Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
490
XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO SỚM LŨ QUÉT
CHO LƯU VỰC SÔNG TRÀ, QUẢNG NAM
Nguyễn Thị Ngọc Bắc1, Hoàng Việt Hùng2, Nguyễn Thế Toàn2, Trần Kim Châu2
1Viện Kỹ thuật Công trình, email: bacntn46@wru.vn
2Trường Đại học Thủy lợi
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Lũ quét là một trong những loại hình thiên
tại gây thiệt hại lớn đến con người và tài sản
ở Việt Nam nói chung và tỉnh Quảng Nam
nói riêng [1], [2], [3], [4]. Hiện nay, việc ứng
phó với lũ quét còn gặp nhiều thách thức. Do
cơ chế hình thành lũ còn rất phức tạp và còn
nhiều ẩn số với con người, xu thế chung trên
thế giới hiện nay là xây dựng các hệ thống
cảnh báo sớm. Trong nghiên cứu này, các tác
giả tập trung xây dựng hệ thống cảnh báo
sớm cho lưu vực sông Trà, tỉnh Quảng Nam.
Hình 1. Lưu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu là lưu vực Sông Trà
thuộc tỉnh Quang Nam. Hình 1 thể hiện lưu
vực Sông Trà. Lưu vực có diện tích là 424
km2. Lưu vực có địa hình tương đối dốc. Phần
diện tích có độ dốc lớn hơn từ 25 chiếm
khoảng 59,12%. Đây là khu vực thường
xuyên xảy ra các trận mưa với cường độ lớn.
Theo số liệu thống kê từ trạm Hiệp Đức từ
năm 2002 đến nay, thì trung bình hàng năm có
khoảng 4 trận mưa có lượng mưa trên
100mm/ngày. Tất cả điều này gây ra nguy cơ
xảy ra lũ quét rất cao cho khu vực nghiên cứu.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục đích của nghiên cứu là phát triển hệ
thống cảnh báo sớm lũ quét cho lưu vực Sông
Trà. Hệ thống bao gồm 3 thành phần chính:
(1) thu thập dữ liệu mưa từ các nguồn, (2)
phân tích xử lý dữ liệu và (3) hệ thống phát
bản tin cảnh báo như Hình 2. Trong nghiên
cứu này, bài báo trình bày nội dung chính của
thành phần phân tích số liệu
Hình 2. Sơ đồ nghiên cứu
Thành phần phân tích và xử lý số liệu
được coi như nền tảng của hệ thống. Để xây
dựng thành phần này, nghiên cứu tiến hành
thiết lập mô hình toán thủy văn kết hơp với
xây dựng mối tương quan giữa lưu lượng tràn
bờ và đặc trưng lưu vực. Trong khu vực
nghiên cứu không có trạm thủy văn, tuy
nhiên trong lưu vực nghiên cứu có hồ chứa
Đắk Mi 4C có đo đạc lưu lượng đến hồ.
Nghiên cứu đã thiết lập mô hình thủy văn cho
lưu vực Đắk Mi 4C.
Từ số liệu mô hình số độ cao (DEM),
nghiên cứu tiến hành phân chia lưu vực Sông
Trà thành các tiểu lưu vực. Tiêu chí lựa chọn
cửa ra của các tiểu lưu vực thường là những
Lượng mưa quan sát được
Lượng mưa tập trung
Mô hình sông Trà
Tính toán xả Qcal Qbf = f (đặc điểm tiểu LV)
So sánh Q và Qbf
Bật chế độ
cảnh báo
Bật chế độ
an toàn
Xác thực mô hình
Dak Mi 4C
Đặc điểm
của tiểu lưu
vực
Phân chia
tiểu lưu
vực
DEM
Lưu lư
ợng
tràn bờ
Dấu hiệu
tràn bờ Khảo sát
Qca ≥ Qbf
Qcal < Qbf
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
491
vị trí mong muốn cảnh báo lũ quét. Dựa vào
kết quả phân chia các tiểu lưu vực, tiến hành
xác định các đặc trưng của tiểu lưu vực.
Công tác khảo sát địa hình đã được tiến
hành song song với công việc xác định các
đặc trưng lưu vực. Các vị trí khảo sát cần
phân bố đều trên lưu vực nhằm đảm bảo tính
đại diện trên toàn lưu vực. Tuy nhiên những
vị trí này cũng cần có khả năng di chuyển
đến cũng như thực hiện công tác khảo sát.
