Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật tài nguyên nước: Nghiên cứu tính toán ngập lụt và xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba

Chia sẻ: Tri Tâm | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:113

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu tính toán phạm vi ngập lụt, mức độ ngập lụt và xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba tương ứng với trận lũ lịch sử 1993, trận lũ tần suất 5%, 10%. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật tài nguyên nước: Nghiên cứu tính toán ngập lụt và xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN ĐỨC HOÀNG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN NGẬP LỤT VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT HẠ LƯU SÔNG BA LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN ĐỨC HOÀNG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN NGẬP LỤT VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT HẠ LƯU SÔNG BA CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC MÃ SỐ: 8.58.02.12 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM VIỆT HÒA HÀ NỘI - 2019
LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân học viên. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn 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 văn Nguyễn Đức Hoàng i
LỜI CÁM ƠN Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng như sự động viên ủng hộ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn Thạc sĩ. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy PGS.TS Phạm Việt Hòa người đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý thầy cô trong Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước – Trường Đại học Thủy lợi đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi thực hiện đề tài luận văn. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Viện Quy hoạch Thủy lợi, Phòng Quy hoạch Thủy lợi Nam Trung bộ và Tây Nguyên đã hỗ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn. Trong khuôn khổ của luận văn này, do thời gian và điều kiện về nguồn số liệu, nhân lực còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ các nhà khoa học, các đồng nghiệp và quý Thầy Cô. Hà Nội, tháng 02 năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Đức Hoàng ii
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................... 1 2. Mục đích của đề tài ......................................................................................................3 3. Đối tượng, hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .............................................3 4. Kết quả của đề tài ........................................................................................................3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LŨ VÀ VÙNG HẠ LƯU SÔNG BA ..................................................................5 1.1Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lũ ....................................5 1.1.1 Khái niệm bản đồ ngập lũ ....................................................................................... 7 1.1.2 Các phương pháp xây dựng bản đồ ngập lũ ........................................................... 7 1.1.2.1 Phương pháp thống kê, điều tra vết lũ các trận lũ thực tế [3,4] .......................... 7 1.1.2.2 Phương pháp sử dụng bản đồ địa hình, địa mạo .................................................9 1.1.2.3 Phương pháp ảnh vệ tinh ...................................................................................10 1.1.2.4 Phương pháp mô phỏng bằng các mô hình toán [3,4] .......................................10 1.1.2.5 Phương pháp kết hợp ......................................................................................... 12 1.1.3 Tổng quan về xây dựng bản đồ ngập lũ thế giới và trong nước hiện nay ............12 1.2 Tổng quan về vùng nghiên cứu ...............................................................................13 1.2.1 Vị trí địa lý, phạm vi hành chính ..........................................................................13 1.2.2 Đặc điểm kinh tế – xã hội ..................................................................................... 