Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu đến lũ và ngập lụt hạ lưu sông Ba (Luận văn thạc sĩ)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI
KHÍ HẬU ĐẾN LŨ VÀ NGẬP LỤT HẠ LƯU SÔNG BA

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC

MẠC ĐÌNH NAM

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI
KHÍ HẬU ĐẾN LŨ VÀ NGẬP LỤT HẠ LƯU SÔNG BA

MẠC ĐÌNH NAM

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC
MÃ SỐ: 62.44.02.24
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS TRẦN HỒNG THÁI

HÀ NỘI, NĂM: 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS. Trần Hồng Thái

Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS. Lã Văn Chú

Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Nguyễn Lan Châu

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày 26 tháng 12 năm 2017


i

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Mạc Đình Nam
MSHV: 1698010002
Hiện đang là học viên lớp CH-2AT chuyên ngành Thủy văn học thuộc Khoa
Khí tượng Thủy văn – Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.
Với đề tài luận văn: “Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu
đến lũ và ngập lụt hạ lưu sông Ba”
Tôi xin cam đoan: Đây là công trình nghiên cứu của bản thân, được thực hiện
dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trần Hồng Thái. Các nội dung nghiên cứu, kết quả
trong đề tài này là trung thực và chưa được công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước
đây. Các số liệu, tài liệu được thu thập từ các nguồn khác nhau và có ghi rõ trong
phần tài liệu tham khảo, có trích dẫn và có ghi rõ nguồn gốc.

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về
nội dung nghiên cứu của mình
Hà Nội,ngày 05 tháng 12 năm 2017
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Học viên thực hiện

Mạc Đình Nam


ii

LỜI CẢM ƠN
Học viên xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Trần Hồng Thái đã tận
tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này, qua đây
học viên cũng bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới ThS. Hoàng Văn Đại đã có những
định hướng bước đầu khi tác giả bắt đầu thực hiện luận văn, cùng các Thầy, Cô
trong Trường Đại học tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Đặc biệt là các Thầy, Cô
trong Khoa Khí tượng Thủy văn đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá
trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp.
Nhân đây học viên cũng gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo, đồng nghiệp Đài Khí
tượng Thủy văn khu vực Đồng Bằng Bắc Bộ đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình
tham gia khóa học và hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Trong quá trình làm luận văn do giới hạn về thời gian cũng như hạn chế về
nguồn số liệu thực đo nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, em rất mong
nhận được sự cảm thông và những ý kiến đóng góp quý báu của các Thầy, Cô để
em có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này.
Xin trân trọng cảm ơn!
Học viên

Mạc Đình Nam

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii
MỤC LỤC .............................................................................................................. iiiii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .............................................v
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ vi
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................... viiviii
THÔNG TIN LUẬN VĂN ........................................................................................x
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
I. Tính cấp thiết ............................................................................................................1
II. Mục tiêuvà phương pháp nghiên cứu .....................................................................2
1. Mục tiêu...................................................................................................................2
2. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................2
3. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................2
III. Cấu trúc luận văn ..................................................................................................3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ..........................................................4
1.1. Tổng quan về các nghiên cứu lũ và ngập lụt........................................................4
1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu lũ và ngập lụt trong và ngoài nước ........................4
1.1.2. Tổng quan về lũ và ngập lụt hạ lưu sông Ba .....................................................8
1.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu .......................................................................8
1.2.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên [11] ...........................................................................8
1.2.2. Chế độ khí hậu ................................................................................................17
1.2.3. Đặc điểm thủy văn [11] ...................................................................................25
1.2.4. Hệ thống hồ chứa và quy trình vận hành liên hồ chứa mùa lũ lưu vực sông Ba
...................................................................................................................................26
1.2.5. Các hình thế thời tiết gây lũ và ngập lụt .........................................................29

