Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
499
XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỦY VĂN, THỦY LỰC
PHỤC VỤ MÔ PHỎNG NGẬP LỤT LƯU VỰC
THƯỢNG NGUỒN SÔNG KONE - TỈNH BÌNH ĐỊNH
Nguyễn Thị Ngọc Bắc
Viện Kỹ thuật Công trình, email: bacntn46@wru.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Việt Nam nói chung là một trong những
quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất bởi lũ
lụt trên thế giới hàng năm [1]. Xuyên suốt
lịch sử loài người luôn tồn tại các nỗ lực để
hiểu, đánh giá và dự đoán các sự kiện lũ lụt
và tác động của nó. Kiểm soát và quản lý rủi
ro lũ lụt bằng các biện pháp phi công trình
như dự báo lũ, cảnh báo lũ, lập bản đồ nguy
cơ lũ lụt và phân vùng rủi ro lũ lụt được áp
dụng phổ biến hiện nay khi mà sự ra đời của
các mô hình thủy văn, thủy lực (MikeNam,
Hec-Hms, Mike11, Mike Flood…) [2] [3] đã
và đang làm rất tốt vai trò trong việc diễn
toán dòng chảy trên các lưu vực hồ chứa,
diễn toán thủy lực trong sông và tràn bãi...
Đã có rất nhiều các nghiên cứu, dự án trước
đó về ngập lụt tại phía hạ du lưu vực sông
Kone kể từ sau đập hồ Định Bình. Công tác dự
báo lũ, cũng như mô phỏng ngập lụt tại phía hạ
du cũng thuận tiện hơn do mạng lưới khí
tượng, thủy văn quan trắc đầy đủ.Tuy nhiên
hiện nay phía thượng nguồn sông Kone không
có trạm đo đạc thủy văn, nên việc dự báo dòng
chảy lũ, diễn toán lũ khu vực thượng nguồn là
điều còn hạn chế và cần thiết. Xuất phát từ
những tồn tại nêu trên trong nghiên cứu này tác
giả đã xây dựng mô hình thủy văn, thủy lực
phục vụ mô phỏng ngập lụt cho lưu vực phía
thượng nguồn sông Kone - tỉnh Bình Định.
Diện tích lưu vực nghiên cứu thượng
nguồn lưu vực sông Kone đến hồ Định Bình
khoảng 1040 km2. Hình 1 thể hiện lưu vực
nghiên cứu. Các nhánh sông chính bao gồm:
1. Sông Kone từ hạ lưu đập thủy điện Vĩnh
Sơn 5 đến hồ Định Bình; 2. Sông Đắk Phan
từ hạ lưu đập thủy điện Vĩnh Sơn A đến nhập
lưu với sông Trà Sơn; 3. Sông Trà Sơn từ hạ
lưu đập thủy điện Vĩnh Sơn B đến hồ Định
Bình; 4. Hạ lưu thủy điện Trà Xom đến nhập
lưu với sông Trà Sơn.
Hình 1. Lưu vực nghiên cứu
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục đích của nghiên cứu là ứng dụng các
mô hình thủy văn, thủy lực để mô phỏng
ngập lụt lưu vực thượng nguồn sông Kone.
Hình 2. Sơ đồ các bước thực hiện
Thu thập tài liệu
- Thu thập tài liệu khí tượng, thủy văn;
- Thu thập tài liệu địa hình, vết lũ…;
- Đặc trưng hồ chứa: Quan hệ Z-F-V.
Thiết lập mô hình
mưa rào, dòng
chảy
- Hiệu chỉnh và
kiểm định mô hình.
- Tính toán xác định
dòng chảy lũ đến hồ
và các tiểu lưu vực
nhập lưu.
Điều tiết lũ
hồ chứa
Xây dựng mô hình
diễn toán lũ
- Thiếp lập mô hình
thủy lực 1 chiều
Mike 11.
- Thiết lập mô hình
thủy lực 2 chiều
Mike 21.
- Hiệu chỉnh và
kiểm định mô hình
thủy lực.
- Kết nối mô hình 1
chiều Mike 11&
Mike 21.
Mô phỏng ngập lụt
- Kết quả thủy lực
- Raster mực nước, độ sâu
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
500
Trong khu vực nghiên cứu không có trạm
đo thủy văn, tuy nhiên phía hạ du lưu vực sông
Kone tính từ hạ lưu hồ Định Bình đến đầm Thị
Nại có rất nhiều lưu vực với số liệu thực đo
đầy đủ, độ tin cậy cao như lưu vực đến đập
Văn Phong. Đây cũng là lưu vực có đặc điểm
thủy văn tương tự, chênh lệch diện tích lưu
vực với khu vực nghiên cứu không nhiều, do
đó tác giả đã thiết lập hiệu chỉnh kiểm định mô
hình thủy văn của lưu vực đập Văn Phong và
mượn bộ thông số của lưu vực trên để tính
toán xác định dòng chảy lũ đến các hồ chứa
phía thượng nguồn Vĩnh Sơn A, Vĩnh Sơn B,
Vĩnh Sơn 5, Trà Xom và các tiểu lưu vực nhập
lưu khu giữa thuộc khu vực nghiên cứu.
Để xây dựng mô hình thủy lực khu vực
nghiên cứu, tác giả kế thừa 10 mặt cắt ngang
khảo sát trên sông Đắk Phan và Trà Sơn được
đo đạc bởi Công ty cổ phần Tư vấn xây dựng
Điện 1. Bên cạnh đó thu thập các vết lũ trên
lưu vực nghiên cứu vào tháng 12/2016 cũng do
Công ty cổ phần Tư vấn xây dựng Điện 1 điều
tra [4] để hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thủy
lực. Bộ thông số của mô hình thủy văn, mô
hình thủy lực được hiệu chỉnh, kiểm định và áp
dụng để mô phỏng diễn toán ngập lụt cho khu
vực nghiên cứu phía thượng nguồn sông Kone.
