ÁP DỤNG MÔ HÌNH VRSAP MÔ PHỎNG LŨ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

áP DụNG MÔ HìNH VRSAP MÔ PHỏNG Lũ ĐồNG BằNG SÔNG CửU LONG
Ths. Nguyễn Xuân Hiền
Viện Quy hoạch Thuỷ lợi miền Nam
1. Mở ĐầU
Hàng năm lũ lụt ở Đồng bằng sông Cửu
Long (ĐBSCL) đã mang lại nhiều lợi ích, thau
chua rửa phèn, vệ sinh đồng ruộng, trải lên một
lớp phù sa màu mỡ, gia tăng nguồn thủy sản
v.v Tuy nhiên, lũ lụt cũng gây nhiều thiệt hại
về tính mạng và tài sản của nhân dân, hạn chế
thời gian sản xuất, làm h hại cơ sở hạ tầng, làm
trì trệ mọi hoạt động kinh tế, văn hoá và xã hội.
Lũ 2000 là một trận lũ lớn trong vòng 75
năm qua xét cả về đỉnh lũ, thời gian ngập, tổng
lợng và mức độ nguy hiểm. Riêng ở địa phận
Việt Nam diện tích bị ngập đã lên đến 2,3 triệu
ha. Lũ đã gây thiệt mạng khoảng 500 ngời, làm
ngập 865.166 hộ, 376 bệnh viện, 2.751 trờng
học, 2.273 km quốc lộ liên tỉnh lộ, 9.737 km đ-
ờng liên huyện liên xã, làm h hại 2.470 km đê,
bờ bao; làm mất trắng 155.519 ha lúa hè thu và
vụ ba, giảm năng xuất 168.814 ha; làm ngập
93.265 ha hoa màu, vờn cây ăn trái và cây công
nghiệp. Tổng thiệt hại ớc tính lên đến khoảng
trên 4.000 tỷ đồng.
Lũ 2001, tuy nhỏ hơn lũ 2000, nhng cũng
thuộc loại lớn và xuất hiện khá sớm nên cũng
cần đợc nghiên cứu kỹ.
Trong quy hoạch kiểm soát và dự báo lũ thì
mô hình toán lũ là công cụ rất đắc lực và không
thể thiếu. Việc xây dựng mô hình toán lũ cho

ĐBSCL đã đợc bắt đầu cách đây trên 20 năm.
Chơng trình tính toán VRSAP do cố PGS.TS
Anh hùng lao động Nguyễn Nh Khuê xây dựng
và đợc các đồng nghiệp ở Viện Quy hoạch Thuỷ
lợi miền Nam tiếp tục nâng cấp, cải tiến trong
nhiều năm.
Chơng trình gốc đợc viết từ năm 1978 bằng
ngôn ngữ FORTRAN, chạy trong môi trờng
DOS. Qua quá trình áp dụng trong tính toán
thiết kế và quy hoạch các công trình thủy lợi ở
ĐBSCL, đồng bằng sông Hồng, lu vực sông Sài
Gòn Đồng Nai v.v , chơng trình đã đợc nâng
cấp, cải tiến, hoàn thiện dần. Hiện nay chơng
trình đợc viết lại bằng VisualBasic trong môi tr-
ờng Windows sử dụng bộ nhớ mở rộng, nên có
thể giải các bài toán lớn cho các hệ thống sông
phức tạp trên các máy tính cá nhân. VRSAP là
một trong những chơng trình thủy lực đợc sử
dụng rộng rãi nhất ở Việt Nam cho các dự án
phát triển tài nguyên nớc do các cơ quan trong
nớc và quốc tế thực hiện.
Nghiên cứu này giới thiệu mô hình VRSAP
và kết quả áp dụng trong mô phỏng mùa lũ năm
2000, 2001 ở hạ lu Châu thổ Mekong.
2. PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU
2.1 Chơng trình tính VRSAP
VRSAP là tên viết tắt của cụm từ tiếng Anh
Vietnam River Systems and Plains (Hệ thống
sông kênh và đồng ruộng Việt Nam). Đây là ch-
ơng trình tính dòng không ổn định một chiều

