BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO LOGO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN HỮU KHẢI PGS.TS PHẠM THỊ HƯƠNG LAN CẤN THU VĂN – CH16V Nội Dung Lý chọn đề tài Tổng quan khu vực nghiên cứu Tổng quan mô hình MIKE-FLOOD Mô phỏng và đánh giá ngập lụt Kết luận và kiến nghị CẤN THU VĂN – CH16V Lý chọn đề tài CẤN THU VĂN – CH16V Lý chọn đề tài Đặc biệt, lũ năm 1993 - 72 người chết, người tích, 464 người bị thương, 26.059 nhà bị đổ nát, 144.594 nhà với nhiều công trình hạ tầng sở bị hư hỏng, khoảng 90% diện tích canh tác (tương đương 21.584 ha) bị ngập nặng Tổng thiệt hại trận lũ ước tính gần 400 tỷ đồng Do đó việc cần thiết phải xây dựng sở khoa học thực tiễn nhằm dự báo lũ, đánh giá mức độ ngập lũ và đưa phương án phòng chống lũ bảo vệ cho vùng hạ lưu sông Ba đồng thời phục vụ phát triển kinh tế xã hội vùng CẤN THU VĂN – CH16V Tổng quan khu vực nghiên cứu 2.1 Vị trí địa lý Lưu vực sông Ba nằm miền Trung Trung Bộ Việt Nam có hình dạng chữ L Phạm vi lưu vực : 12o35’ đến 14o38’ vĩ độ Bắc 108o00’ đến 109o55 kinh độ Đông Phía Bắc giáp lưu vực sông Trà Khúc; Nam giáp LV sông Cái Sêrêpôk; Tây giáp LV sông Sêsan Sêrêpôk; Đông giáp LV sông Kône, Kỳ Lộ biển Đông DT tự nhiên toàn LV 14.132 km2 nằm địa phận hành 15 huyện, thị thuộc tỉnh Gia Lai, Đak Lăk Phú Yên Tổng diện tích nông nghiệp 352.811 CẤN THU VĂN – CH16V Tổng quan khu vực nghiên cứu 13015’ 13000’ 12045’ Khu vực nghiên cứu là hạ lưu sông Ba (sau hồ sông Ba Hạ) từ Củng Sơn tới cửa Đà Rằng Thuộc tỉnh Phú Yên; Bắc giáp tỉnh Bình Định, Nam giáp tỉnh Khánh Hòa, Tây giáp tỉnh Đắc Lắc & Gia Lai, Đông giáp Biển Đông, Diện tích tự nhiên: 5.045km CẤN THU VĂN – CH16V Tổng quan khu vực nghiên cứu 2.2 Địa hình : Địa hình thấp dần từ Tây sang Đông với dạng địa hình chính: Núi, trung du, đồng vùng ven biển Rừng đất rừng chiếm 3/4 diện tích tự nhiên 2.3 Khí hậu - thuỷ văn: Nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hưởng khí hậu đại dương, nhiệt độ trung bình 26,70C Lượng mưa trung bình năm 2.180 mm, số nắng bình quân năm 2.400 giờ, độ ẩm trung bình 79% Thời tiết có mùa rõ rệt: Mùa khô từ tháng đến tháng 8, mùa mưa từ tháng đến tháng 12 tập trung từ 70-80% lượng mưa năm Sông ngòi ngắn dốc với sông chính: sông Ba, sông Bàn Thạch, sông Kỳ Lộ, sông Cầu CẤN THU VĂN – CH16V Tổng quan khu vực nghiên cứu 2.4 Tài nguyên đất: Diện tích tự nhiên 504.531ha, đất dùng vào nông nghiệp: 124.814ha, đất lâm nghiệp: 165.915ha, đất chuyên dùng: 17.363ha, đất thổ cư: 4.203ha, đất trống chưa sử dụng: 192.233ha 2.5 Tài nguyên nước: Có 50 sông suối lớn nhỏ, tổng lượng dòng