Nghiên cứu giải pháp phòng chống lũ cho hệ thống sông Chu, sông Mã tỉnh Thanh Hóa

BÀI BÁO KHOA H C<br /> <br /> NGHIÊN C U GI I PHÁP PHÒNG CH NG LŨ<br /> CHO H TH NG SÔNG CHU, SÔNG MÃ T NH THANH HÓA<br /> Nguy n Văn Tài1, Vũ Minh Cư ng2<br /> Tóm t t: Trong nh ng năm g n ây, nhi u tr n lũ l t ã x y ra vùng h du các con sông c a<br /> nư c ta, gây thi t h i l n cho s n xu t nông nghi p và i s ng nhân dân. Trên a bàn t nh Thanh<br /> hóa có 2 sông l n là sông Chu và sông Mã. Lưu lư ng dòng ch y trên các sông này r t l n nhưng<br /> l i phân b không u theo các mùa trong năm. Trong ba tháng mùa lũ, t ng lư ng nư c ch y ra<br /> bi n là 17-18 t m3 chi m t 70% n 72% lư ng nư c c năm, m c nư c sông Mã, sông Chu lên<br /> cao e d a m t s tuy n ê sông, có th gây ng p l t h du, nh hư ng x u n s phát tri n kinh<br /> t , xã h i c a t nh Thanh Hóa. Do ó c n có các gi i pháp phòng ch ng lũ trên h th ng sông này.<br /> Trong bài báo này mô hình toán dòng ch y m t chi u (ph n m m MIKE 11) ã ư c s d ng<br /> tính toán thu l c h th ng sông Chu - Mã ch y qua a ph n t nh Thanh Hóa. Trên lưu v c sông<br /> Chu và sông Mã, nhi u h ch a ã và s ư c xây d ng nh m m c ích phát i n và c t lũ cho h<br /> lưu. Dòng ch y t các h ch a này vào h th ng sông ư c mô ph ng trong mô hình th y l c và<br /> tính toán v i nhi u trư ng h p khác nhau. T ó các tác gi bài báo ã ánh giá hi u qu c t lũ<br /> c a các h ch a thư ng ngu n và xu t các gi i pháp t ng th nh m phòng ch ng lũ, m b o an<br /> toàn cho vùng h lưu h th ng sông trong t nh Thanh Hóa.<br /> T khóa: Lưu lư ng dòng ch y, dòng ch y không n nh, quy ho ch phòng lũ.<br /> 1<br /> 1.<br /> TV N<br /> H th ng sông Chu sông Mã có v trí r t<br /> quan tr ng i v i công cu c phát tri n kinh t<br /> xã h i c a t nh Thanh Hóa. Lưu v c sông Mã có<br /> t ai, tài nguyên nư c,<br /> ti m năng r t l n v<br /> thu năng, r ng và th y h i s n.<br /> c bi t i<br /> v i t nh Thanh Hóa n m trung và h du sông<br /> Mã chi m t i 1/3 di n tích toàn lưu v c, là h<br /> th ng sông có ê hoàn ch nh, nhưng v i tình<br /> hình mưa lũ ngày m t nghiêm tr ng như hi n<br /> nay, t n su t xu t hi n ngày m t nhi u nên c n<br /> ph i có các gi i pháp t ng th v phòng ch ng<br /> lũ lưu v c sông m b o an toàn cho phát tri n<br /> kinh t xã h i b n v ng. Trong các lo i thiên tai<br /> thì lũ l t ư c x p hàng u v ph m vi nh<br /> hư ng, m c<br /> nghiêm tr ng cũng như s l n<br /> xu t hi n. Trên a bàn t nh Thanh Hóa g n ây<br /> tr n lũ tháng 10/2007 do nh hư ng c a cơn bão<br /> s 5, ã gây ra lũ l n trên sông Chu, gây ra s<br /> <br /> 1<br /> 2<br /> <br /> Khoa K thu t tài nguyên nư c, Trư ng i h c Th y L i.