231 753 850 787 513 249 5 B/C - 1.09 1.45 1.04 1.44 1.29 1.36 1.17 1.26 6 EIRR % 11.90 22.77 10.85 20.93 15.92 19.22 13.43 17.82 Với phương án Quy hoạch như trên, công trình Đak Mi 4 có các chỉ tiêu kinh tế tương ñối tốt và ñược kiến nghị nghiên cứu tiếp. 7 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH LŨ VÙNG THƯỢNG LƯU HỒ CHỨA NƯỚC ĐĂK MI 4 Dòng chảy lũ là dòng chảy thường ở chế ñộ không ổn ñịnh, sự dâng lên hay rút xuống nhanh chóng của một trận lũ kết hợp với chế ñộ sóng, gió có ảnh hưởng rất lớn ñến khả năng ngập lũ. Trong thực tế thiết kế tính toán, tùy theo công trình cũng như lực lượng của các cơ quan tính toán thiết kế có thể phân ra hai nhóm phương pháp tính: + Chia thời gian tính toán lũ thành nhiều thời ñoạn tương ứng với thời gian nhỏ và trong từng thời ñoạn xem dòng chảy như là dòng chảy ổn ñịnh. + Tính dòng chảy lũ dựa vào các mô hình toán khá tổng quát, biểu diễn tương ñối ñầy ñủ trạng thái chuyển ñộng của lũ. 2.1.Tính toán lũ tựa dòng chảy ổn ñịnh Để ñơn giản các ñơn vị thiết kế chia nhỏ thời gian thành những thời ñoạn nhỏ ∆t từ 5 ñến 10 phút ñể tính toán khả năng ngập lũ. Trong các thời ñoạn ngắn ta xem như mực nước thượng và hạ lưu không ñổi ñể dùng các công thức tính toán thủy lực thông thường của dòng chảy ổn ñịnh ñể tính lưu lượng qua công trình cần tính lũ vùng thượng lưu hồ chứa nước Đăk Mi 4. Với cách tính như trên có một số ñiểm không hợp lý như sau: + Xem lượng nước của toàn bộ lưu vực khi mưa tập trung ngay lập tức tại vị trí công trình, như vậy ñiều này không ñúng với dòng chảy thực tế. + Xem sông Đăk Mi tuyến thượng nguồn ñập Đăk Mi 4 có mực nước ổn ñịnh không ñổi như mực nước hồ chứa trong từng thời ñoạn nhỏ là không chính xác. Thực chất sông Đăk Mi là dòng chảy không ổn ñịnh có ñộ dốc mực nước trong sông. + Xem chênh lệch mực nước thượng và hạ lưu công trình không ñổi trong từng thời ñoạn nhỏ là không chính xác. 2.2. Tính toán lũ vùng thượng lưu hồ chứa nước Đăk Mi 4 theo mô hình toán: Sử dụng mô hình toán mô phỏng quá trình thủy lực trong hệ thống bằng các phương trình toán học. Loại mô hình này có tính mềm dẻo ñáp ứng ñược với nhiều bài toán kích cỡ khác nhau, ñiều kiện biên khác nhau. Với sự phát triển nhanh chóng của các thế hệ máy tính, mô hình toán là một công cụ mạnh, nhanh và kinh tế trong việc tìm ra các lời giải trong các phương án quy hoạch khác nhau. 8 Về mặt học thuật, hiện nay ñã có các mô hình phức tạp, như mô hình một chiều, hai chiều, ba chiều mô tả ñược dòng chảy thực không ổn ñịnh trong sông, hồ. 2.3.Các mô hình toán thủy lực tính lũ một chiều Hiện nay, ñể tính toán thủy lực có rất nhiều phần mềm nổi tiếng mô phỏng dòng chảy một chiều trên sông, chẳng hạn như những phần mềm sau: Phần mềm MIKE 11 của Đan Mạch (một chiều – 1D) Phần mềm MACARET của