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

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282
273
Ứng dụng mô hình MIKE-FLOOD tính toán ngập lụt
hạ lưu sông Ba
Cấn Thu Văn
1
, Nguyễn Hữu Khải
2
, Nguyễn Thanh Sơn
2,
*
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 thực 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


Từ xưa tới nay, lũ lụt luôn là mối đe dọa,
gây ra nhiều thiệt hại về người và của. Cùng với
sự tăng trưởng của các ngành kinh tế và sự phát
triển của xã hội, đòi hỏi công tác quản lý,
phòng chống thiên tai lũ lụt nhằm đảm bảo mức
độ an toàn ngày càng cao và hạn chế đến mức
thấp nhất về thiệt hại.
Hàng năm, về mùa lũ, nước sông Ba dồn từ
thượng lưu về gây ngập lụt nghiêm trọng cho hạ
lưu. Lũ đã gây ngập lụt, thiệt hại khá lớn về
người và tài sản trên lưu vực như: nhà cửa bị
ngập, bị sập, các công trình hạ tầng cơ sở như
_______

Tác giả liên hệ. ĐT: 84-4-38584943.
E-mail:
trường học…Thống kê một số năm gần đây cho
thấy tình hình lũ lụt trên lưu vực ngày càng
nghiêm trọng với mức độ thiệt hại có xu thế
ngày càng tăng. Để ứng phó với lũ lụt, ngoài
các biện pháp công trình (đê, kè, hồ chứa phòng
lũ…) thì các biện pháp phi công trình (quy
hoạch sử dụng nguồn nước, bố trí khu dân
cư…) cũng đóng vai trò rất quan trọng. Mặt
khác, ứng phó nhanh với lũ lụt bằng các biện
pháp tức thời như cảnh báo, dự báo vùng ngập,
chủ động di dời và sơ tán dân cư đến nơi an
toàn…đã mang lại hiệu quả cao trong việc giảm
nhẹ thiên tai gây ra.
Một trong những biện pháp hạn chế hậu quả

lũ lụt là xây dựng bộ bản đồ ngập lụt ứng với
các tần suất lũ khác nhau nhằm quy hoạch, cảnh
C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282

274
báo và dự báo lũ. Hơn nữa, công cụ này có thể
đánh giá thiệt hại mỗi khi có thiên tai.
Mô hình MIKE-FLOOD là mô hình thủy
động lực học dòng chảy kết nối 1-2 chiều có
khả năng mô phỏng mực nước và dòng chảy
trên sông, cửa sông… cũng như mô phỏng dòng
không ổn định hai chiều ngang trên đồng bằng
ngập lụt. Mô hình này kết hợp diễn toán thủy
lực mạng sông (1 chiều) và mô phỏng diện
ngập, trường vận tốc trên đồng bằng ngập lụt (2
chiều) đồng thời được xây dựng trên nền GIS
nên được ứng dụng rộng rãi và mang lại hiệu
quả cao ở nước ta cũng như trên thế giới [1-3].
2. Giới thiệu vùng nghiên cứu
Lưu vực sông Ba nằm ở Miền Trung Trung
Bộ Việt Nam có hình dạng chữ L. Phạm vi lưu
vực ở 12
o
35’ đến 14
o
38’ vĩ độ Bắc và 108
o
00’
đến 109
o

55 kinh độ Đông. Phía Bắc giáp lưu
vực sông Trà Khúc; phía Nam giáp lưu vực
sông Cái và sông Sêrêpôk; phía Tây giáp lưu
vực sông Sêsan và sông Sêrêpôk; phía Đông
giáp lưu vực sông Kône, sông Kỳ Lộ và Biển
Đông. Diện tích tự nhiên toàn lưu vực là 14.132
km
2
nằm trên địa phận hành chính của 15
huyện, thị thuộc 3 tỉnh Gia Lai, Đak Lăk và Phú
Yên.

