Mô phỏng ngập lụt hạ lưu lưu vực sông cả

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Thị Xuân Quỳnh

MÔ PHỎNG NGẬP LỤT HẠ LƯU LƯU VỰC SÔNG CẢ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2015

i


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Thị Xuân Quỳnh

MÔ PHỎNG NGẬP LỤT HẠ LƯU LƯU VỰC SÔNG CẢ

Chuyên ngành: Thủy văn học
Mã số:

60440224

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. TRẦN NGỌC ANH

Hà Nội – Năm 2015

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... viii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ix
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................10
1. Tính cấp thiết của đề tài .....................................................................................10
2. Một số nghiên cứu trƣớc đây ............................. Error! Bookmark not defined.
3. Mục tiêu của đề tài ............................................. Error! Bookmark not defined.
4. Phạm vi nghiên cứu ............................................ Error! Bookmark not defined.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................... Error! Bookmark not defined.
6. Cấu trúc của luận văn ......................................... Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 1 - ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC
NGHIÊN CỨU .......................................................... Error! Bookmark not defined.
1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên của khu vực nghiên cứu........ Error! Bookmark not
defined.
1.1.1. Vị trí địa lí ................................................. Error! Bookmark not defined.
1.1.2. Địa hình ..................................................... Error! Bookmark not defined.
1.1.3. Lớp phủ thực vật ....................................... Error! Bookmark not defined.
1.1.4. Khí hậu ...................................................... Error! Bookmark not defined.
1.1.5. Mạng lƣới sông suối và lƣới trạm thủy văn ............ Error! Bookmark not
defined.
1.1.6. Một số trận lũ lớn điển hình đã xẩy ra và thiệt hại do lũ lụt trên địa bàn
lƣu vực sông Cả .................................................. Error! Bookmark not defined.

1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội ............................... Error! Bookmark not defined.

iii


1.2.1. Dân cƣ và lao động ................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Một số ngành kinh tế................................. Error! Bookmark not defined.
1.2.3. Cơ sở hạ tầng ............................................ Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 2 - CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH MIKE FLOOD ............... Error!
Bookmark not defined.
2.1. Hệ phƣơng trình cơ bản .................................. Error! Bookmark not defined.
2.2. Phƣơng pháp giải ............................................ Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 3 - MÔ PHỎNG NGẬP LỤT CHO HẠ LƢU LƢU VỰC SÔNG CẢ
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.1. Cơ sở dữ liệu ................................................... Error! Bookmark not defined.
3.2. Thiết lập mô hình: ........................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Mạng thủy lực 1D ..................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Miền tính 2 chiều ...................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.3. Mạng thủy lực kết nối 1-2 chiều ............... Error! Bookmark not defined.
3.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình NAM ........ Error! Bookmark not defined.
3.4. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực kết nối 1-2 chiều................. Error!
Bookmark not defined.
3.4.1. Hiệu chỉnh ................................................. Error! Bookmark not defined.
3.4.2. Kiểm định .................................................. Error! Bookmark not defined.
3.4.3. Nhận xét chung ......................................... Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 4- XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT HẠ LƢU LƢU VỰC SÔNG CẢ
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.1. Giới thiệu chung .............................................. Error! Bookmark not defined.

iv

4.2. Bản đồ ngập lụt hạ lƣu lƣu vực sông Cả ứng với trận lũ cực đại năm 2010
................................................................................ Error! Bookmark not defined.
4.3. Xây dựng bản đồ nguy cơ ngập lụt hạ lƣu lƣu vực sông Cả ứng với mực nƣớc
biển dâng theo các kịch bản phát thải .................... Error! Bookmark not defined.
4.3.1. Mực nƣớc biển dâng ứng với kịch bản phát thải thấp ... Error! Bookmark
not defined.
4.3.2. Mực nƣớc biển dâng ứng với kịch bản phát thải trung bình ............. Error!
Bookmark not defined.
4.3.3. Mực nƣớc biển dâng ứng với kịch bản phát thải cao ..... Error! Bookmark
not defined.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................11

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Sơ đồ khu vực nghiên cứu............................ Error! Bookmark not defined.
Hình 2. Thống kê thiệt hại về ngƣời ở lƣu vực sông Cả, giai đoạn 1990 – 2010 [6]
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. Thống kê thiệt hại về kinh tế ở lƣu vực sông Cả, giai đoạn 1990 – 2010 [6]
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 4. Quy trình mô phỏng ngập lụt ....................... Error! Bookmark not defined.
Hình 5. Cấu trúc thẳng đứng của mô hình NAM ...... Error! Bookmark not defined.
Hình 6. Sơ đồ thủy lực hệ thống sông Cả dùng trong tính toánError!

