Báo cáo nghiên cứu khoa học " Ứng dụng mô hình MIKE-FLOOD tính toán ngập lụt hạ lưu sông Ba "

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

177
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo giới thiệu một số kết quả tính toán ngập lụt hạ lưu sông Ba thuộc tỉnh Phú Yên bằng mô hình MIKE FLOOD. Đầu vào mô hình là lưu lượng thực đo tại trạm Củng Sơn. Lượng gia nhập khu giữa được tính từ lượng mưa sinh dòng chảy bằng mô hình MIKE NAM.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học " Ứng dụng mô hình MIKE-FLOOD tính toán ngập lụt hạ lưu sông Ba "

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282 Ứng dụng mô hình MIKE-FLOOD tính toán ngập lụt hạ lưu sông Ba Cấn Thu Văn1, Nguyễn Hữu Khải2, Nguyễn Thanh Sơn2,* 1 Trường CĐ Tài nguyên và Môi trường TPHCM, 236B Lê Văn Sĩ, P1, Quận Tân Bình, TPHCM, Việt Nam 2 Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 29 tháng 4 năm 2011 Tóm tắt. Bài báo giới thiệu một số kết quả tính toán ngập lụt hạ lưu sông Ba thuộc tỉnh Phú Yên bằng mô hình MIKE FLOOD. Đầu vào mô hình là lưu lượng th ực đo tại trạm Củng Sơn. Lượng gia nhập khu giữa được tính từ lượng mưa sinh dòng chảy bằng mô hình MIKE NAM. Bộ thông số mô hình kết nối 1-2 chiều được hiệu chỉnh và kiểm định bằng tài liệu thực đo mực nước ba trận lũ 10/1993, 11/1988 và 12/1986 tại trạm Phú Lâm. Ngoài ra bộ thông số mô hình còn được hiệu chỉnh từ các vết lũ điều tra sau trận lũ 10/1993. Kết quả mô phỏng tương đối phù hợp với thực đo chứng tỏ khả năng ứng dụng của mô hình trong công tác xây dựng bản đồ ngập lụt và cảnh báo lũ lụt cho hạ lưu sông Ba, đặc biệt là sau khi có sự tham gia điều tiết của hệ thống hồ chứa phía thượng lưu. Bài báo này được sự hỗ trợ từ đề tài nhóm A ĐHQGHN QGTĐ.10 -06 và KC.08.30/06-10 Từ khóa: mô hình MIKE FLOOD; sông Ba; bản đồ ngập lụt; mô hình MIKE NAM . 1. Mở đầu trường học…Thống kê một số năm gần đây cho thấy tình hình lũ lụt trên lưu vực ngày càng Từ xưa tới nay, lũ lụt luôn là mối đe dọa, nghiêm trọng với mức độ thiệt hại có xu thế gây ra nhiều thiệt hại về người và của. Cùng với ngày càng tăng. Để ứng phó với lũ lụt, ngoài sự tăng trưởng của các ngành kinh tế và sự phát các biện pháp công trình (đê, kè, hồ chứa phòng triển của xã hội, đòi hỏi công tác quản lý, lũ…) thì các biện pháp phi công trình (quy phòng chống thiên tai lũ lụt nhằm đảm bảo mức hoạch sử dụng nguồn nước, bố trí khu dân độ an toàn ngày càng cao và hạn chế đến mức cư…) cũng đóng vai trò rất quan trọng. Mặt thấp nhất về thiệt hại. khác, ứng phó nhanh với lũ lụt bằng các biện Hàng năm, về mùa lũ, nước sông Ba dồn từ pháp tức thời như cảnh báo, dự báo vùng ngập, thượng lưu về gây ngập lụt nghiêm trọng cho hạ chủ động di dời và sơ tán dân cư đến nơi an lưu. Lũ đã gây ngập lụt, thiệt hại khá lớn về toàn…đã mang lại hiệu quả cao trong việc giảm người và tài sản trên lưu vực như: nhà cửa bị nhẹ thiên tai gây ra. ngập, bị sập, các công trình hạ tầng cơ sở như Một trong những biện pháp hạn chế hậu quả _______ lũ lụt là xây dựng bộ bản đồ ngập lụt ứng với  Tác giả liên hệ. ĐT: 84-4-38584943. các tần suất lũ khác nhau nhằm quy hoạch, cảnh E-mail: sonnt@vnu.edu.vn 273