<br /> T ng công ty TVXD Th y L i Vi t Nam - CTCP (HEC)<br /> <br /> 122<br /> <br /> c v hơn 100m p C a t ang thi công làm<br /> thi t h i hơn 300 t<br /> ng, hơn 2000 nóc nhà b<br /> ng p l t và hơn 6000 ngư i ph i sơ tán. Như<br /> v y n u chúng ta không có m t gi i pháp phòng<br /> ch ng lũ và qu n lý thiên tai hi u qu thì thi t<br /> h i v kinh t s l n hơn r t nhi u (Vi n Quy<br /> ho ch Th y l i (2010), Quy ho ch phòng ch ng<br /> lũ chi ti t các tuy n sông có ê và và quy ho ch<br /> ê trên a bàn t nh Thanh Hóa).<br /> Trên th gi i vi c nghiên c u, áp d ng các<br /> mô hình toán th y văn, th y l c cho công tác<br /> qui ho ch phòng ch ng lũ, d báo lũ cho h<br /> th ng sông... ư c s d ng khá ph bi n. Mô<br /> hình Mike11 c a Vi n Th y l c an M ch,<br /> DHI là ph n m m ã ư c s d ng r ng rãi và<br /> r t thành công nhi u nư c trên th gi i. Trong<br /> khu v c Châu Á, Mô hình Mike11 ư c áp<br /> d ng<br /> d báo lũ cho lưu v c Sông Mun - Chi<br /> và Songkla Thái Lan, lưu v c Sông MeKong<br /> qua các qu c gia Thái Lan, Lào, Mianma,<br /> Campuchia và Vi t Nam, lưu v c sông<br /> Bangladesh, Indonesia, Singapor, Nh t B n.<br /> <br /> KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR<br /> <br /> NG - S 58 (9/2017)<br /> <br /> 2. T NG QUAN V VÙNG NGHIÊN C U<br /> Sông Mã b t ngu n t Tu n Giáo - Lai Châu,<br /> lưu v c sông Mã tr i r ng trên lãnh th c a<br /> C ng hoà dân ch Nhân dân Lào và 5 t nh thu c<br /> Vi t Nam là i n Biên, Sơn La, Hoà Bình,<br /> Thanh Hoá, Ngh An. T ng di n tích lưu v c<br /> sông Mã là 28490km2. Sông Mã g m nhi u<br /> nhánh sông nh p vào i n hình như: Sông Chu,<br /> sông Âm, sông c u Chày, sông Bư i... và có 2<br /> phân lưu là sông Lèn và sông L ch Trư ng,<br /> hư ng dòng ch y Tây B c - ông Nam v i<br /> chi u dài dòng chính 512 km, chi u r ng bình<br /> quân lưu v c 42km. Sông Mã có 39 ph lưu l n<br /> và 2 phân lưu. Các ph lưu phát tri n u trên<br /> lưu v c. Lư i Sông Mã phát tri n theo d ng<br /> <br /> cành cây phân b<br /> u trên 2 b t và h u. Các<br /> chi lưu quan tr ng c a Sông Mã là: N m L ,<br /> Sông Bư i, Sông C u Chày, Sông Ho t, Sông<br /> Chu. Ph n ch y qua a ph n Vi t Nam là h du<br /> c a Sông Mã.<br /> Lưu v c Sông Chu là ph lưu c p I l n nh t<br /> c a sông Mã. B t ngu n t vùng núi cao trên<br /> t Lào ch y ch y u theo hư ng Tây Tây B c ông ông Nam. Sông Chu<br /> vào sông Mã t i<br /> ngã ba Giàng, Chi u dài dòng chính sông Chu<br /> 392 km, ph n ch y trên t Vi t Nam 160 km.<br /> T ng di n tích lưu v c c a sông Chu 7580 km2<br /> (Vi n Quy ho ch Th y l i (2009), Rà soát Quy<br /> ho ch các công trình phòng, ch ng lũ trên dòng<br /> chính sông Mã).