Pháp (1D) Phần mềm HES- RAS của Mỹ (1D) Phần mềm TELEMAC của Pháp (1D kết nối với 2D) Phần mềm SMS của Mỹ (1D kết nối với 2D),… Các mô hình trên khá mạnh, có khả năng mô phỏng các hiện tượng thủy lực phức tạp, có tính tự ñộng hóa cao. Trong nước, hiện có các phần mềm mô phỏng dòng chảy, mực nước cũng như nồng ñộ mặn của hệ thống mạng lưới sông ñồng bằng như: Mô hình VRSAP của cố Phó Giáo sư Nguyễn Như Khuê Mô hình SAL của Phó Giáo sư Nguyễn Tất Đắc Mô hình KOD của Giáo sư Nguyễn Ân Niên,… Các mô hình này có ưu ñiểm là ñơn giản, dễ sử dụng. Tuy nhiên, các mô hình này có nhược ñiểm là không tổng quát, ít mềm dẻo và ñộ chính xác không cao. Mục ñích của ñề tài là ứng dụng mô hình toán ñể tính dòng chảy không ổn ñịnh của sông Đăk Mi tại tuyến thượng nguồn ñập Đăk Mi 4. Sông Đăk Mi tuyến thượng nguồn ñập Đăk Mi 4 có hệ số nhám tương ñối ổn ñịnh. Khi lũ, mực nước trong sông và ñồng gần như nằm ngang, vận tốc tương ñối ñồng ñều và cùng một chiều. Qua so sánh các mô hình toán và ñiều kiện áp dụng chúng, ñề tài chọn mô hình Hec- Ras (1D) version 4.0 của Hoa Kỳ ñể tính toán kiểm tra khả năng ngập lũ của vùng thượng lưu hồ chứa nước Đăk Mi 4. Hec- Ras (1D) version 4.0 ñã ñược phân phối miễn phí, sử dụng thân thiện và có khả năng mô phỏng tốt dòng chảy của các khu trữ ven bờ, ñồng ruộng và công trình. 2.4.Mô hình tính toán dòng chảy ñến Lưu lượng ñến tại biên của bài toán thủy lực từ mưa ñược mô hình hóa bằng toán học, ñược gọi là mô hình toán dòng chảy ñến. Riêng lưu lượng bổ sung dọc sông và khu trữ với chiều dài tập trung dòng chảy không lớn lắm, diện tích hứng nước là 9 ñồng ruộng tương ñối phẳng nên có thể xem mô hình mưa phân bố ñều, lưu lượng bổ sung không thay ñổi. Mô hình hóa dòng chảy là một phương pháp khoa học ñầy hiệu lực giúp cho chúng ta xâm nhập sâu vào bản chất tự nhiên của dòng chảy. Hiện nay có hàng trăm mô hình dòng chảy, nhưng có thể thống nhất tách ra hai loại mô hình phân biệt (mô hình tất ñịnh và mô hình ngẫu nhiên). Dù bản chất của dòng chảy là ngẩu nhiên, nhưng cũng thừa nhận tồn tại những giai ñoạn hình thành dòng chảy trong ñó những thành phần tất ñịnh ñóng vai trò chủ yếu. 10 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC – RAS TÍNH NGẬP LŨ VÙNG THƯỢNG LƯU HỒ CHỨA NƯỚC ĐĂK MI 4 3.1. Mô hình toán Hec-Ras Luận văn áp dụng mô hình Hec-Ras 4.0 do quân ñội Hoa kỳ xây dựng và phát triển. Đây là mô hình toán một chiều (1D) bao gồm hai phần: mô hình thủy lực và mô hình truyền chất. HEC-RAS ñược xây dựng ñể trình diễn quá trình tính thuỷ lực một chiều cho mạng lưới sông suối tự nhiên hay các kênh nhân tạo. Mô hình này có khả năng tự ñộng hóa cao trong việc nhập số liệu, nội suy mặt cắt ngang; ñược dùng ñể tính toán mực nước, lưu lượng, sự xâm nhập mặn ở vùng sông ảnh hưởng triều, vận chuyển bùn