trên mạng lới sông kênh, cầu cống, ngỡng tràn,
có mở rộng để xét đến sự trao đổi nớc giữa sông
kênh với các ô đồng ruộng ở đồng bằng, các
dòng chảy trên vùng ngập lũ hoặc ngập triều, sự
hình thành dòng chảy do ma rào trên đồng thấp,
mang tính cách tựa hai chiều.
VRSAP giải hệ phơng trình Saint Venant
bằng sơ đồ sai phân ẩn 4 điểm; phơng trình tải,
khuyếch tán bằng sơ đồ sai phân ẩn 6 điểm.
Hệ phơng trình Saint-Venant cho mỗi đoạn
sông đợc sai phân ẩn để nhận đợc các phơng
trình sai phân cho mỗi bớc thời gian. Các phơng
trình này đợc liên kết theo quy luật cân bằng
khối lợng ở các giao điểm để tạo hệ phơng trình
cho cả lới sông; cùng với các điều kiện biên là
mực nớc cho trớc ở một số mặt cắt, lu lợng dòng
nguồn ở đầu của các nhánh sông, ma tại chỗ
hoặc lợng hao nớc lấy ra để dùng ở các nút; tạo
thành một hệ phơng trình bậc nhất nhiều ẩn và
giải hệ phơng trình ấy theo mỗi bớc thời gian.
1
2.2 Mô hình toán lũ ĐBSCL
2.2.1 Sơ đồ tính và điều kiện biên
Vào mùa lũ hệ thống sông kênh
không đủ sức truyền tải lu lợng lũ, nớc
bắt đầu chảy tràn qua các dải đất cao
ven sông, băng qua các cánh đồng
ngập rộng lớn sau Kompong Chàm
trên đất Cam Pu Chia, tràn qua nhiều
tuyến đờng giao thông. Diện tích ngập

lụt vào những năm lũ lớn lên đến 4
triệu ha, sâu từ 1,0-5,0 m.
Trong bối cảnh đó các mô hình một
chiều không đủ sức mô phỏng tình
hình, trong khi các mô hình hai chiều
thực sự (giải hệ phơng trình hai chiều
trên mặt phẳng x, y) lại không áp dụng
đợc do các cánh đồng ngập bị chia cắt
bởi hệ thống đờng giao thông, bờ
kênh, bờ bao chằng chịt (Cunge, Holly
and Vervey, Practical Aspect of
Computational River Hydralics, 1980).
Một cách tiếp cận khác, tựa hai chiều
(quasi two dimensions) đợc cho là phù
hợp.
Nội dung của cách tiếp cận này là
chia vùng ngập thành nhiều ô chứa kề
nhau. Các ô chứa này có thể trao đổi
nớc với nhau và với mạng sông kênh
bằng các kỹ thuật sơ đồ hoá thích hợp.
Nhờ đó, tuy trao đổi nớc giữa chúng đ-
ợc mô tả bằng hệ phơng trình một
chiều thì hệ phơng trình cho cả hệ
thống mô tả dòng chảy hai chiều.
Hình 2.1. Mô hình toán lũ ĐBSCL
Với cách tiếp cận trên, mô hình bao gồm hai
thành phần: các đoạn sông kênh, công trình và
các ô đồng ruộng. Các thành phần nói trên đợc
liên kết trong một mạng tính toán sao cho chúng
có khả năng trao đổi nớc với nhau theo tất cả