chảy trung bình năm vào khoảng 11,8 tỷ m3, đưa vào sử dụng khoảng 25% tổng lượng Trữ lượng điện khoảng 500MW Khả khai thác nước phục vụ cho mục đích dân sinh phát triển kinh tế lớn CẤN THU VĂN – CH16V Tổng quan khu vực nghiên cứu 2.6 Chế độ mưa Phân phối không gian lượng mưa Phú Yên không đồng Dãy núi Vọng Phu đèo Cả vùng mưa lớn tỉnh, X năm trung bình từ 2200 - 2600mm Tâm mưa thấp khu vực Chí Thạnh với X năm 1600mm CẤN THU VĂN – CH16V Tổng quan mô hình MIKE-FLOOD 3.1 Mô hình Mưa rào-dòng chảy (MIKE-NAM) Mô hình NAM biểu thức toán học kết nối mô tả theo dạng định lượng đơn giản hoá NAM mô tả thành phần khác trình mưa – dòng chảy việc tính toán liên tục lượng nước bốn bể chứa có liên quan với Mỗi bể chứa diễn tả thành phân vật lý khác lưu vực Cấu trúc mô hình NAM Mô hình NAM dựa vào các cấu trúc và phương trình vật lý được sử dụng cùng với các phương trình bán kinh nghiệm Đây là mô hình thông số tập trung, xử lý mỗi lưu vực là một đơn vị lẻ Do đó, các đặc trưng của lưu vực được diễn tả giá trị trung bình cho toàn bộ LV CẤN THU VĂN – CH16V Mô phỏng và đánh giá ngập lụt Kết quả hiệu chỉnh trận lũ 10/1993 MIKE-FLOOD Việc hiệu chỉnh hệ số nhám được hiệu chỉnh đồng bộ giữa hai mô hình một và hai chiều Kết quả hiệu chỉnh hệ số nhám Mike 11: nlòng = 0.022 và nbãi = 0.035; với Mike 21 thì M = 30 Ngoài còn một số vị trí được hiệu chỉnh cục bộ với hệ số nhám Mike 11 là nlòng = 0.020 – 0.024 và nbãi = 0.033 – 0.040 CẤN THU VĂN – CH16V Mô phỏng và đánh giá ngập lụt Kết quả hiệu chỉnh trận lũ 10/1993 H tính toán H thực đo Biểu đồ giá cmức nướ c tạ inPhú giữ a tín h toán và thực Hì ntrị h ả n ngập 10/93 Trườ nmự ghvậ n tốđộ vù g tílụt nLâm h lớn toá n đo chiều CẤN THU VĂN – CH16V Mô phỏng và đánh giá ngập lụt Nhận xét kết mô lũ 10/1993 Việc mô lũ 10/1993 đạt kết tốt trạm đo thủy văn Tại trạm Củng Sơn Phú Lâm đường trình mực nước tính toán thực đo phù hợp hình dạng có sai số đỉnh lũ bé (= 0,12m), chỉ tiêu Nash đạt 94,5% ta thất kết quả mô phỏng là rất tốt Tại vết lũ, kết mô bãi ngập lũ mức chấp nhận Sai số trung bình tuyết đối vết lũ tính toán thực đo 0,12m Hầu hết vết lũ có chênh lệch mực nước tính toán điều tra nhỏ 0,20 m Về thời gian xuất hiện đỉnh lũ, giữa tính toán và thực đo lệch giờ (tính toán xuất hiện sớm hơn) CẤN THU VĂN – CH16V Mô phỏng và đánh giá ngập lụt Kết quả kiểm định trận lũ 11/1988 H tính toán H thực đo Hì nh ảnngh phân mức độ ngậ lụ tạithờ thời iđiể điểm mngậ ngậpplớ lớnnnhấ nhấttrậ trậnnlũ lũ11/1988 11/1988 Trườ vậncptốkiể cttạ Biểu đồ mựbố c nướ mi đị nh tại Phú Lâm trậ n lũt11/1988 CẤN THU VĂN – CH16V Mô phỏng và