15 1.2.2.1 Dân số ................................................................................................................15 1.2.2.2 Đặc điểm chung nền kinh tế ..............................................................................16 1.2.2.3 Cơ sở hạ tầng .....................................................................................................16 1.2.3 Đặc điểm khí hậu, khí tượng ................................................................................18 1.2.3.1 Chế độ nhiệt .......................................................................................................18 1.2.3.2 Độ ẩm ................................................................................................................19 1.2.3.3 Bốc hơi...............................................................................................................20 1.2.3.4 Số giờ nắng ........................................................................................................20 1.2.3.5 Gió ..................................................................................................................... 21 1.2.3.6 Bão ..................................................................................................................... 21 1.2.3.7 Chế độ mưa ........................................................................................................22 iii
1.2.4 Đặc điểm mạng lưới sông ngòi ............................................................................ 24 1.2.5 Đặc điểm thủy văn................................................................................................ 26 1.2.5.1 Dòng chảy năm.................................................................................................. 26 1.2.5.2 Dòng chảy lũ ..................................................................................................... 27 1.2.5.3 Chế độ thủy triều ............................................................................................... 32 1.2.6. Tình hình lũ lụt vùng hạ lưu sông Ba .................................................................. 32 1.2.6.1 Tình hình ngập lụt ............................................................................................. 32 1.2.6.2 Thiệt hại ngập lụt............................................................................................... 35 1.2.7. Hiện trạng công trình phòng chống lũ................................................................ 36 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT VÀ TÍNH TOÁN PHẠM VI, MỨC ĐỘ NGẬP LỤT ............................................................................... 41 2.1. Đánh giá nguyên nhân ngập lụt hạ lưu sông Ba ..................................................... 41 2.2. Lựa chọn bộ công cụ mô hình toán đề diễn toán lũ lưu vực sông Ba .................... 43 2.2.1 Mô hình mưa dòng chảy....................................................................................... 43 2.2.2 Mô hình thủy lực .................................................................................................. 45 2.2.3 Lựa chọn mô hình diễn toán ................................................................................. 47 2.2.4 Cơ sở lý thuyết mô hình ....................................................................................... 47 2.3 Nguyên lý xây dựng bản đồ ngập lụt ...................................................................... 54 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN MỨC ĐỘ NGẬP LỤT VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT VÙNG HẠ LƯU SÔNG BA ................................................................................ 56 3.1 Cơ sở dữ liệu ........................................................................................................... 56 3.1.1 Tài liệu địa hình.................................................................................................... 56 3.1.2 Tài liệu khí tượng, thủy văn ................................................................................. 56 3.1.3 Tài liệu điều tra vết lũ .......................................................................................... 59 3.2 Ứng dụng mô hình thủy văn, thủy lực tính toán ngập lụt theo tần suất 5%,10% ... 60 3.2.1. Xây dựng, hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thủy văn mưa dòng chảy lưu vực sông Ba................................................................................................................................... 60 3.2.2. Xây dựng, hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thủy lực Mike 11, Mike 21, Mike Flood lưu vực sông Ba ............................................................................................................. 61 3.2.2.1 Xây dựng mô hình thủy lực 1 chiều MIKE 11 .................................................. 62 3.2.2.2 Xây dựng mô hình thủy lực 2 chiều MIKE 21 .................................................. 66 iv
