Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
487
XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP CẢNH BÁO NGẬP ÚNG
THÀNH PHỐ NAM ĐỊNH
Hoàng Thanh Tùng1, Đào Tiến Đạt2
1Trường Đại học Thủy lợi, email: httung@tlu.edu.vn
2Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Đồng bằng Bắc bộ
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngập úng đã, đang diễn ra ở các đô thị
vùng đồng bằng ở nước ta trong đó có Thành
phố Nam Định, mà các nguyên nhân chính
gây úng ngập là do mưa lớn, thuỷ triều, và do
hệ thống tiêu thoát nước chưa hoàn chỉnh và
còn nhiều hạn chế. Chính vì vậy việc nghiên
cứu mô phỏng ngập úng cho Thành phố Nam
Định là cần thiết. Bài báo này tóm tắt kết quả
mô hình hóa hệ thống tiêu thoát nước và xây
dựng phương pháp cảnh báo ngập úng cho
Thành phố Nam Định.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Phương pháp nghiên cứu
Hầu hết các nghiên cứu mô phỏng và cảnh
báo ngập úng đô thị ở trong và ngoài nước
hiện nay đều sử dụng kết hợp mô hình toán
thủy văn, thủy lực với kỹ thuật VT và GIS [1].
Trong nghiên cứu này, các tác giả đã lựa chọn
sử dụng kết hợp bộ mô hình MIKE URBAN
(modun MOUSE) với phần mềm ArcGIS để
mô phỏng và xây dựng bản đồ cảnh báo ngập
úng cho Thành phố Nam Định tương ứng với
các trận mưa lớn trong những năm gần đây;
đồng thời đánh giá thông tin mưa dự báo của
một số mô hình dự báo mưa hiện nay cho khu
vực nghiên cứu để làm cơ sở cho việc cảnh
báo ngập lụt từ mưa. MIKE URBAN là phần
mềm tiêu thoát nước đô thị do Viện Thủy lực
Đan Mạch phát triển có nhiều lựa chọn tính
giúp giải quyết được hầu hết các vấn đề về tiêu
thoát nước và vệ sinh môi trường của khu vực
đô thị với độ tin cậy cao vì đã thử nghiệm và
ứng dụng ở nhiều nơi trên Thế giới, cũng như
ở Việt Nam. Hình 1 dưới đây minh họa sơ đồ
logic về phương pháp thực hiện nghiên cứu.
Hình 1. Sơ đồ logic về phương pháp
thực hiện nghiên cứu
2.2. Số liệu sử dụng trong nghiên cứu
Các số liệu sử dụng trong nghiên cứu [2]
bao gồm:
a) Số liệu đo mưa: số liệu mưa giờ và 6
giờ từ 2017 đến 2022 của trạm Quang Trung
(TP. Nam Định);
b) Số liệu đo mực nước: Số liệu mực nước
trung bình ngày và mực nước giờ của trạm
Nam Định trên sông Đào từ 2017 đến 2022;
c) Tài liệu về hệ thống tiêu thoát nước và
các công trình thủy lợi trong khu vực nghiên
cứu: bao gồm:
- 14 hồ điều hòa với các thông số chi tiết
như: cao trình đáy, cao trình mực nước thấp
nhất, cao nhất, dung tích hồ lớn nhất, dung
tích và mực nước duy trì thường xuyên, diện
tích mặt hồ;
- Các trạm bơm tham gia vào hệ thống
thoát nước thành phố Nam Định bao gồm:
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
488
TB Kênh Gia (công suất 43.000m3/h), TB
Quán Chuột (công suất 57.000m3/h), TB Cốc
Thành (công suất 732.000m3/h);
- Hệ thống hố ga và cống của thành phố
Nam định (bao gồm các kênh tiêu và sông Đào)
d) Các bản đồ tỉ lệ 1:10.000 bao gồm các
lớp cơ bản như hành chính, địa hình, giao
thông, đê điều, sử dụng đất, ... Các bản đồ này
có nguồn gốc từ Bộ Tài nguyên và Môi trường.
e) Số liệu điều tra ngập úng: tài liệu điều tra
ngập úng của trận mưa lớn năm 2017, 2020...