các hớng có thể. Việc phân chia không phải tùy
ý mà dựa trên điều kiện địa hình, mạng lới sông
kênh, đê, bờ bao và đờng giao thông. Mức độ
chi tiết đợc dựa trên tài liệu sẵn có và độ chính
xác yêu cầu.
Mô hình toán lũ bao gồm các phần sau đây
của châu thổ Mekong:
- Hệ thống sông chính từ Kratie ra biển;
- Biển Hồ và sông Tonle Sap;
- Một số sông nhánh quan trọng nh: Prek
Dang Kom, Prek Ou Mal, Mul Kom Pul giữa
sông Mekong và Tonle Sap, Tonle Toch, Stung
Slot, Trabek ở phía bờ trái, Prek Thnot, Takeo,
Châu Đốc ở phía bờ phải, các kênh đào chính và
trên 300 kênh rạch nối sông Mekong, Bassac
với vùng ngập ở Cam Pu Chia;
2
- Hệ thống sông Vàm Cỏ Đông, Vàm Cỏ
Tây, hệ thống sông Sài Gòn;
- Toàn bộ các kênh chính và một số kênh cấp
hai quan trọng trong vùng chịu ảnh hởng lũ ở
Việt Nam;
- Mạng lới đờng quốc lộ và tỉnh lộ, cùng các
cầu cống trên hệ thống trong vùng ngập lũ của
Việt Nam và Cam Pu Chia;
- Toàn bộ các ô ruộng ngập lũ thuộc địa phận
Việt Nam và Cam Pu Chia.
Mô hình toán lũ ĐBSCL bao gồm 4519 đoạn,
2380 nút, 1235 ô đồng ruộng (Hình 2.1). Tổng
chiều dài của hệ thống sông kênh mô tả trong

mô hình lên đến trên 12.000 km, tổng diện tích
vùng ảnh hởng lũ mô tả trong mô hình lên đến
5,2 triệu ha.
Biên trên là lu lợng tại Kratie đợc xác định từ
đờng quan hệ H~Q do SOGREAH xây dựng, có
đối chiếu với phơng pháp tơng quan và lu lợng
thực đo (thờng chỉ có một số ngày). Biên dới là
mực nớc thực đo tại các trạm cửa sông phía Biển
Đông (Vũng Tàu, Vàm Kênh, Bến Trại, Mỹ
Thanh, Gành Hào) và Biển Tây (Rạch Giá, Xẻo
Rô).
Biên ma lấy theo số liệu thực đo tại 31 trạm
phân bố trên lãnh thổ Việt Nam và Cam Pu
Chia. Việc phân vùng ma đợc tiến hành theo ph-
ơng pháp đa giác Thiesess. Ngoài ra lu lợng của
một số nhánh nhập (tổng cộng khoảng 5%) vào
Biển Hồ, sông Takeo, Prek Thnot cũng đợc đa
vào mô hình.
2.2.2 Tài liệu địa hình
Trên phần lãnh thổ Campuchia, số liệu dòng
chính từ Kratie đến biên giới Việt Nam
Campuchia, sông Tonle Sap từ Phnom Penh đến
biển hồ dựa theo Atlas thủy văn đo đạc năm
1997-1998. Các kênh rạch nhập từ sông chính
vào nội đồng, cao trình các tuyến đờng quốc lộ
và tỉnh lộ theo tài liệu thu thập từ năm 1999 đến
nay. Số liệu địa hình vùng ngập và Biển Hồ theo
bản đồ 1/100.000 của SOGREAH.
Trong địa phận Việt Nam, số liệu dòng chính
từ biên giới Việt Nam-Cam Pu Chia ra biển dựa

theo tài liệu đo đạc năm 1992 của Cục Đờng
Sông. Số liệu địa hình các kênh rạch trong nội
đồng theo các tài liệu đo đạc mới nhất từ năm
1995 đến nay. Cao trình các tuyến đờng quốc
lộ, tỉnh lộ mặt cắt ngang các cầu cống trên đờng
dựa theo tài liệu đo đạc, có cập nhật bổ sung các
tài liệu đo đạc từ 1996 đến nay; mặt cắt các cầu
trên các trục đờng giao thông chính đợc cập
nhật theo tài liệu đo đạc tháng 12/2000. Tài liệu
vùng ngập dựa trên bản đồ cấy điểm cao độ
1/25.000. Sơ đồ và cao trình hệ thống bờ bao
kiểm soát lũ tháng 8 dựa theo tài liệu thu thập,
có cập nhật bổ sung thêm từ các đợt khảo sát
sau lũ 2000 đến nay do Viện Qui hoạch Thủy
lợi miền Nam thực hiện.
Mô hình toán lũ châu thổ Mekong đợc xây
dựng cách đây hơn 15 năm, liên tục đợc cập
nhật, mở rộng và hoàn thiện. Việc mô phỏng
thành công nhiều trận lũ lớn nh lũ 1961, 1978,
1984, 1991, 1994, 1996 chứng tỏ mô hình có
khả năng mô phỏng, đã đợc hiệu chỉnh và kiểm
nghiệm tốt.
3. KếT QUả Và THảO LUậN
3.1 Mô phỏng lũ 2000 và 2001
Để mô phỏng lũ 2000, 2001, nhiều số liệu
địa hình đã đợc cập nhật theo tài liệu đo đạc
mới nhất. Bên cạnh đó các dòng tràn trên đồng
cũng đợc mô tả kỹ hơn trong bối cảnh bờ bao và
đờng giao thông nông thôn ngày càng nhiều. Do
vậy kích thớc và mức độ chi tiết của mô hình