Hình 1. Bản đồ hạ lưu sông Ba – tỉnh Phú Yên.
12
0
45’
13
0
00’
13
0
15’
C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282
275
Phú Yên là một tỉnh thuộc duyên hải Nam
Trung Bộ, phía bắc giáp tỉnh Bình Định, phía
nam giáp tỉnh Khánh Hòa, phía tây giáp tỉnh
Gia Lai và Đắc Lắc, phía đông giáp Biển Đông.
Diện tích tự nhiên toàn tỉnh là 5.045km
2

giới
hạn bởi tọa độ 12
0
39' 10" đến 13
0
45' 20" độ vĩ
bắc, 108
0
39' 45" đến 109
0
29' 20" độ kinh đông
(H.1) – là phần hạ lưu sông Ba [2, 3].
3. Giới thiệu mô hình MIKE-FLOOD
MIKE FLOOD là một công cụ ghép nối
các mô hình một chiều và hai chiều, nhằm mục
đích nghiên cứu kết hợp các loại dòng chảy tự
nhiên. Mô hình một chiều có thể ghép nối trong
MIKE FLOOD gồm mô hình thủy lực mạng
sông MIKE 11 và mô hình tiêu thoát nước đô
thị MOUSE; mô hình hai chiều gồm mô hình
lưới chữ nhật MIKE 21 HD, mô hình lưới cong
MIKE 21 C và mô hình lưới tuỳ ý - lưới tam
giác MIKE 21 FM [4, 5].
Dòng chảy trong vùng ngập lụt là dòng
chảy 2 chiều theo phương ngang, vừa có dòng
chảy tập trung trong mạng lưới sông suối vừa
có dòng chảy tràn trên bề mặt. Tuy nhiên dòng
chảy tràn chỉ xuất hiện khi mực nước trong
sông lớn hơn cao trình đê. Vì vậy việc kết hợp
tính toán bằng mô hình 1 và 2 chiều sẽ cho kết

quả nhanh và hiệu quả. Mô hình MIKE FLOOD
sử dụng 4 loại kết nối để kết hợp mô hình 1
chiều và 2 chiều là: kết nối chuẩn (nối sông 1
chiều đổ vào vùng 2 chiều); kết nối bên (khi
nước sông vượt qua đê và xâm nhập vùng
ngập); kết nối công trình (khi có công trình); kết
nối khô (không có dòng chảy). Tuy nhiên trong
khuôn khổ nghiên cứu này chỉ sử dụng modul
mưa rào-dòng chảy NAM để tính toán lượng
nhập khu giữa từ số liệu mưa lưu vực.
4. Ứng dụng MIKE-FLOOD tính toán ngập
lụt hạ lưu sông Ba
4.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu
Dữ liệu địa hình là bản đồ cao độ số độ cao
(DEM) khu vực nghiên cứu được xây dựng với
độ phân giải 40 x 40m từ các tờ bản đồ tỷ lệ
1:10.000; và 27 mặt cắt ngang sông từ Củng
Sơn tới cầu Phú Lâm [2].
Bình đồ vùng hạ lưu đập Đồng Cam tỷ lệ
1/10.000 đo năm 1976 và đã được Sở Thuỷ lợi
tỉnh Phú Yên chỉnh lý năm 1995. Bình đồ được
xây dựng theo cao độ Quốc gia
Để kiểm tra hệ cao độ của DEM 40 x 40,
xây dựng quan hệ cao độ diện tích của một ô
ngập lũ ven sông Ba từ bình đồ tỷ lệ 1/10.000
và từ bản đồ cao độ số DEM 40 x 40 [3].
Dữ liệu khí tượng thủy văn gồm: lưu lượng
giờ tại Củng Sơn 10/1993, 11/1988 và 12/1986;
số liệu mưa tại hai trạm Tuy Hòa và Sơn Hòa;
số liệu mực nước triều (theo trạm thực nghiệm