Bookmark

not defined.
Hình 7. Mạng thủy lực 1 chiều dùng trong tính toán Error! Bookmark not defined.
Hình 8. Phân chia tiểu lƣu vực và vùng nhập lƣu trên hệ thống sông Cả ......... Error!
Bookmark not defined.
Hình 9. Sơ đồ vùng tính 2 chiều................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 10. Kết quả hiệu chỉnh mô hình NAM cho trạm Sơn Diệm trận lũ 1978 Error!
Bookmark not defined.
Hình 11. Kết quả hiệu chỉnh mô hình NAM cho trạm Hòa Duyệt trận lũ 1978
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 12. Kết quả kiểm định mô hình NAM cho trạm Sơn Diệm trận lũ 1979 Error!
Bookmark not defined.
Hình 13. Kết quả kiểm định mô hình NAM cho trạm Hòa Duyệt trận lũ 1979
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 14. Kết quả hiệu chỉnh mô hình cho mực nƣớc tại trạm Nam Đàn ........ Error!
Bookmark not defined.

vi


Hình 15. Kết quả hiệu chỉnh mô hình cho mực nƣớc tại trạm Chợ Tràng ...... Error!
Bookmark not defined.
Hình 16. Kết quả hiệu chỉnh mô hình cho mực nƣớc tại trạm Bến Thủy ........ Error!
Bookmark not defined.
Hình 17. Kết quả hiệu chỉnh mô hình cho mực nƣớc tại trạm Linh Cảm ........ Error!
Bookmark not defined.
Hình 18. Diện tích ngập tối đa khu vực hạ lƣu sông Cả năm 1978Error! Bookmark
not defined.
Hình 19. Kết quả kiểm định mô hình cho mực nƣớc tại trạm Nam Đàn ......... Error!
Bookmark not defined.
Hình 20. Kết quả kiểm định mô hình cho mực nƣớc tại trạm Chợ Tràng ....... Error!

Bookmark not defined.
Hình 21. Kết quả kiểm định mô hình cho mực nƣớc tại trạm Bến Thủy......... Error!
Bookmark not defined.
Hình 22. Kết quả kiểm định mô hình cho mực nƣớc tại trạm Linh Cảm ........ Error!
Bookmark not defined.
Hình 23. Diện tích ngập tối đa khu vực hạ lƣu sông Cả năm 1988Error! Bookmark
not defined.
Hình 24. Bản đồ ngập lụt hạ lƣu lƣu vực sông Cả năm 2010Error! Bookmark not
defined.
Hình 25. Nguy cơ ngập lụt hạ lƣu lƣu vực sông Cả năm 2020 ứng với mực nƣớc
biển dâng theo kịch bản phát thải thấp ...................... Error! Bookmark not defined.
Hình 26. Nguy cơ ngập lụt hạ lƣu lƣu vực sông Cả năm 2050 ứng với mực nƣớc
biển dâng theo kịch bản phát thải thấp ...................... Error! Bookmark not defined.
Hình 27. Nguy cơ ngập lụt hạ lƣu lƣu vực sông Cả năm 2100 ứng với mực nƣớc
biển dâng theo kịch bản phát thải thấp ...................... Error! Bookmark not defined.

vii


Hình 28. Nguy cơ ngập lụt hạ lƣu lƣu vực sông Cả năm 2050 ứng với mực nƣớc
biển dâng theo kịch bản phát thải trung bình ............ Error! Bookmark not defined.
Hình 29. Nguy cơ ngập lụt hạ lƣu lƣu vực sông Cả năm 2100 ứng với mực nƣớc
biển dâng theo kịch bản phát thải trung bình ............ Error! Bookmark not defined.
Hình 30. Nguy cơ ngập lụt hạ lƣu lƣu vực sông Cả năm 2050 ứng với mực nƣớc
biển dâng theo kịch bản phát thải cao ....................... Error! Bookmark not defined.
Hình 31. Nguy cơ ngập lụt hạ lƣu lƣu vực sông Cả năm 2100 ứng với mực nƣớc
biển dâng theo kịch bản phát thải cao ....................... Error! Bookmark not defined.

viii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Mạng lƣới tính toán 1 chiều ......................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 2. Các tiểu lƣu vực và vùng nhập lƣu sông Cả Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. Biên tính toán của mô hình .......................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 4. Lựa chọn kết nối trong mô hình MIKE FLOODError!

