Ứng dụng mô hình Mike Urban mô phỏng ngập lụt Quận 1 TP. Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG TP.HCM
KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

LÊ LƯƠNG KỲ TƯỜNG

ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE URBAN MƠ PHỎNG
NGẬP LỤT QUẬN 1 TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ THỦY VĂN
Mã ngành: 52410224

TP. HỒ CHÍ MINH – Tháng 11 Năm 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG TP.HCM
KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ THỦY VĂN

ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE URBAN MƠ PHỎNG
NGẬP LỤT QUẬN 1 TP. HỒ CHÍ MINH

Sinh viên thực hiện: Lê Lương Kỳ Tường

MSSV: 0250050050

Khóa: 2013 – 2017
Giảng viên hướng dẫn: T.S Cấn Thu Văn
Cán bộ hướng dẫn: ThS. Trần Tuấn Hoàng

TP. HỒ CHÍ MINH – Tháng 11 Năm 2017

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực
và khơng sao chép bởi bất kì cơng trình nghiên cứu nào khác. Các dữ liệu, số liệu được
tham khảo, trích dẫn cụ thể.
Nếu có vi phạm vấn đề về bản quyền, đạo văn tơi hồn tồn chịu trách nhiệm.
Sinh viên thực hiện

Lê Lương Kỳ Tường

i


LỜI CÁM ƠN
Sau bốn năm học tập cùng các bạn lớp 02ĐHTV1 (khóa 2013 – 2017) tại Trường
Đại học Tài ngun và Mơi trường TP. Hồ Chí Minh và q trình thực tập tại Phân viện
Khoa học Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu Với tấm lịng chân thành nhất, em xin
gửi lời cám ơn:
- Các thầy cô và các cán bộ làm công tác quản lý của Trường Đại học Tài ngun
và Mơi trường TP. Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cơ khoa Khí tượng Thủy văn đã
nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn tốt
nghiệp.
- Các bạn sinh viên của Trường Đại học Tài ngun và Mơi trường TP. Hồ Chí
Minh nói chung và các bạn lớp 02ĐHTV1 nói riêng đã động viên, giúp đỡ trong suốt
q trình học tập và hồn thành luận văn tốt nghiệp.
- Đặc biệt là thầy Cấn Thu Văn và thầy Trần Tuấn Hoàng. Những người thầy
hướng dẫn khoa học cho luận văn tốt nghiệp của em. Kết quả đạt được trong luận văn
này là những kiến thức khoa học quý báu mà các thầy đã dành nhiều thời gian và tâm
huyết của mình để hướng dẫn, chỉ bảo em suốt thời gian qua.

- Các các bộ của phòng nghiên cứu Hải Văn, Phân viện Khoa học Khí tượng thủy
văn và Biến đổi khí hậu đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện
luận văn của mình.
- Anh Trương Quốc Bình và các anh chị phịng thốt nước mưa Cơng ty TNHH
MTV Thốt Nước Đơ Thị TP. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện, giúp đỡ em trong suốt thời
gian thực hiện luận văn.
Do đây là sản phẩm nghiên cứu khoa học đầu tiên của em và khả năng nghiên
cứu còn nhiều hạn chế nên luận văn này không thể tránh được những thiếu sót. Em rất
mong được nhận những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô và những người quan
tâm.

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ i
LỜI CÁM ƠN................................................................................................................. ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..........................................................................................v
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................... vii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 .....................................................................................................................3
TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU ....................................................................3
1.1 GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU .............................................................3
1.1.1 Vị trí địa lý .......................................................................................................3
1.1.2 Đặc điểm địa hình ............................................................................................6
1.1.3 Đặc điểm khí tượng – thủy văn .......................................................................8
1.1.4 Đặc điểm kinh tế - xã hội...............................................................................11
1.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGẬP LỤT ............................................................15
1.2.1 Nguyên nhân ngập .........................................................................................15

