Luận án Tiến sĩ: Vị trí cửa lấy nước vào sông Đáy, cấp nước & dòng chảy - Trần Khắc Thạc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRẦN KHẮC THẠC NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ XUẤT VỊ TRÍ HỢP LÝ CỦA CỬA LẤY NƯỚC VÀO SÔNG ĐÁY ĐẢM BẢO YÊU CẦU CẤP NƯỚC VÀ TẠO DÒNG CHẢY THƯỜNG XUYÊN CHO SÔNG ĐÁY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRẦN KHẮC THẠC NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ XUẤT VỊ TRÍ HỢP LÝ CỦA CỦA LẤY NƯỚC VÀO SÔNG ĐÁY ĐẢM BẢO YÊU CẦU CẤP NƯỚC VÀ TẠO DÒNG CHẢY THƯỜNG XUYÊN CHO SÔNG ĐÁY Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 9440224 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.TS Phạm Thị Hương Lan 2.TS Tan Soon Keat HÀ NỘI, NĂM 2019 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Trần Khắc Thạc i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, NCS xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tập thể các thầy hướng dẫn cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đó là GS.TS Phạm Thị Hương Lan, PGS.TS Tan Soon Keat đã luôn định hướng và sát sao cùng NCS trong quá trình học tập và nghiên cứu, không những thế tập thể các Thầy hướng dẫn còn tạo điều kiện về kinh phí để NCS được tham gia các hội thảo quốc tế về ngành nước tại Singapore, tham gia nhiều đề tài nghiên cứu khoa học các cấp.

NCS cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy trong Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo ĐH&SĐH, Bộ môn Kỹ thuật sông và Quản lý thiên tai – Khoa Thủy văn và Tài nguyên nước, Phòng Hợp tác Quốc tế - Trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện để NCS được đi học tập nâng cao trình độ tại Singapore, Nhật Bản cũng như đã tạo điều kiện về thời gian, luôn động viên để NCS hoàn thành quá trình học tập, nghiên cứu của mình. Từ đáy lòng mình em xin được gửi lời cảm ơn đến các GS, PGS, TS và các nhà khoa học trong và ngoài Trường đã luôn góp ý về chuyên môn cho NCS trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn thiện luận án. NCS cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn động viên, khích lệ để NCS hoàn thành luận án tiến sĩ của mình. ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.