274 C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282 báo và dự báo lũ. Hơn nữa, công cụ này có thể 2. Giới thiệu vùng nghiên cứu đánh giá thiệt hại mỗi khi có thiên tai. Lưu vực sông Ba nằm ở Miền Trung Trung Mô hình MIKE-FLOOD là mô hình thủy Bộ Việt Nam có hình dạng chữ L. Phạm vi lưu động lực học dòng chảy kết nối 1-2 chiều có vực ở 12o35’ đến 14o38’ vĩ độ Bắc và 108o00’ khả năng mô phỏng mực nước và dòng chảy đến 109o55 kinh độ Đông. Phía Bắc giáp lưu trên sông, cửa sông… cũng như mô phỏng dòng vực sông Trà Khúc; phía Nam giáp lưu vực không ổn định hai chiều ngang trên đồng bằng sông Cái và sông Sêrêpôk; phía Tây giáp lưu ngập lụt. Mô hình này kết hợp diễn toán thủy vực sông Sêsan và sông Sêrêpôk; phía Đông lực mạng sông (1 chiều) và mô phỏng diện giáp lưu vực sông Kône, sông Kỳ Lộ và Biển ngập, trường vận tốc trên đồng bằng ngập lụt (2 Đông. Diện tích tự nhiên toàn lưu vực là 14.132 chiều) đồng thời được xây dựng trên nền GIS km2 nằm trên địa phận hành chính của 15 nên được ứng dụng rộng rãi và mang lại hiệu huyện, thị thuộc 3 tỉnh Gia Lai, Đak Lăk và Phú quả cao ở nước ta cũng như trên thế giới [1-3]. Yên. 13015’ 13000’ 12045’ Hình 1. Bản đồ hạ lưu sông Ba – tỉnh Phú Yên.
275 C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273 -282 4. Ứng dụng MIKE-FLOOD tính toán ngập Phú Yên là một tỉnh thuộc duyên hải Nam lụt hạ lưu sông Ba Trung Bộ, phía bắc giáp tỉnh Bình Định, phía nam giáp tỉnh Khánh Hòa, phía tây giáp tỉnh 4.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu Gia Lai và Đắc Lắc, phía đông giáp Biển Đông. Diện tích tự nhiên toàn tỉnh là 5.045km2 giới Dữ liệu địa hình là bản đồ cao độ số độ cao hạn bởi tọa độ 12039' 10" đến 13045' 20" độ vĩ (DEM) khu vực nghiên cứu được xây dựng với bắc, 108039' 45" đến 109029' 20" độ kinh đông độ phân giải 40 x 40m từ các tờ bản đồ tỷ lệ 1:10.000; và 27 mặt cắt ngang sông từ Củng (H.1) – là phần hạ lưu sông Ba [2, 3]. Sơn tới cầu Phú Lâm [2]. Bình đồ vùng hạ lưu đập Đồng Cam tỷ lệ 3. Giới thiệu mô hình MIKE-FLOOD 1/10.000 đo năm 1976 và đã được Sở Thuỷ lợi tỉnh Phú Yên chỉnh lý năm 1995. Bình đồ được MIKE FLOOD là một công cụ ghép nối xây dựng theo cao độ Quốc gia các mô hình một chiều và hai chiều, nhằm mục Để kiểm tra hệ cao độ của DEM 40 x 40, đích nghiên cứu kết hợp các loại dòng chảy tự xây dựng quan hệ cao độ diện tích của một ô nhiên. Mô hình một chiều có thể ghép nối trong ngập lũ ven sông Ba từ bình đồ tỷ lệ 1/10.000 MIKE FLOOD gồm mô hình thủy lực mạng và từ bản đồ cao độ số DEM 40 x 40 [3]. sông MIKE 11 và mô hình tiêu thoát nước đô thị MOUSE; mô hình hai chiều gồm mô hình Dữ liệu khí tượng thủy văn gồm: lưu lượng lưới chữ nhật MIKE 21 HD, mô hình lưới cong giờ tại Củng Sơn 10/1993, 11/1988 và 12/1986; MIKE 21 C và mô hình