1.2.6. Đặc trưng các trận lũ lớn điển hình .................................................................31
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ SỐ LIỆU .....................................................33
2.1. Phương pháp tính toán và đánh giá lũ và ngập lụt .............................................33


iv

2.2. Lựa chọn mô hình toán ......................................................................................33
2.2.1. Các mô hình toán thủy văn, thủy lực ứng dụng trong tính toán lũ, ngập lụt ..33
2.2.2. Lựa chọn công cụ tính toán mô phỏng, đánh giá lũ và ngập lụt .....................35
2.3. Cơ sở lý thuyết và thiết lập mô hình thủy văn ...................................................36
2.3.1. Cơ sở lý thuyết ................................................................................................36
2.3.2. thiết lập mô hình ...............................................................................................41
2.4. Cơ sở lý thuyết và thiết lập mô hình MIKE 11 .................................................43
2.4.1. Cơ sở lý thuyết ................................................................................................43
2.4.2. Thiết lập mô hình thủy lực ..............................................................................47
CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN LŨ,
NGẬP LỤT HẠ LƯU SÔNG BA...........................................................................52
3.1. Tham số hóa mô hình mô phỏng thủy văn, thủy lực, ngập lụt...........................52
3.1.1 Hiệu chỉnh kiểm định mô hình thủy văn ..........................................................52
3.1.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực .....................................................55
3.1.3. Mô phỏng kiểm tra ngập lụt ............................................................................59
3.2. Lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu hạ lưu sông Ba ..........................................61
3.2.1. Biến đổi của nhiệt độ không khí .....................................................................61
3.2.2. Biến đổi của lượng mưa ..................................................................................64
3.2.3. Kịch bản nước biển dâng cho khu vực nghiên cứu .........................................67
3.3. Đánh giá tác động của BĐKH đến lũ hạ lưu sông Ba........................................68
3.3.1. Dòng chảy mùa lũ ...........................................................................................68
3.3.2. Lưu lượng đỉnh lũ............................................................................................69
3.4. Tác động đến mực nước lũ .................................................................................73

3.5. Tác động đến ngập lụt ........................................................................................75
3.6. Đề xuất giải pháp ...............................................................................................78
KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ .......................................................................................80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................83


v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

BĐKH

Biến đổi khí hậu

TNN

Tài nguyên nước

IPCC

Ủy ban Liên chính phủ về biến đổi khí hậu

KTTV

Khí tượng thủy văn

NTB

Nam Trung Bộ

KBN

Kịch bản nền

RCP4.5

Kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp

RCP8.5

Kịch bản nồng độ khí nhà kính cao


vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Tốc độ gió trung bình tháng và năm (Đơn vị: m/s) ..................................18
Bảng 1.2: Nhiệt độ trung bình tháng và năm (Đơn vị: 0C) .......................................20
Bảng 1.3: Một số năm đặc trưng mưa (Đơn vị: mm) ................................................22
Bảng 1.4: Lượng mưa trung bình nhiều năm các tháng (Đơn vị: mm).....................23
Bảng 1.5: Độ ẩm tuyệt đối trung bình tháng và năm (mb) .......................................24
Bảng 1.6: Độ ẩm tương đối trung bình tháng và năm (Đơn vị: %) ..........................25
Bảng 1.7: Lưu lượng lũ lớn nhất tại một số trạm trên lưu vực sông Ba ...................26
Bảng 1.8: Bảng thông số kỹ thuật chủ yếu của các hồ chứa chính lưu vực sông Ba 27
Bảng 1.9: Đặc trưng lượng mưa ngày lớn nhất ........................................................30
Bảng 1.10: Khả năng xuất hiện lũ lớn nhất năm tại một số trạm (%).......................32
Bảng 2.1: Danh sách trạm mưa và bốc hơi dùng cho các lưu vực hiệu chỉnh và kiểm
định ............................................................................................................................42
Bảng 2.2: Vị trí các mặt cắt ngang sông trong sơ đồ tính toán thủy lực ...................48
Bảng 2.3: Thông số chính đập dâng Đồng Cam .......................................................51