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Mô hình hóa hệ thống tiêu thoát
nước cho thành phố Nam Định trong
MIKE URBAN sử dụng modun MOUSE
Hệ thống mạng lưới các hố ga, bồn thu
nước, điểm xả và hệ thống cống thoát nước
trong thành phố Nam Định đã được thiết lập
bằng mô đun MOUSE của MIKE URBAN.
Trong đó phần tính toán dòng chảy từ mưa sử
dụng Model B - Phương pháp hồ chứa phi
tuyến tính: mô hình này sử dụng các phương
trình động học để giải quyết các dòng chảy bề
mặt. Phần diễn toán dòng chảy trong hệ thống
cống, kênh tiêu sử dụng phương pháp sóng
động lực. Các bước thiết lập hệ thống tiêu
thoát nước cho thành phố Nam Định bao gồm:
- Bước 1: Tạo một dự án mới.
- Bước 2: Đọc dữ liệu ảnh nền.
- Bước 3: Số hóa mạng lưới tính toán trên
ảnh nền (tạo nút, tạo liên kết..).
- Bước 4: Chỉnh sửa và nhập thuộc tính cho
các nút, các liên kết từ số liệu đã thu thập.
Hình 2. Minh họa hệ thống thoát nước
TP Nam Định trong MIKE URBAN
Với số liệu đã thu thập, toàn bộ khu vực
nghiên cứu được chia thành 2694 lưu vực bộ
phận, 2696 nút thu nước, 3090 đường cống,
14 hồ chứa, 3 công trình trạm bơm và 22 km
kênh, mương thoát nước như minh họa trong
hình 2.
3.2. Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình
Do trên khu vực nghiên cứu chỉ có số liệu
đo đạc mực nước giờ và trung bình ngày của
trạm Nam Định trên sông Đào (sông Nam
Định) và số liệu này được sử dụng như biên
mực nước tại các cửa ra của hệ thống cống đổ
vào sông Đào trong quá trình mô phỏng hệ
thống. Chính vì vậy Tác giả chỉ có thể sử
dụng các tài liệu thống kê các điểm ngập lụt
và mức độ ngập lụt trong một số trận mưa lớn
gần đây trong thành phố để hiệu chỉnh các
thông số của mô hình từ bộ thông số ban đầu
được khuyến nghị trong sổ tay của mô hình.
Kết quả đánh giá được tóm tắt trong Bảng 1
dưới đây cho trận mưa lớn 7-13/10/2017:
Bảng 1. Kết quả mô phỏng ngập úng
do trận mưa từ ngày 7-13/10/2017
STT Vị trí ngập úng
Độ sâu
ngập
mô
phỏng
(cm)
Độ sâu
ngập
điều tra
(cm)
Sai
số
(cm)
1 Đường Trần Hưng
Đạo 60.0 50.0 10.0
2 Dốc Lò Trâu 52.0 60.0 -8.0
3 Hàng Tiện 64.0 60.0 4.0
4 Quang Trung 46.0 40.0 6.0
5 Ngã 6 Năng Tĩnh 66.0 70.0 -7.0
6 Giải phóng 44.0 40.0 4.0
7 Trần Đăng Ninh (trước
cổng chợ 5 tầng) 20.0 30.0 -10.0
8 Trần Phú (trước cửa
bưu điện Tỉnh) 27.0 25.0 2.0
9 Hàng Thao, Máy Tơ 30.0 40.0 -10.0
10 Văn Cao (chợ Năng
Tĩnh) 38.0 30.0 8.0
11 Hai Bà Trưng - Hàng
Cau - Phan Đình Phùng 40.0 30.0 10.0
12 Hàng Cấp
(chợ Diên Hồng) 47.0 40.0 7.0
13 Hàn Thuyên (chùa Cả) 46.0 40.0 6.0
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
489
Kết quả đánh giá trên đây cho thấy mô
hình có khả năng mô phỏng khá tốt và chấp
nhận được trong cảnh báo ngập úng đô thị.