Hình 3.Thiết lập mô hình thủy lực 1D&2D
thượng nguồn sông Kone
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Kết quả hiệu chỉnh kiểm định mô
hình thủy văn
Nghiên cứu đã tiến hành hiệu chỉnh với
trận lũ năm 2020 và kiểm định với 2 trận lũ
gần đây nhất 2021, 2022 tại lưu vực đập Văn
Phong. Kết quả được thể hiện tại các hình
dưới đây:
Hình 4. Đường quá trình lũ thực đo
và tính toán tại đập Văn Phong trận lũ
từ ngày 6/11-19/11 năm 2020
Hình 5. Đường quá trình lũ thực đo
và tính toán tại đập Văn Phong trận lũ
từ 23/11-10/12 năm 2021
Hình 6. Đường quá trình lũ thực đo
và tính toán tại đập Văn Phong
trận lũ 9/10-10/10 năm 2022
Bảng 1. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định
mô hình thủy văn tại đập Văn Phong
Năm
Chỉ tiêu đánh giá 2020 2021 2022
NASH 85,6 88,3 82,9
Từ kết quả trên hình 4, 5, 6 và bảng 1 cho
thấy, mô hình mô phỏng chính xác xu hướng
và đặc trưng dòng chảy lũ. Bộ thông số được
hiệu chỉnh kiểm định đem lại độ tin cậy tốt,
có thể áp dụng mượn bộ thông số của lưu vực
đập Văn Phong để xác định dòng chảy lũ đến
các hồ chứa phía thượng nguồn và các tiểu
lưu vực nhập lưu khu vực nghiên cứu.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
501
3.2. Kết quả hiệu chỉnh kiểm định mô
hình thủy lực
Trên hệ thống lưu vực nghiên cứu không có
trạm thủy văn để dùng làm tài liệu trong quá
trình hiệu chỉnh kiểm định. Do vậy, tài liệu
chủ yếu sử dụng trong hiệu chỉnh và kiểm
định mô hình là các vết lũ điều tra do PECC1
thực hiện [4]. Biên trên là đường quá trình lưu
lượng xả qua tràn (Q~t) tại các hồ Vĩnh Sơn
A, Vĩnh Sơn B, Trà Xom và Vĩnh Sơn 5. Biên
nhập lưu được xác định từ mô hình thủy văn
đã hiệu chỉnh kiểm định ở trên, biên dưới là
mực nước thực đo tại hồ Định Bình (H~t).
Bảng 2. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định
mô hình thủy lực với trận lũ 12/2016
Cao trình vết lũ (m)
TT Vết lũ tại các MC
theo TL khảo sát Tính
toán Chênh
lệch
1 768,02 768,12 0,1
2 752,24 752,11 0,13
3 153,37 153,22 0,15
4 120,62 120,50 0,12
5 100,86 100,79 0,07
Hình 7. Đường quá trình lưu lượng
đến hồ Định Bình tính toán và thực đo
trận lũ tháng 12/2016
Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mô hình với
trận lũ tháng 12 năm 2016 cho thấy chênh
lệch mực nước giữa tính toán và vết lũ khảo
sát giao động lớn nhất khoảng 0,15m và nhỏ
nhất là 0,07m. Như vậy bộ thông của mô
hình thủy lực là đủ tin cậy, đủ điều kiện áp
dụng mô phỏng ngập lụt cho khu vực phía
thượng nguồn sông Kone.
3.3. Kết quả mô phỏng ngập lụt lưu vực
thượng nguồn sông Kone
Do hạn chế về độ dài của nghiên cứu, tác
giả chỉ mô phỏng ngập lụt lưu vực thượng
nguồn sông Kone với một kịch bản mưa lũ tần
suất P=0,5% làm đại diện. Từ kết quả mô
phỏng độ sâu ngập trong mô hình Mike Flood
trích xuất dữ liệu lớp nước ngập lụt dưới dạng
tif và đưa lên trên lớp dữ liệu bản đồ (hình 8).
Hình 8. Bản đồ ngập lụt thượng nguồn
lưu vực sông Kone ứng với 1 trận mưa
điển hình P = 0,5%
4. KẾT LUẬN
Nghiên cứu đã hiệu chỉnh và kiểm định
thành công mô hình thủy văn mưa rào dòng
chảy tại đập Văn Phong từ đó áp dụng bộ
thông số để xây dựng mô hình thủy văn phía
thượng nguồn lưu vực sông Kone. Đối với mô
hình thủy lực, do hạn chế về mặt số liệu, tác
giả chỉ thu thập được 1 trận lũ 12/2016 làm đại
điện để hiệu chỉnh mô hình. Do vậy bộ thông
số của mô hình còn có những sai sót nhất định.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] World resources institute, "Aqueduct Global
Flood Risk Country Rankings," 5 March 2015.
[Online]. Available: https://www.wri.org/data/
aqueduct-global-flood-risk-country-rankings.
[2] US Army Corps of Engineerings (2013)
HEC HMS Hydrologic Modeling System,
User’s Manual Version 4.0.
[3] DHI (2014), MIKE FLOOD 1D-2D Modelling,
User manual and Scientific back ground.
[4] Công ty cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 1,
"Xây dựng bản đồ ngập lụt hạ du thủy điện
Vĩnh Sơn A,B," 2023.