lưới tuỳ ý - lưới tam số liệu mưa tại hai trạm Tuy Hòa và Sơn Hòa; giác MIKE 21 FM... [4, 5]. số liệu mực nước triều (theo trạm thực nghiệm triều ở Quy Nhơn đã hiệu chỉnh về Đà Rằng); Dòng chảy trong vùng ngập lụt là dòng số liệu mực nước tại Phú Lâm (để hiệu chỉnh và chảy 2 chiều theo phương ngang, vừa có dòng kiểm định). chảy tập trung trong mạng lưới sông suối vừa có dòng chảy tràn trên bề mặt. Tuy nhiên dòng Tài liệu điều tra vết lũ 10/1993 thuộc vùng chảy tràn chỉ xuất hiện khi mực nước trong ngập ven sông để hiệu chỉnh mô hình 2 chiều sông lớn hơn cao trình đê. Vì vậy việc kết hợp cho trận lũ 10/1993. tính toán bằng mô hình 1 và 2 chiều sẽ cho kết Tài liệu về các thông số kỹ thuật của đập quả nhanh và hiệu quả. Mô hình MIKE FLOOD dâng Đồng Cam do Ban Quản lý đập cung cấp. sử dụng 4 loại kết nối để kết hợp mô hình 1 Các thông số kỹ thuật cơ bản của đập dâng chiều và 2 chiều là: kết nối chuẩn (nối sông 1 Đồng Cam đã được thu thập và đưa vào dữ liệu chiều đổ vào vùng 2 chiều); kết nối bên (khi mô hình. nước sông vượt qua đê và xâm nhập vùng ngập); kết nối công trình (khi có công trình); kết 4.2. Thiết lập mô hình MIKE-FLOOD cho mạng sông thuộc hạ lưu sông Ba nối khô (không có dòng chảy). Tuy nhiên trong khuôn khổ nghiên cứu này chỉ sử dụng modul Xây dựng mạng lưới thủy lực 1 chiều: Mạng mưa rào-dòng chảy NAM để tính toán lượng lưới thủy văn khu vực nghiên cứu được mô tả nhập khu giữa từ số liệu mưa lưu vực. bằng sơ đồ thủy lực sông chính (sông Ba), một số nhánh nhập lưu là các con suối nhỏ lượng
276 C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282 nhập không đáng kể và không có số liệu thực Phạm vi mô hình 2 chiều MIKE 21 là miền hai đo. Do đó, coi lượng nhập lưu là từ lượng mưa chiều có kích thước 14,4 x 10,0 km. Chiều dọc thông qua mô hình NAM và trải đều từ Củng từ thượng lưu (mặt cắt cách nguồn – Củng Sơn Sơn tới cửa Đà Rằng. Với tổng chiều dài là 50.7 là 39.500 m) đến hạ lưu là cửa Đà Rằng. km bao gồm 27 mặt cắt. Biên trên là biên lưu lượng thực đo tại Củng Sơn và biên dưới là mực nước triều tại Đà Rằng (Hình 2). Đập Đồng Cam Củng Sơn , Nhập lưu Cửa Đà Rằng Phú Lâm Hình 2. Sơ đồ thủy lực 1 chiều khu vực nghiên cứu. Xây dựng mạng thủy lực 2 chiều: Giới hạn Tiến hành kết nối (Couping): Sau khi vùng ngập được xác định trên bản đồ địa hình kết hợp tài liệu khảo sát, các vết lũ điều tra.. Bản đồ DEM được sử dụng làm nền địa hình cho mô hình MIKE 21. Nền địa hình này đã kết hợp với các tài liệu như đường giao thông, cao 1. trình hai kênh Bắc-Nam dọc hai bên bờ sông chính (đây cũng chính là đê kiểm soát lũ). Bảng 1. Vị trí và các loại kết nối được sử dụng trong nghiên cứu 11 Tên sông Modul Couping trong Mike 21 Sông Ba HD only Bên (Lateral) 39.500 49.400 311 Sông Ba HD only (Standard) 49.400 49.400
277 C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273 -282 4.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE FLOOD Hình 3. 10/1992. - (H3, H4) [2]. Hình 4. 11/1988.