3.2.2.3 Xây dựng mô hình thủy lực kết hợp 1 chiều và 2 chiều MIKE FLOOD ..........71 3.2.2.4 Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thủy lực ..............................................72 3.2.3. Kết quả tính toán quá trình ngập lụt ....................................................................77 3.3 Xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba ..................................................... 81 3.3.1 Quy trình chuyển kết quả của mô hình toán sang GIS và xây dựng bản đồ ngập lụt .......................................................................................................................................81 3.3.2 Kết quả xây dựng bản đồ ngập lụt ........................................................................86 3.3.3 Phân tích GIS để tính toán diện tích ngập, mức độ ngập vùng nghiên cứu .........88 3.4. Sơ bộ đề xuất phương án giảm ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba ............................... 92 3.4.1 Đề xuất phương án................................................................................................ 92 3.4.2 Tính toán hiệu quả giảm ngập lụt các phương án đề xuất ....................................94 3.4.3 Lựa chọn phương án giảm ngập lụt hiệu quả ....................................................... 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 97 v
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Vị trí lưu vực sông Ba .................................................................................. 14 Hình 1.2. Vùng hạ lưu sông Ba .................................................................................... 15 Hình 1.3 Đường tần suất lưu lượng lũ lớn nhất – trạm thủy văn Củng Sơn ................. 31 Hình 1.4 Hiện trạng hồ chứa lớn trên lưu vực sông Ba ................................................ 39 Hình 2.1 Minh hoạ lưu vực như một hệ thống thủy văn ............................................... 44 Hình 2.2. Cấu trúc mô hình mưa dòng chảy NAM ....................................................... 48 Hình 2.3. Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott ....................................................................... 50 Hình 2.4 Sơ đồ mạng lưới linh hoạt (flexible mesh) ..................................................... 51 Hình 2.5. Áp dụng kết nối ............................................................................................. 52 Hình 2.6 Ví dụ về kết nối bên ....................................................................................... 53 Hình 2.7. Ví dụ về kết nối công trình ............................................................................ 53 Hình 2.8. Sơ đồ khối nguyên lý xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Ba .... 55 Hình 3.1. Vị trí các mặt cắt đo đạc năm 2018 từ khu vực hạ lưu sông Ba ................... 56 Hình 3.2. Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng và đo mưa lưu vực sông Ba .................... 57 Hình 3.3. Bản đồ mạng lưới trạm thủy văn lưu vực sông Ba ....................................... 58 Hình 3.4. Sơ đồ vị trí vết lũ 10/1993 ............................................................................. 59 Hình 3.5. Sơ đồ vị trí vết lũ 11/2009 ............................................................................. 59 Hình 3.6. Kết quả mô phỏng trận lũ 10/1993 tại trạm Củng Sơn ................................. 60 Hình 3.7. Kết quả mô phỏng trận lũ 11/2009 tại trạm Củng Sơn ................................. 61 Hình 3.8. Dữ liệu nền mạng lưới thủy lực MIKE 11 .................................................... 62 Hình 3.9. Sơ đồ mạng lưới thủy lực MIKE 11 .............................................................. 63 Hình 3.10. Vị trí các mặt cắt trên định dạng *.kmz ...................................................... 63 Hình 3.11. Thông số mặt cắt cơ bản.............................................................................. 64 Hình 3.12. Bảng thông số chính của file *.hd11 ........................................................... 66 Hình 3.13. Dữ liệu cao độ địa hình lưu vực sông Ba .................................................... 67 Hình 3.14. Bản đồ cao độ số DEM 10x10 được xây dựng từ bản đồ địa hình 1/2.000; 1/5.000, 1/10.000 của Bộ Tài nguyên và Môi trường ................................................... 67 Hình 3.15. Lưới tính toán mô hình MIKE 21 được xây dựng ...................................... 68 Hình 3.16. Thông số khai báo cạn và ngập ................................................................... 70 vi