Các vị trí được ưu tiên lựa chọn khảo sát tại
những khu dân cư, các cơ sở vật hạ tằng nằm
sát bờ sông. Bên cạnh đó, những vị trí này
cần tồn tại ít nhất một dấu hiệu nhận biết. Đã
có 20 vị trí được nghiên cứu tiến hành khảo
sát, ký hiệu từ T01 đến T20 (Hình 1).
Trong quá trình khảo sát tại các mặt cắt,
nghiên cứu cũng tiến hành xác định các dấu
hiệu tràn bờ. Dựa trên các dấu hiệu tràn bờ đã
được đề cập trong các nghiên cứu của [5], [6],
[7], bao gồm (I) cao trình bãi sông, (II) cao
trình nơi có sự thay đổi độ dốc bờ sông, (III)
đỉnh bãi sông cong, (IV) cao trình nơi có sự
thay đổi vật liệu hạt, (V) cao trình cao nhất
của hố xói hàm ếch bên bờ sông, (VI) cao
trình nơi có sự thay đổi loại thực vật. Ngoài ra
trong một số tài liệu còn có thể dựa vào các
vết đổi màu hoặc các vết bùn cát trên đá (VII)
để xác định mực nước tràn bờ (Hình 3).
Hình 3. Các dấu hiệu tràn bờ
3. KẾT QUẢ
Trong phạm vi bài báo này, các tác giả chỉ
trình bày 2 nội dung chính của hệ thống cảnh
báo sớm là thiết lập mô hình toán và điều tra
khảo sát lưu lượng tràn bờ.
3.1. Thiết lập mô hình toán
Kết quả tính toán dòng chảy đến hồ đối
với thủy điện Đắk Mi 4C cho thấy đường quá
trình dòng chảy tính toán phù hợp với đường
quá trình dòng chảy thực đo. Kết quả hiệu
chỉnh và kiểm định cho ở bảng 1 dưới đây.
Nhận thấy chỉ số NSE lần lượt là 0,892% và
0,815 cho quá trình hiệu chỉnh và kiểm định
mô hình. Theo đánh giá của [8] các chỉ số
này đều rất tốt. Thời gian xuất hiện đỉnh lũ
tính toán cũng trùng với thực đo. Trong khi
đó giá trị đỉnh lũ có sai số < 5% trong cả 2
quá trình hiệu chỉnh và kiểm định. Điều này
có nghĩa bộ thông số đảm bảo phản ánh hiện
trạng của lưu vực.
Bảng 1. Kết quả hiệu chỉnh mô hình
Quá trình Nash Qmax (%) T (h)
Hiệu chỉnh 0,89 1,2 0
Kiểm định 0,81 4.7 0
Mượn bộ thông số đã được kiểm định từ
mô hình Đắk Mi 4C cho mô hình Sông Trà.
Trong nghiên cứu này, lưu vực Sông Trà
được chia thành 25 tiểu lưu vực. Diện tích
mỗi tiểu lưu vực biến đổi từ 3 đến 33 km2.
Điều này đáp ứng điều kiện áp dụng của mô
hình thông số tập trung. Mô hình Sông Trà
được thể hiện như Hình 4. Việc phân chia
tiểu lưu vực 1 cách linh động cũng là một ưu
điểm lớn của hệ thống này. Điều này giúp hệ
thống có thể đưa ra những cảnh báo chủ
động theo không gian tại những vị trí mong
muốn như các khu dân cư, các cơ sở hạ tầng
quan trọng.