278 C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282 Bảng 2. Chỉ số Nash R2 Trận lũ (%) (%) 10/1992 0.77 97.3 0.98 11/1988 0.88 91.0 0.93 11: n – = 0.033 – 0.040. Với kết quả như bảng 3: . Bảng 3. Đánh giá kết quả hiệu chỉnh và kiểm định MIKE FLOOD 4.4. Hiệu chỉnh và kiểm định MIKE-FLOOD Hmax tmax Nash Mô hình kết nối 1-2 chiều MIKE FLOOD Trận lũ Ghi chú (%) (m) (h) được hiệu chỉnh với trận lũ 10/1993 và kiểm Hiệu 10/1993 0.12 02 94,5 định với hai trận lũ 11/1988 và 12/1986. [2, 3] chỉnh Kiểm 11/1988 0.11 03 92,5 định Kiểm 12/1986 0.16 03 91,1 định Thực đo Tính toán Hình 5. Biểu đồ mực nước thực đo và tính toán trận lũ 10/1993 .
279 C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273 -282 (H5, 6, 7, 8, 9). Thực đo Tính toán Hình 6. Biểu đồ mực nước thực đo và tính toán trận lũ 11/1988 . Thực đo Tính toán Hình 7. Biểu đồ mực nước thực đo và tính toán trận lũ 12/1986 .
280 C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282 Hình 8. Hiện trạng ngập lụt trận lũ 10/1993 vùng hạ lưu sông Ba. Từ kết quả tính toán cho thấy, trận lũ lịch sử 07/10/1993 thì tổng diện tích bị ảnh hưởng tháng 10/1993 đã gây ngập lụt nghiêm trọng ngập ứng với mực nước lũ lớn nhất là 22.600 ha cho cả hạ lưu sông Ba và hạ lưu sông Bàn chiếm tới 52% diện tích tự nhiên. Thạch. Với thời gian tính từ 02/10 tới Hình 9. Mức độ ngập lụt lớn nhất 10/1993 phạm vi thành phố Tuy Hòa-Phú Yên.
281 C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273 -282 Tổng diện tích bị ảnh hưởng ngập trong thời hưởng ngập trong thời gian lớn hơn 7 ngày là gian lớn hơn 1 ngày 14.800 ha (=34% Ftn), 1.000 ha. Qua kết quả tính toán diện tích tương trong thời gian lớn hơn 3 ngày 2.700 ha (= ứng với thời gian bị ngập cho thấy mặc dù lũ 6,20% Ftn), trong thời gian lớn hơn 5 ngày là sông Ba lên nhanh và rút nhanh nhưng đã gây 1.200 ha (= 2,8% Ftn) và tổng diện tích bị ảnh thiệt hại nặng nề cho hạ lưu. [2, 3]. 5 4.5 4 3.5 Độ sâu ngập lụt (m) 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 5000 10000 15000 20000 25000 Diện tích ảnh hưở ng (ha ) Hình 10. 10/1993. 7 6 Thời gian ng ập (ngày) 5 4 3 2 1 0 0 5000 10000 15000 20000 25000 Diệ n t ích ảnh h ưởng (ha) Hình 11. 10/1993.