Hình 3.17. Thông số nhớt Eddy ....................................................................................70 Hình 3.18. Thiết lập công trình trên vùng ngập ............................................................ 71 Hình 3.19. Sơ đồ tính toán thủy lực 2 chiều sông Ba ....................................................72 Hình 3.20. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm thủy văn Củng Sơn ........................ 73 Hình 3.21. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm thủy văn Phú Lâm .......................... 73 Hình 3.22. Sơ đồ vị trí vết lũ 10/1993 ...........................................................................74 Hình 3.23. Kết quả kiểm định mực nước tại trạm thủy văn Củng Sơn lũ 11/2009 .......76 Hình 3.24. Kết quả kiểm định mực nước tại trạm thủy văn Phú Lâm lũ 11/2009 ........76 Hình 3.25. Kết quả tính toán mức độ ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba tương ứng trận lũ 10/1993 .......................................................................................................................... 79 Hình 3.26. Kết quả tính toán mức độ ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba tương ứng trận lũ tần suất 5% .......................................................................................................................... 79 Hình 3.27. Kết quả tính toán mức độ ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba tương ứng trận lũ tần suất 10% ........................................................................................................................ 81 Hình 3.28. Kết quả trích xuất từ mô hình MIKE FLOOD ............................................83 Hình 3.29. Kết quả nội suy ngập lụt của Kriging .......................................................... 85 Hình 3.30. Bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Ba – Trận lũ 10/1993 ....................... 86 Hình 3.31. Bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Ba – Trận lũ tần suất 5%, trạm thủy văn Củng Sơn ....................................................................................................................... 87 Hình 3.32. Bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Ba – Trận lũ tần suất 10%, trạm thủy văn Củng Sơn ................................................................................................................87 Hình 3.33. Các lớp dữ liệu được chồng xếp để thực hiện phân tích diện tích ngập, mức độ ngập .......................................................................................................................... 88 Hình 3.34. Nạo vét sông Ba đoạn chảy qua xã Hòa Phú ...............................................92 Hình 3.35. Nạo vét sông Ba đoạn chảy qua xã Hòa Định Đông ...................................92 Hình 3.36. Nạo vét sông Ba đoạn chảy qua xã Bình Ngọc ...........................................93 Hình 3.37. Nạo vét sông mở rộng, ổn định cửa Đà Rằng .............................................93 Hình 3.38. Xây dựng tuyến đê, lắp đặt cống điều tiết ...................................................94 vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1. Nhiệt độ trung bình tháng, năm lưu vực sông Ba ........................................ 19 Bảng 1. 2. Độ ẩm tương đối trung bình năm ................................................................. 19 Bảng 1. 3. Tổng lượng bốc hơi trung bình năm ............................................................ 20 Bảng 1. 4. Số giờ nắng trung bình năm ......................................................................... 21 Bảng 1. 5. Sông suối lưu vực sông ba phân theo cấp diện tích lưu vực ....................... 24 Bảng 1.6. Mực nước lũ lớn nhất năm thiết kế các trạm trong lưu vực sông Ba ........... 30 Bảng 1.7. Lưu lượng lũ lớn nhất tại trạm thủy văn Củng Sơn từ 1977-2015 ............... 30 Bảng 1.8. Tần suất lưu lượng lũ thiết kế trạm thủy văn Củng Sơn ............................... 31 Bảng 1.9. Đặc trưng mực nước triều tại cửa Đà Rằng .................................................. 32 Bảng 1.10. Hệ thống đê cửa sông, ven biển lưu vực sông Ba ....................................... 