Hình 4. Mô hình lưu vực Sông Trà
(I) Cao trình
bãi sông
(II) Cao trình nơi
có sự thay đổi
độ dốc bờ sông
(III) Đỉnh bãi
sông cong
(IV) Cao trình nơi có sự
thay đổi vật liệu hạt
(V) Cao trình cao
nhất của hố xói h
àm
ếch bên bờ sông
(VI) Cao trình cao
nhất của hố xói hàm
ếch bên bờ sông
(VII) Các v
ết đổi
màu hoặc các vết
bùn cát trên đá
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
492
3.2. Điều tra khảo sát lưu lượng tràn bờ
Kết quả khảo sát cho thấy tại một ví trí có
thể xuất hiện nhiều dấu hiệu tràn bờ. Cao trình
của các dấu hiệu này cũng có thể có sự chênh
lệch. Cao nhất thường là dấu hiệu (I) cao trình
bãi tràn và (VI) sự thay đổi thực vật. Thấp nhất
thường là dấu hiệu (III) đỉnh bãi sông cong và
(IV) thay đổi vật liệu hạt. Mặc dù vậy sự khác
biệt này không nhiều và cũng chỉ tương đương
với sự khác biệt về cao trình của cùng một đấu
hiệu trên 1 đoạn sông khảo sát. Trong nghiên
cứu này, mực nước tràn bờ được lấy là giá trị
cao trình cao nhất. Dựa vào cao trình đã được
xác định lưu lượng tràn bờ cũng sẽ được xác
định tại từng mặt cắt. Kết quả khảo sát các dấu
hiệu tràn bờ và kết quả tính toán lưu lượng
tràn bờ tại các mặt cắt ngang được tóm tắt như
Bảng 2. Các giá trị này sẽ là ngưỡng để so
sánh với lưu lượng tính toán từ mô hình. Đấy
là sơ sở để phát cảnh báo của hệ thống.
Bảng 2. Kết quả điều tra xác định Qbf
MC Kinh độ Vĩ độ Chỉ số Zbankfull
(m)
Qbankfull
(m3/s) Location
T01 107,908 15,453
T02 107,923 15,460
Không sử dụng dữ liệu vì trong
lòng hồ chứa
T03 107,937 15,464 I, VI 50,2 678 Trường THCS Phước Hiep
T04 107,957 15,472 II, IV, V, VI 41,9 900 Ban quản lý rừng Đắk Mi
T05 107,966 15,482 I, VI 37,8 1166 Cầu Ba Xa
T06 107,970 15,480 I, IV, VI 39,0 512
T07 107,982 15,496 I, II, VI 33,8 1340 Nhà máy Cao su Phương Sơn
T08 107,995 15,510 I 30,5 312
T09 108,008 15,524 I, VI 25,7 1771
T10 108,015 15,539 I, II, VI 27,1 265 Trang trại Quyết Thắng
T11 108,018 15,490 I, IV, V 48,4 428
T12 108,028 15,510 I, VI, VII 34,5 486 Xã Phước Trà
T13 108,060 15,489 I 54,7 253
T14 108,035 15,515 I, VI 34,0 409
T15 108,023 15,534 VI 23,1 889 Nhà máy Cao su Quảng Nam
T16 108,025 15,543 I, V 22,1 2716 Cầu Ba Huỳnh
T17 108,037 15,551 II, VI 17,9 171
T18 108,053 15,549 I 19,9 293 Cầu Thanh Niên
T19 108,053 15,557 I, III, IV 16,5 2978 Khu dân cư
T20 108,058 15,569 I, VI 14,8 3132 Cửa ra lưu vực
4. KẾT LUẬN
Nghiên cứu đã trình bày thành phần xử lý
số liệu trong việc xây dựng hệ thống cảnh
báo sớm. Nguyên lý của các tiếp cận là kết
hợp các mô hình thủy văn với điều tra thực
địa. Với cách tiếp cận trên, hệ thống nâng cao
độ tin cậy khi sử dụng số liệu đo đạc lại có
thể linh động cảnh báo theo không gian trên
toàn lưu vực.
LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu được thực hiện dưới sự hỗ trợ
từ đề tài “Nghiên cứu xây dựng công nghệ
cảnh báo nguy cơ lũ quét, sạt lở đất vùng
Trung Trung Bộ” mã số ĐTKHCN.33/23.
Chúng tôi khẳng định kết quả của bài báo này
chưa được công bố ở bất kỳ ấn phẩm nào.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] T. McCandless, “Maryland Stream Survey:
Bankfull Discharge and Channel Characteristics
of Streams in the Allegheny Plateau and the
Valley and Ridge Hydrologic Regions,” 2003.
[2] G. C. Bent and A. M. Waite, “Equations for
Estimating Bankfull Channel Geometry and
Discharge for Streams in Massachusetts,” 2013.