triều ở Quy Nhơn đã hiệu chỉnh về Đà Rằng);
số liệu mực nước tại Phú Lâm (để hiệu chỉnh và
kiểm định).
Tài liệu điều tra vết lũ 10/1993 thuộc vùng
ngập ven sông để hiệu chỉnh mô hình 2 chiều
cho trận lũ 10/1993.
Tài liệu về các thông số kỹ thuật của đập
dâng Đồng Cam do Ban Quản lý đập cung cấp.
Các thông số kỹ thuật cơ bản của đập dâng
Đồng Cam đã được thu thập và đưa vào dữ liệu
mô hình.
4.2. Thiết lập mô hình MIKE-FLOOD cho
mạng sông thuộc hạ lưu sông Ba
Xây dựng mạng lưới thủy lực 1 chiều: Mạng
lưới thủy văn khu vực nghiên cứu được mô tả
bằng sơ đồ thủy lực sông chính (sông Ba), một
số nhánh nhập lưu là các con suối nhỏ lượng
C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282

276
nhập không đáng kể và không có số liệu thực
đo. Do đó, coi lượng nhập lưu là từ lượng mưa
thông qua mô hình NAM và trải đều từ Củng
Sơn tới cửa Đà Rằng. Với tổng chiều dài là 50.7
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).


Hình 2. Sơ đồ thủy lực 1 chiều khu vực nghiên cứu.

Xây dựng mạng thủy lực 2 chiều: Giới hạn
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
trình hai kênh Bắc-Nam dọc hai bên bờ sông
chính (đây cũng chính là đê kiểm soát lũ).
Phạm vi mô hình 2 chiều MIKE 21 là miền hai
chiều có kích thước 14,4 x 10,0 km. Chiều dọc
từ thượng lưu (mặt cắt cách nguồn – Củng Sơn
là 39.500 m) đến hạ lưu là cửa Đà Rằng.
,

Tiến hành kết nối (Couping): Sau khi
1.

Bảng 1. Vị trí và các loại kết nối được sử dụng trong nghiên cứu
Tên sông
Modul Couping

11
trong Mike 21


Sông Ba
HD only
Bên (Lateral)
39.500
49.400

311
Sông Ba
HD only
(Standard)
49.400
49.400



Củng Sơn
Phú Lâm
Đập Đồng
Cam
Nhập lưu
Cửa Đà
Rằng
C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282
277
4.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE FLOOD

Hình 3. 10/1992.
-
(H3, H4) [2].



Hình 4. 11/1988.
C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282

278

Bảng 2.
Trận lũ

(%)
Chỉ số Nash
(%)
R
2
10/1992
0.77
97.3
0.98
11/1988
0.88
91.0
0.93
.
4.4. Hiệu chỉnh và kiểm định MIKE-FLOOD
Mô hình kết nối 1-2 chiều MIKE FLOOD
được hiệu chỉnh với trận lũ 10/1993 và kiểm
định với hai trận lũ 11/1988 và 12/1986. [2, 3]
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
Trận lũ
H
max

(m)

t
max
(h)

Nash
(%)
Ghi chú
10/1993
0.12
02
94,5
Hiệu
chỉnh
11/1988
0.11
03
92,5
Kiểm
định
12/1986
0.16
03
91,1
Kiểm
định

Hình 5. Biểu đồ mực nước thực đo và tính toán trận lũ 10/1993.
Thực đo
Tính toán
C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282
279
(H5, 6, 7, 8, 9).











Hình 6. Biểu đồ mực nước thực đo và tính toán trận lũ 11/1988.

Hình 7. Biểu đồ mực nước thực đo và tính toán trận lũ 12/1986.
Thực đo
Tính toán
Thực đo
Tính toán
C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282

280











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
tháng 10/1993 đã gây ngập lụt nghiêm trọng

cho cả hạ lưu sông Ba và hạ lưu sông Bàn
Thạch. Với thời gian tính từ 02/10 tới
07/10/1993 thì tổng diện tích bị ảnh hưởng
ngập ứng với mực nước lũ lớn nhất là 22.600 ha
chiếm tới 52% diện tích tự nhiên.