36 Bảng 1.11. Hiện trạng công trình kè đã xây dựng lưu vực sông Ba ............................. 37 Bảng 1.12. Dung tích phòng lũ các hồ chứa lớn thượng nguồn .................................... 39 Bảng 3.1. Bộ thông số mô hình NAM – lưu vực sông Ba ............................................ 61 Bảng 3.2. Phạm vi mạng thủy lực 2 chiều phần bãi sông ............................................. 68 Bảng 3.3. Kết nối 2 mô hình 1 và 2 chiều ..................................................................... 72 Bảng 3.4 Kết quả so sánh đỉnh lũ giữa thực đo và mô phỏng - Trận lũ năm 1993 – Lưu vực sông Ba ................................................................................................................... 74 Bảng 3.5. Kết quả tính toán mực nước lũ năm 1993 tại các vị trí vết lũ ...................... 74 Bảng 3.6. Kết quả so sánh đỉnh lũ giữa thực đo và tính toán - trận lũ tháng 11/2009 – lưu vực sông Ba ............................................................................................................. 77 Bảng 3.7 Kết quả tính toán mực nước lũ trận lũ 11/2009 tại các vị trí vết lũ ............... 77 Bảng 3.8. Diện tích lưu vực tại Trạm thủy văn Củng Sơn và các vị trí nhập lưu ......... 78 Bảng 3.9. Kết quả tính toán mực nước, lưu lượng trên sông Ba tại một số vị trí, trận lũ 10/1993 .......................................................................................................................... 78 Bảng 3.10 Kết quả tính toán mực nước, lưu lượng trên sông Ba tại một số vị trí, trận lũ chính vụ tần suất 5% tại trạm thủy văn Củng Sơn ........................................................ 79 Bảng 3.11 Kết quả tính toán mực nước lũ tại một số vị trí vết lũ, trận lũ chính vụ tần suất 5% tại trạm thủy văn Củng Sơn ............................................................................. 80 viii
Bảng 3.12 Kết quả tính toán mực nước, lưu lượng trên sông Ba tại một số vị trí, trận lũ chính vụ tần suất 10% tại trạm thủy văn Củng Sơn ...................................................... 80 Bảng 3.13 Kết quả tính toán mực nước lũ tại một số vị trí vết lũ, trận lũ chính vụ tần suất 10% tại trạm thủy văn Củng Sơn ...........................................................................81 Bảng 3.14 Tổng hợp diện tích ngập, mức độ ngập trận lũ tháng 10/1993 vùng hạ lưu sông Ba .......................................................................................................................... 88 Bảng 3.15 Tổng hợp diện tích ngập, mức độ ngập trận lũ tần suất 5% vùng hạ lưu sông Ba ...................................................................................................................................89 Bảng 3.16 Tổng hợp diện tích ngập, mức độ ngập trận lũ tần suất 10% vùng hạ lưu sông Ba ...................................................................................................................................91 Bảng 3.17. Cao độ thiết kế đê bao .................................................................................94 Bảng 3.18. Mực nước lớn nhất tại một số vị trí ............................................................ 94 Bảng 3.19. Mực nước lớn nhất tại một số vị trí – Phương án xây dựng đê bao............95 ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ DEM Bản đồ cao độ số F Diện tích lưu vực H Mực nước Hmax Mực nước lớn nhất KCN Khu công nghiệp NASH Hệ số hiệu quả mô hình Mmax Mô đuyn đỉnh lũ lớn nhất LVS Lưu vực sông OBS Thực đo Q Lưu lượng Qmax Lưu lượng lớn nhất SIM Mô phỏng TCKT Tiêu chuẩn kỹ thuật R2 Hệ số R bình phương WBL Tổng lượng x
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Công tác phòng chống thiên tai là một trong những nhiệm vụ trọng tâm của các cấp, ngành. Bản đồ ngập lụt là một trong những công cụ hữu hiệu phục vụ đắc lực cho công tác ứng phó chủ động với lũ lụt ở cả trong giai đoạn chuẩn bị và quy hoạch phòng chống thiên tai cũng như trong giai đoạn ứng phó khẩn cấp. Để đạt được sự nhất trí đồng thuận trong quá trình điều hành phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai giữa các cấp ngành và giữa các địa phương thì cần phải có bộ công cụ làm cơ sở cho việc ra quyết định vận hành chống lũ. Bộ bản đồ ngập lũ được xây dựng trong thời điểm hiện tại sẽ là cơ sở để đạt được sự đồng thuận giữa các bên liên quan khi mà các quyết định vận hành của từng hồ chứa trong hệ thống và của cả hệ thống có thể dự đoán được kết quả và triển khai được các biện pháp phòng tránh phù hợp với các điều kiện và hoàn cảnh. Bản đồ ngập lũ sẽ góp phần cho công tác tuyên truyền nâng cao ý thức và nhận thức của người dân trên toàn lưu vực sông về những rủi ro thiên tai lũ lụt và nâng cao khả năng tự thích nghi của người dân trong vùng. Lưu vực sông Ba nằm trong phạm vi ranh giới hành chính của 20 huyện thị và 1 thành phố thuộc 2 tỉnh Tây Nguyên: Gia Lai, Đăk Lăk và một tỉnh Duyên hải miền Trung Trung Bộ là Phú Yên. Đây là một trong chín lưu vực sông lớn nhất Việt Nam có diện tích tự nhiên toàn lưu vực 13.417 km2 với gần 40 km bờ biển.Phạm vi lưu vực nằm trong khoảng:12055’ đến 14038’ vĩ độ Bắc và 108000’ đến 109055’ kinh độ Đông. Dòng chính sông Ba bắt nguồn từ đỉnh núi cao Ngọc Rô 1.549 m của dải Trường Sơn. Từ thượng nguồn đến An Khê sông chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam sau đó chuyển hướng Bắc - Nam, đến cửa sông Hinh chảy theo hướng gần như Tây - Đông rồi đổ ra biển Đông tại Tuy Hoà. Tính từ thượng nguồn đến cửa ra (sông Đà Rằng), sông Ba có diện tích lưu vực 13.417 km2, với chiều dài sông chính là 396 km, mật độ lưới sông 0,22 km/km2. 1
Hàng năm trên toàn lưu vực nhận được lượng mưa khoảng 1.880 mm với mô đuyn dòng chảy đạt 22,8 l/s/km2. Hàng năm sông Ba đổ ra biển Đông gần 10 tỷ m3 nước [11]. Các sông suối thuộc lưu vực sông Ba thường hẹp và sâu, độ dốc sông suối lớn nên có tiềm năng lớn về nguồn thuỷ năng. Hàng năm vào mùa mưa bão, vùng hạ lưu sông Ba luôn bị lũ lụt đe dọa nghiêm trọng với diễn biến ngày càng phức tạp, gây ra nhiều thiệt hại lớn về tài sản và tính mạng nhân dân trong vùng, điển hình như trận lũ lịch sử tháng 10/1993 đã làm 41 người chết, 263 ngôi nhà bị sập hoàn toàn, 1.900 ngôi nhà bị hư hỏng nặng, mất trắng 5.600 ha lúa, 2.150 ha hoa màu bị thiệt hại; hay như cơn bão Mirinae tháng 11 năm 2009 làm 6 người chết, 36 người mất tích, 131 ngôi nhà bị sập, 7.195 ngôi nhà bị hư hỏng nặng, thiệt hại 526 ha lúa và 5.110 ha hoa màu [11]. Vùng hạ lưu sông Ba là vùng đồng bằng khá rộng lớn với gần 25.000 ha đất canh tác, với địa hình bằng phẳng và độ chênh cao độ giữa lòng sông và mặt ruộng không lớn (1,5m). Đặc biệt vùng hạ lưu sông tiếp giáp với biển Đông, vì vậy mỗi khi có mưa lũ về vùng này hoàn toàn ngập chìm trong nước, trong những năm gần đây tình hình lũ lụt vùng hạ lưu sông Ba càng trở nên nghiêm trọng hơn [11]. Thời điểm hiện tại, tác động tổng hợp của nhiều yếu tố như sự suy giảm thảm phủ thực vật do các hoạt động khai thác rừng, xây dựng và vận hành các công trình thủy điện ở thượng nguồn, kèm theo nhân tố biến đổi khí hậu trong những năm gần đây đã làm gia tăng rủi ro lũ lụt trên lưu vực sông Ba. Hiện tại, trên lưu vực sông Ba có 6 công trình thủy lợi, thủy điện vừa và lớn như An Khê – Ka Năk, Ayun Hạ, Krông H’Năng, Sông Hinh, Sông Ba Hạ và Ia M’la. Trong mùa lũ, các công trình này vận hành điều tiết để giảm lũ cho hạ du theo quy trình vận hành liên hồ chứa được Thủ tướng chỉnh phủ phê duyệt ngày 18/07/2018. Theo quy trình, tổng dung tích phòng lũ của cả hệ thống khoảng 537 triệu m3. Tuy nhiên, tổng dung tích này chỉ đạt khoảng 22,4% so với tổng lượng lũ 7 ngày tương ứng với tần suất 10%. Ngoài ra, công tác vận hành hệ thống thủy điện nhằm giảm lũ cho hạ du vẫn còn nhiều điều bất cập. Hơn nữa, công tác này còn phụ thuộc rất lớn vào độ chính xác của kết quả dự báo và quá trình vận hành thực tế của từng hồ chứa trong hệ thống. Như vậy, vai trò của bản đồ ngập lụt càng trở nên quan trọng đặc biệt ở vùng lưu vực sông Ba, do hệ thống sông ngòi ở đây ngắn và dốc, thời gian tập trung nước nhanh nên 2
hầu hết các mô hình tính toán phức tạp về quy mô và mức độ ngập lụt chưa thể đáp ứng yêu cầu cung cấp thông tin nhanh chóng phục vụ cho công tác di dời dân cư, ứng phó bão lụt. Chính vì vậy, việc sử dụng các bản đồ ngập lụt xây dựng sẵn với các kịch bản khác nhau sẽ giúp cho các cơ quan có thẩm quyền ở trung ương và địa phương chủ động lựa chọn phương án thích hợp để ứng phó kịp thời khi có các thông tin dự báo, cảnh báo nhanh về tình hình lũ lụt ở hạ lưu. 2. Mục đích của đề tài Nghiên cứu tính toán phạm vi ngập lụt, mức độ ngập lụt và xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba tương ứng với trận lũ lịch sử 1993, trận lũ tần suất 5%, 10% 3. Đối tượng, hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là vùng hạ lưu lưu vực sông Ba nằm trên địa bàn 5 huyện Sơn Hòa, Sông Hinh, Đông Hòa, Tây Hòa, Phú Hòa và thành phố Tuy Hòa thuộc tỉnh Phú Yên. Hướng tiếp cập đề tài sử dụng bao gồm:  Tiếp cận hệ thống  Tiếp cận thực tiễn  Tiếp cận lịch sử  Tiếp cận logic Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong quá trình thực hiện đề tài bao gồm:  Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa  Phương pháp kế thừa  Phương pháp phân tích, thống kê  Phương pháp mô hình toán, mô hình thủy lực  Phương pháp tham vấn chuyên gia 4. Kết quả của đề tài  Đánh giá được nguyên nhân và tình hình ngập lụt hạ lưu sông Ba.  Lựa chọn được bộ công cụ mô hình toán đề diễn toán lũ lưu vực sông Ba.  Xây dựng bản đồ ngập lũ hạ lưu sông Ba tương ứng với trận lũ lịch sử năm 1993 và các trận lũ tương ứng tần suất 5%,10%. 3
