đánh giá mức độ ngập lụt hạ lưu sông ba

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

LOGO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. NGUYỄN HỮU KHẢI
2. PGS.TS. PHẠM THỊ HƯƠNG LAN

CẤN THU VĂN – CH16V


Nội Dung
1

Lý do chọn đề tài

2

Tổng quan khu vực nghiên cứu

3

Tổng quan mô hình MIKE-FLOOD

4

Mô phỏng và đánh giá ngập lụt

5

Kết luận và kiến nghị

CẤN THU VĂN – CH16V


1

Lý do chọn đề tài

CẤN THU VĂN – CH16V


1

Lý do chọn đề tài

Đặc biệt, lũ năm 1993 - 72 người chết, 4 người mất tích, 464 người
bị thương, 26.059 ngôi nhà bị đổ nát, 144.594 ngôi nhà cùng với rất
nhiều công trình hạ tầng cơ sở bị hư hỏng, khoảng 90% diện tích canh
tác (tương đương 21.584 ha) bị ngập nặng. Tổng thiệt hại của trận lũ
này ước tính gần 400 tỷ đồng.
Do đó việc cần thiết hiện nay là phải xây dựng cơ sở khoa
học và thực tiễn nhằm dự báo lũ, đánh giá mức độ ngập lũ và
đưa ra được phương án phòng chống lũ bảo vệ cho vùng hạ lưu
sông Ba đồng thời phục vụ phát triển kinh tế xã hội trong

vùng.

CẤN THU VĂN – CH16V


2

Tổng quan khu vực nghiên cứu

2.1. Vị trí địa lý
Lưu vực sông Ba nằm ở miền Trung Trung Bộ
Việt Nam có hình dạng chữ L. Phạm vi lưu vực ở :
12o35’ đến 14o38’ vĩ độ Bắc và 108o00’ đến 109o55
kinh độ Đông
Phía Bắc giáp lưu vực sông Trà Khúc; Nam giáp
LV sông Cái và Sêrêpôk; Tây giáp LV sông Sêsan và
Sêrêpôk; Đông giáp LV sông Kône, Kỳ Lộ và biển
Đông.
DT tự nhiên toàn LV là 14.132 km2 nằm trên địa
phận hành chính của 15 huyện, thị thuộc 3 tỉnh Gia
Lai, Đak Lăk và Phú Yên. Tổng diện tích nông nghiệp
352.811 ha.

CẤN THU VĂN – CH16V


2

Tổng quan khu vực nghiên cứu
13015’

13000’

12045’

Khu vực nghiên cứu là hạ lưu sông Ba (sau hồ sông Ba Hạ) từ Củng
Sơn tới cửa Đà Rằng. Thuộc tỉnh Phú Yên; Bắc giáp tỉnh Bình Định, Nam
giáp tỉnh Khánh Hòa, Tây giáp tỉnh Đắc Lắc & Gia Lai, Đông giáp Biển
Đông, Diện tích tự nhiên: 5.045km 2
CẤN THU VĂN – CH16V


2

Tổng quan khu vực nghiên cứu

2.2. Địa hình :
Địa hình thấp dần từ Tây sang Đông với 3 dạng địa hình chính: Núi, trung du,
đồng bằng và vùng ven biển. Rừng và đất rừng chiếm 3/4 diện tích tự nhiên.

2.3. Khí hậu - thuỷ văn:
Nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hưởng của khí hậu đại
dương, nhiệt độ trung bình 26,70C. Lượng mưa trung bình năm 2.180 mm, số giờ
nắng bình quân năm 2.400 giờ, độ ẩm trung bình 79%.
Thời tiết có 2 mùa rõ rệt: Mùa khô từ tháng 1 đến tháng 8, mùa mưa từ tháng
9 đến tháng 12 tập trung từ 70-80% lượng mưa cả năm.
Sông ngòi ngắn và dốc với 4 sông chính: sông Ba, sông Bàn Thạch, sông Kỳ
Lộ, sông Cầu.

CẤN THU VĂN – CH16V

2

Tổng quan khu vực nghiên cứu

2.4. Tài nguyên đất:
Diện tích tự nhiên 504.531ha, trong đó đất dùng vào nông nghiệp: 124.814ha,
đất lâm nghiệp: 165.915ha, đất chuyên dùng: 17.363ha, đất thổ cư: 4.203ha, đất
trống chưa sử dụng: 192.233ha.

2.5. Tài nguyên nước:
Có trên 50 sông suối lớn nhỏ, tổng lượng dòng chảy trung bình năm vào
khoảng 11,8 tỷ m3, hiện nay đã đưa vào sử dụng khoảng 25% tổng lượng. Trữ
lượng điện năng khoảng 500MW Khả năng khai thác nước phục vụ cho các mục
đích dân sinh và phát triển kinh tế còn lớn.