1.2.2 Tình hình ngập tại khu vực nghiên cứu .........................................................15
1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ....................................................................................17
CHƯƠNG 2 ...................................................................................................................18
TỔNG QUAN VÀ LỰA CHỌN MƠ HÌNH MƠ PHỎNG TIÊU THỐT ĐƠ THỊ ...18
2.1 TỔNG QUAN MƠ HÌNH HIỆN NAY ...............................................................18
2.1.1 Tổng quan mơ hình tốn ................................................................................18
2.1.2 Các mơ hình trên thế giới ..............................................................................18
2.1.3 Lựa chọn mơ hình MIKE URBAN ................................................................23
2.2 LÝ THUYẾT MƠ HÌNH .....................................................................................24
2.2.1 Phương pháp mơ hình MIKE URBAN..........................................................24
2.2.2 Phương trình cơ bản MIKE URBAN ............................................................25
2.2.3 Điều kiện đầu vào mơ hình MIKE URBAN..................................................25
2.2.4 Điều kiện biên mơ hình MIKE URBAN .......................................................29
2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ....................................................................................31
iii


CHƯƠNG 3 ...................................................................................................................33
ÁP DỤNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ MÔ HÌNH ...................................................33
3.1 DỮ LIỆU PHỤC VỤ MƠ HÌNH .........................................................................33
3.1.1 Dữ liệu mạng lưới thoát nước ........................................................................33
3.1.2 Dữ liệu bản đồ................................................................................................35
3.1.3 Dữ liệu mưa ...................................................................................................38
3.1.4 Mưa thiết kế ...................................................................................................39
3.2 THIẾT LẬP MƠ HÌNH .......................................................................................46
3.2.1 Số hóa dữ liệu ................................................................................................46
3.2.2 Phân chia lưu vực thu nước ...........................................................................47
3.2.3 Kết hợp hệ thống............................................................................................48
3.3 HIỆU CHỈNH MƠ HÌNH ....................................................................................49
3.4 KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH ......................................................................................54

3.5 TÍNH TỐN MƠ PHỎNG HỆ THỐNG THEO MƯA THIẾT KẾ ...................57
3.5.1 Kết quả tính tốn theo trận mưa thiết kế với chu kì xuất hiện lại 2 năm.......58
3.5.2 Kết quả tính tốn theo trận mưa thiết kế với chu kì xuất hiện lại 20 năm.....59
3.6 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ...........................................................61
3.6.1 Theo kết quả trận mưa thực tế .......................................................................61
3.6.2 Theo kết quả trận mưa thiết kế ......................................................................64
3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ....................................................................................67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................69
KẾT LUẬN ................................................................................................................69
KIẾN NGHỊ ...............................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................71
PHỤ LỤC ......................................................................................................................72

iv


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Giải thích

DEM

Digital Elevation Model (mơ hình độ cao số).

DHI

Danish Hydraulic Institute (Viện Thủy lực Đan Mạch).

MTV

Một thành viên.

TP

Thành phố.

TNHH

Trách nhiệm hữu hạn.

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1: Dữ liệu nhiệt độ khu vực quận 1 TP. Hồ Chí Minh.......................................8
Bảng 1. 2: Dữ liệu lượng mưa quận 1 TP. Hồ Chí Minh ................................................9
Bảng 1. 3: Dữ liệu khí hậu quận 1 Thành phố Hồ Chí Minh ........................................10
Bảng 1. 4: Thống kê các điểm ngập khu vực quận 1 ....................................................16
Bảng 2. 1: Hệ số Manning - giá trị mặc định MOUSE .................................................28
Bảng 2. 2: Hệ số không thấm nước với từng lớp trong lưu vực ....................................29
Bảng 3. 1: Hằng số đặc trưng của TP. Hồ Chí Minh ứng với các thời kì lặp lại ..........40
Bảng 3. 2: các thành phần của hệ thống thoát nước sử dụng trong mơ hình ................47
Bảng 3. 3: So sánh kết quả hiện trạng và tính tốn ngập của trận mưa 26.9.2016 .......54
Bảng 3. 4: So sánh kết quả hiện trạng và tính tốn ngập của trận mưa 15.9.2015 .......57
Bảng 3. 5: So sánh tổng lượng các trận mưa sử dụng trong mơ hình MIKE URBAN .57

vi

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1: Bản đồ Thành phố Hồ Chí Minh ....................................................................4
Hình 1. 2: Bản đồ quận 1 .................................................................................................5
Hình 1. 3: Địa hình Thành phố Hồ Chí Minh .................................................................6
Hình 1. 4: Bản đồ độ cao số quận 1.................................................................................7
Hình 1. 5: Bản đồ sơng rạch quận 1 ..............................................................................11
Hình 1. 6: Khu trung tâm quận 1 nhìn từ phía quận 2 vào ban đêm .............................12
Hình 1. 7: Bản đồ nhà ở và giao thơng quận 1 ..............................................................14
Hình 1. 8: Tình trạng ngập lụt diễn ra tại TP. Hồ Chí Minh .........................................15
Hình 1. 9: Biểu đồ thống kê số vị trí ngập nước tại các quận trung tâm và các quận
ngoại vi thuộc khu vực TP.Hồ Chí Minh năm 2003 đến năm 2011..............................16