cát trên sông; mô hình toán này giải hệ phương trình Saint – Venant một chiều trên hệ thống sông, kênh hở và phương trình truyền chất. Ngoài ra mô hình còn dùng ñể tính toán thêm một số yếu tố chất lượng nước như lan truyền chất dinh dưỡng, các chất hoà tan... 3.2.Hệ phương trình cơ bản sử dụng trong Hec – ras 3.2.1. Phương trình liên tục Phương trình liên tục mô tả ñịnh luật bảo toàn khối lượng cho bài toán một chiều: 0=− ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ lq x Q t S t A (3.7) Trong ñó : x : Khoảng cách dọc theo sông t : Thời gian Q : Lưu lượng A : Diện tích mặt cắt ngang S : Lượng trữ ql : Lưu lượng chảy vào từ bên, trên một ñơn vị chiều dài Phương trình trên có thể ñược viết cho lòng dẫn và bãi f c c c q t A x Q = ∂ ∂ + ∂ ∂ (3.8) 11 và lcf f f qq t S t A x Q += ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ (3.9) Các chỉ số dưới c và f biểu thị dòng chính và dòng bãi, ql là dòng chảy bên trên một ñơn vị chiều dài dòng bãi, và ql là lượng trao ñổi nước giữa lòng dẫn và bãi. Hai phương trình (3.8) và (3.9) ñược `xấp xỉ bằng cách sử dụng sơ ñồ sai phân ẩn, thay các phương trình (3.4) ñến (3.6) vào hai phương trình trên: f c c c q t A x Q − = ∆ ∆ + ∆ ∆ (3.10) −− += ∆ ∆ + ∆ ∆ + ∆ ∆ fc tt qq t S t A x Q 1 (3.11) Sự trao ñổi khối lượng thì bằng nhau nhưng khác dấu, do ñó : ∆xc qc = -qf ∆xƒ (3.12) Thay vào phương trình (3.10) và (3.11) : 0=−∆ ∆ ∆ +∆ ∆ ∆ +∆ ∆ ∆ +∆ lff f c c Qx t S x t A x t AQ (3.13) Trong ñó : lQ : Lưu lượng trung bình dòng chảy bên 3.2.2. Phương trình ñộng lượng Phương trình ñộng lượng xuất phát từ ñịnh luật biến thiên ñộng lượng 0)( =      + ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ fS x zgA x VQ t Q (3.14) Trong ñó : g : Gia tốc trọng trường Sf : Độ dốc thủy lực V : Vận tốc Phương trình trên có thể ñược viết cho dòng chính và bãi : ( ) ffc c c c ccc MS x zgA x QV t Q =      + ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ (3.15) ( ) cff f f f fff MS x zgA x QV t Q =         + ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ (3.16) 12 Trong ñó Mc và Mf là những dòng ñộng lượng trên một ñơn vị chiều dài trao ñổi tương ứng giữa dòng chính và bãi. Trong những phương trình này giả thiết ñược sử dụng là mặt nước nằm ngang và mặt cắt ướt vuông góc với phương dòng chảy. Bởi vậy ñộ cao mặt nước là như nhau cho dòng chính và bãi tại một mặt cắt xác ñịnh. Dạng sai phân của các phương trình (3.15) và (3.16) là : ( ) ffc c c c ccc MS x zAg x QV t Q =      + ∆ ∆ + ∆ ∆ + ∆ ∆ (3.17) ( ) cff f f f fff MS x zAg x QV t Q =         + ∆ ∆ + ∆ ∆ + ∆ ∆ (3.18) Sự trao ñổi năng lượng phải bằng nhau nhưng khác dấu : ∆xc Mc = - ∆xf Mf Cộng hai phương trình trên và sắp xếp lại ta ñược : ( ) ( ) ( ) ( ) 0..... =∆+∆+∆++∆+∆+ ∆ ∆+∆∆ ffffcfccfcffcc ffcc xSAgxSAgzAAgQVQV t xQ