Bảng 3.1: Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình NAM tại các trạm thủy văn ...53
Bảng 3.2: Bộ thông số mô hình NAM tại các lưu vực của các trạm thủy văn .........53
Bảng 3.3: Kết quả chỉ tiêu Nash - Sutcliffe trạm thủy văn Củng Sơn ......................54
Bảng 3.4: Kết quả hiệu chỉnh trận lũ tháng 10/1993 tại trạm Phú Lâm ...................56
Bảng 3.5: Thông số nhám thủy lực ...........................................................................57
Bảng 3.6: Kết quả mô phỏng trận lũ tháng 11/1988, 11/2009 tại trạm Phú Lâm .....57
Bảng 3.7: Diện tích ngập lụt ứng với mức ngập lớn nhất trong trận lũ 10/1993 ......59
Bảng 3.8: Biến đổi của nhiệt độ trung bình năm (0C) so với thời kỳ cơ sở ..............62
Bảng 3.9: Biến đổi của nhiệt độ trung bình mùa đông (0C) so với thời kỳ cơ sở .....62
Bảng 3.10: Biến đổi của nhiệt độ trung bình mùa xuân (0C) so với thời kỳ cơ sở ...63
Bảng 3.11: Biến đổi của nhiệt độ trung bình mùa hè (0C) so với thời kỳ cơ sở .......63
Bảng 3.12: Biến đổi của nhiệt độ trung bình mùa thu (0C) so với thời kỳ cơ sở ......64
Bảng 3.13: Biến đổi của lượng mưa năm (%) so với thời kỳ cơ sở ..........................64
Bảng 3.14: Biến đổi của lượng mưa mùa đông (%) so với thời kỳ cơ sở .................65


vii

Bảng 3.15: Biến đổi của lượng mưa mùa xuân (%) so với thời kỳ cơ sở .................65
Bảng 3.16: Biến đổi của lượng mưa mùa hè (%) so với thời kỳ cơ sở .....................66
Bảng 3.17: Biến đổi của lượng mưa mùa thu (%) so với thời kỳ cơ sở ....................67
Bảng 3.18: Mực nước biển dâng theo kịch bản cho khu vực nghiên cứu .................67
Bảng 3.19: Lưu lượng trung bình tháng các thời kỳ, kịch bản RCP8.5 tại các trạm
thủy văn .....................................................................................................................68
Bảng 3.20: Lưu lượng trung bình tháng các thời kỳ, kịch bản RCP4.5 tại các trạm
thủy văn .....................................................................................................................69
Bảng 3.21: Lưu lượng đỉnh lũ 1%, 5% trung bình ngày và tức thời tại một số trạm
thủy văn trên hệ thống sông Ba theo kịch bản RCP8.5.............................................70
Bảng 3.22: Lưu lượng đỉnh lũ 1%, 5% trung bình ngày và tức thời tại một số trạm
thủy văn trên hệ thống sông Ba theo kịch bản RCP4.5.............................................71

Bảng 3.23: Mực nước đỉnh lũ tại trạm Phú Lâm các kịch bản .................................73
Bảng 3.24: Diện tích ngập ứng với mức ngập lớn nhất các kịch bản .......................76
Bảng 3.25: Tác dụng điều tiết của hồ chứa (diện tích ngập lụt giảm) ......................76
Bảng 3.26: Thay đổi diện tích ngập ứng với mức ngập lớn nhất ..............................76
Bảng 3.27: Thay đổi diện tích ngập ứng với mức ngập lớn nhất ..............................77