Hình 2. 1: Phân loại các mơ hình ..................................................................................18
Hình 2. 2: Cấu trúc mơ hình NAM ................................................................................19
Hình 2. 3: Cấu trúc mơ hình TANK đơn .......................................................................20
Hình 2. 4: Mơ phỏng dịng chảy mơ hình HEC – RAS .................................................21
Hình 2. 5: Cấu trúc mơ hình MIKE URBAN ................................................................24
Hình 2. 6: Hố ga trong MOUSE ....................................................................................26
Hình 2. 7: Nước chảy trong hố ga .................................................................................27
Hình 2. 8: Mặt cắt ống trong MOUSE ..........................................................................27
Hình 2. 9: Hướng dịng chảy trong cống .......................................................................28
Hình 2. 10: Phân loại các loại lưu vực phương pháp Time – Area Method (A) ...........30
Hình 2. 11: Hình dạng đường cong T-A ứng với mỗi lưu vực......................................31
Hình 3. 1: Bản đồ hệ thống thốt nước Quận 1 .............................................................34
Hình 3. 2: Bản đồ giao thơng Quận 1 ............................................................................35
Hình 3. 3: Bản đồ nhà ở Quận 1 ....................................................................................36
Hình 3. 4: Bản đồ độ cao số Quận 1 ..............................................................................37
Hình 3. 5: Vũ lượng trận mưa ngày 26.9.2016 (trạm Cầu Bơng) .................................38
Hình 3. 6: Vũ lượng mưa ngày 15.9.2015 (trạm Cầu Bơng).........................................39
Hình 3. 7: Đường biểu diễn IDF cho Thành Phố Hồ Chí Minh ....................................41

vii


Hình 3. 8: Biểu thị biểu đồ quá trình mưa bằng các đường cong..................................42
Hình 3. 9: Biểu đồ mưa thiết kế với chu kì lặp lại 2 năm .............................................45
Hình 3. 10: Biểu đồ mưa thiết kế với chu kì lặp lại 20 năm .........................................46
Hình 3. 11: Bản đồ số hóa hiện trạng hệ thống thốt nước cho MIKE URBAN ..........46
Hình 3. 12: Bản đồ phân vùng lưu vực thoát nước Quận 1 ...........................................48
Hình 3. 13: Bản đồ kết hợp hệ thống thốt nước MIKE URBAN ................................49
Hình 3. 14: Lưu lượng lớn nhất tạo thành trên lưu vực sau khi hiệu chỉnh ..................50
Hình 3. 15: Các đoạn cống có mực nước cao bất thường trước khi hiệu chỉnh ............51
Hình 3. 16: Các đoạn cống được hiệu chỉnh tiết diện ngang ........................................51
Hình 3. 17: Kết quả mực nước cao nhất ở các hầm ga tại đường Mai Thị Lựu trận mưa
ngày 26.9.2016 ..............................................................................................................52
Hình 3. 18: Trắc dọc mực nước cao nhất ở tuyến cống đường Mai Thị Lựu trận mưa
ngày 26.9.2016 ..............................................................................................................52
Hình 3. 19: Kết quả mực nước cao nhất ở các hầm ga tại đường Nguyễn Thị Minh
Khai trận mưa ngày 26.9.2016 ......................................................................................53
Hình 3. 20: Trắc dọc mực nước cao nhất ở tuyến cống đường Nguyễn Thị Minh Khai
trận mưa ngày 26.9.2016 ...............................................................................................53
Hình 3. 21: Kết quả mực nước cao nhất ở các hầm ga tại đường Mai Thị Lựu trận mưa
ngày 15.9.2015 ..............................................................................................................55
Hình 3. 22: Trắc dọc mực nước cao nhất ở tuyến cống đường Mai Thị Lựu trận mưa
ngày 15.9.2015 ..............................................................................................................55
Hình 3. 23: Kết quả mực nước cao nhất ở các hầm ga tại đường Nguyễn Cư Trinh trận
mưa ngày 15.9.2015 ......................................................................................................56
Hình 3. 24: Trắc dọc mực nước cao nhất ở tuyến cống đường Nguyễn Cư Trinh trận
mưa ngày 15.9.2015 ......................................................................................................56
Hình 3. 25: Kết quả lưu lượng lớn nhất tại các tiểu lưu vực quận 1 thành phố Hồ Chí
Minh với mưa thiết kế 2 năm ........................................................................................58