đánh giá ngập lụt Kết quả kiểm định trận lũ 12/1986 H tính toán H thực đo Hì n ảnnmự mứ c độ tạ thờ điểm m lũilớ lớ nhấ trậ nlũ lũ 12/1986 Biề Trườ uhđồ gh phân c nướ bốcngậ vậ thự npctốlụ đo cttạ và i ithờ tính i iđiể toá n lũ tạ Phú nnnhấ Lâm tt––vớ trậ intrậ n12/1986 lũ 12/1986 CẤN THU VĂN – CH16V Mô phỏng và đánh giá ngập lụt Đánh giá kết quả kiểm định Trận lũ kiểm định ∆Hmax (m) ∆tmax (h) Nash (%) 11/1988 0.11 03 97.5 12/1986 0.06 03 98,1 Ta thấy kết quả kiểm định khá tốt về chỉ tiêu Nash Tuy vậy thời gian xuất hiện đỉnh lũ còn lệnh tương đối cao (3 giờ) Với kết quả hiệu chỉnh và kiểm định vậy ta thấy: Bộ thông số đã mô phỏng cho ba lũ 10/1993, 11/1988 và 12/1986 là hoàn toàn có thể tin cậy Tuy vậy, để có được bộ thông số mang tính phù hợp nhất cho các dạng lũ và mọi lũ lớn nhỏ khác thì ta cần hiệu chỉnh, mô phỏng với nhiều dạng lũ khác nữa CẤN THU VĂN – CH16V Mô phỏng và đánh giá ngập lụt ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ NGẬP LỤT Trận lũ tháng 10/1993 Từ kết tính toán cho thấy, trận lũ lịch sử tháng 10/1993 gây ngập lụt nghiêm trọng cho hạ lưu sông Ba hạ lưu sông Bàn Thạch Với thời gian tính từ 03/10 tới 07/10/1993 tổng diện tích bị ảnh hưởng ngập ứng với mực nước lũ lớn 22612 chiếm tới 52,2% diện tích tự nhiên (Hìnhh 4.8) Qua kết tính toán diện tích tương ứng với thời gian bị ngập cho thấy lũ sông Ba lên nhanh rút nhanh gây thiệt hại nặng nề cho hạ lưu CẤN THU VĂN – CH16V Mô phỏng và đánh giá ngập lụt Trận lũ 11/1988 Kết chạy thuỷ lực lũ tháng 11/1988 cho thấy mực nước lớn dọc sông thấp cao trình kênh Bắc Nam đập dâng Đồng Cam, có nghĩa hành lang thoát lũ lũ giới hạn pham vi đường Quốc lộ 25 (bắc) Tỉnh lộ 645 (nam) Tuy vậy với Hmax tại Phú Lâm cũng đạt đến gần 4,5m thì khu TP.Tuy Hòa và phụ cận vẫn bị ngập tương đối nhiều Tổng diện tích ngập mực nước lũ đạt giá trị lớn 1482 Trận lũ tháng 12/1986 Giá trị năm lũ 1986 thấp so với trận lũ Tuy nhiên lượng mưa trận lũ năm 12/1986 đo được tại hai trạm Sơn Hòa và Tuy Hòa là (545.6mm và 432.9mm) là lớn so với lượng mưa đo được tại hai trạm ở trận lũ 11/1988 là (641.6mm và 153.7mm) Vì vậy mực nước tại Phú Lâm trận lũ 12/1986 cao trận lũ 11/1988 Với Hmax = 4.58m thì phần hầu toàn bộ diện tích khu vực TP.Tuy Hòa ngập nước lũ Phần diện tích phía hai kênh bắc và kênh nam và một phần diện tích ngoài kênh cũng ngập khá nặng CẤN THU VĂN – CH16V Mô phỏng và đánh giá ngập lụt SO VỚI KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRƯỚC Mô hình chiều sẽ cho kết quả tình hình ngập lụt và diện ngập trực quan (biết diễn biến ngập khu vực cả về thời gian, diện tích ảnh hưởng và cả độ sâu ngập) toàn bộ khu vực nghiên cứu Giúp cho việc quản lý, hỗ trợ quyết định và đưa khuyến cáo có tính xác thực hơn.