viii

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Bản đồ mạng lưới sông lưu vực sông Ba ..................................................10
Hình 1.2: Bản đồ khu vực tỉnh Phú Yên (Tỉ lệ 1:600 000) .......................................11
Hình 1.3: Bản đồ địa hình lưu vực sông Ba ..............................................................14
Hình 1.4: Bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sông Ba ........................................................16
Hình 1.5: Bản đồ phân bố lượng mưa .......................................................................24
Hình1.6: Bản đồ phân lượng mưa ............................................................................24
Hình 2.1: Cấu trúc mô hình NAM [11] .....................................................................38
Hình 2.2: Sơ đồ các lưu vực bộ phận trong lưu vực sông Ba ...................................41
Hình 2.3: Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott ................................................44
Hình 2.4: Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phằng x~t ...............44
Hình 2.5: Nhánh sông và các điểm lưới xen kẽ ........................................................45
Hình 2.6: Cấu trúc các điểm lưới xung quanh điểm nhập lưu ..................................45
Hình 2.7: Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng ..................................................45
Hình 2.8: Vị trí các đường quá trình lưu lượng gia nhập ..........................................48
Hình 2.9: Sơ đồ thủy lực lưu vực sông Ba ................................................................50
Hình 2.10: Sơ đồ tính toán thủy lực trong mô hình MIKE11 ...................................50
Hình 3.1: Đường duy trì lưu lượng tính toán và thực đo tại các trạm thủy văn trên
lưu vực sông Ba .........................................................................................................52
Hình 3.2: Đường lũy tích lưu lượng tính toán và thực đo tại các trạm thủy văn trên
lưu vực sông Ba .........................................................................................................53

Hình 3.3: Dòng chảy thực đo và tính toán trạm Củng Sơn (1980 - 1999) ................55
Hình 3.4: Mực nước tính toán và thực đo trận lũ tháng 10/1993 tại Phú Lâm .........56
Hình 3.5: Đường quá trình mực nước Phú Lâm năm 1988 ......................................58
Hình 3.6: Đường quá trình mực nước Phú Lâm năm 2009 ......................................58
Hình 3.7: Bản đồ nguy cơ ngập lớn nhất ứng với trận lũ 10/1993 ...........................60
Hình 3.8: Ngập lụt Phú Yên 05-11-2009 (Ảnh radar phân giải 6,25 m) ..................61
Hình 3.9: Dòng chảy mùa lũ tại một số lưu vực trên hệ thống sông Ba ..................69
Hình 3.10: Lưu lượng đỉnh lũ 1% và 5% thay đổi theo các kịch bản BĐKH...........72


ix

Hình 3.11: Mực nước đỉnh lũ tại Phú Lâm thay đổi so với KBN .............................74
Hình 3.12: Mực nước đỉnh lũ tại Phú Lâm thay đổi so với KBN .............................75
Hình 3.13: Diện tích ngập thay đổi so với KBN trong trường hợp ..........................77
Hình 3.14: Diện tích ngập thay đổi so với KBN trong trường hợp ..........................77


x

THÔNG TIN LUẬN VĂN
+ Họ và tên học viên: Mạc Đình Nam
+ Lớp: CH2AT

Khoá: 2

+ Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Trần Hồng Thái
+Tên đề tài: “Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu đến lũ và
ngập lụt hạ lưu sông Ba’’
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Đánh giá được dòng chảy mùa lũ, mực nước lũ, đỉnh lũ, mức độ ngập lụt
trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
- Đề xuất các giải pháp thích ứng và giảm thiểu rủi ro.
Nghiên cứu đã sử dụng mô hình NAM, MIKE11, để đánh giá được dòng chảy
mùa, lũ mực nước lũ, đỉnh lũ và sử dụng công cụ ArcGIS để phân tích mực nước lũ
ảnh hưởng đến quá trình ngập lụt vùng hạ lưu. Và bên cạnh đó, các phương pháp
truyền thống cũng được sử dụng một cách linh hoạt để có được kết quả chính xác và
khách quan. Cụ thể luận văn đã sử dụng kết hợp phương pháp kế thừa, phương pháp
thống kê, phương pháp phân tích tổng hợp, và phương pháp chuyên gia.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Luận văn đã thiết lập mô hình thủy văn, thủy lực để tính toán được dòng chảy
mùa lũ cho toàn bộ lưu vực sông Ba. Qua đó đánh giá được tác động của biến đổi
khí hậu đến quá trình lũ, mực nước lũ và ngập lụt tại vùng hạ lưu sông Ba, đưa ra
một cái nhìn tổng thể về tình trạng của lũ, ngập lụt ảnh hưởng đến kinh tế - xã hội
hiện tại và trong tương lai.


