Mô hình số 3D bài toán thấm khu vực phân lưu sông Hồng - sông Đào

Bài viết trình bày phương pháp, kết quả mô phỏng bài toán thấm khu vực phân lưu của sông Hồng - sông Đào bằng mô hình số 3D. Kết quả mô hình cho phép xác định các thông số của trường thấm ở bất kỳ thời điểm và vị trí nào trong khu vực, là cơ sở quan trọng cho việc tính toán, dự báo và lựa chọn các giải pháp xử lý đảm bảo ổn định hệ thống đê, kè và công trình. Phần cuối bài báo trình bày kết quả ứng dụng mô hình trong bài toán dự báo nguy cơ phát sinh biến dạng thấm ở nền đê khu vực phân lưu của sông.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình số 3D bài toán thấm khu vực phân lưu sông Hồng - sông ĐàoBÀI BÁO KHOA HỌCMÔ HÌNH SỐ 3D BÀI TOÁN THẤMKHU VỰC PHÂN LƯU SÔNG HỒNG - SÔNG ĐÀOBùi Văn Trường1Tóm tắt: Bài báo trình bày phương pháp, kết quả mô phỏng bài toán thấm khu vực phân lưu củasông Hồng - sông Đào bằng mô hình số 3D. Kết quả mô hình cho phép xác định các thông số củatrường thấm ở bất kỳ thời điểm và vị trí nào trong khu vực, là cơ sở quan trọng cho việc tính toán, dựbáo và lựa chọn các giải pháp xử lý đảm bảo ổn định hệ thống đê, kè và công trình. Phần cuối bàibáo trình bày kết quả ứng dụng mô hình trong bài toán dự báo nguy cơ phát sinh biến dạng thấm ởnền đê khu vực phân lưu của sông.Từ khóa:Môhình3D,bàitoánthấm,phânlưusông.1. ĐẶT VẤN ĐỀ1Nơi dòng sông phân lưu và nơi sông chảyuốn khúc là những nơi biên sông có hình tháibiến đổi phức tạp, dòng thấm từ sông về phíađồngvàtừđồngrasôngpháttriểnrấtphứctạp.Đây cũng là nơi có chế độ thủy động lực, địachất nền đê biến đổi rất phức tạp trong khônggian. Do vậy việc giải các bài toán thấm theobài toán phẳng thường kém chính xác và gặpkhókhănkhichọnmặtcắttínhtoán.Trongđiềukiệnđó,môhình(MH)hóahệthốngtựnhiên-kỹthuật(TNKT)khu vựcbằngmôhìnhsố3Dlàphươngpháp(PP)tiếpcậnhợplý.Phần mềm Visual Modflow phiên bản4.2.0.151đượcviếttừhệphầnmềmMODFLOWcủaMỹcónhữngtínhnănghiệnđại,linhhoạt,cho phép mô phỏng khá đầy đủ các tính chất,hìnhtháicủamôitrườngvàcáchợpphầncủahệthống. Sử dụng phần mềm này cùng với sự hỗtrợcủahệphầnmềmSurfer,MapinforchophépmôhìnhhóahệthốngTNKTkhuvựcphânlưucủa sông theo bài toán không gian, từ đó xácđịnh được các thông số của trường thấm ở bấtkỳ thời điểm và vịtrínào trong khuvực, làcơsởquantrọngchoviệctínhtoán,dựbáovàlựachọn các giải pháp xử lý (GPXL) đảm bảo ổnđịnhhệthốngđê,kèvàcôngtrình.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH2.1. Mô hình toán họcSựbiếnđổiđộcaomựcnước(MN)dướiđất 1Bộ môn Địa kỹ thuật - Đại học Thủy lợi.68h(x, y, z) được mô tả bằng một phương trìnhđạohàmriêng(ToddD.K,1980)nhưsau:h   h   h h Kxx    K yy    Kzz  W  Ss (1)x x  yK , Ky  ,Kz  -zhệt theo số thấmtrongđó:xxyyzzcáchướngx,yvàz;h-cốtcaoMNtạivịtrí(x,y,z)ởthờiđiểmt;W-moduledòngngầm;Ss-hệsốnhảnướcđơnvị(1/m).Phương trình (1) mô tả động thái của nướcdưới đất (NDĐ) trong môi trường không đồngnhấtvàdịhướng.Phươngtrình(1)cùngvớicácđiềukiệnbiên,điềukiệnbanđầutạothànhMHtoánhọccủadòngthấm.2.2. Phương pháp giảiTrong thực tế, miền thấm có điều kiện rấtphức tạp, do vậy (1) được giải bằng PP saiphânhữuhạn(RaudkiviA.Jetal,1975).VớiPP này, môi trường thấm được chia thành cáclớp.Mỗilớplạiđượcchiathànhcácônhỏ.Từđóthiếtlậpđượchệphươngtrìnhcósốphươngtrìnhtươngứng vớisố ôlưới.GiảihệphươngtrìnhnàybằngPPlặpsẽxácđịnhđượch(x,y,z) ở bất kỳ thời điểm (t) nào đó trong môitrườngthấm.3. MÔ HÌNH SỐ 3D BÀI TOÁN THẤM3.1. Cơ sở tài liệu của mô hìnhMô hình khu vực được xây dựng trên cơ sởtổng hợp các loại tài liệu và số liệu sau (BùiVănTrường,2004,2009):-Bảnđồđịahình,địahìnhđáysông;tàiliệuđovẽcắtngangđêsông;KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 51 (12/2015)-TàiliệukhảosátĐCCT-ĐCTVnềnđê,tàiliệukhảosátĐC,ĐCTV,môitrườngcácđềán;-SốliệuquantrắcMNDĐnăm1996,2003,2004;- Số liệu thuỷ văn trạm Nhật Tảo trên sôngHồngvàtrạmNamĐịnhtrênsôngĐào;- Số liệu khí tượng (lượng mưa, bốc hơi,...)củatrạmTháiBình,NamĐịnh.3.2. Mô hình hóa hệ thống3.2.1. Mô hình hóa bề mặt địa hìnhHình thái bề mặt địa hình bao gồm bề mặtđáy sông, bãi sông, công trình đê,... là yếu tốquyết định sự tương tác giữa môi trường nướcsông vớimôitrườngđịachất(MTĐC)vàcôngtrình. Để MH hóa bề mặt địa hình, tác giả sửdụng phần mềm Surfer của Mỹ số hoá bản đồđịahìnhnền,xâydựng bảnđồbềmặtđịahình3Dđểđưavàomôhình.3.2.2. Mô hình hóa các lớp đất nền Trêncơsởtàiliệuđịachấtnềnđê,cáccôngtrình trên đê,..., tiến hành lập hệ thống bản đồđẳngđáyvàbảnđồđẳngbềdàycáclớpđấtđểmôphỏngcáclớpđấtnền.Cácbảnđồnàyđồngthời đượcsử dụng cho tínhtoán,chỉnh lýMH,tính toán xác định gradien áp lực thấm (ALT)củacáclớpđấtnền.Môhình3Dmôphỏngkhuvực phân lưu của sông Hồng - sông Đào đượcthểhiệnởhình01.Lớp 1- Sét pha dẻo mềm; Lớp 2- Sét pha kẹp cát, c ...