Hình 3. 26: Kết quả mực nước cao nhất tại các tuyến cống thốt nước quận 1 - thành
phố Hồ Chí Minh với mưa thiết kế 2 năm .....................................................................58
Hình 3. 27: Kết quả cao nhất tại các hố ga thu nước quận 1 - thành phố Hồ Chí Minh
với mưa thiết kế 2 năm ..................................................................................................59
viii


Hình 3. 28: Kết quả lưu lượng lớn nhất tại các tiểu lưu vực quận 1 TP.Hồ Chí Minh
với mưa thiết kế 20 năm ................................................................................................59
Hình 3. 29: Kết quả mực nước cao nhất tại các tuyến cống thoát nước quận 1 TP. Hồ
Chí Minh với mưa thiết kế 20 năm................................................................................60
Hình 3. 30: Kết quả cao nhất tại các hố ga thu nước quận 1 TP. Hồ Chí Minh với mưa
thiết kế 20 năm ..............................................................................................................60
Hình 3. 31: Kết quả diễn biến lưu lượng trên các lưu vực trận mưa ngày 26.9.2016 ...61
Hình 3. 32: Kết quả lưu lượng qua đường cống trên tuyến đường Mai Thị Lựu
(26.9.2016).....................................................................................................................61
Hình 3. 33: Kết quả lưu lương qua đường cống trên tuyến đường Nguyễn Thị Minh
Khai (26.9.2016) ............................................................................................................62
Hình 3. 34: Kết quả diễn biến lưu lượng trên các lưu vực trận mưa ngày 15.9.2015 ...63
Hình 3. 35: Kết quả lưu lượng qua đường cống trên tuyến đường Mai Thị Lựu
(15.9.2015).....................................................................................................................63
Hình 3. 36: Kết quả lưu lượng qua đường cống trên tuyến đường Nguyễn Cư Trinh
(15.9.2015).....................................................................................................................64
Hình 3. 37: Kết quả diễn biến lưu lượng trên các lưu vực trận mưa thiết kế với chu kì
lặp lại 2 năm ..................................................................................................................64
Hình 3. 38: Kết quả lưu lượng qua đường cống trên tuyến đường Mai Thị Lựu với trận
mưa thiết kế thời kì lặp lại 2 năm ..................................................................................65
Hình 3. 39: Kết quả lưu lượng qua đường cống trên tuyến đường Nguyễn Thị Minh
Khai với trận mưa thiết kế thời kì lặp lại 2 năm...........................................................65
Hình 3. 40: Kết quả diễn biến lưu lượng trên các lưu vực trận mưa thiết kế với chu kì

lặp lại 20 năm ................................................................................................................66
Hình 3. 41: Kết quả lưu lượng qua đường cống trên tuyến đường Tơn Thất Tùng với
trận mưa thiết kế thời kì lặp lại 20 năm .........................................................................66
Hình 3. 42: Kết quả lưu lượng qua đường cống trên tuyến đường Lê Lai với trận mưa
thiết kế thời kì lặp lại 20 năm ........................................................................................67