CẤN THU VĂN – CH16V


2

Tổng quan khu vực nghiên cứu

2.6. Chế độ mưa
Phân phối không gian của lượng mưa ở Phú Yên rất không đồng
đều. Dãy núi Vọng Phu đèo Cả là vùng mưa lớn nhất tỉnh, X năm trung
bình từ 2200 - 2600mm. Tâm mưa thấp nhất là khu vực Chí Thạnh với X
năm trên dưới 1600mm
CẤN THU VĂN – CH16V

3

Tổng quan mô hình MIKE-FLOOD

3.1. Mô hình Mưa rào-dòng chảy (MIKE-NAM)
Mô hình NAM là một bộ biểu thức toán học kết nối mô tả theo dạng
định lượng đơn giản hoá. NAM mô tả các thành phần khác nhau của
quá trình mưa – dòng chảy bằng việc tính toán liên tục lượng nước bốn
bể chứa có liên quan với nhau. Mỗi bể chứa diễn tả các thành phân vật
lý khác nhau của lưu vực.

Cấu trúc mô hình NAM
Mô hình NAM dựa vào các cấu trúc và phương trình vật lý được sử
dụng cùng với các phương trình bán kinh nghiệm. Đây là mô hình thông
số tập trung, xử lý mỗi lưu vực như là một đơn vị lẻ. Do đó, các đặc
trưng của lưu vực được diễn tả giá trị trung bình cho toàn bộ LV

CẤN THU VĂN – CH16V


3

Tổng quan mô hình MIKE-FLOOD

3.2. Mô hình MIKE 11
Hệ phương trình sử dụng trong mô hình là hệ phương trình SaintVenant một chiều không gian, với mục đích tìm quy luật diễn biến của
mực nước và lưu lượng dọc theo chiều dài sông hoặc kênh dẫn theo thời
gian. Hệ gồm hai phương trình:

Phương trình liên tục:

Phương trình động lượng:

CẤN THU VĂN – CH16V

∂Q ∂A
+
=q
∂x
∂t
∂Q ∂  Q 2
+ α 
∂t ∂x  A

QQ

∂Z
 + gA
+g 2 2 =0
∂x
C A R



3

Tổng quan mô hình MIKE-FLOOD
+ Phương pháp giải
Sơ đồ giải:

Sơ đồ giải hệ phương trình Saint – Venant dựa trên sơ đồ sai phân ẩn
Theo sơ đồ tính này, tại mỗi nút sơ đồ chỉ cho phép tính được 1 giá trị,
các biến Q và h được xếp sen kẽ nhau, nếu nút này tính Q thì nút trước
và sau nó sẽ tính h và được tạo tự động bởi mô hình .

Sơ đồ sai phân hữu hạn 6
điểm ẩn Abbot
CẤN THU VĂN – CH16V

Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott
trong mặt phẳng x-t


3

Tổng quan mô hình MIKE-FLOOD

Để sơ đồ sai phân hữu hạn ổn định và chính xác, cần tuân
thủ các điều kiện sau:

Địa hình phải đủ tốt để mực nước và lưu lượng được giải một
cách thoả đáng. Giá trị tối đa cho phép đối với ∆x phải được chọn
trên cơ sở này.
Bước thời gian ∆t phải đủ nhỏ để cho ta một thể hiện chính xác
về sóng.
Điều kiện Courant có thể dùng như một hướng dẫn để chọn
bước thời gian sao cho đồng thời thoả mãn được các điều kiện trên.

CẤN THU VĂN – CH16V

3

Tổng quan mô hình MIKE-FLOOD

3.3. Mô hình MIKE 21

Mô hình MIKE 21 HD là mô hình thủy động lực học mô phỏng mực
nước và dòng chảy trên sông, vùng cửa sông, vịnh và ven biển. Mô
hình mô phỏng dòng chảy không ổn định hai chiều ngang đối với một
lớp dòng chảy.
Hệ phương trình mô phỏng bao gồm phương trình liên tục
kết hợp với phương trình động lượng chiều ngang (x, y) mô tả sự biến
đổi của mực nước và lưu lượng. Lưới tính toán sử dụng trong mô hình
là lưới hình chữ nhật.

CẤN THU VĂN – CH16V


3

Tổng quan mô hình MIKE-FLOOD
+ Phương pháp giải

Hệ thống giải hệ phương trình phi tuyến của phương trình liên tục
và bảo toàn động lượng theo thời gian. Phương pháp giải bằng cách
sử dụng sơ đồ sai phân hữu hạn ẩn có độ chính xác bậc hai.

Để giải hệ phương trình trên người ta sử dụng phương pháp ADI

(Alternating Direction Implicit) để sai phân hóa theo lưới không gianthời gian. Hệ phương trình theo từng phương và tại mỗi điểm trong
lưới được giải theo phương pháp Double Sweep.

CẤN THU VĂN – CH16V


3

Tổng quan mô hình MIKE-FLOOD
3.4. Mô hình MIKE-FLOOD

Trong luận văn, MIKE FLOOD được sử dụng để ghép nối mô hình
mạng sông MIKE 11 HD và mô hình hai chiều lưới chữ nhật MIKE 21 HD.
Mô hình một chiều được sử dụng để mô phỏng hệ thống sông; mô hình
hai chiều được sử dụng để mô phỏng dòng chảy trên khu chứa.
Các kết nối được sử dụng trong luận văn là kết nối chuẩn (Standard)
và kết nối hai bên (Lateral).