tăng lên nhiều, từ 2500 đoạn lên đến 4500 đoạn
hiện nay.
Mô hình đã mô phỏng diễn biến trong suốt
mùa lũ từ 1/7ữ31/12/2000; 1/7ữ30/11/2001.
Toàn cảnh về sự phân bố lu lợng và tổng lợng ở
châu thổ Mekong đợc trình bày trong các Hình
(3.1 ữ3.2)
Kết quả tính toán và thực đo phù hợp tốt ở
hầu hết các trạm, trong cả mùa lũ và phù hợp
với ảnh RADARSAT của Canada chụp trung
tuần tháng 8 và cuối tháng 9 năm 2000 cho thấy
mô hình có khả năng mô phỏng tốt với độ chính
xác thoả đáng.
3
H×nh 3.1. Ph©n bè lu lîng vµ tæng lîng mïa lò n¨m 2000
H×nh 3.2. Ph©n bè lu lîng vµ tæng lîng mïa lò n¨m 2001
4
H×nh 3.3. So s¸nh kÕt qu¶ gi÷a thùc ®o vµ tÝnh to¸n mïa lò 2000 t¹i mét sè tr¹m
5
6
H×nh 3.4. So s¸nh kÕt qu¶ gi÷a thùc ®o vµ tÝnh to¸n mïa lò 2001 t¹i mét sè tr¹m
7
3.2 Đặc điểm lũ hạ lu châu thổ sông
Mekong
Trong mùa lũ hệ thống sông không đủ sức vận
chuyển hết lợng nớc lũ, dẫn đến việc tích nớc và
chảy tràn trên các vùng ngập ở Việt Nam và Cam
Pu Chia. Ngập lụt bắt đầu từ hạ lu Kompong
Cham trên đất Cam Pu Chia đến hầu hết các tỉnh ở
Đồng bằng sông Cửu Long. Diện tích ngập trong

những năm lũ lớn có thể lên đến 4,5 triệu ha (kể
cả Biển Hồ).
Sau Kompong Cham, dòng lũ chảy vào một số
nhánh, tràn qua các đoạn bờ thấp, điều tiết trong
các vùng ngập sau:
ở phía bờ trái sông Mekong là sông Tonle
Toch, cách Kompong Cham 9 km về phía hạ lu
chạy song song với sông chính, làm ngập một
vùng đất thấp rộng lớn xung quanh Prey Veng và
chảy trở lại sông Mekong tại Ba Nam. ở phía bờ
phải sông Mekong có các sông Prek Dang Kom,
Prek Ou Mal, Mul Kom Pul vận chuyển nớc lũ và
làm ngập khu vực giữa sông Mekong và Tonle
Sap.
Sông Tonle Sap và Biển Hồ đóng một vai trò
rất quan trọng trong việc điều tiết lũ ở châu thổ
sông Mekong. Biển Hồ ở cao trình 11 m, diện tích
mặt nớc 12.000 km
2
, dung tích 80 tỷ m
3
. Nớc sông
Mekong chảy vào Biển Hồ từ tháng 5 đến tháng 9;
nớc Biển Hồ chảy ra sông Mekong từ tháng 10
đến tháng 4 năm sau, bởi vậy nó hoạt động nh một
hồ điều tiết cho dòng chảy sông Mekong. Trong
mùa lũ lu lợng lớn nhất chảy vào Biển Hồ có thể
lên đến 11.000 m
3
/s, do vậy có thể làm giảm đỉnh

lũ ở hạ lu sông Mekong. Thông thờng Biển Hồ
chảy trở lại sông Mekong từ cuối tháng 9 hoặc
đầu tháng 10, lu lợng chảy ra lớn nhất vào khoảng
10.000ữ12.000 m
3
/s. Hiệu quả cắt lũ của Biển Hồ
đối với những trận lũ sớm, cao và lên nhanh nh lũ
1978 khá lớn; trong khi đối với những trận lũ xảy
ra sớm, lên chậm nh lũ 1994 thì hiệu quả cắt lũ
nhỏ. Khả năng cắt lũ giảm nhiều nếu đỉnh lũ thứ
hai xảy ra khi Biển Hồ đã đầy nớc và bắt đầu chảy
ra sông Mekong.
Hạ lu Phnom Penh, sông Mekong tải khoảng
80-85% lợng lũ, sông Bassac 15-20%; đến Vàm
Nao phân phối lu lợng giữa sông Mekong và
Baasac đợc thay đổi, 1/3 lu lợng sông Mekong đợc
chuyển sang Bassac. Sau khi chảy vào Đồng Tháp
Mời và Tứ Giác Long Xuyên lu lợng giữa sông
Mekong và Bassac tơng tự nh nhau.
Trớc khi chảy vào Việt Nam, sông Stung Slot,
ở phía bờ trái sông Mekong, bắt đầu từ Ba Nam,
chảy qua đờng Svay Rieng-Phnom Penh tại cầu
Stung Slot và Trabek. Gần biên giới Việt Nam
Cam Pu Chia, bờ trái sông Mekong thấp, có một
số kênh rạch nối với và chuyển nớc lũ vào sông
Stung Slot. Nguồn nớc này kết hợp với nớc lũ qua
cầu Stung Slot và Trabek làm ngập vùng biên giới
giữa hai nớc và chảy vào Đồng Tháp Mời qua bờ
thấp của sông Sở Hạ. Nguồn nớc lũ này có ảnh h-
ởng rất mạnh và là nguyên nhân chính gây ra ngập

lụt nghiêm trọng ở Đồng Tháp Mời. Một phần
dòng lũ chảy vào sông Sở Thợng và trở lại sông
Mekong.
ở phía bờ phải sông Bassac, dòng chảy từ sông
PrekThnot bắt nguồn từ phía rìa trái của châu thổ,
kết hợp với dòng chảy từ nhiều kênh rạch chuyển
nớc lũ từ sông Bassac làm ngập các vùng đất thấp
và chảy về phía hạ lu, song song với sông Bassac
và nối với sông Châu Đốc ở Việt Nam. Gần biên
giới, có sông Takeo, bắt nguồn từ vùng đồi phía
tây nam Cam Pu Chia. Tất cả các dòng nhánh này
kết hợp với nhau làm ngập một vùng rộng lớn gần
biên giới, một phần nớc lũ chảy qua hai đập cao
su Trà S và Tha La trên đờng Châu Đốc-Tịnh Biên
vào Tứ Giác Long Xuyên, một phần chảy theo
kênh Vĩnh Tế và phần còn lại chảy trở lại sông
Bassac.
Lũ chảy vào Việt Nam qua sông Tiền, sông
Hậu và hai tuyến tràn lớn qua biên giới. Lu lợng
lớn nhất qua Tân Châu lên đến trên 26.000 m
3
/s;
qua Châu Đốc gần 8.000 m
3
/s. Lu lợng lũ tràn lớn
nhất vào Đồng Tháp Mời lên đến 12.000 m
3
/s; vào
Tứ giác Long Xuyên khoảng 800 m
3

/s; Lợng chảy
trở lại sông Tiền qua các cửa từ An Bình đến An
Hữu (khoảng 4.000-4.200 m
3
/s); An Hữu-Trung
Lơng (khoảng 2.500-3.000 m
3
/s); ra Vàm Cỏ Tây
(khoảng 2.500-3.000 m
3
/s); sang Vàm Cỏ Đông
(khoảng 600-1.100 m
3
/s); xuống Cái Sắn (khoảng
800-1.000 m
3
/s) và ra Biển Tây (khoảng 4.000-
4.500 m
3
/s). Tổng lợng lũ vào Đồng Tháp Mời
trong năm lũ lớn có thể đạt tới 57 tỷ m
3
, Tứ giác
Long Xuyên khoảng 35 tỷ m
3
.
Có thể nói lũ năm 2000 là trận lũ có tổng lợng
lũ lớn nhất trong lịch sử. Theo tính toán, tổng lợng
lũ năm 2000 vào ĐBSCL trong thời kỳ từ 1/7 đến
30/11 đạt khoảng 479 tỷ m

