Luận văn thạc sĩ khoa học " Xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu hệ thống sông Nhật lệ ( Mỹ Trung - Tám Lưu

ðẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ðẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

------------------------------

Hoàng Thái Bình

XÂY DỰNG BẢN ðỒ NGẬP LỤT HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG

NHẬT LỆ (MỸ TRUNG – TÁM LU – ðỒNG HỚI)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2009

ðẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ðẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

------------------------------

HOÀNG THÁI BÌNH

XÂY DỰNG BẢN ðỒ NGẬP LỤT HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG

NHẬT LỆ (MỸ TRUNG – TÁM LU – ðỒNG HỚI)

Chuyên ngành: Thủy văn học

Mã số: 60.44.90

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. TRẦN NGỌC ANH

- 2 -

Hà Nội – 2009

Lời cảm ơn

Luận văn thạc sỹ khoa học “Xây dựng bản ñồ ngập lụt hạ lưu hệ thống

sông Nhật Lệ (Mỹ Trung – Tám Lu – ðồng Hới)” hoàn thành tại Khoa Khí

tượng-Thủy văn-Hải dương học thuộc trường ðại học Khoa học Tự nhiên, ðại

học Quốc gia Hà Nội vào tháng 12 năm 2009, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của

TS. Trần Ngọc Anh. Tác giả xin bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS.

Trần Ngọc Anh ñã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu Luận

văn.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy, Cô giáo Khoa Khí

tượng Thủy văn và Hải dương học ñã giúp ñỡ, tạo ñiều kiện tốt cho tác giả trong

quá trình học tập và nghiên cứu luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn những

ý kiến ñóng góp quý báu của TS. Nguyễn Thanh Sơn, chủ nhiệm khoa Khí

tượng, Thủy văn và Hải dương học.

Tác giả cũng xin cám ơn các ñồng nghiệp tại phòng Tài nguyên nước cửa

sông và biển, Viện ðịa lý và CN. ðặng ðình Khá ñã giúp ñỡ trong quá trình thực

hiện luận văn.

Trong khuôn khổ luận văn không tránh khỏi những sai sót, tác giả mong

nhận ñược các ý kiến ñóng góp từ phía ñộc giả và các bạn ñồng nghiệp.

- 3 -

MỤC LỤC

Mở ñầu ......................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1.

ðẶC ðIỂM ðỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI KHU

VỰC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ðẾN VẤN ðỀ NGẬP LỤT ............... 3

1.1 ðặc ñiểm ñịa lý tự nhiên ................................................................. 3

1.2 ðặc ñiểm kinh tế xã hội ................................................................ 12

1.3 Tình hình lũ lụt trên hệ thống sông Nhật Lệ................................. 15

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BẢN ðỒ NGẬP LỤT ..................... 19

2.1 Tổng quan chung........................................................................... 19

2.2 Tổng quan về các mô hình thủy văn,

thủy lực tính toán ngập lụt ............................................................ 21

2.3 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE FLOOD ...................................... 27

2.4 Giới thiệu quy trình xây dựng bản ñồ ngập lụt

kết hợp công cụ GIS .................................................................... 38

CHƯƠNG 3.

XÂY DỰNG BẢN ðỒ NGẬP LỤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU............. 43

3.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu ................................................................. 43

3.2 Ứng dụng mô hình MIKE FLOOD .............................................. 45

3.3 Tính toán ngập lụt theo kịch bản ứng với

tần suất 1%, 5% và 10%...................................................................... 58

3.4 Xây dựng bản ñồ ngập lụt ............................................................. 61

3.5 Nhận xét ........................................................................................ 62

KẾT LUẬN ................................................................................................ 63

- 4 -

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 64

MỞ ðẦU

Lũ lụt miền Trung nói chung và lưu vực sông Nhật Lệ nói riêng là một

trong những tai biến tự nhiên, thường xuyên ñe dọa cuộc sống của người dân

và sự phát triển kinh tế xã hội trong vùng.

Vào những năm cuối thế kỷ XX, ñầu thế kỷ XXI thiên tai lũ lụt ñã liên

tiếp xảy ra ở lưu vực sông Nhật Lệ. ðặc biệt các trận lũ lịch sử vào tháng XI

và tháng XII/1999 ước tính tổn thất nhiều tỷ ñồng, làm chết hàng trăm

người... [3, 10]. Lũ lụt ñã ñể lại hậu quả hết sức nặng nề, hàng ngàn hộ dân

phải di dời khỏi các vùng sạt lở, ngập lụt, hệ sinh thái môi trường các vùng

cửa sông ven biển bị hủy hoại nghiêm trọng [10].

Lũ lụt Miền Trung có những nét ñặc trưng cơ bản: tần suất lớn, trung

bình hàng năm có khoảng 3 - 4 trận lũ xuất hiện trên các sông; thời gian

truyền lũ rất nhanh, ngập lụt xẩy ra khi có mưa lớn chỉ sau từ 2 ñến 8 giờ; thời

gian duy trì ngập lụt ngắn; cường suất lũ rất lớn và rất bất ổn ñịnh, thay ñổi

theo từng ñoạn sông và từng trận lũ; biên ñộ lũ cao, trung bình từ 2 ñến 3m,

trong một số trận lũ ñặc biệt lớn biên lũ có thể lên ñến 4-5m; thời gian lũ lên

rất ngắn từ 1 ñến 3 ngày [3,5, 7] gây ra ngập lụt nghiêm trọng ở vùng hạ lưu.

Sông Nhật Lệ có diện tích lưu vực 2.650 km2, nằm trong vùng trũng

của duyên hải Trung bộ. ðịa hình lưu vực sông Nhật Lệ chủ yếu là ñồi núi

thấp, ñộ cao bình quân lưu vực ñạt 234 m và ñộ dốc ñạt 20,1%. Lưu vực có

dạng hình tròn, là tập hợp của 2 nhánh sông Kiến Giang và Long ðại. Nhánh

sông Kiến Giang có chiều dài 96 km chảy theo hướng Tây Nam - ðông Bắc ở

phần thượng du, sau ñó chuyển sang hướng ðông Nam - Tây Bắc ở phần hạ

lưu, chạy song song với ñường bờ biển và ñược ngăn cách với biển bằng dãy

ñụn cát cao. Nhánh Long ðại chảy theo hướng Tây Nam - ðông Bắc với

- 5 -

chiều dài 93 km. Bề mặt lưu vực bị chia cắt mạnh nên mạng lưới sông suối khá phát triển với mật ñộ lưới sông 0,84 km/km2. Phần hạ lưu sông thuận lợi

cho việc tập trung nước nên dễ bị úng ngập trong mùa mưa. Hàng năm khu

vực vẫn chịu ảnh hưởng của các trận lũ gây úng ngập, gây thiệt hại về nhiều

mặt kinh tế xã hội cho dân cư trong vùng và uy hiếp thành phố ðồng Hới.

Nhằm mục tiêu giảm thiểu các thiệt hại do lũ lụt gây ra, ñề xuất các

phương án phòng chống thông qua các cảnh báo về khả năng và diện tích

ngập lụt ứng với các trận lũ khác nhau, nghiên cứu này tiến hành “Xây dựng

bản ñồ ngập lụt hạ lưu hệ thống sông Nhật Lệ (Mỹ Trung – Tám Lu –

ðồng Hới)”. Kết quả của nghiên cứu sẽ là cơ sở quy hoạch phòng chống lũ

cho khu vực cũng như là tài liệu tham khảo tốt cho các nhà hoạch ñịnh chính

sách và ra quyết ñịnh ở ñịa phương.

Bố cục của luận văn bao gồm:

Mở ñầu

Chương 1. ðặc ñiểm ñịa lý tự nhiên và kinh tế xã hội khu vực nghiên

cứu liên quan ñến vấn ñề ngập lụt

Chương 2. Cơ sở lý thuyết xây dựng bản ñồ ngập lụt

Chương 3. Xây dựng bản ñồ ngập lụt khu vực nghiên cứu.

Kết luận

- 6 -

Tài liệu tham khảo.

CHƯƠNG 1 - ðẶC ðIỂM ðỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI

KHU VỰC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ðẾN VẤN ðỀ NGẬP LỤT

1.1. ðặc ñiểm ñịa lý tự nhiên

a. Vị trí ñịa lý

Quảng Bình là một tỉnh thuộc vùng Bắc Trung bộ, dựa lưng vào dãy

Trường Sơn hùng vĩ và trông ra Biển ðông rộng lớn. Lãnh thổ của tỉnh nằm trong khoảng từ 16o55'08'' ñến 18o05'12'' vĩ ñộ Bắc và từ 105o36'55'' ñến 106o59'37'' kinh ñộ ðông. Về phía Bắc, Quảng Bình giáp Hà Tĩnh (136,5 km),

phía Nam giáp Quảng Trị (78,8 km), phía ðông giáp Biển ðông với ñường

bờ biển dài 126 km và phía Tây giáp với tỉnh Khăm Muộn của CHDCND Lào

với ñường biên giới dài 201,9 km (hình 1.1). Nét ñặc biệt là Quảng Bình ở

vào nơi hẹp nhất của lãnh thổ nước ta. Tại ðồng Hới, chiều ngang từ Tây

sang ðông không vượt quá 50 km.

Diện tích tự nhiên của Quảng Bình là 8.051 km2, chiếm hơn 2,4% diện

tích toàn quốc với số dân trung bình năm 1999 ở mức 797.176 người, bằng

1,04% dân số Việt Nam.

Về phương diện vị trí, có thể coi Quảng Bình như một bản lề trong

không gian ñất nước cũng như trong thời gian của lịch sử dân tộc, là nơi giao

thoa của các ñiều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội giữa miền Bắc và miền Nam.

Về mặt tự nhiên, vùng ñất này là nơi kết thúc của sự phân bố ñại trà ñá

vôi và là nơi bắt ñầu của sự phân bố ñá granit theo diện rộng. Dọc theo duyên

hải, ñây cũng là nơi chấm dứt kiểu bờ biển phẳng, thấp và bắt ñầu kiểu bờ

biển của miền Trung với những cồn cát cao chạy dài theo bờ biển. Nhiều loại

cây phương Nam không phân bố quá ñèo Ngang và một số loài cây phương

- 7 -

Bắc (như lim) không vượt quá lãnh thổ Quảng Bình.

Về mặt nhân văn, Quảng Bình là nơi tiếp giáp giữa hai ñịa vực cư trú của các

dân tộc ít người phía Bắc (Thái, Mường, Tày, Nùng) và phía Nam (Ba Na, Ê

ðê, Mnông). Văn hoá Bàu Tró ở Quảng Bình dường như là sự trung gian giữa

văn hoá ðông Sơn ở miền Bắc và văn hoá Sa Huỳnh ở miền Trung.

Về mặt lịch sử, mảnh ñất này ñã từng là ñịa ñầu phía Nam của nước

ðại Việt từ năm 1069, sông Gianh là nơi chứng kiến sự tranh chấp trong gần

200 năm giữa hai họ Trịnh - Nguyễn. Quảng Bình là ñầu mút của vùng "cán

soong" trong suốt cuộc chiến tranh phá hoại của Mỹ và cũng là ñiểm xuất

- 8 -

phát của con ñường "xẻ dọc Trường Sơn ñi cứu nước"...

Về mặt kinh tế, với các tuyến giao thông ñường bộ (mà quan trọng nhất

là ñường quốc lộ 1 A, rồi ñến quốc lộ 15 và các nhánh chạy sang phía Tây)

cũng như các tuyến ñường sắt, ñường thuỷ, Quảng Bình có nhiều thuận lợi ñể

mở rộng việc giao lưu kinh tế hàng hoá với các tỉnh trong nước và quốc tế,

sớm hội nhập vào xu thế chung của cả nước.

Cửa Nhật Lệ thuộc ñịa phận thành phố ðồng Hới, tỉnh Quảng Bình có toạ ñộ ñịa lý 17029' vĩ ñộ Bắc và 106038' kinh ñộ ðông. Trước khi ñổ ra biển,

ñoạn cửa sông Nhật Lệ từ Quán Hầu cho tới thành phố ðồng Hới, có hướng

gần như á kinh tuyến và khi ñổ ra biển, cửa sông có hướng ðông Bắc, còn

ñường bờ biển khu vực cửa sông có hướng Tây Bắc - ðông Nam. Vùng hạ

lưu của lưu vực sông Kiến Giang là ñồng bằng duyên hải, chủ yếu là các cồn

cát, bậc thềm, ñồi thấp... và xen lẫn giữa chúng là các ñồng bằng nhỏ hẹp kéo

dài theo thung lũng sông.

b. ðịa hình, ñịa mạo

ðịa hình khu vực nghiên cứu nhìn chung thấp dần từ Tây sang ðông,

bởi ñây là chân sườn phía ðông của dãy Trường Sơn tiếp giáp với biển ðông.

ðồi núi chiếm 85% diện tích toàn tỉnh và bị chia cắt mạnh.

Chạy dần về phía ðông là các bề mặt nghiêng thấp dần ra phía biển có

ñộ cao trên 15 m, ñó là các ñịa hình ñồi thấp, các bậc thềm sông, thềm biển...,

ñược thành tạo bởi các trầm tích cuội, sạn, cát, sét, sét bột... tiếp theo là ñồng

bằng duyên hải nhỏ và hẹp của khu vực thành phố ðồng Hới có nguồn gốc

sông, sông biển phân bố ở ñộ cao từ 15 m trở xuống. Sau cùng là những trảng

cát ven biển có dạng lưỡi liềm hoặc dẻ quạt, các cồn cát này có nguồn gốc

biển gió chạy dọc ven bờ ở ñộ cao thay ñổi từ 2m, 3m ñến 30m. Bờ biển khu

vực vùng cửa sông Nhật Lệ thuộc kiểu bờ biển xói lở - tích tụ, hiện ñang bị

các quá trình sóng biển tác ñộng mạnh.

- 9 -

Về mặt cấu trúc, có thể chia thành 4 khu vực ñịa hình:

- ðịa hình núi cao và ñồi trung du chiếm khoảng 85% lãnh thổ của tỉnh.

Khu vực núi cao thuộc sườn ðông Trường Sơn có ñộ cao từ 250m ñến 2000

m, thấp dần từ Tây sang ðông và từ Bắc vào Nam. ðộ dốc bình quân ở ñây là 25o và mức ñộ chia cắt sâu trung bình: 250 - 500 m. Khu vực ñồi núi trung du chỉ cao 50 - 250 m, với ñộ dốc trên 3o.

- Dải ñồng bằng ven biển chiếm 11% diện tích tự nhiên của tỉnh. ðộ

cao từ 10 m trở xuống, có nơi còn thấp hơn mực nước biển. Phân bố chủ yếu

ở các huyện Lệ Thuỷ, Quảng Ninh, Bố Trạch và Quảng Trạch. Nơi ñây thuận

lợi cho việc phát triển các cây lương thực nhất là lúa.

- Dải cát nội ñồng, ven biển có dạng lưỡi liềm hay dẻ quạt với ñộ cao từ

2 - 3 m ñến 50 m, ñộ dốc lớn, nhiều khi tới 50o. ðiều ñó gây ra nhiều khó

khăn ñối với sản xuất cũng như ñời sống, nhất là nạn cát bay và sự bành

trướng của các cồn cát vào ñồng ruộng, do chúng có ñộ cao lớn và cấu tạo

kém bền vững.

- ðịa hình bờ biển của Quảng Bình chủ yếu là kiểu bờ biển bồi tụ và

mài mòn xen kẽ với nhau. Xa xa ngoài khơi là 5 ñảo nhỏ (Hòn La, Hòn Gió,

Hòn Nầm, Hòn Cọ, Hòn Chùa).

Nhìn chung, Quảng Bình có nhiều cảnh quan ñẹp (ñộng Phong Nha, bãi

ðá Nhảy), chứa ñựng tiềm năng ñể phát triển du lịch và ven biển có thể xây

dựng ñược cảng nước sâu (khu vực Hòn La). Trên một phạm vi nhỏ, theo

chiều Tây - ðông vừa có ñồi núi, ñồng bằng và ven biển là một thuận lợi

trong việc ña dạng hoá nền kinh tế theo hướng kết hợp giữa ñất liền với vùng

biển và ven biển. Tuy nhiên, sự xuất hiện của ñịa hình cồn cát là yếu tố bất lợi

ñáng kể và cùng với nó là vấn ñề bảo vệ môi trường. [10]

c. ðịa chất, thổ nhưỡng

Trầm tích hiện ñại ở dải ven biển cửa sông Nhật Lệ phân bố ở diện hẹp,

- 10 -

kéo dài cùng phương với ñường bờ biển. Trầm tích cát trung, cát nhỏ, bột có

chiếm từ 50 - 90%, các trầm tích chuyển tiếp cát thô - cát trung, cát trung - cát

nhỏ, cát - bột mỗi cấp hạt chỉ chiếm từ 30 - 40%. Trầm tích tầng mặt hiện ñại

ña phần có ñộ chọn lọc (So) tốt, giá trị So ñạt từ 1 - 2, riêng ñối với các trầm

tích sét bột ñộ chọn lọc kém hơn với giá trị So ñạt từ 2,7 - 5. Trầm tích ở dải

ven biển có ñường kính trung bình (Md) thay ñổi từ 0,1 - 1,1 mm, có màu

trắng, trắng xám, trắng nhạt và vàng trắng. ðối với các trầm tích trong sông

do có lẫn thành phần hữu cơ nên thường có màu xám xanh hoặc nâu xám, giá

trị Md thay ñổi từ 0,003 - 0,1 mm. Dưới ñây là các ñặc trưng cơ học của từng

loại trầm tích.