vi DANH MỤC BẢNG BIỂU .ix MỞ ĐẦU………………………………………………………………….……………1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC TRÊN SÔNG………………………………………………………….1 Các nghiên cứu trên thế giới .1 Về nghiên cứu phân loại các CTLN .2 Về nghiên cứu diễn biễn bồi lắng đoạn sông cửa vào CTLN: .3 Về nghiên cứu xác định vị trí cửa lấy nước: .4 Về nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả lấy nước: .5 Nhận xét chung về các nghiên cứu trên thế giới có liên quan đến nội dung của luận án .2 Các nghiên cứu trong nước .1 Về nghiên cứu diễn biễn bồi lắng đoạn sông cửa vào CTLN: .2 Về nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả lấy nước: .3 Các nghiên cứu có liên quan trên đoạn sông Hồng qua Hà Nội .4 Nhận xét chung về các nghiên cứu trong nước có liên quan đến nội dung của luận án .3 Tổng quan khu vực nghiên cứu .1 Vị trí khu vực nghiên cứu .2 Đặc điểm địa hình .3 Đặc điểm địa chất, địa mạo .4 Đặc điểm khí tượng, thủy văn .5 Cụm công trình cống Cẩm Đình – Hiệp Thuận .4 Định hướng nghiên cứu của luận án .5 Kết luận chương 1 .38 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN LỰA CHỌN VỊ TRÍ LẤY NƯỚC HỢP LÝ ĐẢM BẢO YÊU CẦU LẤY NƯỚC MÙA KIỆT VÀ THOÁT LŨ…………………………………………………………… …39 2.1 Đánh giá hiện trạng một số công trình lấy nước dọc sông Hồng trên địa bàn Hà Nội .1 Hiện trạng một số công trình lấy nước trên địa bàn Hà Nội .2 Nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng lấy nước của các công trình lấy nước của một số cống trong những năm gần đây trên địa bàn Hà Nội……………………………………………………………………………….2 Cơ sở lý thuyết dòng phân tầng/dòng dị trọng tại khu vực cửa lấy nước 51 2.1 Hệ phương trình cơ bản về dòng phân tầng/dòng dị trọng .2 Phân tích lựa chọn mô hình toán mô phỏng dòng chảy và diễn biến lòng dẫn khu vực cửa lấy nước .3 Đề xuất bộ tiêu chí xác định vị trí cửa lấy nước thích hợp .4 Kết luận chương 2 .71 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN VỊ TRÍ CỬA LẤY NƯỚC VÀO SÔNG ĐÁY………………………………………………………………………….1 Thiết lập mô hình và mô phỏng các kịch bản tính toán phục vụ xác định vị trí lấy nước hợp lý khu vực cửa vào sông Đáy .2 Ứng dụng mô hình toán MIKE3FM mô phỏng chế độ thủy lực, diễn biến lòng dẫn khu vực cửa vào sông Đáy .1 Xác định phạm vi và miền tính toán của khu vực nghiên cứu .2 Thiết lập hệ thống lưới tính toán .3 Thiết lập địa hình tính toán .4 Thiết lập các CSDL biên và CSDL hiệu chỉnh, kiểm định mô hình .5 Thiết lập mô hình MIKE11 mô phỏng dòng chảy và bùn cát làm số liệu đầu vào tính toán cho mô hình MIKE3FM .6 Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thủy động lực MIKE3FM .7 Kết quả mô phỏng diễn biến lòng dẫn khu vực cửa vào sông Đáy với điều kiện các công trình hiện trạng .8 Kết quả đánh giá khả năng lấy nước của cống Cẩm Đình hiện trạng .9 Định hướng giải pháp bổ sung cấp nước mùa kiệt và cấp nước thường xuyên cho lưu vực sông Đáy, nâng cao khả năng thoát lũ .3 Kết quả tính toán diễn biến lòng dẫn và đánh giá khả năng lấy nước khu vực cửa vào sông Đáy theo các kịch bản lấy nước khác nhau .1 Kết quả đánh giá khả năng lấy nước tại các vị trí công trình lấy nước khác nhau…………………………………………………………………………….2 Đánh giá diễn biến lòng dẫn theo kịch bản vị trí lấy nước khác nhau .4 Đề xuất vị trí lấy nước hợp lý đảm bảo yêu cầu lấy nước và thoát lũ khu vực cửa vào sông Đáy .1 Xác định vị trí cửa lấy nước ổn định cấp nước theo yêu cầu .2 Đề xuất vị trí lấy nước thích hợp theo tiêu chí đảm bảo về hàm lượng bùn cát………………………………………………………………………………137 3.3 Kiến nghị đề xuất vị trí lấy nước hợp lý vùng cửa vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu lấy nước mùa kiệt và thoát lũ.5 Kiến nghị một số giải pháp nâng cao khả năng cấp nước mùa kiệt và thoát lũ cống Cẩm Đình .1 Các giải pháp phi công trình .2 Giải pháp công trình .6 Kết luận chương 3 .148 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………………. 141 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ. 152 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 153 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.

Lưu vực sông Đáy và vị trí khu vực nghiên cứu. Hình Cụm công trình đầu mối phân lũ sông Đáy. Vị trí và địa hình cống Liên Mạc…………………………………………. Vị trí và địa hình cống Xuân Quan.

Vị trí và địa hình cống Cẩm Đình. Vị trí cống và trạm bơm Phù Sa. Mặt cắt dọc dòng phân tầng không đều theo hai chiều và ba chiều. Kịch bản tính toán.