3
.
8
4. KếT LUậN
Lũ ĐBSCL là một hiện tợng tự nhiên rộng lớn và
phức tạp, trong khi mô hình chỉ mô phỏng thực tế đã
đợc đơn giản hóa, nên cha thể đánh giá thật chính
xác đến từng chi tiết và toàn diện; điều đó, vợt quá
khả năng của phơng trình vật lý toán cơ bản, của số
liệu thực tế sẵn có và năng lực khái quát hóa của
những ngời làm mô hình.
Tuy nhiên, với yêu cầu nghiên cứu tổng thể về lũ,
luận chứng các vấn đề vĩ mô và xác định các thông
số thiết kế của các công trình quan trọng trong vùng
ngập, mô hình vẫn là một công cụ có thể coi là đủ
mức tin cậy. Cùng với các số liệu đo đạc, kết quả
mô phỏng lũ 2000, 2001 bằng mô hình VRSAP sẽ
là những tài liệu có giá trị cho việc tìm hiểu và đánh
giá toàn diện về hai trận lũ lớn này phục vụ chiến l-
ợc sống chung với lũ trên cơ sở lợi dụng tối đa
những mặt lợi và giảm thiểu tối thiểu những mặt hại
từ lũ ở ĐBSCL.
Tài Liệu THAM KHảO
[1] PGS.TS Nguyễn Nh Khuê (1992), Một số đặc điểm thuỷ động lực học cơ bản của hệ dòng chảy ở
đồng bằng sông Cửu Long.
[2] PGS.TS Nguyễn Nh Khuê (1994), Chơng trình thuỷ lực và vận chuyển chất hoà tan VRSAP.
[3] Nguyễn Xuân Hiền, Trần Đức Đông (1999), Quy hoạch lũ đồng bằng sông Cửu Long (chuyên đề
tính toán thuỷ lực).
[4] PGS.TS Nguyễn Tất Đắc (2005), Mô hình toán cho dong chảy và chất lợng nớc trên hệ thống kênh
sông.

[5] TS. Tô Văn Trờng (2006), Nhận dạng, dự báo và kiểm soát lũ ở đồng bằng sông Cửu Long
Summary
ME. NGUYEN XUAN HIEN
Southern Institute of Water Resources Research
The Mekong River Basin has long experienced flooding, salt-water influx, depletion of forests,
deterioration of groundwater, water pollution and other problems. Annually in flood season, the Mekong
Delta submerges an area of more than 5.2 millions hectares of the Cambodia and the Vietnam during 3-6
months with the water depth of 0.5 to 5.0 meters, over potential lands and population centres. The flooding
in the lower part of the basin is normally characterized by a relatively long period of inundation with
damaging forces. Therefore, flood control is one of important objectives of water resources planning for the
Mekong Delta.
A mathematical model capable to simulate the flood flow on river-canals networks and over vast
submerged land, and predict the effect of flood control measures, of any human activities, must be developed
and made use. Since 1978 Prof. Nguyen Nhu Khue and the modeling group of Southern Institute for Water
Resources Planning (SIWRP) has developed the hydraulic and salinity intrusion model namely
VRSAP(Vietnam River Systems and Plains), a program for mathematical modeling of one-dimensional
hydrodynamic motion and transport dispersion of mixed substances.
On the basic of a one-dimensional problem in an open-channel system, the program has been improved
to simulate the overland flow by assuming a quasi-two-dimensional scheme and the flow under pressure in a
filled sewer. Through its application in the water resources planning and water control design, it has been
refined and upgraded, nowadays a new user-friendly version in Visual Basic can be run on a
microcomputer for a very large scale and complex network.
This study presents the VRSAP Program and its application in simulation of the 2000 and 2001 high
flood years.
Ngời phản biện: KS. Đỗ Văn Khiết
9