Bookmark

not

defined.
Bảng 5. Chỉ tiêu Nash - Sutcliffe. ............................ Error! Bookmark not defined.
Bảng 6. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình NAM cho các tiểu lƣu vực SL4,
SL5 ............................................................................ Error! Bookmark not defined.
Bảng 7. Bộ thông số mô hình NAM cho các tiểu lƣu vực đại diện của sông Cả
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 8. Các tiểu lƣu vực có điều kiện tƣơng đồng với SL4, SL5Error! Bookmark
not defined.
Bảng 9. Đánh giá sai số theo chỉ tiêu Nash Sutcliffe (R2) mô phỏng trận lũ năm
1978 cho các trạm trên lƣu vực sông Cả ................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 10. Diện tích ngập lụt tối đa khu vực hạ lƣu sông Cả trong trận lũ lịch sử năm
1978 ........................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 11. Đánh giá sai số theo chỉ tiêu Nash Sutcliffe (R2) mô phỏng trận lũ năm
1988 cho các trạm trên lƣu vực sông Cả ................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 12. Diện tích ngập lụt tối đa khu vực hạ lƣu sông Cả trong trận lũ năm 1988
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 13. Ngập lụt khu vực hạ lƣu sông Cả trong trận lũ năm 2010................. Error!
Bookmark not defined.
Bảng 14. Nguy cơ ngập lụt hạ lƣu lƣu vực sông Cả ứng với mực nƣớc biển dâng

theo kịch bản phát thải thấp ...................................... Error! Bookmark not defined.

ix


Bảng 15. Nguy cơ ngập lụt hạ lƣu lƣu vực sông Cả ứng với mực nƣớc biển dâng
theo kịch bản phát thải trung bình ............................. Error! Bookmark not defined.
Bảng 16. Nguy cơ ngập lụt hạ lƣu lƣu vực sông Cả ứng với mực nƣớc biển dâng
theo kịch bản phát thải cao ........................................ Error! Bookmark not defined.
Bảng 17. Bảng tổng hợp diện ngập tối đa theo các kịch bản nƣớc biển dâng .. Error!
Bookmark not defined.

x


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS. Trần Ngọc Anh đã tận tình hƣớng dẫn em trong suốt quá trình viết luận
văn tốt nghiệp.
Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Khí tƣợng, Thủy văn và Hải
dƣơng học, quý thầy cô tham gia trong các buổi seminar đã có những nhận xét, góp
ý quý báu, là cơ sở cho em hoàn thiện luận văn này.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Khoa Khí tƣợng, Thủy văn và Hải dƣơng
học đã 1 lần nữa chắp cánh cho em sau bậc học cử nhân, góp phần đào tạo thêm 1
thạc sỹ cho xã hội. Đối với bản thân em, đây là niềm may mắn vô bờ bến.
Em xin chân thành cảm ơn Phòng Sau đại học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, các quý Thầy, Cô đã chỉ bảo, hƣớng dẫn chi tiết
cho em về các thủ tục trong quá trình đào tạo.
Tôi xin chân thành gửi tới các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, cung cấp số
liệu cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Trân trọng cảm ơn tập thể các anh, chị, em trong Trung tâm Nghiên cứu Khí

tƣợng Thủy văn biển, Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn và Biến đổi khí hậu đã
hết lòng giúp đỡ, động viên tôi. Trân trọng cảm ơn Giám đốc Trung tâm đã tạo điều
kiện thuận lợi về thời gian cho tôi trong suốt quá trình học cao học và làm luận văn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới Gia đình, những ngƣời đã luôn ở
bên động viên, khích lệ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn
này.
Xin trân trọng cảm ơn.

xi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Lũ và lụt là những hiểm họa tiềm tàng từ dòng nƣớc, có nguyên nhân hình thành
và đặc tính tác hại khác nhau. Tuy nhiên, giữa chúng cũng có mối liên quan chặt chẽ. Lũ,
lụt thƣờng đi kèm với nhau; Trong nhiều trƣờng hợp, lũ là nguyên nhân gây ra ngập lụt.
Thông qua mức độ và phạm vi ngập lụt, sức tàn phá của lũ đƣợc tái hiện tƣơng đối rõ
ràng. Trong những thập kỷ gần đây, trƣớc diễn biến ngày càng khốc liệt và khó lƣờng của
lũ, tình hình ngập lụt cũng trở nên khó kiểm soát hơn. Điều này gây ra không ít khó khăn
cho công tác quản lý, phòng chống lũ, lụt. Nhiều công trình nghiên cứu nhằm ứng phó
với lũ, lụt và giảm nhẹ tác hại của chúng đã và đang đƣợc thực thi ở nhiều nơi, nhất là ở
những nơi chịu nhiều ảnh hƣởng của lũ, lụt nhƣ các vùng hạ lƣu sông.
Hạ lƣu lƣu vực Sông Cả là nơi tập trung đông dân cƣ sinh sống. Với diện tích chỉ
787 km2, có tới 400 nghìn ngƣời định cƣ (năm 2013) [3, 4]. Đây cũng là vùng đất thấp,
thuộc đồng bằng sông Cả, thƣờng xuyên xảy ra ngập úng khi mƣa to. Các vùng ngập
chính ở đồng bằng này:
(1) Vùng Nam Đàn - Hƣng Nguyên - Nghi Lộc, diện tích canh tác khoảng 48.700
ha. Nƣớc trong vùng này thoát qua Kênh Thấp từ Nam Đàn chảy theo hƣớng Đông Nam,
tới Mƣợu (Hƣng Thái) thì tách ra làm 2 nhánh: kênh Hoàng Cầm đổ ra Bến Thủy để tiêu
ra sông Cả qua trạm bơm Bến Thủy, nhánh khác là Kênh Gai lên phía Bắc đổ ra Cửa Lò.