 Phân tích, tính toán được diện tích ngập, độ sâu ngập lụt tương ứng với các trường hợp tính toán.  Sơ bộ đề xuất phương án giảm ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba. 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LŨ VÀ VÙNG HẠ LƯU SÔNG BA 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lũ Lũ lụt lớn trên các sông là thảm họa và thường là tác nhân gây ra thiệt hại lớn về người và tài sản, ảnh hưởng nghiêm trọng tới đời sống sinh hoạt của người dân và sự phát triển kinh tế của vùng chịu ảnh hưởng ngập lụt. Trong những năm gần đây, lũ lụt xảy ra trên thế giới có xu hướng ngày càng gia tăng với cường độ mạnh hơn và diễn biến phức tạp hơn. Ở vùng hạ lưu của các lưu vực sông, mật độ dân cư thường rất cao và là vùng kinh tế tập trung, đặc biệt là ở các nước khu vực Châu Á, do vậy khi xảy ra lũ lụt thì thiệt hại về người và tài sản thường rất lớn. Tổng quan tình hình lũ lụt ở một số nước trên thế giới như sau:  Tại Thái Lan, những trận lũ lớn đã xảy ra vào nhiều năm như năm 1917, 1942, 1955, 1964, 1972, 1975, 1980, 1983, 1995 và năm 2011. Trong đó trận lũ lịch sử năm 2011 là trận lũ có ảnh hưởng lớn nhất với 3/4 diện tích của Thái Lan bị ngập, làm chết 500 người, 2 triệu người bị ảnh hưởng, thiệt hại lên đến 5 tỷ đô la Mỹ.  Tại Trung Quốc, trên sông Hoàng Hà, trận lũ năm 1887 làm chết khoảng 900 nghìn người; liên tiếp trong 10 năm từ năm 1991 đến năm 2000, trên lưu vực sông đã xảy ra 7 trận lũ lớn vào các năm 1991, 1993, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998 làm chết khoảng 25 nghìn người; chỉ tính riêng năm 1993, lũ lụt đã làm ảnh hưởng đến 3,6 triệu người và làm 18 nghìn người chết. Trên sông Trường Giang, lũ lụt năm 1931 làm ảnh hưởng tới 28,5 triệu người và 145 nghìn người chết; lũ năm 1998 làm chết 3.000 người, 23 nghìn người mất tích, phá hủy 5 triệu ngôi nhà.  Tại Hà Lan: Là quốc gia nằm ở khu vực Tây Âu, với khoảng 30% diện tích cả nước thấp hơn mực nước biển tới 3m và 60% dân số sinh sống ở khu vực này cũng thường xuyên chịu ảnh hưởng nặng nề của thiên tai lũ lụt. Trận lũ lịch sử năm 1421 đã làm chế 100 người, lũ năm 1570 làm vỡ đê gây ngập 2/3 diện tích của Hà Lan và làm hơn 2.000 người chết, lũ năm 1953 đã làm nhấn chìm phần lớn khu vực phía Tây Nam của Hà Lan, làm 1.835 người chết, ngập 150 nghìn ha đất. 5
 Tại Mỹ, trên lưu vực sông Mississipi, trận lũ lịch sử năm 1993 đã làm 47 người chết, 45 nghìn ngôi nhà bị tàn phá, khoảng 74 nghìn người phải sơ tán, thiệt hai lên đến 16 tỉ đô la Mỹ. Tổng quan tình hình ngập lụt vùng hạ lưu các sông ở Việt Nam Tại Việt Nam, lũ lụt thường xuyên xảy ra ở vùng hạ lưu các lưu vực sông và gây thiệt hại lớn về người và tài sản.  Lưu vực sông Hồng, trong thế kỷ 20, lũ lụt đã 20 lần làm vỡ đê, các trận lũ đặc biệt lớn xảy ra vào các năm 1945 và năm 1971. Trận lũ năm 1945 làm vỡ 52 đoạn đê, làm khoảng 2 triệu người chết do lũ lụt và thiếu lương thực, làm ngập 312 nghìn ha hoa màu; trận lũ năm 1971 làm 400 km đê bị vỡ, làm ngập hơn 300.000 ha đất.  Lưu vực sông Mê Công, lũ lụt thường kéo dài từ 3 đến 4 tháng, cường suất lũ thấp, tốc độ truyền lũ chậm. Hai trận lũ gây ảnh hưởng lớn đến vùng hạ lưu sông Mê Công có thể kể đến là trận lũ năm 1991 và năm 1994. Trong đó, trận lũ năm 1994 làm gần 2 triệu ha bị ngập, 500 người chết và thiệt hại lên đến 210 triệu đô la Mỹ.  Tại khu vực miền Trung Việt Nam, lũ lụt thường xuyên xảy ra do nhiều nguyên nhân như bão, áp thấp nhiệt đới, không khí lạnh. Hơn nữa, do đặc trưng các sông ở khu vực miền Trung thường hẹp, độ dốc lớn, nước tập trung nhanh nên tình hình ngập lụt ở khu vực hạ lưu các sông thuộc khu vực miền Trung thường rất nghiêm trọng. Trên lưu vực sông Hương, lũ lụt năm 1999 làm 359 người chết, hơn 25 nghìn ngôi nhà bị hư hỏng, thiệt hại lên tới hơn 1.770 tỷ đồng. Trên lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn, lũ lụt năm 1999 là 118 người chết, 399 người bị thương, 4.197 ngôi nhà bị cuốn trôi, 15.168 ha diện tích lúa bị hư hại, thiệt hại lên tới 757 tỷ đồng; năm 2009, lũ lụt làm chết 52 người, 220 người bị thương, làm thiệt hại tới 3.700 tỷ đồng. Trên lưu vực sông Trà Khúc, trận lũ tháng 11/2009 làm 51 người chết, 506 người bị thương, thiệt hại lên tới 4.465 tỷ đồng. Trên lưu vực sông Kone – Hà Thanh, lũ lụt năm 2009 làm 22 người chết, 35 người bị thương, 523 ngôi nhà bị sụp đổ, 4.340 ha lúa bị mất trắng, thiệt hại lên tới 1.100 tỷ đồng. 6