Quảng Bình có 2 hệ ñất chính là hệ phù sa (ở ñồng bằng) và hệ feralit

(ở vùng ñồi núi) với 15 loại thuộc 5 nhóm khác nhau:

- Nhóm ñất cát có hơn 4,7 vạn ha, bao gồm các cồn cát dọc bờ biển từ

Quảng Trạch ñến Lệ Thuỷ và ñất cát biển phân bố chủ yếu ở Lệ Thuỷ, Quảng

Ninh, Quảng Trạch. Nhìn chung, ñất xấu, ít dinh dưỡng, thành phần cơ giới

rời rạc. ở các cồn cát thường xuất hiện nạn cát bay, cát chảy, cát di ñộng với

lượng cát di chuyển trung bình năm là 3,2 triệu m3, làm mất ñi 20 - 30 ha ñất

canh tác. Vùng ñất cát ven biển chủ yếu ñược sử dụng vào mục ñích lâm

nghiệp.

- Nhóm ñất mặn với hơn 9,3 nghìn ha, phân bố phần lớn ở các cửa sông

(sông Gianh, sông Nhật Lệ, sông Dinh). Diện tích ñất mặn có chiều hướng gia

tăng do nước biển tràn sâu vào ñất liền dưới tác ñộng của bão hoặc triều

cường.

- Nhóm ñất phù sa chủ yếu là loại ñất ñược bồi hằng năm, với diện tích

khoảng 2,3 vạn ha, phân bố ở dải ñồng bằng và các thung lũng sông. Nhóm

này bao gồm các loại ñất ñược bồi ñắp hằng năm (ngoài ñê), không ñược bồi

hằng năm (trong ñê) và ñất phù sa glây. Nhìn chung, ñây là nhóm ñất chính ñể

- 11 -

trồng cây lương thực và cây công nghiệp ngắn ngày.

- Nhóm ñất lầy thụt và ñất than bùn phân bố ở các vùng trũng, ñọng

nước thuộc các huyện Lệ Thuỷ, Quảng Ninh, Quảng Trạch

- Nhóm ñất ñỏ vàng chiếm hơn 80% diện tích cả tỉnh, tập trung chủ yếu

ở những nơi có ñộ cao từ 25 m ñến 1 000 m thuộc các huyện Minh Hoá,

Tuyên Hoá và phần phía Tây của các huyện Bố Trạch, Quảng Ninh và Lệ

Thuỷ.

Nhìn chung, ñất ở Quảng Bình nghèo dinh dưỡng, tầng ñất mỏng và

chua. ðất phù sa ít, nhiều ñụn cát và ñất lầy thụt than bùn. Tuy nhiên, khả

năng sử dụng ñất còn lớn, chủ yếu tập trung vào việc phát triển cây công

nghiệp lâu năm, cây công nghiệp theo hướng nông - lâm kết hợp.

Bảng 1.1 Cơ cấu sử dụng ñất, năm 1999

Các nhóm ñất Diện tích (ha) % so với DT cả tỉnh

Cả tỉnh 805.150 100,0

ðất nông nghiệp 59.676 7,4

ðất lâm nghiệp 486.726 60,5

ðất chuyên dùng 16.223 2,0

ðất thổ cư 3.925 0,5

ðất chưa sử dụng 238.600 29,6

d. Lớp phủ thực vật

Là nơi giao thoa của hai luồng thực vật từ phía Bắc xuống và từ phía

Nam lên, nên thực vật của Quảng Bình tương ñối phong phú.

Chủ yếu hai bên bờ sông là diện tích ñất ñược dùng ñể sản xuất nông

nghiệp, vì gần nguồn nước nên thuận tiện cho việc trồng trọt. Cây trồng ở ñây

tương ñối phong phú : có cây công nghiệp lâu năm, cây công nghiệp ngắn

ngày, các vụ lúa, cây ăn quả… Các huyện Quảng Ninh, Lệ Thủy va TP ðồng

Hới là những huyện, thành phố 2 bên bờ sông Nhật Lệ, nên chủ yếu diện tích 2

- 12 -

bên bờ sông ñược dùng ñể trồng lúa, trồng cây lương thực…

Ngoài ra, tại vùng cát ven biển thuộc Quảng Ninh- Lệ Thủy có ñộ che

phủ thực vật từ 20-40%. Trên vùng cát người ta còn trồng rừng (chủ yếu là cây

thân gỗ- phi lao) ñể ngăn chặn tình trạng cát bay. Tại ðồng Hới có diện tích

trồng rừng lớn nhất, chưa kể rừng tự nhiên- phục vụ cho sản xuất lâm nghiệp.

Tính ñến 31/12/1999, diện tích rừng của tỉnh là 486,7 nghìn ha. Trữ lượng gỗ của rừng tự nhiên khoảng 30,9 triệu m3 (riêng rừng giàu chiếm 13,4 triệu m3, chủ yếu phân bố ở vùng núi cao). Trong rừng có nhiều loài gỗ quý

như mun, lim, lát hoa... Dưới tán rừng có nhiều loài có giá trị kinh tế như song,

mây, các dược liệu quý...

Theo ước tính, không kể các loài thực vật bậc thấp, tảo, nấm thì khu hệ

thực vật bậc cao của Quảng Bình gồm 134 họ, 285 chi và 577 loài, chiếm hơn

1/2 số loài phân bố trong vùng Trường Sơn Bắc. Về ñộng vật có 38 loài thú,

34 loài bò sát và 120 loài chim...

e. Khí hậu

Nằm trong ñới khí hậu gió mùa chí tuyến, á ñới nóng ẩm, Quảng Bình

có khí hậu mang tính chất chuyển tiếp giữa miền Bắc và miền Nam với nét ñặc trưng là vào tháng lạnh nhất, nhiệt ñộ ñã vượt quá 18oC. Tuy nhiên, do

front cực ñới vẫn còn ảnh hưởng tương ñối mạnh, nên vào mùa ñông có ngày

nhiệt ñộ xuống khá thấp.

Nhiệt ñộ trung bình năm của Quảng Bình là 24 - 25oC, tăng dần từ Bắc vào Nam, từ Tây sang ðông. Cân bằng bức xạ năm ñạt 70 - 80 kcal/cm2. Số

giờ nắng trung bình quân năm khoảng 1.700 - 2000 giờ. Do ñịa hình phức tạp

nên khí hậu có sự phân hoá rõ theo không gian.

Khí hậu Quảng Bình chia làm 2 mùa rõ rệt. Mùa mưa kéo dài từ tháng

IX ñến tháng XII, với lượng mưa trung bình năm là 2.315 mm. So với các

tỉnh phía Bắc, mùa mưa ñến muộn hơn, cực ñại vào tháng X và thường tập

- 13 -

trung vào 3 tháng ( IX - X - XI). Vì thế, lũ lụt thường xảy ra trên diện rộng.

Trung bình cứ 10 năm thì 9 năm có bão lụt lớn. Mùa khô từ tháng I ñến tháng VIII, với 5 tháng có nhiệt ñộ trung bình trên 25oC. Nóng nhất là các tháng VI, VII. Nhiệt ñộ tối cao tuyệt ñối lên ñến 42,2oC, xảy ra vào tháng VII. Mùa khô

nắng gắt, có gió Tây (gió Lào), xuất hiện từ tháng III ñến tháng VIII, nhiều

nhất là vào tháng VII, trung bình mỗi ñợt kéo dài hơn 10 ngày, thời tiết khô

nóng, lượng bốc hơi lớn, gây ra hạn hán nghiêm trọng.

Khí hậu của Quảng Bình, nhìn chung khắc nghiệt. ðiều ñó ñược thể

hiện qua chế ñộ nhiệt, ẩm và tính chất chuyển tiếp của khí hậu. Mùa mưa

trùng với mùa bão. Tần suất bão nhiều nhất là vào tháng IX (37%). Bão

thường xuất hiện từ tháng VII và kết thúc vào tháng XI. Bão kèm theo mưa

lớn trong khi lãnh thổ lại hẹp ngang, ñộ dốc lớn nên thường gây ra lũ lụt ñột

ngột, ảnh hưởng rất nhiều ñến hoạt ñộng sản xuất và ñời sống.

Rõ ràng thời kỳ ẩm ướt trùng với mùa mưa bão ñã hạn chế nhiều ñến

khả năng tăng vụ và tăng năng suất mùa màng. Còn thời kỳ khô ñến sớm, lại

có gió Tây khô nóng ñã tác ñộng mạnh ñến sự trổ bông của cây lúa và sự phát

triển của cây công nghiệp và cây ăn quả.

f. Mạng lưới thủy văn

Mạng lưới sông ngòi Quảng Bình nhìn chung khá phong phú. Mật ñộ trung bình ñạt 0,8 - 1,1 km/km2, trong ñó ở vùng núi là 1 km/km2, ở ven biển là 0,6 - 0,8 km/km2.

Do lãnh thổ hẹp ngang, ñộ dốc lớn nên sông ngòi thường ngắn, dốc, có

hiện tượng ñào lòng mạnh. Hướng chảy từ Tây sang ðông. Lượng dòng chảy

trong năm tương ñối phong phú với môñun dòng chảy bình quân là 57 lít/s.km2 (tương ñương với 4 tỷ m3/năm). Thuỷ chế có 2 mùa rõ rệt, tương ứng

với mùa và mùa khô. Trong mùa mưa, ở vùng ñồi núi, sông suối có khả năng

tập trung nước rất nhanh, nhưng lũ không kéo dài nhờ khả năng thoát nước

- 14 -

tốt. Mùa lũ tập trung vào các tháng X, XI, XII và chiếm 60 - 80% tổng lượng

dòng chảy cả năm. Vào mùa này, sông ngòi thường có lũ ñột ngột, gây úng

trầm trọng ở vùng cửa sông.

Trong mùa khô, nhiều ñoạn suối bị cạn dòng, ở vùng cửa sông, thuỷ

triều tăng cường xâm nhập vào ñất liền. Dòng chảy kiệt kéo dài trung bình tới

8 - 9 tháng (dài nhất là 10 tháng, ngắn nhất là 7 tháng). Trong mùa kiệt vẫn có

mưa và lũ tiểu mãn.

Chiều dài

Hệ thống và sông

T T

Phụ lưu

Mật ñộ sông suối (km/km2)

Sông Lưu vực

Diện tích (km2)

ðộ cao bình quân lưu vực

1 Hệ thống sông Gianh 158

121

4,680 360

1,04

2 Hệ sông Kiến Giang

2,605 234

0,84

3 Sông Roòn

261

138

0,88

4 Sông Lý Hoà

177

130

0,7

0,93

212

203

5 Sông Dinh Nguồn: Sách: "Phát triển kinh tế - xã hội khu vực miền Tây Quảng Bình làm luận cứ ñịnh hướng

và quy hoạch phát triển sau khi hoàn thành ñường Hồ Chí Minh" - Sở Khoa học và Công Nghệ

Quảng Bình xuất bản -2004

Bảng 1.2 Sông và hệ thống sông ở Quảng Bình

Trên lãnh thổ Quảng Bình có 5 hệ thống sông chính. Từ Bắc xuống

Nam có sông Ròn (dài 30 km, diện tích lưu vực là 261 km2), sông Gianh (158 km và 4.680 km2), sông Lý Hoà (22 km và 177 km2), sông Dinh (37 km và 212 km2) và sông Nhật Lệ (96 km và 2.647 km2). Lớn nhất là sông Gianh và

sông Nhật Lệ.

- Hệ thống sông Nhật Lệ

ðây là hệ thống sông lớn thứ 2 của tỉnh, sau hệ thống sông Gianh. Sông

Nhật Lệ nhận nước từ 2 con sông chính là sông Kiến Giang và sông Long

ðại. ðoạn sông mang tên Nhật Lệ ñược tính từ ngã 3 sông Long ðại (cách

cầu Long ðại 1,5 km) về ñến cửa Nhật Lệ (ðồng Hới) dài 17 km. Nếu tính từ

- 15 -

nguồn Kiến Giang về ñến cửa Nhật Lệ có chiều dài 96 km. Hệ thống sông

Nhật Lệ có lưu vực rộng 2.647 km2. Hệ thống sông bao gồm 24 phụ lưu vực 45 km2, bình quân sông, suối trong lưu vựa có chiều dài 0,84 km/km2.[6, 16]

- Sông Kiến Giang

Là hợp lưu của nhiều nguồn sông suối phát nguyên từ vùng núi phía

Tây -Nam huyện Lệ Thủy ñổ về phường Luật Sơn (xã Trường Thủy, Lệ

Thủy) chảy theo hướng Nam Bắc. Từ ñây, sông chảy theo hướng Tây Nam-

ðông Bắc, về ñến ngã ba Thượng Phong, sông chảy theo hướng ðông Nam-

Tây Bắc, ñến ñoạn ngã ba Phú Thọ (An Thủy, Lệ Thủy), sông ñón nhận thêm

nước của sông Cẩm Ly (chảy từ hướng Tây ñổ về), tiếp tục chảy theo hướng

trên, băng qua cánh ñồng trũng huyện Lệ Thủy (ñoạn này sông rất hẹp). Sắp

hết ñoạn ñồng trũng huyện Lệ Thủy ñể vào ñịa phận huyện Quảng Ninh, sông

ñược mở rộng và chảy băng qua phá Hạc Hải (có chiều dài gần 2km) về ñến

xã Duy Ninh (Quảng Ninh), sông tiếp tục chảy ngược về hướng Tây ñến ngã

ba Trần Xá thì hợp lưu với sông Long ðại ñổ nước vào sông Nhật Lệ. Sông

kiến Giang có ñộ dốc nhỏ.[6, 16]

- Sông Long ðại

ðây là hợp lưu của 3 phụ lưu chính. Nhánh phía Bắc phát nguyên từ

vùng núi Cô-Ta-Rum trên biến giới Việt Lào, chảy trọn trong vùng ñịa hình

Karst của Bố Trạch và ñến ñộng Hiềm (gần bến Tiêm huyện Quảng Ninh) thì

gặp sông Long ðại. Trước khi ñổ nước vào sông Nhật Lệ, sông Long ðại còn

ñón thêm nước ở hai phụ lưu là Rào Trù và Rào ðá (xã Trường Xuân, Quảng

Ninh). Ba nhánh sông ñầu nguồn của sông Long ðại nằm trong một vùng núi

có lượng mưa khá lớn, nên về mùa lũ con sông này nước lên rất lớn và dữ.

Sông Long ðại không lớn bằng sông Gianh nhưng cường ñộ cấp nước lũ ngang với sông Gianh (70-85m3/s/km2).[6, 16]

1.2 ðặc ñiểm kinh tế xã hội

- 16 -

a. Dân số, dân cư

Dân số của Quảng Bình tăng tương ñối nhanh. Trong cuộc tổng ñiều tra

dân số năm 1979, số dân của tỉnh là 530.800 người. 10 năm sau, vào thời

ñiểm 1 - 4 - 1989, số dân ñã tăng lên 646.972 người. Sau khi Quảng Bình

ñược tái lập, số dân nhiều ít có sự biến ñộng do chủ trương phân chia lại ñịa

giới hành chính. Dân số tăng từ trên 67,5 vạn - năm 1990 lên gần 74,6 vạn -

năm 1995 và hơn 79,7 vạn - năm 1999. Theo số liệu thống kê năm 2007

(Bảng 1.3) thì dân số tỉnh Quảng Bình là 854.918 người với mật ñộ là 106 người/km2, trong ñó mật ñộ dân số cao nhất tỉnh là tại TP ðồng Hới là 687 người/km2 cao gấp 6 lần so với mật ñộ chung của tỉnh, còn tại Quảng Ninh và

Lệ Thủy thì mật ñộ dân số ở ñây là trung bình (do diện tích ñất rộng) nhưng

dân số tập trung ở ñây tương ñối cao, ñây là 3 trong số 4 huyện có dân số cao

nhất tỉnh.

Bảng 1.3 Diện tích và mật ñộ dân số tỉnh Quảng Bình năm 2007

số Huyện,TP Diện tích (km2) Dân số (ng) Mật ñộ Dân (ng/km2)

TP ðồng Hới 156 107.187 687

Minh Hóa 1.413 45.699 32

Tuyên Hóa 1.151 81.414 71

Quảng Trạch 614 205.187 335

Bố Trạch 2.124 176.54 83

Quảng Ninh 1.191 92.315 76

Lệ Thủy 1.416 146.576 104

Nguồn : Niên giám thống kê tỉnh Quảng Bình năm 2007

Tổng số 8.065 854.918 106

Tuy nhiên dân cư phân bố không ñều tập trung ở khu vực ven biển và

- 17 -

ñồng bằng, ở khu vực miền núi và gò ñồi dân cư thưa thớt. Khu vực ven biển,

ñiển hình là TP ðồng Hới có mật ñộ dân số gấp 6 lần của tỉnh, Các huyện ven

biển và ñồng bằng chiếm 85% dân cư của cả tỉnh, ñặc biệt là vùng ven sông, 2

bên bờ sông Nhật Lệ có mật ñộ và dân số cao nhất vì gần nguồn nước, gần

nơi sản xuất, ñiều kiện quần cư thuận lợi. Trong ñó có ñến 86% là sống ở

nông thôn, ñặc biệt ở Quảng Ninh- Lệ Thủy là hơn 90%. Mật ñộ dân số cao

và tỷ lệ gia tăng tự nhiên nhanh về dân số ñặc biệt là ở nông thôn ñang gây

sức ảnh hưởng ñến môi trường khu vực nghiên cứu mà cụ thể là vấn ñề ngập

lụt tại Nhật Lệ. Tại TP ðồng Hới thì phần lớn là dân thành thị có nghĩa là ở

ñây nông nghiệp chỉ chiếm số nhỏ, chủ yếu ở ñây tập trung kinh doanh và sản

xuất công nghiệp.

b. Hiện trạng sử dụng ñất

Theo kết quả ñã nghiên cứu cho thấy khu vực nghiên cứu các lớp ñất từ

trên xuống dưới có những ñặc ñiểm như sau:

- Lớp 1: ðất lấp là ñất sét pha mầu nâu ñỏ, nâu vàng lẫn dăm sạn, cứng.