ix


MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Vấn đề ngập đơ thị khơng chỉ có ở những đơ thị ở Việt Nam nói chung và TP.
Hồ Chí Minh nói riêng mà đây là vấn đề của nhiều đô thị trên thế giới, nhất là đô thị ở
các nước đang phát triển – nơi đang có q trình đơ thị hóa nhanh nhưng thiếu những
giải pháp quy hoạch quản lí và cơng trình hạ tầng thích ứng. Nhằm phát triển kinh tế xã
hội của đất nước, đảm bảo phát triển bền vững, giảm nhẹ tác động do bão, ngập lụt gây
ra thì cơng tác phịng chống ngập lụt phải được chú trọng và đặt lên hàng đầu. Từ hơn
một thập niên vừa qua, tình trạng ngập úng đơ thị ở TP. Hồ Chí Minh đã diễn ra ngày
càng trầm trọng và dẫn đến những tranh luận về nguyên nhân cũng như giải pháp trọn
vẹn cho vấn đề này. Ngập lụt đô thị đã gây ra những tác động không nhỏ đến sinh hoạt
của người dân như ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế, ơ nhiễm mơi trường sống…
Nghiên cứu tính tốn ngập lụt đơ thị là một vấn đề quan trọng trong việc tìm ra nguyên
nhân và giải pháp để giảm nhẹ và khắc phục. Đã có nhiều hệ thống dự báo cảnh báo lũ
lụt, ngập lụt đã được xây dựng và đưa vào sử dụng. Nhiều trong số đó sử dụng hệ thống
hỗ trợ cho nhà quản lý có thể ra quyết định.
Trước tầm quan trọng và ý nghĩa của vấn đề phòng chống, giảm nhẹ thiệt hại do
ngập úng đơ thị. Cần phải tìm ra ngun nhân và các nút thắt của hệ thống tiêu thốt
nước, từ đó đưa ra các giải pháp ứng phó cụ thể. Tạo tiền đề và cơ sở khoa học cho các
nghiên cứu tiếp theo góp phần giúp cho tình trạng ngập úng đô thị hiện nay được giải
quyết triệt để và tối ưu. Chính vì những lí do trên việc “ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE

URBAN MƠ PHỎNG NGẬP LỤT ĐƠ THỊ QUẬN 1 TP. HỒ CHÍ MINH” là cấp thiết.
2. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN
Áp dụng thành cơng mơ hình MIKE URBAN cho quận 1 TP. Hồ Chí Minh. Mơ
phỏng khả năng thoát nước của hệ thống tiêu thoát nước quận 1. Xác định mức độ ngập
lụt một số điểm cụ thể.
3. NỘI DUNG VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nội dung và phạm vi nghiên cứu bao gồm: Thu thập các tài liệu về khí tượng,
thủy văn, địa hình, sử dụng đất, tài liệu dân sinh, kinh tế, văn hóa - xã hội của khu vực
quận 1 TP. Hồ Chí Minh. Thu thập các dữ liệu hiện trạng cơng trình thốt nước của lưu
1


vực quận 1 TP. Hồ Chí Minh và dữ liệu ngập. Tổng quan hiện trạng ngập khu vực nghiên
cứu và hệ thống thốt nước hiện có. Nghiên cứu phương pháp và áp dụng mơ hình cho
vùng nghiên cứu. Trình bày, thể hiện kết quả trên bản đồ, phân tích, đánh giá kết quả và
đề xuất một số giải pháp giảm nhẹ thiên tai do ngập.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp thu thập dữ liệu khí tượng thủy văn, ngập và kinh tế xã hội phục vụ
tính tốn mơ hình.
Phương pháp phân tích và tổng hợp lí thuyết truyền thống ( thống kê, phân tích
chuỗi dữ liệu, tương quan...).
Phương pháp chuyên gia. Kế thừa toàn diện cơ sở dữ liệu và phương pháp tri
thức từ các cơ quan nghiên cứu cũng như cơ quan quản lý liên quan.
Phương pháp Mơ hình hóa: mơ phỏng các q trình mưa dịng chảy, mơ phỏng
thủy lực trong cống, ...
Phương pháp bản đồ: trình bày kết quả trực quan, rõ ràng dễ theo dõi và hệ thống
có thể kết nối dữ liệu với nhiều mơ hình khác.
5. KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN
Ngồi phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, danh mục bảng
biểu và hình ảnh. Nội dung luận văn gồm 3 chương:

- Chương 1: Tổng quan khu vực nghiên cứu.
- Chương 2: Tổng quan và lựa chọn mơ hình mơ phỏng tiêu thốt nước đơ thị.
- Chương 3: Áp dụng mơ phỏng và kết quả mơ hình.

2


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
1.1 GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU
1.1.1 Vị trí địa lý
“TP. Hồ Chí Minh có toạ độ 10°10' – 10°38' Bắc và 106°22' – 106°54' Đơng,
phía Bắc giáp tỉnh Bình Dương, Tây Bắc giáp tỉnh Tây Ninh, Đông và Đông Bắc giáp
tỉnh Đồng Nai, Đông Nam giáp tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, Tây và Tây Nam giáp tỉnh Long
An và Tiền Giang. Nằm ở miền Nam Vi