1.1.1 Khái niệm bản đồ ngập lũ Bản đồ ngập lụt là một công cụ trực quan cho phép nắm bắt được khả năng ngập lụt khi dự báo được diễn biến mực nước ở một vị trí đặc trưng nào đó trong khu vực ngập. Bản đồ ngập lụt được xây dựng nhằm mục đích cụ thể như:  Xác định diện tích ngập, mức ngập tại các điểm trong vùng ngập.  Tạo cơ sở lựa chọn và phối hợp các giải pháp phòng chống lũ  Hỗ trợ công tác phân vùng quản lý sử dụng đất trong khu vực thường xuyên ngập lụt. Căn cứ theo tiêu chuẩn kỹ thuật TCKT03:2015 thì bản đồ ngập lũ là một loại bản đồ chuyên đề trên đó thể hiện các vùng ngập lụt hạ du ở một thời điểm nhất định [1]. Bản đồ ngập lụt được lập theo hướng tiếp cận sử dụng công cụ mô phỏng, tính toán bằng các mô hình thủy văn, thủy lực [1]. 1.1.2 Các phương pháp xây dựng bản đồ ngập lũ Hiện nay, để xây dựng bản đồ ngập lụt cho một khu vực, thường sử dụng các phương pháp sau: 1.1.2.1 Phương pháp thống kê, điều tra vết lũ các trận lũ thực tế [3,4] Theo phương pháp này, bản đồ ngập lụt được xây dựng trên cơ sở điều tra trên toàn bộ diện ngập, vết lũ của các trận lũ lớn thực tế đã xảy ra trong quá khứ, thường được phỏng vấn, điều tra vết lũ còn in dấu trên nhà cửa công trình, ghi nhận từ nhân dân sống trong vùng bị ngập lụt. Do đó, các thông tin điều tra về tình hình ngập lụt đã xảy ra có vai trò quan trọng trong quá trình khoanh vùng. Các bước tiến hành:  Điều tra, khảo sát thực địa  Thu thập xử lý các số liệu khí tượng thủy văn liên quan  Phân tích số liệu địa hình  Tổng hợp xây dựng bản đồ Việc thu thập xử lý số liệu khí tượng thủy văn bao gồm:  Số liệu mưa: số liệu mưa được lựa chọn cho các thời đoạn thích hợp khác nhau, từ khi bắt đầu mưa gây ngập lụt đến khi kết thúc ngập lụt tại các trạm trên lưu vực và lân cận. 7
 Số liệu mực nước và dòng chảy: Số liệu mực nước và lưu lượng nước được tập hợp tại các trạm đo thường xuyên trên sông chính; vết lũ dọc theo lòng sông và vùng ngập được đưa về cùng hệ cao độ với bản đồ địa hình, số liệu mực nước dọc sông và vùng ngập phải được kiểm tra mức độ tin cậy số liệu lưu lượng thực đo và khảo sát ở các trạm và các vị trí cần thiết ở khu vực ngập lụt.  Số liệu ngập lụt: Các số liệu về phạm vi vùng ngập, độ sâu ngập lụt, thời gian kéo dài ngập lụt, vận tốc, hướng chảy. Các số liệu về các trận lụt khác xảy ra trước đó cũng cần được thu thập để nắm được tình hình ngập lụt nói chung như tần suất lặp lại.  Đa số các số liệu ngập lụt được thu thập từ việc khảo sát thực địa các vết lũ và các thông tin thu thập được từ dân cư sống trong vùng ngập lụt. Các số liệu về thiệt hại do lũ lụt được thu thập từ các cơ quan địa phương như: Ban chỉ huy phòng chống lụt bão các cấp tỉnh, huyện, xã, phường, Bảo hiểm, Hội Chữ thập đỏ... Tồn tại của phương pháp thống kê, điều tra vết lũ các trận lũ thực tế  Bản đồ ngập lụt xây dựng theo phương pháp điều tra các trận lũ lớn xảy ra chỉ tái hiện lại hiện trạng ngập lụt, chưa mang tính dự báo theo kịch bản lũ đặt ra nhưng nó vẫn mang ý nghĩa to lớn về nhiều mặt trong công tác chỉ huy phòng chống lũ lụt cũng như làm cơ sở để đánh giá, so sánh các nghiên cứu tiếp theo. Tuy nhiên, phương pháp này mất nhiều thời gian, công sức và có những điểm người nghiên cứu không thể đo đạc được hoặc không thu thập được số liệu. Việc xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Ba dựa vào số liệu điều tra khảo sát thực địa là tương đối chính xác nếu mật độ vết lũ đủ dày. Trong thực tế, một số vùng thưa dân thì thông tin điều tra vết lũ hạn chế thiếu tổng thể, chưa chính xác nên ranh giới ngập lụt nhiều khó khăn, độ chính xác hạn chế.  Phụ thuộc vào tính chính xác hồi ức chủ quan của người dân sống trong vùng lũ, số lượng vết lũ còn in dấu mực nước trên nhà cửa, công trình (không bị hư hỏng và còn tồn tại từ trận lũ đến nay);  Không tính toán để dự báo bản đồ ngập lụt với các trận lũ có tần suất khác nhau, không đúng chu kỳ trận lũ đã xuất hiện. Vì vậy, phương pháp này ít được sử dụng độc lập mà thường kết hợp với một số phương pháp khác (vệ tinh, mô hình hóa, địa hình địa mạo) để nâng cao độ chính xác. 8