Lớp ñất này phân bố ngay trên bề mặt ñịa hình, bề dầy biến ñổi tương ñối lớn

từ 0,3 - 3,2 m. Lớp ñất này có cường ñộ chịu tải và tính kháng biến tương ñối

cao, biến dạng nhỏ, song là lớp ñất ngay trên mặt, thành phần không ñồng

nhất nên không có ý nghĩa về mặt ñịa chất công trình. Cần bóc bỏ khi thi công

công trình.

- Lớp 2: Cát hạt nhỏ - trung màu xám vàng, nâu vàng, hơi ẩm - bão hoà

nước, chặt vừa. Lớp ñất này phân bố rộng khắp khu vực khảo sát. Bề dày của

lớp cát này biến ñổi rất mạnh từ 1,4 m ñến > 10,0 m. Có lỗ khoan ở ñộ sâu

10,0 m duy nhất chỉ có lớp cát này vẫn chưa dứt lớp. Lớp cát này có cường ñộ

chịu tải và tính kháng biến cao, biến dạng nhỏ, mức ñộ thẩm thấu cao.

- Lớp 3: ðất cát pha màu xám tro, xám ghi, xám ñen, trạng thải dẻo -

- 18 -

chảy. Lớp ñất này phân bố hạn chế trong khu vực nghiên cứu. Bề dày lớp biến

ñổi từ 1,4 - 3,6 m. Lớp ñất này có cường ñộ chịu tải và tính kháng biến trung

bình, biến dạng vừa, mức ñộ thẩm thấu cao.

- Lớp 4: Cát hạt trung bình màu xám trắng, xám ghi, xám ñen, bão hoà

nước, chặt vừa. Lớp ñất này phân bố hạn chế trong khu vực khảo sát. Bề dày

lớp biến ñổi từ 1,1 ñến > 5,8 m. Lớp cát này có cường ñộ chịu tải và tính

kháng biến cao, biến dạng nhỏ, mức ñộ thẩm thấu lớn

- Lớp 5: ðất dăm sạn lẫn sét pha màu nâu xám, cứng. ðây là sản phẩm

phong hoá của ñá gốc. Lớp 5 ta mới gặp ở một số lỗ khoan. Bề dày của lớp

lớn > 5,0 m. Lớp ñất này có cường ñộ chịu tải và tính kháng biến cao, biến

dạng nhỏ.[6]

1.3 Tình hình lũ lụt trên hệ thống sông Nhật Lệ

Tại hạ lưu sông Nhật Lệ mỗi khi ñến mùa mưa lũ thì việc tiêu thoát lũ

tại ñây xảy ra rất chậm và gặp nhiều khó khăn do nhiều nguyên nhân kết hợp

với nhau tạo nên. Mùa mưa chính lệch về cuối hè sang thu và kéo ñến ñầu

ñông với lượng mưa rất lớn là do ảnh hưởng của các hình thái gây mưa như

gió mùa ñông bắc kết hợp với các nhiễu ñộng gây mưa lớn trên diện rộng như

bão, áp thấp nhiệt ñới, hội tụ nhiệt ñới,...(do có vị trí gần biển nên chịu ảnh

hưởng rất lớn của các cơn bão) dẫn ñến thừa nước, thậm chí gây lũ lụt, úng

ngập tại hạ lưu. Lượng mưa chiếm 65-70% lượng mưa cả năm nên lưu lượng

nước trong mùa mưa này chiếm 70-80% lượng nước cả năm. Hơn nữa mùa

mưa lại trùng vào với thời kỳ không khí ẩm và thời gian hoạt ñộng các khối

không khí lạnh cực ñối biến tính, trong các tháng này ñộ ẩm tháng ñạt 85 -

90% nên bầu trời lãnh thổ ñầy mây và mưa. Những tháng mùa ðông là thời

kỳ ẩm do khối không khí lạnh biến tính khi ñi qua biển ñã mang theo hơi

nước gây mưa.

Với một lượng nước lớn gây nên những cơn lũ lớn như vậy, thì tại khu

- 19 -

vực nghiên cứu (KVNC) lại có ñịa hình bề ngang khá hẹp, nơi hẹp nhất là

khoảng 45km bên phía tây lại có vùng núi trung bình thấp nên sông ở ñây vừa

ngắn lại vừa dốc ñã tạo ñiều kiện ñể tập trung nhanh lượng nước hình thành

những cơn lũ nhanh chóng ñổ về hạ lưu. Còn tại hạ lưu nơi cuối nguồn của

con sông, như tại các nơi khác sau khi nhận nước từ thượng nguồn thì sẽ chảy

thẳng ra biển bằng nhiều cửa sông (sông Cửu Long...). Nhưng tại ñây, sau khi

nhận ñược 1 lượng nước khổng lồ tại thượng nguồn ñổ về với tốc ñộ khá

nhanh thì nó không thể ñổ thẳng ra biển vì gặp phải một dãy cồn cát khá cao

(30- 40m) chạy song song với bờ biển như một con ñê chắn lũ ñã ngăn dòng

chảy ñổ thẳng ra biển mà buộc nó uốn khúc chảy dọc theo dãy cồn cát, và chỉ

có một cửa thoát duy nhất là cửa Nhật Lệ. Sự xuất hiện của hệ thống cồn cát

này là một yếu tố ñịa hình bất lợi nhiều mặt. Dưới tác ñộng của gió, hiện

tượng cát bay, cát chảy ñã làm cho các cồn cát tiến dần về phía lục ñịa, thu

hẹp ñồng bằng, làm tăng tình trạng úng lụt vùng cửa sông Nhật Lệ.

Như vậy sau khi nước tập trung ở hạ lưu gây ra ngập lụt thì thời gian

tiêu thoát nước, ngập úng trở nên khó khăn hơn. Mưa lớn gây ngập úng ngập

thì tại cửa thoát lũ duy nhất của KVNC, tại cửa biển Nhật Lệ thì khi bão về

còn kèm theo nước dâng sinh do cơ chế hiệu ứng nước dồn khi gió thổi mạnh

(trong mùa này sóng dâng cao từ 4,5- 6.0m ño tại Cồn Cỏ). Khi mùa lũ ñến,

dòng chảy sông lấn át dòng triều, nhưng khi triều lên thì dòng lũ và dòng triều

ngược nhau sẽ gây ra hiện tượng nước dồn ứ trong khu vực cửa sông. Trong

mùa lũ, dòng chảy sông ngòi tăng lên nhanh, tỷ lệ giữa thời gian chảy ngược

và chảy xuôi giảm mạnh và biến mất hoàn toàn khi có dòng lũ lớn. Ngoài ra

khi bão ñổ bộ vào ñất liền thường kèm theo hiện tượng nước dâng, mùa mưa

trùng với mùa bão, dòng lũ từ sông chảy ra va nước dâng từ biển chảy vào

gây dồn ứ nước tại cửa sông, làm cho việc tiêu thoát lũ càng khó khăn và

- 20 -

chậm trễ.

Ngoài ra, thời gian tiêu thoát lũ chậm gây rất nhiều thiệt hại không chỉ

bị quyết ñịnh bởi ñiều kiện ñịa lý tự nhiên mà còn do ñiều kiện kinh tế xã hội

cũng ảnh hưởng tới nó. Khi nước lũ tràn về và gây ngập úng thì chính những

ñiều kiện kinh tế này cũng góp phần làm tăng thêm tình trang ngập úng. Ở các

huyện Quảng Ninh, Lệ Thủy và thành phố ðồng Hới có mật ñộ dân số khá

lớn và tập trung nhiều dân cư. Họ sinh sống ở 2 bên bờ sông Nhật Lệ, ñặc biệt

là ở ðồng Hới tập trung mật ñộ dân số cao nhất tỉnh. Việc tập trung dân cư

ñông ñúc với mật ñộ cao ở hai bên bờ sông Nhật Lệ cũng gây khó khăn cho

việc thoát lũ của Nhật Lệ. Những công trình xây dựng như nhà cửa, ñê ñiều ...

làm cản dòng chảy khi lũ về.

Dân cư sinh sống hai bên bờ sông ñã phát triển nghế nuôi trồng thủy

sản khá mạnh, hoạt ñông kinh tế này trực tiếp làm biến ñổi, thay ñổi dòng

sông, lấy nước, xây các hồ nuôi tôm cá trên sông. ðặc biệt tại ðồng Hới, các

khu công nghiệp, dân số, các cơ sở kinh doanh tập trung dày ñặc hai bên bờ

sông cũng gây cản trở rất lớn cho dòng chảy vì bị ngăn cản khá nhiều, làm

cho dòng chảy chậm hơn, tăng thời gian úng ngập tại ñồng bằng. Mặt khác

ñời sống dân cư ở ñây còn nghèo làm cho các công trình phục vụ dân sinh và

sản xuất kém chất lượng không ñủ ñộ bền vững, và rất sơ sài dễ bị phá huỷ

khi có thiên tai bão - lũ. Chính các vật liệu từ các công trình dân sinh này ñã

làm gia tăng, thậm chí trực tiếp gây ra bồi lấp luồng lạch sông Nhật Lệ.

Hệ thống ñường giao thông vận tải ñường bộ, ñường sắt và ñường thủy

nội ñịa có hướng vuông góc với dòng chảy của sông nên làm giảm khả năng

tiêu thoát nước, nhất là tuyến ñường Quốc lộ 1A và ñường sắt Bắc - Nam,

chúng trở thành các tuyến ñê ngăn cản ñường tiêu thoát lũ. Nếu như không có

các tuyến ñường này thì dòng chảy không bị ngăn cản nhưng giờ dòng chảy

phải vượt qua những tuyến ñường có tác ñộng như những con ñê chắn lũ, và

- 21 -

một phần nước bị chúng giữ lại làm cho tình trạng úng ngập càng thêm trầm

trọng. Tại ñây cũng có rất nhiều công trình thủy lợi ñược xây dựng ñể phục vụ

ñời sống cũng như sản xuất nông nghiệp.

Cụ thể ñầu tiên là ñập Mỹ Trung sau khi ñi vào hoạt ñộng ñã làm xuất

hiện khá nhiều bãi nổi, bãi cạn nằm so le, những bãi này cũng làm cho dòng

chảy bị ngăn cản chậm lại. Các hồ chứa khá nhiều nhưng ña số là với dung

tích nhỏ chỉ chủ yếu nhằm phục vụ cho việc tưới tiêu vào mùa khô còn ñể

phòng chống lũ thì với dung tích nhỏ như vậy lại ñứng trươc những cơn lũ

lớn, trong khi ñó hai hồ chứa lớn là An Mã và Cẩm Ly lại nằm ở ñầu nguồn

nên việc làm giảm lượng nước, tiêu thoát lũ không có tác dụng ở hạ lưu.

Ngoài ra hệ thống ñê ñiều hệ thống ñê của KVNC nằm trong vùng

trũng của dải ñịa hình hẹp nhất Trung bộ và cả nước, lượng mưa lớn và lượng

dòng chảy tập trung nhanh nên khu vực ñồng bằng hạ du sông Nhật Lệ

thường bị ngập úng. Khi lũ tiểu mãn xuất hiện hay những khi lũ ít thì việc

chống ngập úng là hoàn toàn ñược. Nhưng khi lũ lớn thì hệ thống ñê này lại

hoàn toàn ngập trong nước và cũng góp phần làm cho việc tiêu thoát lũ trở

- 22 -

nên khó khăn, tăng tình trạng ngập úng tại hạ lưu sông Nhật Lệ.

Chương 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BẢN ðỒ NGẬP LỤT

Thế giới thường xuyên phải ñối diện với các thảm họa về lũ lụt, ñiển

hình như Ấn ðộ, Srilanca, Hoa Kỳ,... Việc nghiên cứu các giải pháp phòng lũ

lụt ñược ñặc biệt quan tâm và hướng tiếp cận là sự kết hợp giữa các giải pháp

công trình và phi công trình. Các giải pháp công trình thường ñược sử dụng

như hồ chứa, ñê ñiều, cải tạo lòng sông... trong khi các giải pháp phi công

trình có thể là xây dựng bản ñồ nguy cơ ngập lụt, quy hoạch trồng rừng và

bảo vệ rừng, xây dựng và vận hành các phương án phòng tránh lũ lụt và di

dân khi cần thiết và khi ñó thông tin dự báo, cảnh báo lũ và khu vực ngập lụt

chính xác là rất quan trọng. Mặt khác, trong quá trình quy hoạch phát triển

kinh tế xã hội ở Việt Nam trong bối cảnh thiên tai ngày càng gia tăng kết hợp

với tác ñộng biến ñổi khí hậu thì nhu cầu sử dụng các bản ñồ ngập lụt phục vụ

quy hoạch và xác ñịnh nguy cơ rủi ro do lũ càng trở nên bức thiết hơn.

2.1 Tổng quan chung

2.1.1 Khái niệm về bản ñồ ngập lụt

Bản ñồ nguy cơ ngập lụt là tài liệu cơ bản, làm cơ sở khoa học cho việc

quy hoạch phòng tránh lũ lụt, lựa chọn các biện pháp, thiết kế các công trình

khống chế lũ, là thông tin cần thiết ñể thông báo cho nhân dân về nguy cơ

thiệt hại do lũ lụt ở nơi họ cư trú và hoạt ñộng

Bản ñồ ngập lụt thường thể hiện các nội dung sau: (cid:1) Vùng úng ngập thường xuyên. (cid:1) Vùng ngập lụt ứng với tần suất mưa - lũ khác nhau (cid:1) Khu vực nguy hiểm khi có lũ lớn. (cid:1) Khu vực có nguy cơ bị trượt lở, sạt lở ñất. (cid:1) Vết xói lở bờ sông, sạt lở bờ biển, trượt lở sườn.

Ngoài ra còn thể hiện hệ thống thuỷ lợi: hồ chứa, trạm bơm, ñập dâng,

- 23 -

cống ñê… và các yếu tố nền ñịa lý.

Bản ñồ ngập lụt phải xác ñịnh rõ ranh giới những vùng bị ngập do một

trận mưa lũ nào ñó gây ra trên bản ñồ. Ranh giới vùng ngập lụt phụ thuộc vào

các yếu tố mực nước lũ và ñịa hình ,ñịa mạo của khu vực ñó; trong khi nhân

tố ñịa hình ít thay ñổi nên ranh giới ngập lụt chỉ còn phụ thuộc vào sự thay

ñổi của mực nước lũ.

2.1.2 Các phương pháp xây dựng bản ñồ ngập lụt

Hiện nay trên thế giới có ba phương pháp thường ñược ứng dụng ñể

xây dựng bản ñồ ngập lụt, ñó là:

• Phương pháp truyền thống: xây dựng bản ñồ ngập lụt dựa vào ñiều tra

thủy văn và ñịa hình.

• Xây dựng bản ñồ ngập lụt dựa vào ñiều tra các trận lũ lớn thực tế ñã

xảy ra

• Xây dựng bản ñồ ngập lụt dựa vào việc mô phỏng các mô hình thủy

văn, thủy lực.

Mỗi một phương pháp trên ñây ñều có các ưu nhược ñiểm riêng trong

việc xây dựng và ước lượng diện tích ngập lụt. Bản ñồ ngập lụt xây dựng theo

phương pháp truyền thống chỉ tái hiện lại hiện trạng ngập lụt, chưa mang tính

dự báo 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 ñể ñánh giá, so sánh các nghiên cứu

tiếp theo. Tuy vậy phương pháp này tốn công, mất nhiều thời gian, không ñáp

ứng nhu cầu thực tế và có những ñiểm người nghiên cứu không thể ño ñạc

ñược hoặc không thu thập ñược số liệu ño ñạc.

Việc xây dựng bản ñồ ngập lụt dựa vào số liệu ñiều tra, thu thập từ

nhiều trận lũ ñã xảy ra là ñáng tin cậy nhất, tuy nhiên dữ liệu và thông tin

ñiều tra cho các trận lũ lớn là rất ít lại không có tính dự báo trong tương lai,

do vậy hạn chế nhiều ưu ñiểm và tính ứng dụng của bản ñồ ngập lụt trong

- 24 -

thực tế.

Sử dụng công cụ mô phỏng, mô hình hóa bằng các mô hình thủy văn,

thủy lực là rất cần thiết và có hiệu quả hơn rất nhiều và cũng là cách tiếp cận

hiện ñại và ñang ñược sử dụng rộng rãi trong thời gian gần ñây cả trên thế

giới và ở Việt Nam trong sự kết hợp với cả các lợi thế của phương pháp

truyền thống.

Mặt khác, với sự phát triển của máy tính và các hệ thống thông tin, cơ

sở dữ liệu, ngày càng có nhiều ứng dụng phát triển dựa trên nền hệ thông tin

ñịa lý (GIS), mà xây dựng bản ñồ ngập lụt là một trong những ứng dụng quan

trọng, mang lại nhiều lợi ích thiết thực trong thực tiễn công tác phòng chống

lụt bão và giảm nhẹ thiên tai.

Do vậy luận văn này sẽ tập trung giới thiệu và phân tích các nhóm mô

hình thủy văn, thủy lực có khả năng ứng dụng trong xây dựng bản ñồ ngập

lụt, nhằm làm cơ sở lựa chọn phương pháp sử dụng cho khu vực nghiên cứu

cùng với việc giới thiệu các quy trình và công cụ xây dựng bản ñồ ngập lụt

tích hợp kết quả mô phỏng bằng mô hình thủy ñộng lực với hệ thống cơ sở dữ

liệu GIS.