Các thông số chính của mô hình sau khi hiệu
chỉnh lấy từ một số tiểu lưu vực lớn được
minh họa như sau:
- Hệ số nhám vùng thấm: 0.11.
- Hệ số nhám vùng không thấm: 0.02.
- Điền trũng vùng không thấm: 0.05 mm.
- Điền trũng vùng thấm: 0.06 mm.
- Tổn thất thấm lớn nhất: 3.5 mm.
- Tổn thất thấm nhỏ nhất: 0.6 mm.
3.3. Xây dựng bản đồ ngập úng cho một
số trận mưa lớn gây úng ngập
Mô hình tiêu thoát nước sau khi đã được
hiệu chỉnh được sử dụng để tính toán, mô
phỏng ngập úng cho TP. Nam Định cho các
trận mưa lớn đã xảy ra trong 5 năm gần đây
(như trận mưa lớn 13/10/2017, 14-15/10/2020,
08-09/9/2021, 22/8/2022,..) và cho các kịch
bản mưa ứng với các tần suất 1%, 5% và 10%.
Các kết quả tính toán từ mô hình được triết
xuất và xây dựng bản đồ ngập lụt rồi chồng
lớp lên nền Google Earth để phục vụ cho việc
cảnh báo như minh họa ở hình 3:
Hình 3. Minh họa bản đồ ngập lụt trên
nền Google map cho thành phố Nam Định
của trận mưa lớn ngày 14-15/10/2020
3.4. Đề xuất phương pháp cảnh báo úng
ngập do mưa lớn cho TP. Nam Định
Việc cảnh báo ngập lụt cho TP Nam Định
được kiến nghị theo 2 cách [2]:
1) Sử dụng sê ri các bản đồ ngập úng đã
xây dựng cho các trận mưa thực tế đã xảy ra và
cho các trận mưa theo tần suất tính toán. Dựa
trên lượng mưa dự báo, lựa chọn bản đồ ngập
úng có lượng mưa xấp xỉ để đưa ra cảnh báo.
2) Sử dụng mô hình tiêu thoát nước đô
thị đã xây dựng cho thành phố Nam Định
trong MIKE URBAN, kết hợp với việc khai
thác thông tin dự báo mưa từ các mô hình dự
báo mưa hiện có từ Tổng cục KTTV.
Việc cảnh báo ngập lụt theo 2 cách trên
được trình bày tóm tắt theo sơ đồ sau:
Hình 4. Sơ đồ logic cảnh báo ngập úng
cho thành phố Nam Định
Nhóm tác giả trong nghiên cứu đã tiến
hành đánh giá kết quả dự báo mưa của một số
mô hình đang thực hiện tại Tổng cục KTTV
và nhận thấy các mô hình dự báo định lượng
mưa thường có xu thế thiên thấp với các trận
mưa đặc biệt lớn và thiên cao với các trận
mưa vừa và nhỏ, vì vậy khi sử dụng mô hình
cảnh báo này, cần chú ý tham khảo các sản
phẩm dự báo mưa khác và chủ động hiệu
chỉnh tăng lên khi có các hình thế thời tiết bất
lợi để công tác cảnh báo có hiệu quả hơn.
4. KẾT LUẬN
Bài viết đã trình bày tóm tắt kết quả xây
dựng mô hình tiêu thoát nước đô thị và bản
đồ ngập úng khi mưa lớn cho TP. Nam Định.
Đây sẽ là một bộ công cụ hữu ích trong
nghiên cứu các giải pháp giảm thiểu ngập lụt
như hồ điều hòa, trạm bơm, giải pháp tăng
khả năng thấm của bề mặt khi chỉnh trang đô
thị. Thêm vào đó, với việc khai thác số liệu
mưa dự báo từ mô hình dự báo cho tỉnh Nam
Định thì hoàn toàn có thể sử dụng mô hình
này trong cảnh báo úng ngập.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Justine Hénonin et al. (78010), “Urban
flood real-time forecasting and modelling:
A state-of-the-art review”, MIKE by DHI
conference - Copenhagen.