<br /> <br /> T Thôn<br /> <br /> Hòa Thu n<br /> <br /> C a Càn<br /> <br /> S. Báo Văn<br /> <br /> S. Ho t<br /> <br /> C a L ch Sung<br /> <br /> C Thôn Kênh De<br /> <br /> C a L ch Trư ng<br /> <br /> Kim Tân<br /> S. Bư i<br /> <br /> S. Lèn<br /> C a Hoàng Tân<br /> <br /> C m th y<br /> S. Mã<br /> <br /> C a<br /> <br /> Giàng<br /> <br /> Vĩnh khang<br /> <br /> t<br /> <br /> Bông<br /> <br /> C u Hàm R ng<br /> <br /> S. Chu<br /> <br /> Bái Thư ng<br /> <br /> Xuân Khánh<br /> GHI CHÚ<br /> <br /> Hư ng dòng ch y<br /> Biên lưu lư ng<br /> Biên m c nư c<br /> <br /> Hình 1. Sơ<br /> <br /> dòng ch y sông Chu, sông Mã<br /> <br /> Vùng nghiên c u mang c i m c a khí h u<br /> nhi t i gió mùa. Mùa mưa b t u t tháng V<br /> n tháng X khi d i h i t nhi t i di chuy n<br /> qua cùng v i các nhi u ng th i ti t khác như:<br /> rãnh, áp th p, bão,... gây ra các tr n mưa cư ng<br /> l n, t ng lư ng mưa chi m 85 ÷ 87% lư ng<br /> mưa năm. Lư ng mưa tháng l n nh t xu t hi n<br /> vào tháng VIII, IX.<br /> Mùa khô b t u t tháng XI n tháng IV<br /> năm sau, th i kỳ có không khí c c i tràn v<br /> làm lư ng mưa gi m d n. T ng lư ng mưa<br /> trong các tháng ít mưa t tháng I-IV ch chi m<br /> KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR<br /> <br /> 7,1÷8,7% t ng lư ng mưa năm, tháng I có<br /> lư ng mưa th p nh t, chi m 0,9÷1,3% lư ng<br /> mưa năm (Vi n Quy ho ch Th y l i (2010),<br /> Quy ho ch phòng ch ng lũ chi ti t các tuy n<br /> sông có ê và và quy ho ch ê trên a bàn t nh<br /> Thanh Hóa).<br /> 3. N I DUNG NGHIÊN C U<br /> Bài báo này s d ng mô hình toán Th y l c<br /> m t chi u MIKE 11 do Vi n Thu l c an<br /> M ch xây d ng, ư c ng d ng<br /> gi i bài toán<br /> thu l c không n nh trong h th ng sông Mã,<br /> sông Chu trên a ph n t nh Thanh Hóa.<br /> <br /> NG - S 58 (9/2017)<br /> <br /> 123<br /> <br /> 3.1 Thi t l p mô hình th y l c cho h<br /> th ng sông Chu - sông Mã<br /> D li u ph c v cho thi t l p mô hình là các<br /> tài li u a hình th c o (m t c t ngang, c t d c<br /> <br /> sông), lư ng mưa ngày, m c nư c t i m t s v<br /> trí trên h th ng, các tài li u này ư c s d ng<br /> l p sơ<br /> th y l c. Các o n sông trong h<br /> th ng thi t l p mô hình th y l c bao g m:<br /> <br /> B ng 1. Các m t c t trên các o n sông trong mô hình<br /> TT<br /> 1<br /> 2<br /> 3<br /> 4<br /> 5<br /> 6<br /> 7<br /> 8<br /> <br /> Tên sông<br /> Sông Mã<br /> Sông Chu<br /> Sông Lèn<br /> Sông Ho t Càn<br /> Sông L ch Trư ng<br /> Sông Bư i<br /> Sông Kênh De<br /> Sông Báo Văn<br /> <br /> T<br /> T<br /> T<br /> T<br /> T<br /> T<br /> T<br /> T<br /> <br /> o n sông<br /> C m Th y n Hoàng Tân<br /> C a t n ngã ba Giàng<br /> Sông Mã n C a L ch Sung<br /> Hòa Thu n n c a Càn<br /> Tu n n c a bi n<br /> Kim Tân n Vĩnh Khang<br /> sông Lèn n L ch Trư ng<br /> T Thôn n sông Lèn<br /> <br /> Hình 2. Sơ tính toán Th y l c m ng<br /> sông Chu, sông Mã<br /> <br /> Chi u dài (km)<br /> 89,3<br /> 79,2<br /> 40,5<br /> 52,4<br /> 23,4<br /> 25,7<br /> 6,0<br /> 9,5<br /> <br /> S m tc t<br /> 49<br /> 53<br /> 37<br /> 78<br /> 18<br /> 14<br /> 13<br /> 10<br /> <br /> 3.2 Mô ph ng hi u ch nh và ki m nh mô<br /> hình th y l c<br /> Sơ<br /> thu l c thi t l p ư c mô ph ng b ng<br /> 1 tr n lũ năm th c t cho h th ng sông Chu,<br /> sông Mã tương ng v i mô hình tri u th c t<br /> các c a sông khi hi u ch nh và mô hình. Các<br /> mô ph ng và<br /> tr m th y văn ư c s d ng<br /> ki m nh mô hình: Tr m Th y văn Lý Nhân,<br /> tr m Th y văn Giàng trên sông Mã, tr m th y<br /> văn Xuân Khánh trên sông Chu và tr m th y<br /> văn C Thôn trên sông Lèn.