2.2. Tổng quan về các mô hình thủy văn, thủy lực tính toán ngập lụt

2.2.1 Các mô hình mưa - dòng chảy:

(cid:1) Mô hình Ltank: do PGS.TS Nguyễn Văn Lai ñề xuất năm 1986 và ThS

Nghiêm Tiến Lam chuyển về giao diện máy vi tính trên ngôn ngữ

VisualBasic, là một phiên bản cải tiến từ mô hình Tank gốc của tác giả

Sugawara (1956). Mô hình toán mưa rào dòng chảy dựa trên quá trình

trao ñổi lượng ẩm giữa các tầng mặt, ngầm lưu vực, và bốc hơi. Ứng

dụng tốt cho lưu vực vừa và nhỏ.

(cid:1) Mô hình HEC-HMS: là mô hình mưa dòng chảy của Trung tâm Thủy

văn kỹ thuật quân ñội Hoa Kỳ ñược phát triển từ mô hình HEC-1, mô

- 25 -

hình có những cải tiến ñáng kể cả về kỹ thuật tính toán và khoa học

thuỷ văn thích hợp với các lưu vực sông vừa và nhỏ. Là dạng mô hình

tính toán thủy văn ñược dùng ñể tính dòng chảy từ số liệu ño mưa trên

lưu vực. Trong ñó các thành phần mô tả lưu vực sông gồm các công

trình thủy lợi, các nhánh sông.

Kết quả của Hec-HMS ñược biểu diễn dưới dạng sơ ñồ, biểu bảng

tường minh rất thuận tiện cho người sử dụng. Ngoài ra, chương trình có thể

liên kết với cơ sở dữ liệu dạng DSS của mô hình thủy lực Hec-RAS.

(cid:1) Mô hình NAM: ñược xây dựng 1982 tại khoa thủy văn viện kỹ thuật

thủy ñộng lực và thủy lực thuộc ñại học kỹ thuật ðan Mạch. Mô hình

dựa trên nguyên tắc các bể chứa theo chiều thẳng ñứng và hồ chứa

tuyến tính. Mô hình tính quá trình mưa - dòng chảy theo cách tính liên

tục hàm lượng ẩm trong năm bể chứa riêng biệt tương tác lẫn nhau.

Các mô hình thủy văn trên ñây cho kết quả là các quá trình dòng chảy

tại các ñiểm khống chế (cửa ra lưu vực) vì vậy tự thân chúng ñứng ñộc lập

chưa ñủ khả năng ñể ñưa ra các thông tin về diện tích và mức ñộ ngập lụt mà

phải kết hợp với một số các công cụ khác như GIS, hoặc là biên cho các mô

hình thủy ñộng lực 1-2 chiều khác.

b. Mô hình thủy lực:

- Mô hình VRSAP: tiền thân là mô hình KRSAL do cố PGS.TS

Nguyễn Như Khuê xây dựng và ñược sử dụng rộng rãi ở nước ta trong vòng

25 năm trở lại ñây.

ðây là mô hình toán thuỷ văn-thuỷ lực của dòng chảy một chiều trên hệ

thống sông ngòi có nối với ñồng ruộng và các khu chứa khác. Dòng chảy

trong các ñoạn sông ñược mô tả bằng hệ phương trình Saint-Venant ñầy ñủ.

Các khu chứa nước và các ô ñồng ruộng trao ñổi nước với sông qua cống

ñiều tiết. Do ñó, mô hình ñã chia các khu chứa và các ô ñồng ruộng thành hai

- 26 -

loại chính. Loại kín trao ñổi nước với sông qua cống ñiều tiết, loại hở trao ñổi

nước với sông qua tràn mặt hay trực tiếp gắn với sông như các khu chứa

thông thường.

Tuy nhiên mô hình VRSAP không phải là một mô hình thương mại, mà

là mô hình có mã nguồn mở chỉ thích hợp với những người có sự am hiểu sâu

rộng về kiến thức mô hình; Còn ñối với công tác dự báo, cảnh báo nhanh cho

một khu vực cụ thể, nhất là khu vực miền Trung thì mô hình tỏ ra chưa phù

hợp.

- Mô hình KOD-01 và KOD-02 của GS.TSKH Nguyễn Ân Niên phát

triển dựa trên kết quả giải hệ phương trình Saint-Venant dạng rút gọn, phục

vụ tính toán thủy lực, dự báo lũ...

- Mô hình WENDY: do Viện thủy lực Hà Lan (DELFT) xây dựng cho

phép tính thủy lực dòng chảy hở, xói lan truyền, chuyển tải phù sa và xâm

nhập mặn.

- Mô hình HEC-RAS: do Trung tâm Thủy văn kỹ thuật quân ñội Hoa

Kỳ xây dựng ñược áp dụng ñể tính toán thủy lực cho hệ thống sông. Phiên

bản mới hiện nay ñã ñược bổ sung thêm modul tính vận chuyển bùn cát và tải

khuếch tán. Mô hình HEC-RAS ñược xây dựng ñể tính toán dòng chảy trong

hệ thống sông có sự tương tác 2 chiều giữa dòng chảy trong sông và dòng

chảy vùng ñồng bằng lũ. Khi mực nước trong sông dâng cao, nước sẽ tràn qua

bãi gây ngập vùng ñồng bằng, khi mực nước trong sông hạ thấp nước sẽ chảy

lại vào trong sông.

- Họ mô hình MIKE: do Viện thủy lực ðan mạch (DHI) xây dựng ñược

tích hợp rất nhiều các công cụ mạnh, có thể giải quyết các bài toán cơ bản

trong lĩnh vực tài nguyên nước. Tuy nhiên ñây là mô hình thương mại, phí

bản quyền rất cao nên không phải cơ quan nào cũng có ñiều kiện sử dụng.

+ MIKE 11: là mô hình một chiều trên kênh hở, bãi ven sông, vùng

- 27 -

ngập lũ, trên sông kênh có kết hợp mô phỏng các ô ruộng mà kết quả thuỷ lực

trong các ô ruộng là “giả 2 chiều”. MIKE 11 có một số ưu ñiểm nổi trội so với

các mô hình khác như: (i) liên kết với GIS, (ii) kết nối với các mô hình thành

phần khác của bộ MIKE ví dụ như mô hình mưa rào-dòng chảy NAM, mô

hình thuỷ ñộng lực học 2 chiều MIKE 21, mô hình dòng chảy nước dưới ñất,

dòng chảy tràn bề mặt và dòng bốc thoát hơi thảm phủ (MIKE SHE), (iii) tính

toán chuyển tải chất khuyếch tán, (iv) vận hành công trình, (v) tính toán quá

trình phú dưỡng…..

Hệ phương trình sử dụng trong mô hình là hệ phương trình Saint-

Venant một chiều không gian, với mục ñích tìm quy luật diễn biến của mực

nước và lưu lượng dọc theo chiều dài sông hoặc kênh dẫn và theo thời gian.

Mô hình MIKE 11 ñã ñược ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam

và trên phạm vi toàn thế giới. Tuy nhiên MIKE 11 không có khả năng mô

phỏng tràn bãi nên trong các bài toán ngập lụt MIKE 11 chưa mô phỏng một

cách ñầy ñủ quá trình nước dâng từ sông tràn bãi vào ruộng và ngược lại. ðể

cải thiện vấn ñề này bộ mô hình MIKE có thêm mô hình thủy lực hai chiều

MIKE 21 và bộ kết nối MIKE FLOOD.

+ MIKE 21 & MIKE FLOOD: Là mô hình thuỷ ñộng lực học dòng

chảy 2 chiều trên vùng ngập lũ ñã ñược ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt

Nam và trên phạm vi toàn thế giới. Mô hình MIKE21 HD là mô hình thuỷ

ñộng 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 ñịnh hai chiều

ngang ñối với một lớp dòng chảy.

MIKE21 HD có thể mô hình hóa dòng chảy tràn với nhiều ñiều kiện

ñược tính ñến, bao gồm:

o Ngập và tiêu nước cho vùng tràn

o Tràn bờ

- 28 -

o Dòng qua công trình thuỷ lợi

o Thuỷ triều

o Nước dâng do mưa bão.

Phương trình mô phỏng bao gồm phương trình liên tục kết hợp với

phương trình ñộng lượng mô tả sự biến ñổi của mực nước và lưu lượng. Lưới

tính toán sử dụng trong mô hình là lưới hình chữ nhật.

Tuy nhiên MIKE 21 nếu ñộc lập cũng khó có thể mô phỏng tốt quá

trình ngập lụt tại một lưu vực sông với các ñiều kiện ngập thấp. ðể có thể tận

dụng tốt các ưu ñiểm và hạn chế những khuyết ñiểm của cả hai mô hình một

chiều và hai chiều trên, DHI ñã cho ra ñời một công cụ nhằm tích hợp

(coupling) cả hai mô hình trên; ñó là công cụ MIKE FLOOD

MIKE FLOOD là một công cụ tổng hợp cho việc nghiên cứu các ứng

dụng về vùng bãi tràn và các nghiên cứu về dâng nước do mưa bão. Ngoài ra,

MIKE FLOOD còn có thể nghiên cứu về tiêu thoát nước ñô thị, các hiện

tượng vỡ ñập, thiết kế công trình thuỷ lợi và ứng dụng tính toán cho các vùng

cửa sông lớn.

MIKE FLOOD ñược sử dụng khi cần có sự mô tả hai chiều ở một số

khu vực (MIKE 21) và tại những nơi cần kết hợp mô hình một chiều (MIKE

11). Trường hợp cần kết nối một chiều và hai chiều là khi cần có một mô

hình vận tốc chi tiết cục bộ (MIKE21) trong khi sự thay ñổi dòng chảy của

sông ñược ñiều tiết bởi các công trình phức tạp (cửa van, cống ñiều tiết, các

công trình thuỷ lợi ñặc biệt...) mô phỏng theo mô hình MIKE11. Khi ñó mô

hình một chiều MIKE11 có thể cung cấp ñều kiện biên cho mô hình MIKE21

(và ngược lại).

- Bộ mô hình MIKE11 và MIKE11- GIS của viện thuỷ lực ðan Mạch

(DHI) sử dụng ñể xây dựng bản ñồ ngập lụt cho vùng hạ lưu sông. MIKE11-

GIS là bộ công cụ mạnh trong trình bày và biểu diễn về mặt không gian và

- 29 -

thích hợp công nghệ mô hình bãi ngập và sông của MIKE11 cùng với khả

năng phân tích không gian của hệ thống thông tin ñịa lý trên môi trường

ArcGIS 9.1

Mike11-GIS có thể mô phỏng diện ngập lớn nhất, nhỏ nhất hay diễn

biến từ lúc nước lên cho tới lúc nước xuống trong một trận lũ. ðộ chính xác

của kết quả tính từ mô hình và thời gian tính toán phụ thuộc rất nhiều vào ñộ

chính xác của DEM. Nó cho biết diện ngập và ñộ sâu tương ứng từng vùng

nhưng không xác ñịnh ñược hướng dòng chảy trên ñó.

- Mô hình MIKE SHE: Mô hình toán vật lý thông số phân bổ mô phỏng

hệ thống tổng hợp dòng chảy mặt- dòng chảy ngầm lưu vực sông. Mô phỏng

biến ñổi về lượng và chất hệ thống tài nguyên nước. Bao gồm dòng chảy

trong lòng dẫn, dòng chảy tràn bề mặt, dòng chảy ngầm tầng không áp, dòng

chảy ngầm tầng có áp, dòng chảy tầng ngầm chuyển tiếp giữa tầng có áp và

tầng không áp, bốc thoát hơi từ tầng thảm phủ, truyền chất, vận chuyển bùn

cát. Ứng dụng thực tiễn: ðã ñược ứng dụng tính toán rộng rãi trên phạm vi

toàn thế giới. Ở Việt Nam MIKE SHE ñược ứng dụng mô phỏng dòng hệ

thống dòng chảy ngầm mặt lưu vực.

Qua thực tế của việc sử dụng các mô hình thủy văn và thủy lực hiện

nay trên thế giới và tại Việt nam; với mong muốn mô phỏng một cách chính

xác nhất quá trình ngập lụt trong khu vực nghiên cứu, tác giả nhận thấy bộ mô

hình MIKE - FLOOD của Viện thủy lực Hà Lan có thể ñáp ứng ñược yêu cầu

xây dựng bản ñồ ngập lụt cho khu vực nghiên cứu do các lý do sau ñây:

(cid:1) Bộ mô hình MIKE bao gồm: mô hình thủy văn MIKE NAM, dùng ñể

tính toán các biên ñầu vào cho mô hình thủy lực một chiều MIKE 11,

cũng như biên gia nhập khu giữa cho mô hình thủy lực hai chiều

MIKE 21. Mô hình thủy lực một chiều MIKE 11 mô phỏng dòng chảy

một chiều trong sông và mô hình hai chiều MIKE 21 mô phỏng dòng

- 30 -

chảy hai chiều ngang tràn bãi. Bộ mô hình này rất phù hợp ñể mô

phỏng ngập lụt tại lưu vực sông Nhật Lệ nơi thường xuyên xảy ra các

trận lũ từ nhỏ ñến lớn.

(cid:1) ðiều kiện số liệu ño ñạc trong khu vực rất hạn chế do nhiều nguyên

nhân khác nhau nên việc sử dụng mô hình MIKE - NAM ñể tính toán

dòng chảy từ mưa làm biên ñầu vào cho mô hình thủy lực là cần thiết. (cid:1) Mô hình MIKE FLOOD là một công cụ tổng hợp cho việc nghiên cứu

các ứng dụng về vùng bãi tràn phù hợp cho vùng trũng nghiên cứu, có

thể thể hiện ñược cả mức ñộ ngập lụt lẫn tốc ñộ và hướng dòng chảy lũ

trong vùng ngập lụt.

Do vậy, trong luận văn này tác giả quyết ñịnh sử dụng mô hình Mike –

FLOOD trong bộ mô hình MIKE của Viện thủy lực ðan Mạch ñể liên kết mô

hình 1D và 2D diễn toán mô phỏng quá trình lũ trên lưu vực sông Nhật Lệ

ñoạn khu vực nghiên cứu.

2.3 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE FLOOD

2.3.1. Mô hình mưa – dòng chảy MIKE – NAM

- Giới thiệu mô hình NAM

ðể tính toán quá trình hình thành dòng chảy từ mưa trên các lưu vực

sông thì mô hình NAM là một công cụ khá mạnh. Mô hình quan niệm lưu vực

là các bể chứa xếp chồng nhau, trong ñó mỗi bể chứa ñặc trưng cho một môi

trường có chứa các yếu tố gây ảnh hưởng ñến quá trình hình thành dòng chảy

trên lưu vực, và các bể chứa ñược liên kết với nhau bằng các biểu thức toán

học. Trong mô hình NAM, mỗi một lưu vực ñược xem như một ñơn vị xử lý

với các thông số là ñại diện cho các giá trị ñược trung bình hóa trên toàn lưu

vực. Mô hình NAM tính toán quá trình mưa dòng chảy theo cách tính liên tục

hàm lượng ẩm trong các bể chứa riêng biệt tương tác lẫn nhau (hình 2.1).

Mô hình NAM có tổng cộng 19 thông số gồm các thông số về dòng

- 31 -

chảy mặt, thông số bốc hơi, thông số tưới... Và theo thực tế tính toán cho thấy

chỉ có 5 thông số chính ảnh hưởng mạnh ñến quá trình hình thành dòng chảy,

Dòng chảy mặt (CQIF)

ñó là Umax; Lmax; CK1,2; CQOF; CQIF [21]

CK12

Bể chứa tuyết

Mưa

CQIF

Umax

Bể chứa mặt

D/c sát mặt (CQIF)

Bể chứa sát mặt

L

Lmax

Ea

Khai thác nước ngầm

Mực nước ngầm

Dòngchảy ngầm

QBF

- 32 -

Hình 2.1: Cấu trúc mô hình NAM

- ðầu vào của mô hình NAM

Mô hình NAM là một mô hình mưa rào – dòng chảy nên dữ liệu ñầu

vào của mô hình sẽ là số liệu mưa giờ hoặc mưa ngày thực ño của trạm khí

tượng và số liệu bốc hơi trung bình cùng với diện tích của lưu vực mà mưa rơi

xuống.

- ðầu ra của mô hình

Kết quả của mô hình ñược biểu diễn qua ñường quá trình lưu lượng

theo thời gian (thời gian có thể tính bằng giờ hoặc bằng ngày tùy thuộc vào

thời gian của mưa thực ño).

2.3.2 Mô hình MIKE 11

Mô hình MIKE 11 là mô hình tính toán mạng sông dựa trên việc giải hệ

phương trình một chiều Saint -Venant:

Phương trình liên tục:

Q x

A t

¶ ¶ (2.1) ¶ ¶

Q x

h t

¶ ¶ hoặc (2.2) ¶ ¶

Phương trình chuyển ñộng:

Q A

  

  

Q t

h x

QgQ 2 ARC

¶ ¶ ¶ . (2. 3) ¶ ¶ ¶

trong ñó: A là diện tích mặt cắt ngang (m2); t là thời gian (s); Q là lưu lượng nước (m3/s); x là biến không gian; g là gia tốc trọng trường (m/s2); r là mật ñộ của nước (kg/m3); b là ñộ rộng của lòng dẫn (m) và R là bán kính thủy

lực (m) [20, 21]

Phương pháp giải

Hệ phương trình Saint – Venant về nguyên lý là không giải ñược bằng

- 33 -

các phương pháp giải tích, vì thế trong thực tế tính toán người ta phải giải gần

ñúng bằng cách rời rạc hóa hệ phương trình. Có nhiều phương pháp rời rạc

hóa hệ phương trình, và trong mô hình MIKE 11, tác giả ñã sử dụng phương

pháp sai phân hữu hạn 6 ñiểm ẩn Abbott. Dưới ñây mô tả các cách bố trí sơ

ñồ Abbott 6 ñiểm với các phương trình (hình 2.2), và các biến trong mặt

phẳng x~t (hình 2.3).