(Hình 4.15) 22h/7/11/1988 CẤN THU VĂN – CH16V 13h/8/11/1988 16h/11/11/1988 Mô phỏng và đánh giá ngập lụt Mô hình chiều chỉ mức độ ngập lụt tại từng điểm phạm vi nhỏ (mức độ ngập tại các phường thành phố) nên dễ dàng việc xử lý đối phó với lũ xảy Đối với mô hình chiều thì kết quả mô phỏng các vị trí đó bằng (Hình 4.16) P5 P6 P2 P3 P1 CẤN THU VĂN – CH16V P4 Mô phỏng và đánh giá ngập lụt Kết quả cho biết sự phân bố trường vận tốc tại khu vực mô phỏng cả sông và bãi toàn bộ khu vực bị ngập lụt Khi so sánh với kết quả điều tra vết lũ thì vị trí lấy giá trị đánh giá mô hình chiều chính xác (Mô hình chiều lấy kết quả dòng chính hoặc kênh ở ô ruộng gần đó) nên sai số cao Mô hình chiều chỉ mô phỏng dòng chảy sông (kênh) nên kết quả mô phỏng bãi tràn là cao so với mô hình chiều Việc kết hợp mô hình và chiều cho thấy sự hợp lý diễn toán thủy lực hạ lưu sông Ba về kết quả tính toán cũng thời gian tính toán Vậy nên việc áp dụng mô hình chiều mô phỏng và đánh giá mức độ ngập lụt cho hạ lưu sông Ba (TP Tuy Hòa) là hợp lý và cần thiết CẤN THU VĂN – CH16V Kết luận và kiến nghị KẾT LUẬN Qua phân tích tình hình lũ lụt vùng hạ lưu sông Ba có thể nói lũ ở trầm trọng Kết tính toán thủy lực cho thấy, lũ 10/1993 xảy có khoảng gần 22612 đất tự nhiên bị ngập lũ chiếm tới 52% diện tích đất tự nhiên Còn lũ 11/1988 và 12/1986 lũ thường xuyên xảy ứng với tần suất khoảng 15-20% có khoảng 1500 nằm phạm vi kênh Bắc Nam bị ngập lũ Đặc biệt là khu vực TP.Tuy Hòa bị ngập nặng mỗi có lũ Những năm gần đây, hoạt động của các hồ chứa phía thượng lưu làm cho tình hình lũ lụt càng trở nên phức tạp và khó kiểm soát 10/2010 vừa qua làm TP.Tuy Hòa ngập sâu nước Với bộ thông số đã hiệu chỉnh và kiểm định, cho ta kết quả tương đối chính xác về lượng Vì vậy có thể sử dụng cho việc mô phỏng, dự báo lũ cho vùng hạ lưu sông Ba CẤN THU VĂN – CH16V Kết luận và kiến nghị Những hạn chế còn tồn tại nghiên cứu : Chưa có điều kiện tham gia nghiên cứu và điều tra thực địa Số liệu khảo sát bãi tràn còn hạn chế Số liệu mặt cắt còn thưa và không cập nhật (1997 và 2003) Cao độ bản đồ DEM còn chưa được hiệu chỉnh thêm chính xác nên (đặc biệt là cao trình đê) việc mô phỏng còn có những sai sót Chưa tính tới các phương án với các tần suất lũ khác với các dạng lũ điển hình khác Các kết luận và đánh giá còn mang tính tổng quát, chưa sâu sắc và chi tiết Chưa kiểm định với những lũ có lượng lũ nhỏ để đánh giá bộ thông số được toàn diện CẤN THU VĂN – CH16V