1

MỞ ĐẦU
I.Tính cấp thiết
Biến đổi khí hậu (BĐKH) đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến tài nguyên nước (TNN)
trên phạm vi toàn cầu. Các phân tích gần đây của Ủy ban Liên chính phủ về biến
đổi khí hậu (IPCC) cho thấy sự nóng lên toàn cầu đã gây ra các tác động tiêu cực
đến TNN, bao gồm:
- Làm thay đổi về thời gian mưa và lượng mưa. Những khu vực vĩ độ cao có
lượng mưa gia tăng và dòng chảy mặt được sinh ra nhiều hơn. Ngược lại, một số
lưu vực ở vĩ độ thấp dòng chảy bị giảm và thiếu nước do sự kết hợp của sự gia tăng
bốc hơi và giảm lượng mưa.
- Những thay đổi về nhiệt độ và lượng mưa có thể dẫn đến thay đổi lớn tỷ lệ

dòng chảy, tăng khả năng và mức động nghiêm trọng của hạn hán và lũ lụt. Chất
lượng nước có thể bị suy giảm, nơi dòng chảy suy giảm sẽ gia tăng nguy cơ ô nhiễm
từ các nguồn tự nhiên và con người.
- Các nghiên cứu đã cho thấy những thay đổi tương đối nhỏ về nhiệt độ và
lượng mưa cũng có thể gây tác động lớn đối với dòng chảy. Với lượng mưa không
đổi, dòng chảy giảm khoảng 3 -12% nếu nhiệt độ tăng 20C, và 7-21% khi nhiệt độ
tăng 40C.
- Các nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đối với dòng chảy các sông
ở Việt Nam cho thấy với sự tăng nhiệt độ và bốc hơi, dòng chảy tăng vào mùa lũ gây lũ lụt nghiêm trọng thêm và giảm vào mùa cạn gây hạn hán khốc liệt hơn[1].
- Lưu vực sông Ba là một trong những lưu vực được đánh giá có TNN vào loại
không phong phú. Dòng chảy trên lưu vực sông Ba không lớn, mô đun dòng chảy
năm đạt khoảng 25,72 l/s.km2. Trong đó, lượng dòng chảy lại tập trung chủ yếu vào
3 - 4 tháng mùa lũ và chiếm khoảng 70-75% lượng dòng chảy năm. [2] Do vậy, đề
tài luận văn “Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu đến lũ và
ngập lụt hạ lưu sông Ba” là cơ sở khoa học và thực tiễn ứng phó với lũ lụt trên lưu
vực sông góp phần giảm nhẹ thiên tai và phát triển kinh tế xã hội của lưu vực sông
Ba trong bối cảnh biến đổi khí hậu.


2

II. Mục tiêuvà phương pháp nghiên cứu
1. Mục tiêu
- Đánh giá được diễn biến lũ, lụt và ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu đến lũ và
ngập lụt hạ lưu sông Ba.
- Bước đầu đề xuất được một số giải pháp ứng phó với lũ lụt trên lưu vực sông
nghiên cứu trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
2. Nội dung nghiên cứu
 Tổng quan về vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, dân sinh, kinh tế vùng nghiên
cứu, đặc điểm mưa lũ trên lưu vực sông Ba,