Trong phương pháp này, mực nước và lưu lượng dọc theo các nhánh

sông ñược tính trong hệ thống các ñiểm lưới xen kẽ như dưới ñây (hình 2.4).

ðối với mạng lưới sông phức tạp, mô hình cho phép giải hệ phương

trình cho nhiều nhánh sông và các ñiểm tại các phân lưu/nhập lưu. Cấu trúc

của các nút lưới ở nhập lưu, tại ñó ba nhánh gặp nhau, thể hiện trong hình sau

(hình 2.5)

Hình 2.2: Sơ ñồ sai phân hữu hạn 6 ñiểm ẩn Abbott

- 34 -

Hình 2.3: Sơ ñồ sai phân 6 ñiểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t

Cấu trúc các ñiểm lưới trong mạng vòng (hình 2.6). Tại một ñiểm lưới,

mối quan hệ giữa biến số Zj (cả mực nước hj và lưu lượng Qj) tại chính ñiểm

ñó và tại các ñiểm lân cận ñược thể hiện bằng phương trình tuyến tính sau:

+ 1

+ 1 1

n j

1 n + 1 j

- - (2.4)

Hình 2.4 : Nhánh sông với các ñiểm lưới xen kẽ

Hình 2.5 : Cấu trúc các ñiểm lưới xung quanh ñiểm nhập lưu

- 35 -

Hình 2.6 : Cấu trúc các ñiểm lưới trong mạng vòng

Ta quy ước các chỉ số dưới của các thành phần trong phương trình biểu , g thị vị trí dọc theo nhánh, và chỉ số trên chỉ khoảng thời gian. Các hệ số a , b

và d trong phương trình (2.4) tại các ñiểm h và tại các ñiểm Q ñược tính bằng

sai phân hiện ñối với phương trình liên tục và với phương trình ñộng lượng.

Tất cả các ñiểm lưới theo phương trình (2.4) ñược thiết lập. Giả sử một

nhánh có n ñiểm lưới; nếu n là số lẻ, ñiểm ñầu và cuối trong một nhánh luôn

luôn là ñiểm h. ðiều này làm cho n phương trình tuyến tính có n+2 ẩn số. Hai

ẩn số chưa biết là do các phương trình ñược ñặt tại ñiểm ñầu và ñiểm cuối h,

tại ñó Zj-1và Zj+1 là mực nước, theo ñó phần ñầu/cuối của nhánh phân/nhập

lưu ñược liên kết với nhau [20, 21]

ðiều kiện biên và ñiều kiện ban ñầu

Hệ phương trình (2.1-2.3) khi ñược rời rạc theo không gian và thời gian

sẽ gồm có số lượng phương trình luôn ít hơn số biến số, vì thế ñể khép kín hệ

phương trình này cần phải có các ñiều kiện biên và ñiều kiện ban ñầu.

Trong mô hình MIKE 11, ñiều kiện biên của mô hình khá linh hoạt, có

thể là ñiều kiện biên hở hoặc ñiều kiện biên kín. ðiều kiện biên kín là ñiều

kiện tại biên ñó không có trao ñổi nước với bên ngoài. ðiều kiện biên hở có

thể là ñường quá trình của mực nước theo thời gian hoặc của lưu lượng theo

thời gian, hoặc có thể là hằng số [21]

Các ñiều kiện ban ñầu bao gồm mực nước và lưu lượng trên khu vực

nghiên cứu. Thường lấy lưu lượng xấp xỉ bằng 0 còn mực nước lấy bằng mực

nước trung bình.

ðiều kiện ổn ñịnh

ðể sơ ñồ sai phân hữu hạn ổn ñịnh và chính xác, cần tuân thủ các ñiều

kiện sau:

- ðịa hình phải ñủ tốt ñể mực nước và lưu lượng ñược giải một cách

- 36 -

thoả ñáng. Giá trị tối ña cho phép ñối với D x phải ñược chọn trên cơ sở này.

- ðiều kiện Courant dưới ñây có thể dùng như một hướng dẫn ñể chọn

bước thời gian sao cho ñồng thời thoả mãn ñược các ñiều kiện trên. ðiển

hình, giá trị của Cr là 10 ñến 15, nhưng các giá trị lớn hơn (lên ñến 100) ñã

ñược sử dụng:

( Vt

)

D với V là vận tốc.

Cr thể hiện tốc ñộ nhiễu ñộng sóng tại nước nông (biên ñộ nhỏ). Số

Courant biểu thị số các ñiểm lưới trong một bước sóng phát sinh từ một nhiễu

ñộng di chuyển trong một bước thời gian. Sơ ñồ sai phân hữu hạn dùng trong

MIKE 11 (sơ ñồ 6 ñiểm Abbott), cho phép số Courant từ 10 - 20 nếu dòng

chảy dưới phân giới (số Froude nhỏ hơn 1) [21]

2.3.3 Cơ sở lý thuyết của mô hình MIKE 21

Hệ phương trình cơ bản sử dụng trong mô hình MIKE 21 bao gồm 1

phương trình liên tục và 2 phương trình chuyển ñộng:

¶ z

Phương trình liên tục :

¶ ¶ ¶

p x

q y

d t

¶ ¶ ¶ ¶ (2.5)

Phương trình chuyển ñộng :

)

( h

¶ ¶ ¶ ¶ ¶ ¶ - W

( t h

1 r

p t

p h

p 2 hC

  

¶ ¶ ¶ ¶ ¶ ¶

)  - 

  

 + 

(

fVV

  pq +  h   ) 0 =

h r

¶ - ¶

(2.6)

¶ ¶ ¶ ¶ ¶ ¶

)

W -

( h

1 r

p t

p h

  

p 2 hC

¶ ¶ ¶ ¶ ¶ ¶

)  - 

  

  

 + 

(

fVV

 pq + h  ) 0 =

h r

¶ - ¶

(2.7)

- 37 -

trong ñó :

tyxz ,( ),

= z

: mực nước (m)

tyxh ,( ),

tyxd ,( ),

- : ñộ sâu dòng chảy (m)

tyxqtyxp ), ),

: cao ñộ ñáy (m)

C(x,y):

g : lưu lượng ñơn vị theo phương x và y hệ số Chezy (m0.5/s) gia tốc trọng trường (m/s2)

f(V): hệ số sức cản của gió

V,Vx,Vy(x,y,t): vận tốc của gió theo phương x và y

yx ,(

)

tyxpa ),,(

W : hệ số Coriolit

: áp suất khí quyển (kg/m/s2)

: khối lượng riêng của nước.

: thành phần ma sát bên

ðể giải hệ phương trình trên, người ta sử dụng phương pháp ADI

(Alternating Direction Implicit) ñể sai phân hoá theo lưới không gian - thời

gian. Hệ phương trình theo từng phương và tại mỗi ñiểm trong lưới ñược giải

theo phương pháp Double Sweep (DS). Biểu diễn các thành phần theo các

phương ñược thể hiện trên hình 2.7 [22]

- 38 -

Hình 2.7: Các thành phần theo phương x và y

2.3.4 Mô hình MIKE FLOOD

Mặc dầu mô hình MIKE 11 và MIKE 21 có những ưu ñiểm vượt trội

trong việc mô phỏng dòng chảy 1 chiều trong mạng lưới sông phức tạp

(MIKE 11) và có thể mô phỏng bức tranh 2 chiều của dòng chảy tràn trên bề

mặt ñồng ruộng (MIKE 21).

Tuy nhiên nếu xét riêng rẽ chúng vẫn còn một số hạn chế trong việc mô

phỏng ngập lụt. ðối với MIKE 11, sẽ rất khó khăn ñể mô phỏng dòng chảy

tràn nếu không biết trước một số khu chứa và hướng chảy, không mô tả ñược

trường vận tốc trên mặt ruộng hoặc khu chứa, còn trong MIKE 21, nếu muốn

vừa tính toán dòng tràn trên bề mặt ruộng, vừa muốn nghiên cứu dòng chảy

chủ lưu trong các kênh dẫn thì cần phải thu nhỏ bước lưới ñến mức có thể thể

hiện ñược sự thay ñổi của ñịa hình trong lòng dẫn mà hệ quả của nó là thời

gian tính toán tăng lên theo cấp số nhân.

ðể kết hợp các ưu ñiểm của cả mô hình 1 và 2 chiều ñồng thời khắc

phục ñược các nhược ñiểm của chúng, MIKE FLOOD cho phép kết nối 2 mô

hình MIKE 11 và MIKE 21 trong quá trình tính toán, tăng bước lưới của mô

hình (nghĩa là giảm thời gian tính toán) nhưng vẫn mô phỏng ñược cả dòng

chảy trong lòng dẫn và trên mặt ruộng hoặc ô chứa.

Trong MIKE FLOOD có 4 loại kết nối sau ñây giữa mô hình 1 và 2

chiều:

Kết nối tiêu chuẩn

Trong kết nối này, thì một hoặc nhiều ô lưới của MIKE 21 sẽ ñược liên

kết với một ñầu của phân ñoạn sông trong MIKE 11. Loại kết nối này rất

thuận tiện cho việc nối một lưới chi tiết của MIKE21 với một hệ thống mạng

lưới sông lớn hơn trong MIKE 11, hoặc nối các công trình trong mô hình

MIKE 21. Các cách áp dụng có thể của nó ñược chỉ ra trong hình 2.8 dưới

- 39 -

ñây.

Kết nối bên

Kết nối bên cho phép một chuỗi các ô lưới trong MIKE 21 có thể liên

kết vào hai bên của một ñoạn sông, một mặt cắt trong ñoạn sông hoặc toàn bộ

một nhánh sông trong MIKE 11. Dòng chảy khi chảy qua kết nối bên ñược

tính toán bằng cách sử dụng các phương trình của các công trình hoặc các

bảng quan hệ Q-H. Loại kết nối này ñặc biệt hữu ích trong việc tính toán dòng

chảy tràn từ trong kênh dẫn ra khu ruộng hoặc bãi, nơi mà dòng chảy tràn qua

bờ ñê bối sẽ ñược tính bằng công thức ñập tràn ñỉnh rộng. Một ví dụ của loại

kết nối này ñược minh họa trong hình 2.9

Hình 2.8: Các ứng dụng trong kết nối tiêu chuẩn

Kết nối công trình (ẩn)

Kết nối công trình là nét mới ñầu tiên trong một loạt các cải tiến dự

ñịnh trong MIKE FLOOD. Kết nối công trình lấy thành phần dòng chảy từ

một công trình trong MIKE 11 và ñưa chúng trực tiếp vào trong phương trình

ñộng lượng của MIKE 21. Quá trình này là ẩn hoàn toàn và vì thế không ảnh

hưởng ñến các bước thời gian trong MIKE 21. Ví dụ về loại kết nối này ñược

- 40 -

minh họa trong hình 2.10

Hình 2.9: Một ứng dụng trong kết nối bên

Hình 2.10: Một ví dụ trong kết nối công trình

Kết nối khô (zero flow link)

Một ô lưới MIKE 21 ñược gán là kết nối khô theo chiều x sẽ không có

dòng chảy chảy qua phía bên phải của ô lưới ñó. Tương tự, một kết nối khô

theo chiều y sẽ không có dòng chảy chảy qua phía trên của nó. Các kết nối

- 41 -

khô này ñược phát triển ñể bổ sung cho các kết nối bên. ðể chắc chắn rằng

dòng chảy tràn trong MIKE 21 không cắt ngang từ bờ này sang bờ kia của

sông mà không liên kết với MIKE 11, các kết nối khô này ñược ñưa vào ñể

ñóng các dòng trong MIKE 21. Một cách khác ñể sử dụng kết nối khô là gán

cho các ô lưới là ñất cao, mà tùy thuộc vào ñộ phân giải của lưới tính có thể

chưa mô tả ñược. Kết nối khô cũng ñược sử dụng ñể mô tả các dải phân cách

hẹp trong ñồng ruộng ví dụ như ñê bối, ñường, ... và khi ñó thay vì sử dụng

một chuỗi các ô lưới ñược ñịnh nghĩa là ñất cao thì nên sử dụng chuỗi các kết

nối khô [24, 25]

Sử dụng các kết nối trên ñây ta có thể dễ dàng liên kết hai mạng lưới

tính trong mô hình 1 chiều và 2 chiều với nhau. Khi chạy mô hình, ñể

coupling chúng, MIKE FLOOD cung cấp 3 kiểu coupling sau ñây tùy thuộc

vào mục ñích sử dụng mô hình:

o Coupling ñộng lực: các kết nối sẽ chỉ chuyển các thông tin và thủy

ñộng lực (cần thiết cho các tính toán trong MIKE 11 và MIKE 21)

o Coupling truyền tải chất: các kết nối chỉ truyền các thông tin liên quan

ñến các quá trình vận tải và khuyếch tán (cần thiết cho các tính toán

trong MIKE 11 và MIKE 21)

o Coupling cả ñộng lực và truyền tải chất.

Các lựa chọn này sẽ ñược người sử dụng dễ dàng lựa chọn thông qua

các hộp thoại trong mô hình.

2.4. Giới thiệu quy trình xây dựng bản ñồ ngập lụt kết hợp công cụ

GIS

Các quá trình mô phỏng bằng mô hình thủy văn và thủy lực trên ñây

mới chỉ cho chúng ta bức tranh về diện ngập, trường vận tốc, ñộ sâu ngập

dưới dạng các hình ảnh, số liệu. Với số liệu thô này mới chỉ xây dựng ñược

các bản ñồ giấy thể hiện lại các trận ngập lụt xảy ra mà chưa thể có các dạng

- 42 -

thông tin hữu ích cần thiết. Ngày nay với sự phát triển không ngừng của công

nghệ thông tin và hệ thông tin ñịa lý thì những số liệu, dữ liệu trên lại là một

phần không thể thiếu, là cơ sở dữ liệu ñể các công cụ GIS tiến hành tính toán,

phân tích và triết xuất ra các dạng dữ liệu cần thiết ñể xây dựng bản ñồ ngập

lụt

2.4.1 Khái niệm hệ thống thông tin ñịa lý (GIS)

Hệ thống thông tin ñịa lý - Geographic Information System (GIS) là

một nhánh của công nghệ thông tin, ñã hình thành từ những năm 60 của thế

kỷ trước và phát triển rất mạnh trong những năm gần ñây.

GIS ñược sử dụng nhằm xử lý ñồng bộ các lớp thông tin không gian

(bản ñồ) gắn với các thông tin thuộc tính, phục vụ nghiên cứu, quy hoạch và

quản lý các hoạt ñộng theo lãnh thổ.

Có nhiều ñịnh nghĩa về GIS, nhưng nói chung ñã thống nhất quan niệm

chung: GIS là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính

cùng các thiết bị ngoại vi ñể lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin

ñịa lý ñể phục vụ một mục ñích nghiên cứu, quản lý nhất ñịnh.[2, 11]

Xét dưới góc ñộ là công cụ, GIS dùng ñể thu thập, lưu trữ, biến ñổi,

hiển thị các thông tin không gian nhằm thực hiện các mục ñích cụ thể.

Xét dưới góc ñộ là phần mềm, GIS làm việc với các thông tin không

gian, phi không gian, thiết lập quan hệ không gian giữa các ñối tượng. Có thể

nói các chức năng phân tích không gian ñã tạo ra diện mạo riêng cho GIS.

Xét dưới góc ñộ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể ñược

hiểu như là một công nghệ xử lý các dữ liệu có toạ ñộ ñể biến chúng thành

các thông tin trợ giúp quyết ñịnh phục vụ các nhà quản lý.

Xét dưới góc ñộ hệ thống, GIS là hệ thống gồm các hợp phần: Phần

cứng, Phần mềm, Cơ sở dữ liệu và Cơ sở tri thức chuyên gia.

- 43 -

2.4.2. Các phương pháp GIS xây dựng bản ñồ ngập lụt

Rất nhiều các phần mềm GIS ñược ứng dụng trong ngành KTTV, ñặc

biệt trong hữu ích trong lĩnh vực quản lý lưu vực cũng như xây dựng bản ñồ

ngập lụt. Dưới ñây là quy trình chung khi tiến hành thành lập bản ñồ ngập lụt

bằng phương pháp GIS (xem hình 2.11) [1, 18].

Xây dựng, quản lý cơ sở dữ liệu

Các dữ liệu về lưu vực sông nghiên cứu ñược thu thập, số hoá từ các

phần mềm khác nhau như MicroStation, Mapinfow, Arcinfor, ArcGIS, sau ñó

ñược quản lý thống nhất và lưu lại dưới dạng ñịnh dạng shape file trong

ArcViewGIS.

Chuẩn bị, phân tích và ñánh giá các thông số cho mô hình, vấn ñề

chuẩn bị dữ liệu và thông số ñầu vào cho các mô hình là một trong vấn ñề lớn

nhất, ñòi hỏi tốn nhiều thời gian và khá phức tạp

Trong trường hợp liên kết với mô hình thuỷ văn - thuỷ lực, GIS là một

hợp phần quan trọng không thể thiếu ñược. Vai trò của công cụ GIS thể hiện

ở:

o Tổng hợp và chọn lọc tài liệu như là ñầu vào cần thiết cho mô hình

thuỷ văn, thuỷ lực ñặc biệt trong ñó là việc phân tích các ñặc trưng thuỷ

văn bề mặt của lưu vực.

o Phân tích, hình dung và ñánh giá diện tích và mức ñộ ngập lụt sử dụng

các kết quả tính toán từ mô hình nêu trên.

o Bằng cách mô hình hoá tài liệu về các trận mưa dưới các tình huống

(lượng mưa, phân bố mưa) khác nhau trong GIS, chúng ta có thể trả lời

hàng loạt câu hỏi dạng "nếu - thì" về quan hệ mưa - lũ - ngập lụt trong

- 44 -

một thời gian nhanh nhất.