<br /> a. Tính toán mô ph ng hi u ch nh mô hình<br /> Qua phân tích các tr n mưa gây lũ l n theo<br /> tài li u thu th p ư c c a các tr m khí tư ng<br /> th y văn trong vùng nghiên c u, ch n tr n lũ<br /> x y ra t ngày 3÷11/X/2007<br /> mô ph ng hi u<br /> ch nh mô hình th y l c mùa lũ 2007 cho k t qu<br /> như sau:<br /> <br /> B ng 2. M c nư c l n nh t th c o và tính toán t i m t s v trí trên sông Mã<br /> TT<br /> 1<br /> 2<br /> 3<br /> 4<br /> 5<br /> 6<br /> 7<br /> 8<br /> 124<br /> <br /> V trí<br /> C m Th y<br /> Th y văn Lý Nhân<br /> Th y văn Giàng<br /> C u Lèn<br /> Th y văn C Thôn<br /> C ng Báo Văn<br /> Kim Tân<br /> Xuân Khánh<br /> <br /> Trên sông<br /> Mã<br /> Mã<br /> Mã<br /> Lèn<br /> Lèn<br /> Báo Văn<br /> Bư i<br /> Chu<br /> <br /> M c nư c (m)<br /> Th c o<br /> Tính toán<br /> 21,97<br /> 22,12<br /> 13,24<br /> 13,30<br /> 7,28<br /> 7,32<br /> 6,95<br /> 6,78<br /> 5,65<br /> 5,58<br /> 4,30<br /> 4,35<br /> 14,26<br /> 14,25<br /> 12,61<br /> 12,85<br /> <br /> KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR<br /> <br /> NG - S 58 (9/2017)<br /> <br /> Hình 3. ư ng m c nư c t i Xuân Khánh trên Sông Chu và t i Giàng trên Sông Mã<br /> <br /> Hình 4. ư ng quan h tr n lũ tháng 10/2007 t i C u Lèn và C Thôn trên Sông Lèn<br /> <br /> b. Ki m nh mô hình th y l c v i tr n lũ<br /> x y ra năm 1996<br /> L a ch n tr n lũ ã x y ra t 14÷20/VIII/<br /> <br /> 1996 trên lưu v c sông Mã làm tr n lũ th c t<br /> ki m nh mô hình th y l c h th ng sông<br /> Chu sông Mã. K t qu tính toán như sau:<br /> <br /> B ng 3. M c nư c l n nh t th c o và tính toán t i m t s v trí trên sông Mã<br /> TT<br /> 1<br /> 2<br /> 3<br /> 4<br /> <br /> V trí<br /> Lý Nhân<br /> Th y văn Giàng<br /> Th y văn C Thôn<br /> Xuân Khánh<br /> <br /> Trên sông<br /> Sông Mã<br /> Sông Mã<br /> Sông Lèn<br /> Sông Lèn<br /> <br /> M c nư c (m)<br /> Th c o<br /> Tính toán<br /> 12,07<br /> 12,24<br /> 5,62<br /> 5,61<br /> 4,85<br /> 4,76<br /> 9,48<br /> 9,41<br /> <br /> Các ư ng quá trình m c nư c th c o và tính toán qua mô hình như sau:<br /> <br /> Hình 5. ư ng m c nư c tr n lũ tháng 8/1996 t i Xuân Khánh trên sông Chu<br /> và t i C Thôn trên sông Lèn<br /> KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR<br /> <br /> NG - S 58 (9/2017)<br /> <br /> 125<br /> <br /> c. ánh giá và l a ch n b thông s cho mô hình th y l c<br /> <br /> Hình 6. ư ng m c nư c tr n lũ tháng 8/1996 t i Lý Nhân và Giàng trên Sông Mã<br /> Trong quá trình ch y mô ph ng ch c ch n s<br /> có l i x y ra, c n thi t ph i s a các l i này và<br /> hi u ch nh l i b thông s b ng cách thay i<br /> nhám, ki m tra tính h p lý các m t c t, các i u<br /> ki n biên và k t h p so sánh k t qu ch y mô<br /> ph ng v i s li u th c o b ng ch s Nash ánh giá k t qu mô ph ng và s<br /> Sutcliffe<br /> xác nh ư c b thông s c a mô hình.