 Phương pháp, lựa chọn mô hình và thu thập số liệu.
- Nghiên cứu một số mô hình toán thủy văn, thủy lực ứng dụng trong tính toán
lũ, ngập lụt
- Lựa chọn công cụ tính toán mô phỏng, đánh giá lũ và ngập lụt
- Thu thập số liệu khí tượng thủy văn
 Thiết lập mô hình thủy văn, hiệu chỉnh mô hình và kiểm định mô hình
 Thiết lập mô hình thủy lực diễn toán dòng chảy hạ lưu, hiệu chỉnh và kiểm
định
 Đánh giá được dòng chảy mùa lũ, mực nước lũ, đỉnh lũ, mức độ ngập lụt
trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
 Đề xuất một số giải pháp nhằm giảm thiểu rủi ro.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập, thống kê, tổng hợp tài liệu: Phương pháp này được
thực hiện trên cơ sở kế thừa, phân tích và tổng hợp các nguồn tài liệu và số liệu
thông tin có liên quan một cách có chọn lọc, từ đó, đánh giá chúng theo yêu cầu và
mục đích nghiên cứu.
- Phương pháp mô hình hóa: Áp dụng mô hình toán thủy văn NAM, MIKE 11,
MIKE FLOOD... để mô phỏng lũ và tính toán ngập lụt cho lưu vực nghiên cứu.
- Phương pháp bản đồ và GIS: Phương pháp bản đồ và GIS được sử dụng
trong nghiên cứu này để thể hiện các kết quả nghiên cứu trong quá trình thực hiện
(chỉ ra phạm vi, mức độ của các đối tượng bị ảnh hưởng)


3

III. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận văn dự kiến gồm 3 chương:
Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ SỐ LIỆU
Chương 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN LŨ,

NGẬP LỤT HẠ LƯU SÔNG BA


4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về các nghiên cứu lũ và ngập lụt
1.1.1. Tổng quan các nghiên cứu lũ và ngập lụt trong và ngoài nước
Thiên tai và những tác động của chúng đến kinh tế, xã hội và môi trường ngày
càng gia tăng trên toàn thế giới với một tốc độ rất đáng báo động. Con người, tài
sản, xã hội và môi trường đang bị ảnh hưởng rất nhiều từ các hiểm họa tự nhiên.
Những sự thay đổi như: hiện tượng nóng lên toàn cầu, tăng dân số, tăng trưởng kinh
tế, đô thị hóa, công nghiệp hóa, phá rừng, mở rộng khu dân cư, di canh, di cư... đã
làm cho xã hội trở nên dễ bị tổn thương hơn trước từ các hiểm họa tự nhiên.
a. Các nghiên cứu lũ và ngập lụt nước ngoài
Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) xây dựng mô hình dự báo lũ bao gồm: Mô
hình NAM tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa; Mô hình Mike 11 tính toán thủy
lực, dự báo dòng chảy trong sông và cảnh báo ngập lụt. Mô hình này được áp dụng
rộng rãi và thành công ở nhiều nước trên thế giới. Trong khu vực Châu Á, mô hình
đã được áp dụng để dự báo lũ lưu vực sông Mun-Chi và Songkla ở Thái Lan, lưu
vực sông ở Bangladesh và Indonesia. Tác giả Wallingford kết hợp với Hacrow đã
xây dựng phần mềm ISIS cho tính toán dự báo lũ và ngập lụt. Phần mềm bao gồm
các môđun: Mô hình đường đơn vị tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa; mô hình
ISIS tính toán thủy lực, dự báo dòng chảy trong sông và cảnh báo ngập lụt. Phần
mềm này đã được áp dụng khá rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới, đã được áp dụng
cho sông Mê Kông trong chương trình Sử dụng Nước do ủy hội Mê Kông Quốc tế
chủ trì thực hiện. Ở Việt Nam, mô hình ISIS được sử dụng để tính toán trong dự án
phân lũ và phát triển thủy lợi lưu vực sông Đáy do Hà Lan tài trợ [14,15].
Năm 2007, tác giả Edna Matthew Ruji đã sử dụng mô hình 2 chiều SOBEK
tính toán ngập cho 1 nhánh sông dài 30 km của Sungai Sarawak huyện Sarawak tỉnh

Malaysia. Dữ liệu địa hình sử dụng là bản đồ số hóa DEM của LiDar. Kết quả tính
toán thể hiện được khu vực ngập [18].
Vào năm 2008, P.Vanderkimpen đã tiến hành nghiên cứu mô phỏng lũ bằng
ứng dụng mô hình MIKE FLOOD để kịp thời cho công tác di tản dân cư ở khu vực
đồng bằng ven biển của Bỉ. Bằng mô hình thủy lực MIKE FLOOD, các chuyên gia
đã tìm ra được khả năng ảnh hưởng của lũ, diện ngập có thể xảy ra qua đó ước tính