(2) Vùng Diễn Châu - Yên Thành - Quỳnh Lƣu: Vùng Diễn Châu có kênh tiêu
Vách Bắc thu nƣớc từ phía Bắc và từ các sông Dinh, Dền, Qui Lãng, Lạc Thổ và Bàn Dú
rồi tiêu qua kênh Diễn Hoa và sông Bùng ra biển tại cống Diễn Thủy và Diễn Thành.
Vùng Quỳnh Lƣu, trũng ở hữu ngạn sông Hoàng Mai, có đê bảo vệ, nhƣng thƣờng bị úng
do đất thấp.
(3) Vùng Đức Thọ, Can Lộc thuộc tỉnh Hà Tĩnh là vùng lòng chảo chạy dọc theo sông Nghèn. Phía Đông của đồng
bằng là núi Hồng Lĩnh, còn phía Tây là núi

12


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Ngọc Anh (2011), “Xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lƣu các sông Bến Hải và
Thạch Hãn, tỉnh Quảng Trị”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công
nghệ, 27,1S (2011), tr. 1-8.
2. Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng (2012), Kịch bản Biến đổi khí hậu, Nước biển dâng
cho Việt Nam, Hà Nội.
3.

Cục Thống kê Nghệ An (2013), Niên giám thống kê tỉnh Nghệ An năm 2013, Nhà

xuất bản Thống kê, Hà Nội.
4.

Cục Thống kê Hà Tĩnh (2013), Niên giám thống kê tỉnh Hà Tĩnh năm 2013, Nhà

xuất bản Thống kê, Hà Nội.
5. Lƣơng Hữu Dũng và các cộng tác viên (2007), “Ứng dụng bộ mô hình SWATT và
IQQM tính toán cân bằng nƣớc lƣu vực sông Cả”, Tuyển tập báo cáo hội thảo khoa học
lần thứ 10, Viện khoa học khí tƣợng thủy văn và môi trƣờng, Hà Nội.

6. Dự án quản lý thiên tai WB4 (2012), “Phụ lục: Môi trƣờng nền các lƣu vực sông”,
Báo cáo đánh giá Môi trường, Hà Nội.
7. Lê Thu Hiền, Hồ Việt Hùng (2008), “Nghiên cứu khả năng phòng lũ của hệ thống hồ
chứa đối với hạ lƣu sông Cả tỉnh Nghệ An”, Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi
trường, 21 (6/2008), tr. 8-15.
8. Bùi Minh Hòa (2012), Nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Ba,
Luận văn Thạc sỹ khoa học ngành Thủy văn học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên,
Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
9.

Nguyễn Hữu Khải (2003), Nghiên cứu khả năng ứng dụng mô hình ANN và HEC-

RAS vào dự báo lũ sông Cả, Tạp chí KTTV, 9 (513), tr. 16-23.
10. Trần Duy Kiều (2012), Nghiên cứu quản lý lũ lớn lưu vực sông Lam, Luận án tiến sĩ
kỹ thuật, Trƣờng Đại học Thủy lợi, Hà Nội.

13


11. Phạm Thị Hƣơng Lan, Ngô Lê Long, Nguyễn Hoàng Sơn, Trần Kim Châu (2014),
“Xây dựng bản đồ ngập lụt và đề xuất phƣơng án phòng chống lũ trên lƣu vực sông
Lam”, Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2014 kỷ niệm 55 năm Đại học
Thủy lợi, tr. 444-446.
12. Nguyễn Viết Phổ, Vũ Văn Tuấn, Trần Thanh Xuân (2003), Tài nguyên nước Việt
Nam, Nhà Xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội.
13. Trung tâm Khí tƣợng Thủy văn Quốc gia (2011), Những trận lũ, lụt điển hình ở hệ
thống sông Cả (Nghệ An - Hà Tĩnh), Hà Nội.
14. Hoàng Thanh Tùng, Vũ Minh Cát, Robeto Ranzi, Trƣơng Tùng Hoa (2015),
“Nghiên cứu dự báo lũ trung hạn lƣu vực sông Cả”, Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi và
môi trường, 48 (3/2015), tr. 81-86.

15. Hoàng Minh Tuyển (2006), Báo cáo nghiên cứu xây dựng khung hỗ trợ ra quyết
định trong quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cả, Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn
và Môi trƣờng, Hà Nội.

14