282 C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282 Khi mực nước lũ đạt giá trị lớn nhất, có tới Lời cảm ơn 16.500 ha bị ngập sâu hơn 1 mét, 11.000 ha bị Đề tài được hoàn thành và công bố nhờ sự ngập sâu hơn 2 mét, 7.000 ha bị ngập sâu hơn hỗ trợ của các đề tài khoa học công nghệ 3 mét, 4.200 ha bị ngập sâu hơn 4 mét và diện KC.08.30/06-10 và đề tài nhóm A ĐHQGHN tích bị ngập sâu hơn 5 mét là 2.200 ha. (H.10, QGTĐ.10.06. Các tác giả xin trân trọng cảm ơn 11) Tài liệu tham khảo 5. Kết luận [1] Hoàng Thái Bình, Trần Ngọc Anh, Đặng Đình Mô hình MIKE FLOOD tính toán ngập lụt Khá, Ứng dụng mô hình MIKE FLOOD tính toán cho hạ lưu sông Ba với bộ thông số đã được ngập lụt hệ thống sông Nhật Lệ tỉnh Quảng Bình, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên hiệu chỉnh và kiểm định với kết quả đánh giá và Công nghệ 26 (2010) theo chỉ tiêu Nash đều đạt loại tốt, chứng tỏ mô [2] Nguyễn Hữu Khải và nnk (2010), Báo cáo tổng hình đã mô phỏng được quá trình ngập lụt trên kết đề tài MS KC-08.30/06-10. "Nghiên cứu xây dựng công nghệ điều hành hệ thống liên hồ chứa lưu vực hệ thống sông Ba và hoàn toàn có thể đảm bảo ngăn lũ, chậm lũ, an toàn vận hành hồ phục vụ công tác cảnh báo, dự báo trong thực tế chứa và sử dụng hợp lý tài nguyên nước về mùa và là cơ sở để xây dựng bản đồ ngập lụt với tần kệt lưu vực sông Ba”. suất và dạng lũ khác nhau trên lưu vực góp [3] Cấn Thu Văn (2010), Ứng dụng mô hình MIKE FLOOD đánh giá mức độ ngập lụt hạ lưu sông phần phòng chống và giảm thiểu các tác hại của Ba, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại Học thiên tai lũ lụt. Thủy lợi. [4] Denmark Hydraulic Institute (DHI), (2007) "Mike flood Refrence Manual", DHI. [5] Denmark Hydraulic Institute (DHI), (2007) "Mike flood User Guide", DHI. Simulation of flood inundation using MIKE FLOOD model in Ba river downstream Can Thu Van1, Nguyen Huu Khai2, Nguyen Thanh Son2 1 Ho Chi Minh City college for Natural resources and Environment 236B, Le Van Si Street, Ward 1, Tan Binh Distric, HCMC., Vietnam 2 Faculty of Hydro-Meteorology & Oceanography, Hanoi University of Science, VNU, 334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam This paper presents some calculation results of flood and inundation Ba river downstream, Phu Yen province using MIKE Flood model. The upstream input data of model is the inflow measured at Cung Son station; the long way volume input data was calculated from rainfall - runoff by hydrological MIKE NAM model. Set of parameters couped 1-2 dimensional model is calibrated and verified with observed the three events floods 10/1993 (large floods), 11/1988 and 12/1986 (medium flood) at Phu Lam station in combination investigated data of inundation in 10/1993 flood event. The simulation results are relatively consistent with the measurements demonstrate the applicability of the model in the work of flood mapping and flood warning for natural disasters in Ba river downstream. Especially, with the participation of the regulatory system of reservoirs upstream.