Thu thËp t− liÖu viÔn th¸m

TiÒn xö lý ¶nh

Thùc ®Þa

Thu thËp D÷ liÖu GIS

Ph©n lo¹i ¶nh VT & CËp nhËp d÷ liÖu GIS

KÕt qu¶ tõ m« h×nh thñy lùc

D÷ liÖu GIS ®0 ®−îc cËp nhËp

C¸c c«ng cô cña GIS

KÕt qu¶: b¶n ®å c¶nh b¸o ngËp lôt C¸c b¶ng −íc tÝnh thiÖt hai

Hình 2.11: Sơ ñồ xây dựng bản ñồ ngập lụt bằng phương pháp GIS

Cũng cần nhận thấy rằng, do liên kết với mô hình thuỷ văn - thuỷ lực

nên ñòi hỏi về tài liệu ñầu vào cho GIS cũng sẽ khác với yêu cầu tài liệu ñầu

vào cho GIS trong các trường hợp thông thường khác. Quá trình xây dựng

ñầu vào cho mô hình rất quan trọng vì nó sẽ quyết ñịnh mức ñộ chính xác của

việc dự báo. Các thông tin ñầu vào cần thiết cho việc phân tích tổng hợp trong

quy trình ñược xây dựng và chuẩn bị trong GIS bao gồm:

o Dữ liệu ñộ cao ñịa hình

- 45 -

o Dữ liệu hướng dòng chảy

o Dữ liệu về phân chia lưu vực

o Dữ liệu về dòng chảy

o Dữ liệu về thuỷ văn ñất

o Dữ liệu phân bố không gian của trạm ño mưa

o Dữ liệu cao trình ñường giao thông, ñê ñiều

o Dữ liệu về hồ chứa, mặt nước

o Dữ liệu về vùng không bị ảnh hưởng của ngập lụt

Các thông tin ñầu vào như trên ñều ñược sử dụng cho toàn bộ quá trình

tính toán và mô phỏng ngập lụt. Nếu dùng các phương pháp truyền thống ñể

tích hợp các thông tin trên sẽ gặp rất nhiều khó khăn và tốn thời gian, nhưng

với GIS và tiện ích mở rộng, các thông tin này ñược tích hợp hoàn toàn tự

ñộng, nhanh chóng. Trong trường hợp một thông số ñầu vào nào thay ñổi thì

- 46 -

việc tính toán lại các thông số ñầu vào cũng dễ dàng hơn.

Chương 3 – XÂY DỰNG BẢN ðỒ NGẬP LỤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU

3.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu:

ðể xây dựng ñược các bản ñồ cảnh báo lũ lụt vấn ñề ñầu tiên là xây

dựng bộ số liệu dùng ñể ñưa vào mô hình tính toán, các tài liệu ñịa hình,

mạng lưới sông, mặt cắt ñịa hình phục vụ tính toán....

a. Xây dựng cơ sở dữ liệu ñịa hình

Trong luận văn này tác giả ñã tiến hành xây dựng bản ñồ mô hình số ñộ

cao khu vực nghiên cứu với ñộ phân giải 30 m từ 28 tờ bản ñồ ñịa hình tỷ lệ

1: 25.000. Sơ ñồ mảnh chắp ñược xem trong hình 3.1 dưới ñây.

Các thông số của bản ñồ DEM như sau:

UPPER LEFT X = 606306.141

UPPER LEFT Y = 1940700.830

LOWER RIGHT X= 741839.825

LOWER RIGHT Y = 1870172.330

WEST LONGITUDE = 105° 59' 53.55" E

NORTH LATITUDE = 17° 33' 00.66" N

EAST LONGITUDE = 107° 16' 41.28" E

SOUTH LATITUDE = 16° 54' 09.31" N

PIXEL SIZE X 106.218 meters / pixel =

PIXEL SIZE Y 106.218 meters / pixel =

= SCALE 1:401400

- 47 -

VIEW PIXEL SIZE = 1276 x 664

E-48-58-C-c E-48-58-C-c E-48-58-C-c E-48-58-C-c E-48-58-C-c E-48-58-C-c E-48-58-C-c E-48-58-C-c E-48-58-C-c

E-48-58-C-d E-48-58-C-d E-48-58-C-d E-48-58-C-d E-48-58-C-d E-48-58-C-d E-48-58-C-d E-48-58-C-d E-48-58-C-d

E-48-70-A-b E-48-70-A-b E-48-70-A-b E-48-70-A-b E-48-70-A-b E-48-70-A-b E-48-70-A-b E-48-70-A-b E-48-70-A-b

E-48-70-A-a E-48-70-A-a E-48-70-A-a E-48-70-A-a E-48-70-A-a E-48-70-A-a E-48-70-A-a E-48-70-A-a E-48-70-A-a

E-48-69-B-b E-48-69-B-b E-48-69-B-b E-48-69-B-b E-48-69-B-b E-48-69-B-b E-48-69-B-b E-48-69-B-b E-48-69-B-b

E-48-69-B-a E-48-69-B-a E-48-69-B-a E-48-69-B-a E-48-69-B-a E-48-69-B-a E-48-69-B-a E-48-69-B-a E-48-69-B-a

E-48-70-B-d E-48-70-B-d E-48-70-B-d E-48-70-B-d E-48-70-B-d E-48-70-B-d E-48-70-B-d E-48-70-B-d E-48-70-B-d

E-48-70-B-c E-48-70-B-c E-48-70-B-c E-48-70-B-c E-48-70-B-c E-48-70-B-c E-48-70-B-c E-48-70-B-c E-48-70-B-c

E-48-70-A-d E-48-70-A-d E-48-70-A-d E-48-70-A-d E-48-70-A-d E-48-70-A-d E-48-70-A-d E-48-70-A-d E-48-70-A-d

E-48-70-A-c E-48-70-A-c E-48-70-A-c E-48-70-A-c E-48-70-A-c E-48-70-A-c E-48-70-A-c E-48-70-A-c E-48-70-A-c

E-48-69-B-d E-48-69-B-d E-48-69-B-d E-48-69-B-d E-48-69-B-d E-48-69-B-d E-48-69-B-d E-48-69-B-d E-48-69-B-d

E-48-69-B-c E-48-69-B-c E-48-69-B-c E-48-69-B-c E-48-69-B-c E-48-69-B-c E-48-69-B-c E-48-69-B-c E-48-69-B-c

E-48-70-D-b E-48-70-D-b E-48-70-D-b E-48-70-D-b E-48-70-D-b E-48-70-D-b E-48-70-D-b E-48-70-D-b E-48-70-D-b

E-48-70-D-a E-48-70-D-a E-48-70-D-a E-48-70-D-a E-48-70-D-a E-48-70-D-a E-48-70-D-a E-48-70-D-a E-48-70-D-a

E-48-70-C-b E-48-70-C-b E-48-70-C-b E-48-70-C-b E-48-70-C-b E-48-70-C-b E-48-70-C-b E-48-70-C-b E-48-70-C-b

E-48-70-C-a E-48-70-C-a E-48-70-C-a E-48-70-C-a E-48-70-C-a E-48-70-C-a E-48-70-C-a E-48-70-C-a E-48-70-C-a

E-48-69-D-b E-48-69-D-b E-48-69-D-b E-48-69-D-b E-48-69-D-b E-48-69-D-b E-48-69-D-b E-48-69-D-b E-48-69-D-b

E-48-69-D-a E-48-69-D-a E-48-69-D-a E-48-69-D-a E-48-69-D-a E-48-69-D-a E-48-69-D-a E-48-69-D-a E-48-69-D-a

E-48-70-D-d E-48-70-D-d E-48-70-D-d E-48-70-D-d E-48-70-D-d E-48-70-D-d E-48-70-D-d E-48-70-D-d E-48-70-D-d

E-48-70-D-c E-48-70-D-c E-48-70-D-c E-48-70-D-c E-48-70-D-c E-48-70-D-c E-48-70-D-c E-48-70-D-c E-48-70-D-c

E-48-70-C-d E-48-70-C-d E-48-70-C-d E-48-70-C-d E-48-70-C-d E-48-70-C-d E-48-70-C-d E-48-70-C-d E-48-70-C-d

E-48-70-C-c E-48-70-C-c E-48-70-C-c E-48-70-C-c E-48-70-C-c E-48-70-C-c E-48-70-C-c E-48-70-C-c E-48-70-C-c

E-48-69-D-d E-48-69-D-d E-48-69-D-d E-48-69-D-d E-48-69-D-d E-48-69-D-d E-48-69-D-d E-48-69-D-d E-48-69-D-d

E-48-69-D-c E-48-69-D-c E-48-69-D-c E-48-69-D-c E-48-69-D-c E-48-69-D-c E-48-69-D-c E-48-69-D-c E-48-69-D-c

E-48-82-B-a E-48-82-B-a E-48-82-B-a E-48-82-B-a E-48-82-B-a E-48-82-B-a E-48-82-B-a E-48-82-B-a E-48-82-B-a

E-48-82-A-b E-48-82-A-b E-48-82-A-b E-48-82-A-b E-48-82-A-b E-48-82-A-b E-48-82-A-b E-48-82-A-b E-48-82-A-b

E-48-82-A-a E-48-82-A-a E-48-82-A-a E-48-82-A-a E-48-82-A-a E-48-82-A-a E-48-82-A-a E-48-82-A-a E-48-82-A-a

E-48-81-B-b E-48-81-B-b E-48-81-B-b E-48-81-B-b E-48-81-B-b E-48-81-B-b E-48-81-B-b E-48-81-B-b E-48-81-B-b

Hình 3.1: Sơ ñồ các mảnh chắp lưu vực sông Nhật Lệ

- Tiến hành thu thập, xây dựng các mặt cắt ñịa hình ngang sông cho

khu vực nghiên cứu bao gồm: 09 mặt cắt trên sông Nhật Lệ, 28 mặt cắt trên

sông Long ðại, 26 mặt cắt trên sông Kiến Giang, 02 mặt cắt trên nhánh Hói

Dài, 06 mặt cắt trên nhánh Sao Vàng.

b. Xây dựng cơ sở dữ liệu thủy văn

Số liệu thủy văn: Luận văn ñã chuẩn bị số liệu mưa giờ tại ðồng Hới

các năm 1999 và 2000; số liệu mực nước giờ tại các trạm Kiến Giang, Lệ

- 48 -

Thủy, ðồng Hới các năm 1999 và 2000; số liệu trích lũ lưu lượng tại hai trạm

Kiến Giang và Tám Lu năm 1972 và quan hệ H~Q của hai trạm Kiến Giang

và Tám Lu; số liệu mực nước max tại trạm Lệ Thủy từ năm 1964 ñến 2009 ñể

tính toán tần suất thiết kế ứng với các xác suất 1%, 5% và 10%. Ngoài ra luận

văn còn sử dụng bản ñồ ñẳng trị mưa toàn tỉnh Quảng Bình tỷ lệ 1: 100.000

phục vụ công tác tính toán trọng số mưa lưu vực theo tài liệu mưa của trạm

ðồng Hới.

c. Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS

- Các ảnh Google Earth tại khu vực nghiên cứu

- Dùng MIKE 11 tiến hành xây dựng mạng lưới sông, vị trí các mặt cắt

ñịa hình,

3.2 Ứng dụng mô hình MIKE FLOOD

3.2.1 Xây dựng mạng thủy lực

ðể sử dụng ñược mô hình MIKE FLOOD cho tính toán, mô phỏng quá

trình ngập lũ trên khu vực nghiên cứu là hạ lưu hệ thống sông Nhật Lệ cần

phải xây dựng mạng tính toán thủy lực một và hai chiều trên lưu vực tính

toán.

a. Xây dựng mạng lưới thủy lực một chiều:

Trong khu vực nghiên cứu, hệ thống sông Nhật Lệ gồm 2 con sông

chính là Kiến Giang và Long ðại ñều bắt nguồn từ dãy Trường Sơn, gặp nhau

tại ngã ba Quán Trung và ñổ ra biển tại cửa Nhật Lệ qua sông Nhật Lệ. Trên

hệ thống sông Nhật Lệ có một công trình cống ñập Mỹ Trung (hình 3.2) có

nhiệm vụ ngăn mặn vào mùa kiệt và lấy nưới phục vụ tưới tiêu. Công trình

ñược xây dựng tại xã Gia Ninh huyện Quảng Ninh tỉnh Quảng Bình. Hạng

mục cống Mỹ Trung ñược hoàn thành vào tháng 8 năm 1990; toàn bộ công

trình ñược hoàn thiện và bàn giao ñưa vào sử dụng tháng 5 năm 1992. Quy

- 49 -

mô cống ñược thiết kế như sau:

¤ Tổng chiều rộng thoát nước của cống là 80 m, chia thành 20 khoang,

mỗi khoang rộng 4m; hệ thống cửa van tự ñộng thuỷ lực kiểu cánh

cửa làm việc một chiều, làm bằng bê tông cốt thép, kích thước cửa

BxH = 4,3m x 5,85m; có 01 khoang thông thuyền, cửa van bằng bê

tông cốt thép kích thước BxH= 7,2mx5,85m.

¤ Cao trình ñáy cống -4,05, cao trình ñỉnh cửa +1,8, ñỉnh trụ pin +2,2.

¤ Hiện nay cống Mỹ Trung ñược lắp ñặt 2 loại cửa van tự ñộng cánh

cửa gồm: 8 cửa van tự ñộng 2 chiều bằng thép (mới lắp ñặt), 12 cửa

van tự ñộng 1 chiều và 1 cửa âu thuyền là cửa BTCT.

Ngoài cống Mỹ Trung còn có ñập Mỹ Trung ngăn sông Kiến giang dài

300m, cao trình ñỉnh là 1.6m, phần này cho phép nước tràn qua vào lũ chính

vụ, nên tên gọi ñầy ñủ là công trình cống ñập Mỹ Trung.

ðể ñáp ứng các nhiệm vụ ñã ñặt ra, cống Mỹ Trung từ khi xây dựng

ñược vận hành theo quy trình như sau [9]:

¤ Từ 15/12 ñến kết thúc gieo cấy vụ chiêm xuân cửa cống ñể ở chế ñộ

làm việc tự ñộng. Với chế ñộ này chỉ cho nước chảy từ thượng lưu về

hạ lưu (ñồng ra sông). Giai ñoạn này chủ yếu là tiêu úng;

¤ Từ cuối tháng 2 ñến tháng 5, ñóng cống ñể dâng nước trên phá phục

vụ tưới. Trong giai ñoạn này nếu có mưa gây ngập úng thì ñể cửa ở

chế ñộ tự ñộng chủ ñộng tiêu nước;

¤ Thời kỳ thu hoạch mở cưỡng bức nhằm thau rửa chua phèn;

¤ Bước vào sản xuất vụ tám (tháng 6-9) ñóng cống hoàn toàn cho ñến

khi thu hoạch nhằm giữ ngọt và chống xâm nhập mặn, chống lũ tập

hậu.

¤ Từ 10 tháng 9, cống mở cưỡng bức trả lại dòng chảy theo chế ñộ hai

chiều như trước khi chưa có cống ñể ñiều hoà lũ Long ðại và tiêu

- 50 -

thoát khi lũ xuống.

Hình 3.2: Cống Mỹ Trung

Hình 3.3: Mặt cắt ñiển hình cống ñập Mỹ Trung

Mạng lưới thủy văn khu vực nghiên cứu ñược mô tả bằng sơ ñồ thủy

- 51 -

lực bao gồm sông chính là sông Kiến Giang với chiều dài 96 km, gồm 200

nút tính toán với 26 mặt cắt, biên trên là trạm thủy văn Kiến Giang, biên dưới

là trạm thủy văn ðồng Hới nằm cách cửa sông 2km. Nhánh sông Long ðại

dài 93 km, gồm 180 nút tính toán với 28 mặt cắt, biên trên lấy tại vị trí trạm

thủy văn Tám Lu cũ, ñổ vào dòng chính Kiến Giang tại ngã ba Quán Trung.

Ngoài ra, mạng thủy lực còn bao gồm một số sông nhánh như Hói Dài, kênh

Sao Vàng… (hình 3.4)

Hình 3.4: Sơ ñồ mạng thủy lực tính toán lưu vực sông Nhật Lệ

Trong sơ ñồ thủy lực tính toán khu vực nghiên cứu có hai biên

trên là biên lưu lượng tại các trạm thủy văn Kiến Giang và Tám Lu

- 52 -

(Long ðại), một biên bên dưới là biên mực nước tại trạm thủy văn

ðồng Hới. Do trong khu vực nghiên cứu các trạm ño chỉ ño lưu lượng

trong khoảng thời gian rất ngắn từ 1970 - 1974 mà lại không có số liệu

mưa giờ tương ứng nên ñể có thể tính toán biên ñầu vào lưu lượng cho

hai trạm Kiến Giang và Tám Lu, tác giả ñã sử dụng quan hệ Q~H tại

hai trạm thủy văn trên ñể tính toán giá trị lưu lượng và sử dụng mô

hình NAM tính toán dòng chảy từ mưa làm biên ñầu vào cho các lưu

vực bộ phận ñóng vai trò gia nhập khu giữa trong khu vực nghiên cứu

(hình 3.5).