Vị trí cửa lấy nước Cẩm Đình cũ (vị trí 1), Cẩm Đình mới (vị trí 2), cách vị trí Cẩm Đình cũ 600m về phía hạ lưu theo các kịch bản tính toán được mô phỏng trong mô hình MIKE3FM. Vị trí cửa lấy nước (vị trí 3) theo các kịch bản tính toán được mô phỏng trong mô hình MIKE3FM. Phạm vi miền tính toán và các biên của mô hình. Lưới tính toán khu vực nghiên cứu.

Địa hình mô phỏng đoạn sông Hồng và khu vực cửa vào sông Đáy. Mô phỏng các công trình trong mô hình MIKE3FM khu vực nghiên cứu. Phân giải theo chiều sâu dòng chảy của mô hình MIKE3. Sơ đồ vị trí các mặt cắt hiệu chính, kiểm định trong mô hình.

Sơ đồ mạng thủy lực mùa kiệt sông Hồng – Sông Thái Bình. Sơ đồ mạng thủy lực mùa lũ sông Hồng – Sông Thái Bình. Kết quả hiệu chỉnh lưu lượng bùn cát tại trạm Thượng Cát và Hà Nội cho trận lũ năm 1996. Kết quả kiểm định lưu lượng bùn cát tại trạm Thượng Cát và Hà Nội cho trận lũ năm 2002.

Tương quan giữa lưu lượng nước và lưu lượng bùn cát tính toán và thực đo tại mặt cắt MC-1 trong thời đoạn lũ năm 1996. Tương quan giữa lưu lượng nước và lưu lượng bùn cát tính toán và thực đo tại mặt cắt MC-1 trong thời đoạn lũ năm 2002. Thay đổi cao trình lòng dẫn theo chiều dọc đoạn sông nghiên cứu trường hợp lấy nước mùa kiệt. Thay đổi cao trình lòng dẫn theo chiều dọc đoạn sông nghiên cứu.

Mực nước nhỏ nhất tính toán dọc sông Đáy ứng với các mức đưa nước vào sông Đáy từ 30 - 100m3/s - Trường hợp kiệt 2003 - 2004. Quá trình mực nước tại cống Cẩm Đình trong năm kiệt 2003 - 2004.Mực nước sông Hồng tại cửa cống Cẩm Đình và lưu lượng vào sông Đáy. Mực nước nhỏ nhất tính toán dọc sông Đáy ứng với các mức đưa nước vào sông Đáy từ 450m3/s. Mực nước tính toán dọc sông Đáy ứng với trường hợp tính toán cống lấy nước tại Cẩm Đình.

Mực nước tính toán dọc sông Đáy ứng với trường hợp tính toán cống lấy nước tại Vân Cốc. Mực nước tính toán dọc sông Đáy ứng với trường hợp tính toán cống lấy nước tại Hát Môn. Mực nước lớn nhất tính toán tại một số vị trí dọc sông Đáy khi đưa nước với Q = 450m3/s +sông Tích 60m3/s, lòng dẫn sông đã cải tạo. Phân bổ trường vận tốc tại khu vực kênh Cẩm Đình thời điểm 8h ngày 20/04, dòng chảy kiệt năm 2004 (trường hợp cải tạo lòng dẫn + CTLN mới, Q = 100m3/s) 124 Hình 3.

Phân bố trường vận tốc tại khu vực cống đầu mối Cẩm Đình thời điểm 8h ngày 20/04, dòng chảy kiệt năm 2004 (trường hợp cải tạo lòng dẫn + CTLN mới, Q=100m3/s). Mức độ bồi xói lòng dẫn trên đoạn kênh Cẩm Đình và khu vực cửa vào sông Đáy ngày 20/03, dòng chảy kiệt 2004 (trường hợp cải tạo lòng dẫn + CTLN mới, Q = 100m3/s). Mức độ bồi xói lòng dẫn trên đoạn kênh Cẩm Đình thời điểm 16h ngày 20/04, dòng chảy kiệt 2004 (trường hợp cải tạo lòng dẫn + CTLN mới, Q=100m3/s) .