Nguyễn Mộng Giang , Nguyễn Thị Thanh Hoa * , Trần Đức Dậu Lê Song Giang

* Người chịu trách nhiệm về bài viết: Nguyễn Thị Thanh Hoa (email: ntthoa@hcmunre.edu.vn)

Abstract

There are some approaches to researching riverbed evolution and bank erosion, such as morphology or dynamics. The aim of the paper is to present a numerical model that combines the calculation of riverbed evolution and riverbank erosion. The novelty of this study is that the flow is calculated by the 3D hydrodynamic model, so the frictional stress on the riverbank surface is calculated directly. The process of bed and bank erosion by flow was calculated using the 3D hydrodynamic model in combine with a sediment transport module. The slide of the riverbank was evaluated by a circular arc stability analysis. The pore pressure used in stability analysis was calculated by solving the infiltration flow equation. The model was tested by calculating the evolution of the Dong Nai river at Rua island. The calculations showed that the model requires one hour on a PC with an i7 core for computing 3 hours of reality. With such a calculation speed, the applicability of the model is quite good.

Keywords: Bed evolution, numerical model, river erosion, Rua island

Tóm tắt

Có một số cách tiếp cận trong nghiên cứu bồi xói và sạt lở bờ sông như cách tiếp cận hình thái hoặc cách tiếp cận động lực học. Mục tiêu của bài báo là trình bày một mô hình toán số kết hợp tính toán diễn biến lòng dẫn và sạt lở bờ sông. Điểm mới trong nghiên cứu là dòng chảy được tính bằng mô hình thủy động lực 3D nên ứng suất ma sát trên bề mặt bờ sông được tính toán trực tiếp. Mô phỏng diễn biến xói đáy, xói ngang bờ được tính toán bằng mô hình dòng chảy 3D kết hợp với mô hình vận tải bùn cát. Sạt lở bờ bờ được tính toán bằng thông qua phân tích ổn định cung trượt tròn. Áp lực khe rỗng sử dụng trong phân tích ổn định được tính toán bằng cách giải phương trình dòng chảy thấm. Mô hình được áp dụng tính toán thử nghiệm cho đoạn sông Đồng Nai tại Cù lao Rùa. Các tính toán đã cho thấy mô hình cần 1 giờ chạy trên máy tính PC i7 để tính toán mô phỏng cho 3 giờ thực tế. Với tốc độ tính như vậy khả năng ứng dụng của mô hình là khá tốt.

Từ khóa: Cù lao Rùa, diễn biến lòng dẫn, mô hình toán số, sạt lở bờ sông

Article Details

Tài liệu tham khảo

Bishop, A. W. (1955). The Use of Slip Surface in The Stability of Analysis Slopes. Geotechnique, 5(1), 7-17.

Bulle, H. (1926). Untersuchungen über die Geschiebeableitung bei der Spaltung von Wasserläufen (Investigations on the sediment diversion at the division of channels). Berlin (in German): VDI Verlag.

Darby, S. E., & Thorne, C. R. (1996). Development and testing of riverbank-stability analysis. J Hydraul Eng, 122(8), 443-454. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE) 0733-9429 (1996)122:8(443)

Darby, S. E., Rinaldi, M., & Dapporto, S. (2007). Coupled simulations for fluvial erosion and mass wasting for cohesive river banks. J. Geophys. Res, 112(F3), 1-15. doi:DOI10.1029/2006JF000722

Dũng, N. Q. (2018). Nghiên cứu đánh giá hiện trạng sạt lở đất ở Cù Lao Rùa (Thạnh Hội) trong thời gian qua, nguyên nhân, dự báo và đề xuất giải pháp khắc phục. Báo cáo khoa học tổng kết đề tài, Viện Thủy Công.

Fu, J., & Jin, Sh. (2009). A Study on Unsteady Seepage Flow Through Dam. J. of Hydrodynamics, 21(4), 499-504.

GEO-SLOPE International, Ltd. (2012). Seepage Modeling with SEEP/W An Engineering Methodology. Edition.

Giang, L. S. (2011). Development of an integrated software for calculation of urban flood flow. HCM: Report B2007-20-13TĐ. VNU-HCM .

Giang, L. S. (2017). Nghiên cứu đề xuất lựa chọn chiến lược quản lý ngập lụt thích hợp trên cơ sở các dự án đã, đang và dự kiến triển khai tại Tp.HCM: Báo cáo khoa học tổng kết đề tài NCKH cấp Sở KHCN-TpHCM. HCM: Sở KHCN-TpHCM.

Giang, L. S. (2020). Nghiên cứu diễn biến bồi xói và sạt lở lòng dẫn sông Đồng Nai đoạn Cù lao Rùa . HCM: Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp ĐHQG-HCM, Mã số đề tài: C2019-20-35.

Gupta C. S, Bruch J. C Jr., Comincioli, V. (1989). Three-dimensional unsteady seepage through an earth dam with accretion . Eng. Comput, 3, 2-10.