Hình 3.5: Sơ ñồ phân chia lưu vực tính toán bằng mô hình NAM

- 53 -

b. Xây dựng mạng thủy lực hai chiều cho MIKE 21

Cơ sở dữ liệu sử dụng trong mạng thủy lực hai chiều là bản ñồ

DEM khu vực nghiên cứu với ñộ phân giải 30 x 30m. Từ bản ñồ DEM trên ta trích ñược trong vùng ngập lũ với diện tích khoảng 475 km2, số

lượng ñiểm cao ñộ là trên 500.000 ñiểm, các ñiểm cao ñộ này ñã ñược

chuẩn hóa theo cao ñộ quốc gia VN 2000 với mốc chuẩn tại Hòn Dấu.

Ngoài ñịa hình cơ sở dữ liệu ñể chạy MIKE 21 là các số liệu mưa giờ,

mực nước giờ và tài liệu trích lũ tại các trạm khí tượng thủy văn trên

lưu vực.

Khoanh vùng ngập lũ hạ lưu sông Nhật lệ: Bằng các tài liệu

trong quá khứ cũng như phân tích ñặc ñiểm ñịa lý tự nhiên của khu vực

nghiên cứu có ảnh hưởng ñến quá trình gây ngập úng khu vực nghiên

cứu, tác giả của luận văn ñã khoanh vùng ñược vùng ngập thường xuyên hạ lưu sông Nhật Lệ với diện tích 475 km2 (hình 3.4).

Chọn lưới tính toán: ðể có thể tính toán, mô phỏng ñược quá

trình ngập lụt khu vực hạ lưu sông Nhật Lệ trên cơ sở các tài liệu ñịa

hình ñã có, tài liệu khí tượng thủy văn vùng nghiên cứu và mức ñộ

chính xác tài liệu sau khi mô phỏng tác giả của luận văn lựa chọn lưới

phần tử hữu hạn (FEM) với khoảng cách các ô lưới là từ 200 – 250 m. Với diện tích của phần tử lớn nhất là 62.500 m2, góc nhỏ nhất 30o

thì vùng ngập lụt ñược rời rạc hóa thành 14.604 phần tử với 7.723 nút

lưới. Với kích thước ô lưới ñã chọn ñáp ứng ñược các yêu cầu về thời

- 54 -

gian tính toán trong mô hình hai chiều MIKE 21 (hình 3.6)

Hình 3.6: Lưới phần tử hữu hạn dùng trong mô hình MIKE

FLOOD

c. Tiến hành kết nối (Coupling) trong MIKE FLOOD

Sau khi xây dựng mạng lưới thủy lực trong Mike 11 và Mike 21,

chạy thông cả 2 mạng thủy lực, tiến hành Coupling cả hai mạng thủy

lực 1 và 2 chiều trong Mike Flood và các lựa chọn trong Mike Flood

ñược thể hiện trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Các lựa chọn kết nối trong Mike Flood

Môñun Số ô lưới kết nối Loại kết nối Tên sông Coupling trong Mike 21

Kiến Giang HD Bên 230

Long ðại HD Bên 27

Nhật Lệ HD Bên 80

6 ðập Mỹ Trung HD Công trình

3.2.2 Hiệu chỉnh và kiểm ñịnh mô hình

ðể có thể tiến hành tính toán, mô phỏng quá trình dòng chảy lũ trên lưu

vực bằng mô hình thủy văn, thủy lực cần tiến hành các bước hiệu chỉnh và

kiểm ñịnh bộ thông số cho mô hình tính toán, bao gồm: mô hình mưa – dòng

chảy NAM và mô hình kết nối MIKE FLOOD.

a. Mô hình mưa rào – dòng chảy NAM

Trong khu vực nghiên cứu, chỉ duy nhất có trạm thủy văn Kiến Giang

có tài liệu lưu lượng các năm từ 1970-1974, sau ñó trạm chỉ còn quan trắc

mực nước. Mặt khác, do hạn chế về số liệu mưa giờ (chỉ thu thập ñược mưa

giờ tại trạm ðồng Hới từ năm 1980 ñến nay, trạm Kiến Giang số liệu mưa

ngày và 6h ñều không ñầy ñủ) nên trong khuôn khổ luận văn này ñã sử dụng

- 55 -

quan hệ Q-H tại trạm Kiến Giang ñể tính toán lưu lượng từ mực nước cho các

năm có tài liệu mưa giờ tại trạm ðồng Hới, làm cơ sở cho việc hiệu chỉnh và

kiểm ñịnh mô hình. Dựa trên tình hình tài liệu ño ñạc thủy văn cũng như ñể

phù hợp với tài liệu ño ñạc ñịa hình, hai trận lũ năm 1999 và 2000 ñã ñược

lựa chọn ñể hiệu chỉnh và kiểm ñịnh mô hình. Cụ thể:

- Trận lũ từ ngày 10 ñến ngày 16/11/2000 sử dụng cho hiệu chỉnh

- Trận lũ từ ngày 1 ñến ngày 10/11/1999 sử dụng cho kiểm ñịnh

Kết quả hiệu chỉnh và kiểm ñịnh mô hình NAM ñược biểu diễn trong

các hình 3.7 và 3.8 và bảng 1, 2 trong phụ lục.

Hình 3.7: Kết quả hiệu chỉnh mô hình NAM

ðể kiểm tra tính chính xác của kết quả tính toán, trong nghiên cứu này

sử dụng chỉ tiêu NASH ñể ñánh giá sai số của mô hình. Chỉ tiêu NASH ñược

xác ñịnh theo công thức :

2 F o

(3.1) -

)2

F o

y )

(3.2)

i y

2' i

2 F o ( 2 ∑ - = y ( ∑ - y

(3.3)

trong ñó : yi : là giá trịa thực ño

- 56 -

yi’ : là giá trị dự báo

y : là giá trị trung bình của số liệu thực ño

ðánh giá theo chỉ tiêu NASH ñạt 75,2%. Do vậy bộ thông số này sau

ñó ñược giữ nguyên và kiểm ñịnh với trận lũ lịch sử trong khu vực nghiên cứu

(hình 3.8) với sai số 72,3% nằm trong phạm vi cho phép. Do vậy bộ thông số

mô hình NAM (bảng 3.2) ñược chấp nhận ñể sử dụng tính toán trong các

bước tiếp theo.

Hình 3.8: Kết quả kiểm ñịnh mô hình NAM

Bảng 3.2 Kết quả bộ thông số mô hình MIKE-NAM

Giá trị 16,9 102 0,998 434,9 19 0,904 0,75 0,471 276,5

- 57 -

Thông số NAM Umax Lmax CQOF CKIF CK1,2 TOF TIF TG CKBF R2 b. Mô hình thủy lực

ðể tăng cường ñộ chính xác cũng như tiết kiệm thời gian tính toán, mô

hình kết nối 1-2 chiều MIKE FLOOD ñược hiệu chỉnh và kiểm ñịnh với hai

trận lũ năm 2000 và 1999 như trên.

Hiệu chỉnh với trận lũ tháng 11/2000

Tiến hành hiệu chỉnh mô hình với số liệu biên là mực nước tại các trạm

Kiến Giang, ðồng Hới trong trận lũ từ ngày 10 – 16/11/2000, kết quả tính

toán so sánh với số liệu mực nước trạm Lệ Thủy. Tài liệu mưa giờ tại trạm

ðồng Hới kéo dài trong 8 ngày với tổng lượng là 296.9 mm. Số liệu mưa này

là ñầu vào cho mô hình NAM ñể tính toán các biên ñầu vào và biên gia nhập

khu giữa cho mô hình 1 và 2 chiều theo các lưu vực phân chia trong hình 3.5.

Sau quá trình hiệu chỉnh mô hình bằng phương pháp thử sai, ñã

thu ñược bộ thông số ñộ nhám ñáy sông và ñộ nhám trên bãi ngập lũ,

các kết quả tính toán từ mô hình so sánh với kết quả thực ño ñược thể

hiện trong hình 3.9 và bảng 3 trong phụ lục

- 58 -

Hình 3.9 Kết quả hiệu chỉnh mô hình hai chiều

Kết quả ñánh giá sai số theo chỉ tiêu NASH ta thu ñược R2 = 87,4%

kết quả ñánh giá sai số này thuộc loại tốt cho thấy kết quả mô phỏng bằng mô

hình có ñộ chính xác ñạt yêu cầu, sơ ñồ thuỷ lực với các mặt cắt và công trình

trên sông là hợp lý. Các số liệu về ñịa hình và ñộ nhám này sẽ ñược sử dụng

ñể kiểm ñịnh trong giai ñoạn tiếp theo.

Kiểm ñịnh mô hình với trận lũ 11/1999

Quá trình kiểm ñịnh mô hình MIKE - FLOOD ñược tiến hành với quá

trình mưa lũ từ ngày 1/XI ñến ngày 6/XI/1999. Trận mưa có tổng lượng là

403,6 mm kéo dài trong 6 ngày liên tiếp ñã gây ngập trên một vùng rộng

trong khu vực nghiên cứu. Số liệu mưa này là ñầu vào của mô hình NAM ñể

tính toán ñiều kiện biên và gia nhập khu giữa cho mô hình MIKE 11và ñược

tính trực tiếp trong mô hình MIKE 21 ñối với khu vực nghiên cứu chi tiết.

Số liệu mực nước tại trạm Lệ Thủy ñược sử dụng ñể kiểm ñịnh

mô hình với mạng thủy lực 1D, kết quả so sánh tính toán và thực ño

ñược thể hiện chi tiết tại hình 3.10 và bảng 4 trong phụ lục. Kết quả

ñánh giá sai số bằng chỉ tiêu NASH ñạt 88,9%

- 59 -

Hình 3.10 Kết quả kiểm ñịnh mô hình 2 chiều

Về nguyên tắc cần phải hiệu chỉnh và kiểm ñịnh mô hình ngập

lụt cho cả 2 trận lũ trên ñây, tuy nhiên do hạn chế về số liệu ño ñạc vết

lũ cũng như số liệu thống kê tình hình ngập lụt với các trận lũ khác

nhau, nên trong khuôn khổ luận văn này chỉ tiến hành ñánh giá và kiểm

ñịnh bộ thông số mô hình với số liệu ngập lụt trận lũ lịch sử 1999.

Kết quả tính toán bằng mô hình MIKE FLOOD xuất ra dưới

dạng file ASCII, ñược xử lý bằng phần mềm ArcGis 9.1 nhằm xây

dựng các vùng ngập lụt với ñộ sâu ngập khác nhau thành các lớp thông

tin (layer) trên hệ GIS. Từ ñó kết hợp với lớp ranh giới hành chính có

sẵn ñể tính toán diện tích ngập ứng với các xã, huyện và cho toàn vùng.

Các số liệu tính toán ñược so sánh với số liệu thống kê ngập lụt theo

nghiên cứu của Dự án hỗ trợ quản lý thiên tai tại Việt Nam do Bộ

NN&PTNT và UNDP phối hợp thực hiện năm 2004 [8]. Kết quả trong

bảng 3.3 và hình 3.11cho thấy tuy rằng mô hình tính toán diện tích

ngập lụt có thiên lớn nhưng với sai số NASH=73,6% ñã chứng tỏ mô

hình mô phỏng tương ñối tốt diện tích ngập lụt trong trận lũ năm 1999.

- 60 -

Hình 3.11 Kết quả so sánh diện ngập theo từng xã trận lũ năm 1999

STT

Diện ngập TT (ha)

Diện ngập thống kê (ha) [8]

Tên xã

§ång Mü

§ång Phó

382

§øc Ninh

723

413

An Ninh

1497

1458

An Thuû

2190

2142

Cam Thuû

403

416

D¬ng Thuû

714

409

Duy Ninh

787

745

Gia Ninh

861

747

Hµm Ninh

1454

942

H¶i §×nh

150

H¶i Thµnh

172

Hång Thuû

1424

1188

HiÒn Ninh

793

648

Hng Thuû

238

Hoa Thuû

1741

1585

L¬ng Ninh

681

Léc Thuû

446

440

Liªn Thuû

733

694

Mai Thuû

546

388

Mü Thuû

204

337

Phó H¶i

336

231

Phó Thuû

1281

924

Phong Thuû

996

932

S¬n Thuû

1171

921

T©n Ninh

1284

1191

T©n Thuû

627

833

Thanh Thuû

685

620

TT. KiÕn Giang

157

413

V¹n Ninh

1314

1307

Vâ Ninh

592

1251

VÜnh Ninh

1801

1104

Xu©n Thuû

483

444

Bảng 3.3 Thống kê diện tích ngập theo xã lưu vực sông Nhật Lệ trận lũ 1999

Do vậy có thể kết luận rằng bộ thông số thu ñược ñảm bảo ñủ ñộ chính

- 61 -

xác ñể sử dụng cho các tính toán diện tích ngập lụt trong các bước tiếp theo.

3.3 Tính toán ngập lụt theo kịch bản ứng với tần suất 1%, 5% và 10%

ðể tiến hành xây dựng các bản ñồ ngập lụt tại khu vực nghiên cứu theo

các tần suất lũ thiết kế 1%, 5% và 10%, trước tiên sử dụng chuỗi số liệu mực

nước lớn nhất năm từ năm 1964 ñến 2009 ñể xây dựng ñường tần suất bằng

phân phối PIII. Kết quả tính toán thu ñược cho trong bảng 3.4 và hình 3.12

Bảng 3.4 Tần suất thiết kế tại trạm Lệ Thủy – sông Kiến Giang

STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tần suất P% 0.1 1 3 5 10 20 25 30 40 50 Hệ số Kp 1.60 1.47 1.38 1.34 1.27 1.18 1.14 1.11 1.06 1.01 HmaxP 431.05 393.54 370.98 359.13 339.95 316.55 307.24 299.06 284.11 270.01

Hình 3.12 ðường tần suất lũ thiết kế trạm Lệ Thủy

Do ñiều kiện khó khăn về số liệu thu thập trên khu vực nghiên cứu, các

ñường quá trình mưa lũ thiết kế ñược thu phóng theo ñường quá trình mưa –

- 62 -

lũ trận lũ lịch sử từ ngày 1 ñến 10/11/1999. Nhằm ñảm bảo tính ñồng nhất về

tần suất, khi xây dựng các kịch bản lũ thiết kế, luận văn này chỉ sử dụng tài

liệu biên mưa thiết kế, từ ñó tính toán ñường quá trình lũ thiết kế tại các biên

trên cũng như gia nhập khu giữa bằng mô hình NAM với bộ thông số ñã ñược

hiệu chỉnh và kiểm ñịnh ở trên. Phần diện tích ñược khống chế bởi layout tính

toán trong MIKE21 sẽ thu gom nước mưa trên bề mặt (với giả thiết lượng

mưa phân bố ñồng nhất theo không gian) và ñổ trực tiếp về hệ thống sông và

vùng trũng theo các ñiều kiện ñịa hình. Mô hình mưa – lũ thiết kế ñược biểu

diễn trên các hình từ 3.13 ñến 3.15

Hình 3.13 Mô hình mưa trận lũ tháng 11/1999

- 63 -

Hình 3.13a Mô hình mưa thiết kế ứng với tần suất 1%

Hình 3.14 Mô hình mưa thiết kế ứng với tần suất 5%

Hình 3.15 Mô hình mưa thiết kế ứng với tần suất 10%

Các kịch bản ngập lụt 1%, 5% và 10% ñược mô phỏng sử dụng mô

hình thủy ñộng lực kết nối 1-2 chiều tương ứng với các biên là các sự kiện

mưa lũ thiết kế ñã tính toán.

3.4 Xây dựng bản ñồ ngập lụt

Bản ñồ ngập lụt khu vực nghiên cứu ñược xây dựng cho trận lũ lịch sử

1999 và các trận lũ thiết kế 1%, 5% và 10%.

Từ cơ sở dữ liệu về GIS ñã thu thập, chỉnh lý và bổ sung (mục 3.1), bản

ñồ nền khu vực nghiên cứu ñược xây dựng bao gồm các lớp:

¤ Ranh giới: bao gồm ranh giới quốc gia, ranh giới tỉnh, ranh giới huyện

- 64 -

và xã. Dạng dữ liệu: dạng ñường, ký hiệu: Ranhgioi.Tab

¤ Giao thông: bao gồm các ñường quốc lộ, ñường Hồ Chí Minh, ñường

sắt. Dạng dữ liệu: dạng ñường, ký hiêu: giaothong.Tab

¤ Sông ngòi: gồm sông một và hai nét, hồ ao, ñầm lầy. Dạng dữ liệu:

ñường, ký hiệu: thuyhe.Tab

¤ ðịa danh: bao gồm tên tỉnh, tên huyện, tên quốc gia ... Dạng dữ liệu:

dạng text, ký hiệu: Diadanh.Tab

¤ Khung có dạng dữ liệu: ñường và text, ký hiệu Khung.Tab

Sử dụng công cụ ArcGIS nhập số liệu trên cùng với bản ñồ DEM khu

vực nghiên cứu, tiến hành tính toán bản ñồ mức ñộ ngập lụt (bằng hiệu giữa

mực nước lũ với cao ñộ ñịa hình tại ñiểm ñang xét). Kết quả ñược chuyển về

hệ quy chiếu VN2000 và biểu diễn trên các hình từ 3.16 ñến hình 3.19 và các

bảng từ bảng 5 – bảng 8 trong phụ lục.

Các kết quả tính toán từ mô hình MIKE FLOOD ñược trích xuất ra bao

gồm các thông tin về: mực nước lũ tại các vị trí (file chứa các thông tin x, y,

H), vận tốc ñỉnh lũ tại các vị trí (file chứa các thông tin x, y, u và v). Các

thông tin này ñược cập nhật vào thành các layer trong ArcGIS theo hệ quy

chiếu VN2000 và biểu diễn trong các hình 1 ñến hình 5 trong phụ lục.