Hình 9. Mức độ ngập lụt lớn nhất 10/1993 phạm vi thành phố Tuy Hòa-Phú Yên.
C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282
281
Tổng diện tích bị ảnh hưởng ngập trong thời
gian lớn hơn 1 ngày 14.800 ha (=34% Ftn),
trong thời gian lớn hơn 3 ngày 2.700 ha (=
6,20% Ftn), trong thời gian lớn hơn 5 ngày là
1.200 ha (= 2,8% Ftn) và tổng diện tích bị ảnh
hưởng ngập trong thời gian lớn hơn 7 ngày là
1.000 ha. Qua kết quả tính toán diện tích tương
ứng với thời gian bị ngập cho thấy mặc dù lũ
sông Ba lên nhanh và rút nhanh nhưng đã gây
thiệt hại nặng nề cho hạ lưu. [2, 3].
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5

0 5000 10000 15000 20000 25000
Din tch nh hưng (ha)
Đ sâu ngp lt (m)

Hình 10. 10/1993.

0
1
2
3
4
5
6
7
0 5000 10000 15000 20000 25000
Din tch nh hưng (ha)
Thi gian ngp (ngy)

Hình 11. 10/1993.
C.T. Văn và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 273-282

282
Khi mực nước lũ đạt giá trị lớn nhất, có tới
16.500 ha bị ngập sâu hơn 1 mét, 11.000 ha bị
ngập sâu hơn 2 mét, 7.000 ha bị ngập sâu hơn
3 mét, 4.200 ha bị ngập sâu hơn 4 mét và diện
tích bị ngập sâu hơn 5 mét là 2.200 ha. (H.10,
11)
5. Kết luận
Mô hình MIKE FLOOD tính toán ngập lụt

cho hạ lưu sông Ba với bộ thông số đã được
hiệu chỉnh và kiểm định với kết quả đánh giá
theo chỉ tiêu Nash đều đạt loại tốt, chứng tỏ mô
hình đã mô phỏng được quá trình ngập lụt trên
lưu vực hệ thống sông Ba và hoàn toàn có thể
phục vụ công tác cảnh báo, dự báo trong thực tế
và là cơ sở để xây dựng bản đồ ngập lụt với tần
suất và dạng lũ khác nhau trên lưu vực góp
phần phòng chống và giảm thiểu các tác hại của
thiên tai lũ lụt.

Lời cảm ơn
Đề tài được hoàn thành và công bố nhờ sự
hỗ trợ của các đề tài khoa học công nghệ
KC.08.30/06-10 và đề tài nhóm A ĐHQGHN
QGTĐ.10.06. Các tác giả xin trân trọng cảm ơn
Tài liệu tham khảo
[1] Hoàng Thái Bình, Trần Ngọc Anh, Đặng Đình
Khá, Ứng dụng mô hình MIKE FLOOD tính toán
ngập lụt hệ thống sông Nhật Lệ tỉnh Quảng Bình,
Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên
và Công nghệ 26 (2010)
[2] Nguyễn Hữu Khải và nnk (2010), Báo cáo tổng
kết đề tài MS KC-08.30/06-10. "Nghiên cứu xây
dựng công nghệ điều hành hệ thống liên hồ chứa
đảm bảo ngăn lũ, chậm lũ, an toàn vận hành hồ
chứa và sử dụng hợp lý tài nguyên nước về mùa
kệt lưu vực sông Ba”.
[3] Cấn Thu Văn (2010), Ứng dụng mô hình MIKE
FLOOD đánh giá mức độ ngập lụt hạ lưu sông

Ba, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại Học
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 Van
1
, Nguyen Huu Khai
2
, Nguyen Thanh Son
2

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.