5

thiệt hại nhằm đưa ra công tác di tản 1 cách kịp thời nhất [20].
Daniel Jilles và Matthew Moore (2010) đã sử dụng mô hình thủy lực MIKE 11
và HEC-RAS để mô phỏng lũ tại Hà Lan, Bỉ and Anh Quốc. Nghiên cứu đã ứng
dụng các mô hình thủy lực để quản lý dòng chảy, duy trì mạng lưới cảnh báo và tiến
hành thành lập hệ thống dự báo lũ cấp quốc gia. Nghiên cứu đã đưa ra kết luận cho
thấy hệ thống dự báo lũ có thể sử dụng dựa trên các mô hình thủy lực đơn giản, các
mô hình thủy lực 1 chiều (1D-1 Demension) là mô hình được khai thác chi tiết nhất
trong công tác dự báo lũ theo thời gian thật [17].
Năm 2011 Kwasi Appeaning Addo & nkk đã sử dụng phương pháp mô hình
hóa kết hợp với phần mềm GIS để xây dựng bản đồ ngập lụt theo các kịch bản nước
biển dâng cho vực đô thị tại vùng vịnh Guinea của Ghana, từ đó đánh giá khả năng
ảnh hưởng của nước biển dâng đến các loại đất khác nhau, trong đó có đất nông
nghiệp theo các kịch bản nước biển dâng [19].
Nghiên cứu lũ gây ra do vỡ đập ứng dụng mô hình HEC-RAS và công cụ
HECGeoRAS (Cameron T.Ackerman và Gary W.Brunner, 2011) đã cho thấy khả
năng kết hợp tuyệt vời của mô hình HEC-RAS và công cụ HEC-GeoRAS để xây
dựng 1 mô hình vỡ đập và các ảnh hưởng từ lũ gây ra bởi nó. HEC-GeoRAS sẽ truy
xuất các dữ liệu địa lý từ hệ thống bản đồ địa hình số và rồi chuyển các dữ liệu đó
vào mô hình HEC-RAS. HEC-RAS sẽ mô phỏng dòng chảy không ổn định từ quá
trình vỡ đập, từ đó kết hợp với công nghệ GIS để thành lập bản đồ mô phỏng ngập

lụt để có các công tác chuẩn bị, phòng tránh [16].
b. Các nghiên cứu lũ và ngập lụt trong nước
Tại Việt Nam, đã có khá nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng mô hình toán
thủy văn để tính toán và dự báo ngập lụt. Một số mô hình được sử dụng phổ biến ở
các cơ quan khác nhau như Viện Khí tượng Thủy văn, Trung tâm Khí tượng Thủy
văn Quốc gia, Viện Khoa học thủy lợi, Viện Cơ học... có thể kể đến các mô hình:
MIKE 11, SSARR, TANK, NAM, HEC-HMS, HEC-RAS,...
Năm 2010, tác giả Hoàng Thái Bình tính toán ngập lụt hệ thống sông Nhật Lệ
tỉnh Quảng Bình sử dụng mô hình MIKE FLOOD. Các tài liệu lưu lượng đầu vào
được mô phỏng từ mưa bằng mô hình NAM. Bộ thông số mô hình kết nối 1-2 chiều
được hiệu chỉnh và kiểm định bằng tài liệu thực đo mực nước hai trận lũ lớn năm