Kết luận và kiến nghị KIẾN NGHỊ Cần điều tra, tổng hợp và thu thập thêm những số liệu về bãi ngập, cao độ bản đồ DEM Cần xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực nhằm phòng lũ cho hạ lưu Tính toán thêm nhiều trận lũ với các phương án khác nhằm tìm bộ thông số đảm bảo mô phỏng và dự báo tốt Xây dựng mô hình chiều và mô phỏng cho các trận lũ cực lớn nhằm đối phó với khả đập có sự cố và chủ động tránh lũ nhân dân Với sự “có mặt” của các hồ hệ thống có khả gây thiếu nước trầm trọng mùa khô, ngược lại tiềm ẩn nguy gây lũ lụt nặng nề ở hạ lưu Vì vậy cần có quy trình vận hành hồ chứa cho phục vụ tối ưu mục đích sử dụng CẤN THU VĂN – CH16V LOGO CẤN THU VĂN [...]... đã gây ngập lụt nghiêm trọng cho cả hạ lưu sông Ba và hạ lưu sông Bàn Thạch Với thời gian tính từ 03/10 tới 07/10/1993 thì tổng diện tích bị ảnh hưởng ngập ứng với mực nước lũ lớn nhất là 22612 ha chiếm tới 52,2% diện tích tự nhiên (Hìnhh 4.8) Qua kết quả tính toán diện tích tương ứng với thời gian bị ngập cho thấy mặc dù lũ sông Ba lên nhanh và rút nhanh nhưng đã gây thiệt hại nặng nề cho hạ lưu CẤN... phỏng và đánh giá ngập lụt 4.1 Phạm vi nghiên cứu Mô phỏng M11 Mô phỏng M21 Sơ đồ phác họa phạm vi nghiên cứu thủy lực hạ lưu sông Ba CẤN THU VĂN – CH16V 4 Mô phỏng và đánh giá ngập lụt 4.2 CƠ SỞ DỮ LIỆU 4.2.1 Tài liệu địa hình lòng sông Tài liệu trắc dọc và ngang sông Ba bao gồm 24 mặt cắt ngang sông từ Củng Sơn tới cầu Phú Lâm được đo đạc và hiệu chỉnh năm 1997, có 3 mặt cắt ngang từ Cầu... Trong mô hình này, từ bản đồ cao độ số Bathymetry, các biên được xác định chỉ có ở hạ lưu tại cửa Đà Rằng bắt đầu từ điểm A = (116; 249) đến điểm B = (143; 249) Ở thượng lưu được bao kín bởi các điểm lưới có cao trình điểm đất nên không có biên trên Giá trị dòng chảy tại khu vực thượng lưu sẽ được lấy từ mô hình MIKE 11 khi được kết nối trong mô hình MIKE FLOOD Các giá trị đó thể hiện là sự trao đổi... MIKE 21 Mô hình MIKE 21 HD là mô hình thủy động lực học mô phỏng mực nước và dòng chảy trên sông, vùng cửa sông, vịnh và ven biển Mô hình mô phỏng dòng chảy không ổn định hai chiều ngang đối với một lớp dòng chảy Hệ phương trình mô phỏng bao gồm phương trình liên tục kết hợp với phương trình động lượng chiều ngang (x, y) mô tả sự biến đổi của mực nước và lưu lượng Lưới tính toán sử dụng trong mô hình... hoạch Thuỷ lợi điều tra và đã được đo đạc địa hình đưa về cao độ Quốc gia Trong đó có 16 vết lũ thuộc bãi ngập trong phạm vi 2 kênh chính Bắc Nam đập Đồng Cam, các vết lũ còn lại nằm trong các ô ruộng ngoài phạm vi đập dâng Đồng Cam CẤN THU VĂN – CH16V 4 Mô phỏng và đánh