3.5 Nhận xét

Các kết quả mô phỏng quá trình lũ trong sông và quá trình ngập lụt khu

vực nghiên cứu cho thấy, kết quả tính toán là phù hợp với thực ño. Mặc dầu

số liệu kiểm chứng về diện tích ngập lụt còn hạn chế nhưng bước ñầu cho

thấy triển vọng và ñộ tin cậy chấp nhận ñược của bộ thông số mô hình trong

việc mô phỏng diện tích ngập lụt, vốn là yếu tố rất quan trọng trong xây dựng

bản ñồ ngập lụt. Mặt khác, các tính toán cũng cho thấy bộ mô hình kết nối 1-2

chiều MIKE FLOOD ñã xây dựng trong luận văn này có thể áp dụng trong

- 65 -

thực tế dự báo và cảnh báo lũ cho hạ lưu lưu vực sông Kiến Giang – Nhật Lệ.

- 66 -

- 67 -

- 68 -

- 69 -

Bộ bản ñồ ngập lụt xây dựng cho trận lũ lịch sử 1999 và các trận lũ

thiết kế là cơ sở cho việc quy hoạch phòng chống lũ, quy hoạch sử dụng ñất

cũng như quy hoạch phát triển kinh tế xã hội trên khu vực nghiên cứu nói

riêng và tỉnh Quảng Bình nói chung.

Bên cạnh ñó bộ bản ñồ ngập lụt còn biểu diễn trường vận tốc dòng chảy

tại từng vị trí ứng với các thời ñiểm lũ lên và lũ xuống nên có khả năng dự

báo các khu vực dân cư nguy hiểm hai bên bờ sông giúp cho công tác di dời

dân ra khỏi vùng bị ảnh hưởng, cảnh báo dự báo, phòng tránh và giảm nhẹ

- 70 -

thiên tai ñạt hiệu quả cao.

KẾT LUẬN

Vùng nghiên cứu thuộc hạ lưu hệ thống sông Nhật Lệ, là vùng thường

xuyên chịu ảnh hưởng của bão và lũ. Hàng năm trên lưu vực nghiên cứu xảy

ra 3 - 4 trận bão có cường suất lớn và lưu vực thường xuyên xảy ra hiện tượng

úng ngập, gây ảnh hưởng và thiệt hại tới ñời sống dân sinh kinh tế. ðể góp

phần giảm thiểu nguy cơ ảnh hưởng của lũ lụt, hiện ñã có rất nhiều nghiên

cứu trên lưu vực này, song hướng nghiên cứu của luận văn với việc xây dựng

bản ñồ cảnh báo ngập lụt bằng mô hình thủy ñộng lực học kết hợp với công

cụ GIS là một hướng tiệm cận hiện ñại và cho kết quả khả quan.

Luận văn ñã tổng quan ñược các phương pháp thành lập bản ñồ nói

chung và phương pháp GIS ñể xây dựng bản ñồ nói riêng. Xây dựng ñược

quy trình thành lập bản ñồ ngập lụt kết hợp giữa các tài liệu GIS và kết quả

mô phỏng từ mô hình thủy ñộng lực học.

Luận văn cũng ñã áp dụng thành công mô hình MIKE FLOOD ñể tính

toán, mô phỏng diện ngập, ñộ sâu ngập và trường vận tốc tại các vị trí thuộc

lưu vực hạ lưu sông Nhật Lệ cho kết quả tốt. Bộ mô hình có thể ñược sử dụng

trong thực tế phục vụ công tác cảnh báo, dự báo, phòng chống và giảm nhẹ

thiên tai nói chung và lũ lụt nói riêng.

Luận văn ñã xây dựng ñược các bản ñồ cảnh báo cho khu vực nghiên

cứu ứng với trận lũ lịch sử 1999 và các trận lũ thiết kế 1%, 5% và 10% ñạt kết

quả tốt, là cơ sở khoa học cho các nhà quản lý có các kế hoạch phòng chống

- 71 -

lũ cũng như phát triển kinh tế xã hội cho khu vực nghiên cứu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Bộ môn tính toán thủy văn – Trường ðại học Thủy lợi (2005), Ứng

dụng kỹ thuật viễn thám và hệ thông tin ñịa lý vào phân tích ngập lụt

và ñánh giá ảnh hưởng ngập lụt ở tỉnh Thừa Thiên Huế - Việt Nam,

báo cáo chuyên ñề, Hà Nội.

2. Bộ môn tính toán thủy văn – Trường ðại học Thủy lợi (2004), Bài tập

thực hành viễn thám và GIS.

3. Nguyễn Văn Cư (2000), Một số nhận ñịnh về trận lũ từ ngày 1-

6/11/1999 vùng Trung bộ và kiến nghị một số giải pháp cấp bách khắc

phục sau lũ lụt, Tuyển tập báo cáo hội nghị: “Khoa học, công nghệ dự

báo và phục vụ dự báo khí tượng thủy văn”, tập 2, Hà Nội.

4. Nguyễn Văn Cư (2001), Xây dựng seri bản ñồ phân vùng ngập lụt

tỉnh Thừa Thiên Huế, báo cáo tổng kết ñề tài cấp TTKHTN&CNQG,

Hà Nội.

5. Nguyễn Lập Dân (2004), Nghiên cứu cơ sở khoa học cho các giải

pháp tổng thể dự báo phòng tránh lũ lụt ở miền Trung, báo cáo tổng

kết ñề tài KC – 08 – 12, Lưu trữ tại Bộ Khoa học và Công nghệ Việt

Nam.

6. Nguyễn Lập Dân (2007), Nghiên cứu hiện trạng, xác ñịnh nguyên

nhân và ñề xuất các giải pháp phòng chống bồi lấp cửa sông nhằm

khai thông luồng Nhật Lệ - Quảng Bình, Báo cáo tổng kết ñề tài, Hà

Nội.

7. Cao ðăng Dư (2000), Thời gian dự kiến khi cảnh báo, dự báo lũ, lụt

các sông miền Trung, Tuyển tập báo cáo hội nghị “Khoa học, công

- 72 -

nghệ dự báo và phục vụ dự báo khí tượng thủy văn”, tập 2, Hà Nội.

8. Dự án hỗ trợ hệ thống quản lý thiên tai tại Việt Nam – Bộ NN &

PTNT và UNDP phối hợp thực hiện (2004), Bản ñồ ngập lũ lịch sử

năm 1999.

9. Trần ðình Hợi (2007), Nghiên cứu quy trình vận hành cống mỹ trung

ñảm bảo ngăn mặn, tiêu úng và bảo vệ môi trường, phát triển bền

vững, báo cáo kết quả ñề tài, Hà Nội.

10. Lê Bắc Huỳnh (2000), Lũ lụt lịch sử ñầu tháng XI và ñầu tháng

XII/1999 ở miền Trung, Báo cáo về thiên tai lũ – Dự án UNDP

VIE/97/002, Hà Nội.

11. Lê Văn Nghinh (1998), Giáo trình kỹ thuật viễn thám và hệ thống

thông tin ñịa lý, Nhà xuất bản xây dựng.

12. Nguyễn Khắc Thái (2007), ðặc ñiểm ñịa lý tự nhiên tỉnh Quảng Bình,

Nhà xuất bản ðồng Hới.

13. Trần Thục (2001), Nghiên cứu dự báo và cảnh báo diện ngập lụt lưu

vực các sông Thu Bồn – Vu Gia – Tam Kỳ tỉnh Quảng Nam, báo cáo

tại hội thảo “Tăng cường năng lực ứng phó và xử lý hậu quả môi

trường do lũ lụt gây ra tại các tỉnh miền Trung năm 1999, Hội an.

14. Trần Thục, Ứng dụng mô hình Mike 11 GIS tính toán cảnh báo ngập

lụt hạ du sông Hương, Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ

10, Viện Khoa học KTTV và MT.

15. Phạm Ngọc Toàn, Phan Tất ðắc (1993), Khí hậu Việt Nam, Nhà xuất

bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

16. Tổng cục thống kê tỉnh Quảng Bình (2008), Niên giám thống kê tỉnh

Quảng bình năm 2007.

17. Thái Văn Trừng (1978), Thảm thực vật rừng Việt Nam, Nhà xuất bản

- 73 -

Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

18. Hoàng Thanh Tùng (2004), “Dự báo lũ và cảnh báo ngập lụt cho hệ

thống sông Hương tỉnh Thừa Thiên Huế”, Tạp chí KHKT Thủy lợi và

Môi trường – ðại học Thủy Lợi, (7).

19. Trần Thanh Xuân (2000), Lũ lụt và cách phòng chống, Nhà xuất bản

Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

Tiếng Anh

20. Denmark Hydraulic Institute (DHI), 2007, “MIKE 11 User Guide.

DHI”, 514 pp.

21. Denmark Hydraulic Institute (DHI), 2007, “MIKE 11 Reference

Manual” DHI, 318 pp.

22. Denmark Hydraulic Institute (DHI), 2007, “MIKE 21 Reference

Manual” DHI, 90 pp.

23. Denmark Hydraulic Institute (DHI), 2007“MIKE 21 User Guide”

DHI, 90 pp.

24. Denmark Hydraulic Institute (DHI), 2007, “MIKE FLOOD Reference

Manual” DHI, 514 pp.

25. Denmark Hydraulic Institute (DHI), 2004, “MIKE FLOOD User

- 74 -

Guide” DHI, 514 pp.

Luận văn thạc sĩ khoa học " Xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu hệ thống sông Nhật lệ ( Mỹ Trung - Tám Lưu - Đồng Hới )

XÂY DỰNG BẢN ðỒ NGẬP LỤT HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG

NHẬT LỆ (MỸ TRUNG – TÁM LU – ðỒNG HỚI)

XÂY DỰNG BẢN ðỒ NGẬP LỤT HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG

NHẬT LỆ (MỸ TRUNG – TÁM LU – ðỒNG HỚI)

Lời cảm ơn

Luận văn thạc sỹ khoa học “Xây dựng bản ñồ ngập lụt hạ lưu hệ thống

sông Nhật Lệ (Mỹ Trung – Tám Lu – ðồng Hới)” hoàn thành tại Khoa Khí

tượng-Thủy văn-Hải dương học thuộc trường ðại học Khoa học Tự nhiên, ðại

học Quốc gia Hà Nội vào tháng 12 năm 2009, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của

TS. Trần Ngọc Anh. Tác giả xin bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS.

Trần Ngọc Anh ñã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu Luận

văn.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy, Cô giáo Khoa Khí

tượng Thủy văn và Hải dương học ñã giúp ñỡ, tạo ñiều kiện tốt cho tác giả trong

quá trình học tập và nghiên cứu luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn những

ý kiến ñóng góp quý báu của TS. Nguyễn Thanh Sơn, chủ nhiệm khoa Khí

tượng, Thủy văn và Hải dương học.

Tác giả cũng xin cám ơn các ñồng nghiệp tại phòng Tài nguyên nước cửa

sông và biển, Viện ðịa lý và CN. ðặng ðình Khá ñã giúp ñỡ trong quá trình thực

hiện luận văn.

Trong khuôn khổ luận văn không tránh khỏi những sai sót, tác giả mong

nhận ñược các ý kiến ñóng góp từ phía ñộc giả và các bạn ñồng nghiệp.

CK12

Mưa

CQIF

Umax

D/c sát mặt (CQIF)

Bể chứa sát mặt

L

Lmax

Ea

Khai thác nước ngầm

Mực nước ngầm

Dòngchảy ngầm

QBF

( t h

)  - 

)

( h

( h

)  - 

E-48-58-C-c E-48-58-C-c E-48-58-C-c E-48-58-C-c E-48-58-C-c E-48-58-C-c E-48-58-C-c E-48-58-C-c E-48-58-C-c

E-48-58-C-d E-48-58-C-d E-48-58-C-d E-48-58-C-d E-48-58-C-d E-48-58-C-d E-48-58-C-d E-48-58-C-d E-48-58-C-d

E-48-70-A-b E-48-70-A-b E-48-70-A-b E-48-70-A-b E-48-70-A-b E-48-70-A-b E-48-70-A-b E-48-70-A-b E-48-70-A-b

E-48-70-A-a E-48-70-A-a E-48-70-A-a E-48-70-A-a E-48-70-A-a E-48-70-A-a E-48-70-A-a E-48-70-A-a E-48-70-A-a

E-48-69-B-b E-48-69-B-b E-48-69-B-b E-48-69-B-b E-48-69-B-b E-48-69-B-b E-48-69-B-b E-48-69-B-b E-48-69-B-b

E-48-69-B-a E-48-69-B-a E-48-69-B-a E-48-69-B-a E-48-69-B-a E-48-69-B-a E-48-69-B-a E-48-69-B-a E-48-69-B-a

E-48-70-B-d E-48-70-B-d E-48-70-B-d E-48-70-B-d E-48-70-B-d E-48-70-B-d E-48-70-B-d E-48-70-B-d E-48-70-B-d

E-48-70-B-c E-48-70-B-c E-48-70-B-c E-48-70-B-c E-48-70-B-c E-48-70-B-c E-48-70-B-c E-48-70-B-c E-48-70-B-c

E-48-70-A-d E-48-70-A-d E-48-70-A-d E-48-70-A-d E-48-70-A-d E-48-70-A-d E-48-70-A-d E-48-70-A-d E-48-70-A-d

E-48-70-A-c E-48-70-A-c E-48-70-A-c E-48-70-A-c E-48-70-A-c E-48-70-A-c E-48-70-A-c E-48-70-A-c E-48-70-A-c

E-48-69-B-d E-48-69-B-d E-48-69-B-d E-48-69-B-d E-48-69-B-d E-48-69-B-d E-48-69-B-d E-48-69-B-d E-48-69-B-d

E-48-69-B-c E-48-69-B-c E-48-69-B-c E-48-69-B-c E-48-69-B-c E-48-69-B-c E-48-69-B-c E-48-69-B-c E-48-69-B-c

E-48-70-D-b E-48-70-D-b E-48-70-D-b E-48-70-D-b E-48-70-D-b E-48-70-D-b E-48-70-D-b E-48-70-D-b E-48-70-D-b

E-48-70-D-a E-48-70-D-a E-48-70-D-a E-48-70-D-a E-48-70-D-a E-48-70-D-a E-48-70-D-a E-48-70-D-a E-48-70-D-a

E-48-70-C-b E-48-70-C-b E-48-70-C-b E-48-70-C-b E-48-70-C-b E-48-70-C-b E-48-70-C-b E-48-70-C-b E-48-70-C-b

E-48-70-C-a E-48-70-C-a E-48-70-C-a E-48-70-C-a E-48-70-C-a E-48-70-C-a E-48-70-C-a E-48-70-C-a E-48-70-C-a

E-48-69-D-b E-48-69-D-b E-48-69-D-b E-48-69-D-b E-48-69-D-b E-48-69-D-b E-48-69-D-b E-48-69-D-b E-48-69-D-b

E-48-69-D-a E-48-69-D-a E-48-69-D-a E-48-69-D-a E-48-69-D-a E-48-69-D-a E-48-69-D-a E-48-69-D-a E-48-69-D-a

E-48-70-D-d E-48-70-D-d E-48-70-D-d E-48-70-D-d E-48-70-D-d E-48-70-D-d E-48-70-D-d E-48-70-D-d E-48-70-D-d

E-48-70-D-c E-48-70-D-c E-48-70-D-c E-48-70-D-c E-48-70-D-c E-48-70-D-c E-48-70-D-c E-48-70-D-c E-48-70-D-c

E-48-70-C-d E-48-70-C-d E-48-70-C-d E-48-70-C-d E-48-70-C-d E-48-70-C-d E-48-70-C-d E-48-70-C-d E-48-70-C-d

E-48-70-C-c E-48-70-C-c E-48-70-C-c E-48-70-C-c E-48-70-C-c E-48-70-C-c E-48-70-C-c E-48-70-C-c E-48-70-C-c

E-48-69-D-d E-48-69-D-d E-48-69-D-d E-48-69-D-d E-48-69-D-d E-48-69-D-d E-48-69-D-d E-48-69-D-d E-48-69-D-d

E-48-69-D-c E-48-69-D-c E-48-69-D-c E-48-69-D-c E-48-69-D-c E-48-69-D-c E-48-69-D-c E-48-69-D-c E-48-69-D-c

E-48-82-B-a E-48-82-B-a E-48-82-B-a E-48-82-B-a E-48-82-B-a E-48-82-B-a E-48-82-B-a E-48-82-B-a E-48-82-B-a

E-48-82-A-b E-48-82-A-b E-48-82-A-b E-48-82-A-b E-48-82-A-b E-48-82-A-b E-48-82-A-b E-48-82-A-b E-48-82-A-b

E-48-82-A-a E-48-82-A-a E-48-82-A-a E-48-82-A-a E-48-82-A-a E-48-82-A-a E-48-82-A-a E-48-82-A-a E-48-82-A-a

E-48-81-B-b E-48-81-B-b E-48-81-B-b E-48-81-B-b E-48-81-B-b E-48-81-B-b E-48-81-B-b E-48-81-B-b E-48-81-B-b

)2

Tài liệu liên quan

Có thể bạn quan tâm

Phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường biển: Sự tương tác giữa Công ước Liên hợp quốc về Luật Biển năm 1982 và các hiệp định thương mại tự do thế hệ mới của Việt Nam

Sổ tay Tìm hiểu kiến thức pháp luật về bảo vệ môi trường

Bài giảng Môi trường đại cương - Chương 1: Tổng quan về môi trường

Bài giảng Môi trường đại cương - Chương mở đầu

Câu hỏi ôn tập Con người và môi trường

Câu hỏi ôn tập môn Môi trường

Đề thi học kì 2 môn Lịch sử và Địa lí lớp 8 năm 2024-2025 có đáp án - Trường THCS Nguyễn Văn Bánh, Mỏ Cày Bắc (Phân môn Địa)