Harr, M. (1962). Grountwater and Seepage. McGraw-Hill.

Hayter, E. J., & Mehta, A. J. (1986). Modelling cohesive sediments transport in estuarine waters. Applied Mathematical Modelling, 51, 765-778.

Hung et al. (2014). Sedimentation in the floodplains of the Mekong Delta, Vietnam Part II: deposition and erosion. Hydrol. Process, 28, 3145–3160.

Jia, Y., Zhang, Y., Yeh, K. C., & Liao, C. T. (2019). Modeling River Morphodynamic Process Using a Depth-Averaged Computational Model and an Application to a Mountain River (Vols. Fluvial Processes and Forms - Dynamics, Delineation and Conservation). IntechOpen. doi:http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.86692

Kreistenitis, Y. N., Kombiadou, K. D., & Savvidis, Y. G. (2007). Modelling the cohesive sediment transport in the marine environment: the case of Thermaikos Gulf. Ocean Sci., 3, 91-104.

Krone, R. (1962). Flume studies of the transport of sediment in estuarine shoaling processes. Washington D.C: Final report to San Fransico District U.S. Army Corps of Engineers.

Lai, Y. (2017). Modeling Stream Bank Erosion: Practical Stream Results and Future Needs. Water, 9, 950. doi:doi:10.3390/w9120950.

Lai, Y. G., Yang, C. T., Wang, L. K., (Eds). (2014). Advances in geofluvial modeling: Methodologies and applications”. In Advances in Water Resources Engineering, Handbook of Environmental Engineering. In Handbook of Environmental Engineering (pp. 407–470). Humana Press: New York, NY, USA. doi: 10.1007/978-3-319-11023-3_9

Lai, Y. G., Thomas, R., Ozeren, Y., Simon, A., Greimann, B. P., & Wu, K. (2015). Modeling of multi-layer cohesive bank erosion with a coupled bank stability and mobile-bed model. Geomorphology, 243, 116–129.

Lane, E. W. (1937). Stable channels in erodible materials. Transactions. ASCE, 102, 123-142.

Giang, L. S., & Hồng, T. T. M. (2019). Mô hình tính toán dòng chảy và vận tải bùn cát ba chiều trong sông và kênh hở. Phát triển Khoa học và Công nghệ - Khoa học Trái đất và Môi trường, 3(1), 23-26.

Leopold, L. B., & Maddock, T. J. (1953). Hydraulic geometry of stream channels and some physiographic implications”. U.S. Geological Survey Professional.

Luppi L., Rinaldi, M., Teruggi, L. B, Darby, S. E., & Nardi, L. (2008). Monitoring and numerical modelling of riverbank erosion processes: a case study along the Cecina River (central Italy). Earth surface processes & landforms, Italy. doi: 10.1002/esp.175

Giang, N. M., Hồng, T. T. M., Phú, V. L., & Giang, L. S. (2022). Nghiên cứu dòng chảy khu vực Cù lao Rùa trên sông Đồng Nai bằng mô hình toán số 3 chiều. Phát triển Khoa học và Công nghệ - Khoa học Trái đất và Môi trường, 6(1), 536-542.

Giang, N. M., Hồng, T. T. M., Hoa, N. T. T., & Giang, L. S. (2020). Một phương pháp tính dòng thấm không ổn định tại bờ sông. Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học Cơ học Thủy khí toàn quốc lần thứ 23, 151.

Osman, M. a. (1988). Riverbank stability analysis: I. Theory. J. Hydraul. Eng., 114, 134–150.

Rinaldi, M., Mengoni, B., Luppi L. and Darby, S.E. (2008). Numerical simulation of hydrodynamics and bank erosion in a river bend. Water Resource Research, 44(W09428), 1-17. doi:10.1029/2008WR007008

Simon, A., Curini, A., Darby, S.E., Langendoen, E.J. (2000). Bank and near-bank processes in an incised channel. Geomorphology, 35, 183–217.

Thorne, C. R., & Osman, A. M. (1988). Riverbank stability analysis, II: Application. Journal of Hydraulic Engineering ASCE, 144(2), 151-172.

Tokaldany, E. A., & Samadi, A. (2007). A model of river bank stability analysis. 32nd IAHR Congress, 1-6 July. Venice, Italy.

Wolman, M. G. (1955). The natural channel of Brandywine Creek, Pennsylvania. U. S. Washington, D. C: Geological Survey Professional.

Van Ledden, M., Van Kesteren, W. G. M., & Winterwerp, J. C. (2004). A conceptual framework for the erosion behaviour of sand-mud mixtures. Cont. Shelf Res. 24, 1–11.

Van Rijn, L. C. (1993). Principles of sediment transport in rivers, estuaries and coastal seas (Vol. 1006, pp. 11-3). Amsterdam: Aqua publications