CẤN THU VĂN – CH16V


4

Mô phỏng và đánh giá ngập lụt

4.1. Các bước triển khai mô hình
+ Xác định phạm vi mô phỏng và tính toán;
+ Xác định điều kiện biên (Biên thượng lưu, biên hạ lưu và lượng nhập khu giữa);
+ Thiết lập mạng sông và nền (DEM) trong miền tính toán 1 và 2 chiều;
+ Chạy mô hình thủy văn (Mưa rào-dòng chảy) – MIKE NAM tính toán lượng mưa

sinh dòng chảy có thể sử dụng biên thượng lưu hoặc nhập khu giữa cho MIKE
11 và MIKE 21;
+ Chạy thông và mô phỏng sơ bộ modul thủy lực trong MIKE 11;
+ Chạy thông và mô phỏng sơ bộ modul thủy lực trong MIKE 21;
+ Kết nối (Couping) mạng MIKE 11 và MIKE 21 trong MIKE FLOOD;
+ Chạy mô phỏng và hiệu chỉnh mô hình và tính toán các đặc trưng;
+ Kiểm định với bộ thông số vừa hiệu chỉnh với các con lũ khác.

CẤN THU VĂN – CH16V


4

Mô phỏng và đánh giá ngập lụt

4.1 Phạm vi nghiên cứu

Mô phỏng M11

Mô phỏng M21

Sơ đồ phác họa phạm vi nghiên cứu thủy lực hạ lưu sông Ba

CẤN THU VĂN – CH16V


4

Mô phỏng và đánh giá ngập lụt
4.2. CƠ SỞ DỮ LIỆU

4.2.1. Tài liệu địa hình lòng sông

Tài liệu trắc dọc và ngang sông Ba bao
gồm 24 mặt cắt ngang sông từ Củng Sơn tới
cầu Phú Lâm được đo đạc và hiệu chỉnh năm
1997, có 3 mặt cắt ngang từ Cầu Phú Lâm đo
năm 2003

CẤN THU VĂN – CH16V


4

Mô phỏng và đánh giá ngập lụt

4.2.2 Tài liệu về bản đồ số độ cao (nền tính toán)

Bản đồ DEM với độ phân giải
40m x 40m
(nguồn: Trung tâm Viễn thám – Bộ
TNMT)

CẤN THU VĂN – CH16V


4

Mô phỏng và đánh giá ngập lụt
4.2.3. Tài liệu về đập dâng Đồng Cam

Tài liệu về các thông số kỹ thuật của đập dâng Đồng Cam do Ban Quản lý đập
cung cấp.

Hạng mục

Chiều dài
(m)

Cao trình
(m)

Đập dâng

590,0

Tràn bậc 1

65,0

25,30

Tràn bậc 2

335,8

24,20

Tràn bậc 3

93,0

24,15

Tràn bậc 4

96,2

24,10

CẤN THU VĂN – CH16V


4

Mô phỏng và đánh giá ngập lụt

4.2.4. Tài liệu điều tra vết lũ 10/1993
Đã có hơn 40 vết lũ của con lũ lịch
sử tháng 10/1993 đã được Viện Quy
hoạch Thuỷ lợi điều tra và đã được đo
đạc địa hình đưa về cao độ Quốc gia.
Trong đó có 16 vết lũ thuộc bãi ngập
trong phạm vi 2 kênh chính Bắc Nam
đập Đồng Cam, các vết lũ còn lại nằm
trong các ô ruộng ngoài phạm vi đập
dâng Đồng Cam.

CẤN THU VĂN – CH16V

4

Mô phỏng và đánh giá ngập lụt

1. Sơ đồ mạng thủy lực trong Mike 11

2. Bản đồ Bathymetry được thiết lập
có bước lưới 40x40m, trên vùng có
kích thước 14,4 x 10,0 km với số
điểm lới là 400 x 250. Miền tính toán
được xoay 1 góc 650 so với kinh
tuyến. Cao trình điểm đất được
chọn là 20,0 m.

CẤN THU VĂN – CH16V


4

Mô phỏng và đánh giá ngập lụt

Sơ đồ kết nối (Couping) trong MIKE-FLOOD giữa mạng thủy lực Mike 11 và Mike 21

CẤN THU VĂN – CH16V


4

Mô phỏng và đánh giá ngập lụt

Điều kiện biên
Biên trên: Là đường quá trình lưu lượng thực đo tại Củng Sơn
Biên dưới: Biên triều được tính từ trạm đo triều Quy Nhơn
Biên giữa: Lượng nhập khu giữa được xác định từ lượng mưa và được đổ đều
dọc chiều dòng chảy từ Củng Sơn đến cửa Đà Rằng bởi MIKE - NAM và được kết
nối trong phần mô phỏng MIKE 11 và MIKE 21.

Điều kiện ban đầu:
Điều kiện ban đầu trên mô hình được mô phỏng tại tất cả các nút bao gồm
mực nước và lưu lượng tại thời điểm bắt đầu tính toán.

CẤN THU VĂN – CH16V