<br /> <br /> ∑ (X<br /> =<br /> n<br /> <br /> R<br /> <br /> 2<br /> <br /> i −1<br /> <br /> i<br /> <br /> 2<br /> <br /> ) −∑ (X ' − X )<br /> ∑ (X − X )<br /> −X<br /> <br /> n<br /> <br /> 2<br /> <br /> n<br /> <br /> i −1<br /> <br /> 2<br /> <br /> 1<br /> <br /> i −1<br /> <br /> i<br /> <br /> Trong ó:<br /> R2 - Hi u s hi u qu c a mô hình<br /> Xi - Giá tr th c o;<br /> X'i - Giá tr tính toán theo mô hình<br /> X - Giá tr th c o trung bình.<br /> Sau khi tính toán mô ph ng hi u ch nh mô<br /> hình th y l c h th ng sông Chu, sông Mã cho<br /> năm th c t 10/2007, ánh giá k t qu mô<br /> ph ng qua các ch s Nash - Sutcliffe t i m t s<br /> v trí:<br /> <br /> B ng 4. K t qu hi u ch nh mô hình theo tr n lũ 10/2007<br /> TT<br /> <br /> V trí<br /> <br /> 1<br /> 2<br /> <br /> Xuân Khánh<br /> Giàng<br /> <br /> Ki m<br /> <br /> Thu c<br /> sông<br /> Sông Chu<br /> Sông Mã<br /> <br /> Ch s<br /> NASH<br /> 78,12%<br /> 79,33%<br /> <br /> TT<br /> <br /> V trí<br /> <br /> 3<br /> 4<br /> <br /> C Thôn<br /> C u Lèn<br /> <br /> Thu c<br /> sông<br /> Sông Lèn<br /> Sông Lèn<br /> <br /> Ch s<br /> NASH<br /> 82,66%<br /> 72,35%<br /> <br /> nh mô hình th y l c h th ng sông Chu sông Mã cho năm th c t 8/1996.<br /> <br /> B ng 5. K t qu ki m<br /> <br /> nh mô hình theo tr n lũ 8/1996<br /> <br /> TT<br /> <br /> V trí<br /> <br /> Thu c<br /> sông<br /> <br /> Ch s<br /> NASH<br /> <br /> TT<br /> <br /> V trí<br /> <br /> Thu c<br /> sông<br /> <br /> Ch s<br /> NASH<br /> <br /> 1<br /> <br /> Lý Nhân<br /> <br /> Sông Mã<br /> <br /> 81,73%<br /> <br /> 3<br /> <br /> C Thôn<br /> <br /> Sông Lèn<br /> <br /> 79,53%<br /> <br /> 2<br /> <br /> Giàng<br /> <br /> Sông Mã<br /> <br /> 84,26%<br /> <br /> 4<br /> <br /> Xuân Khánh<br /> <br /> Sông Lèn<br /> <br /> 77,28%<br /> <br /> T các hình v<br /> th trên có th th y r ng<br /> quá trình lũ tính toán và th c o tương<br /> i<br /> ng nh t c v biên<br /> và<br /> l n, các ư ng<br /> m c nư c theo mô ph ng và th c o r t g n<br /> nhau, k t qu tính toán h s hi u qu mô hình<br /> t giá tr khá t t. Do v y có th s d ng b<br /> 126<br /> <br /> thông s c a mô hình<br /> tính toán cho các bài<br /> toán thi t k quy ho ch phòng ch ng lũ cho<br /> t nh Thanh Hóa.<br /> 3.3. Các i u ki n biên<br /> Các i u ki n biên trên h th ng sông Chu và<br /> Sông Mã ư c l y như sau:<br /> <br /> KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR<br /> <br /> NG - S 58 (9/2017)<br /> <br />