giá ngập lụt 1 Sơ đồ mạng thủy lực trong Mike 11 2 Ba n đồ Bathymetry được thiết lập có bước lưới 40x40m, trên vùng có... và MIKE 21 để tính toán lượng nhập khu giữa Bộ thông số được lấy từ kết quả hiệu chỉnh con lũ 10/1992 và kiểm định con lũ 11/1988 trên lưu vực sông Ba phía thượng lưu trạm Củng Sơn với số liệu của 3 trạm đo mưa trên lưu vực là Sơn Hòa, Ayun và An Khê Kết quả mô phỏng hiệu chỉnh lũ 10/1992 CẤN THU VĂN – CH16V Kết quả mô phỏng kiểm định lũ 11/1988 4 Mô phỏng... trình lưu lượng thực đo tại Củng Sơn Biên dưới: Biên triều được tính từ trạm đo triều Quy Nhơn Biên giữa: Lượng nhập khu giữa được xác định từ lượng mưa và được đổ đều dọc chiều dòng chảy từ Củng Sơn đến cửa Đà Rằng bởi MIKE - NAM và được kết nối trong phần mô phỏng MIKE 11 và MIKE 21 Điều kiện ban đầu: Điều kiện ban đầu trên mô hình được mô phỏng tại tất cả các nút bao gồm mực nước và lưu lượng... phỏng và đánh giá ngập lụt 4.2.2 Tài liệu về bản đồ số độ cao (nền tính toán) Ba n đồ DEM với độ phân giải 40m x 40m (nguồn: Trung tâm Viễn thám – Bộ TNMT) CẤN THU VĂN – CH16V 4 Mô phỏng và đánh giá ngập lụt 4.2.3 Tài liệu về đập dâng Đồng Cam Tài liệu về các thông số kỹ thuật của đập dâng Đồng Cam do Ban Quản lý đập cung cấp Hạng mục Chiều dài (m) Cao trình (m) Đập dâng 590,0 Tràn... nbãi = 0.035; với Mike 21 thì M = 30 Ngoài ra còn một số vị trí được hiệu chỉnh cục bộ với hệ số nhám trong Mike 11 là nlòng = 0.020 – 0.024 và nbãi = 0.033 – 0.040 CẤN THU VĂN – CH16V 4 Mô phỏng và đánh giá ngập lụt 2 Kết quả hiệu chỉnh trận lũ 10/1993 H tính toán H thực đo Biểu đồ giá cmức nướ c tạ inPhú giữ a tín h toán và thực Hì ntrị h ả n ngập. .. mô phỏng và tính toán; + Xác định điều kiện biên (Biên thượng lưu, biên hạ lưu và lượng nhập khu giữa); + Thiết lập mạng sông và nền (DEM) trong miền tính toán 1 và 2 chiều; + Chạy mô hình thủy văn (Mưa rào-dòng chảy) – MIKE NAM tính toán lượng mưa sinh dòng chảy có thể sử dụng biên thượng lưu hoặc nhập khu giữa cho MIKE 11 và MIKE 21; + Chạy thông và mô ... lý Lưu vực sông Ba nằm miền Trung Trung Bộ Việt Nam có hình dạng chữ L Phạm vi lưu vực : 12o35’ đến 14o38’ vĩ độ Bắc 108o00’ đến 109o55 kinh độ Đông Phía Bắc giáp lưu vực sông Trà Khúc; Nam giáp... lũ lịch sử tháng 10/1993 gây ngập lụt nghiêm trọng cho hạ lưu sông Ba hạ lưu sông Bàn Thạch Với thời gian tính từ 03/10 tới 07/10/1993 tổng diện tích bị ảnh hưởng ngập ứng với mực nước lũ lớn... họa phạm vi nghiên cứu thủy lực hạ lưu sông Ba CẤN THU VĂN – CH16V Mô phỏng và đánh giá ngập lụt 4.2 CƠ SỞ DỮ LIỆU 4.2.1 Tài liệu địa hình lòng sông Tài liệu trắc dọc ngang sông Ba bao