6

1999 và 2000 tại trạm Lệ Thủy nằm giữa khu vực nghiên cứu kết hợp với các tài
liệu đo đạc diện ngập lụt của trận lũ lịch sử 1999. Kết quả tính toán bằng mô hình
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 thiên tai lũ lụt cho khu vực hạ lưu [3].
Năm 2012, tác giả Vũ Thị Thu Lan nghiên cứu biến động của thiên tai ngập
lụt và hạn hán tỉnh Quảng Nam trong bối cảnh Biến đổi khí hậu bằng cách sử dụng
mô hình Mike 11 - GIS. Kết quả tính toán cho thấy việc áp dụng mô hình Mike 11 –
GIS là phù hợp với điều kiện tự nhiên, số liệu, tài liệu hiện có. Mô hình được áp
dụng trong quá trình dự báo, cảnh báo thiên tai nhằm quản lý rủi ro, giảm thiểu thiệt
hại do lũ gây ra [4].
Năm 2012 tác giả Trần Ngọc Anh và nnk đã giới thiệu kết quả tính toán mức
độ ngập lụt tỉnh Hưng Yên từ các kết quả mô phỏng bằng mô hình thủy lực kết nối
1-2 chiều MIKE FLOOD. Bộ mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định với các đợt
ngập lụt do mưa gây ra năm 2004 và 2008; sau đó tiến hành mô phỏng ngập lụt với
các kịch bản mưa tần suất 1%, 5%, 10%. Từ đó đánh giá nguy cơ ngập lụt các khu

vực trũng trên địa bàn tỉnh, sản phẩm được thể hiện dưới dạng bản đồ ngập lụt,
thuận tiện cho các cơ quan quản lý có kế hoạch phòng chống lũ, ngập úng cũng như
có kế hoạch phát triển kinh tế xã hội cho từng vùng [5].
Năm 2013, tác giả Nguyễn Hồng Quân đã nghiên cứu tổng quan về một số
phương pháp xây dựng bản đồ ngập cho tỉnh Long An trong điều kiện Biến đổi khí
hậu và nước biển dâng. Phương pháp được tác giả đề cập bao gồm các phương pháp
GIS, mô hình 1 chiều ISIS, mô hình 1-2 chiều Mike Flood. Phương pháp GIS: Cho
kết quả tương đối nhanh, sau khi chuẩn bị cơ sở dữ liệu tốt. Tuy nhiên, vẫn còn hạn
chế khi áp dụng đối với những vùng có chế độ thủy lực phức tạp, những vùng có
nhiều tương tác của con người (đê bao, cống, đập …). Mô hình thủy lực 1 chiều kết
hợp GIS: được sử dụng phổ biến. Tuy nhiên, vai trò của các khu chứa, đê bao trong
vùng ngập lũ vẫn chưa được thể hiện trong mô hình. Ngoải ra, khi nghiên cứu chi
tiết tác động của các công trình thủy lợi đối với một khu vực cụ thể, phương pháp
này cũng có những hạn chế nhất định. Mô hình thủy lực 1, 2 chiều cho kết quả tính
toán chi tiết. Tuy nhiên, đối với các mô hình này đòi hỏi phải chuẩn bị dữ liệu chi
tiết, thời gian tính toán lâu. Cải thiện tốc độ máy tính khi sử dụng mô hình này bằng


7

các kỹ thuật tính toán bậc cao (high performance computing) hay tính toán song
song (parallel computing) để nâng cao hiệu quả mô hình [6].
Năm 2013, tác giả Phạm Văn Song và nnk đã sử dụng mô hình Mike Flood để
nghiên cứu ảnh hưởng của việc xả lũ hồ chứa Dầu Tiếng lên hạ du sông Sài Gòn.
Các tài liệu lưu lượng đầu vào được mô phỏng từ mưa bằng mô hình NAM. Bộ
thông số mô hình kết nối 1-2 chiều được hiệu chỉnh và kiểm định với các chuỗi số
liệu thực đo vào tháng 9, 10 các năm 2000 đến 2007. Ngoài ra mô hình cũng được
kiểm định với các số liệu đo tăng cường vào các tháng 6 năm 2009 và tháng 4 năm
2013. Dựa trên các kết quả tính toán thủy lực ứng với các tổ hợp xả lũ hồ Dầu Tiếng
với các điều kiện mưa và triều ở hạ du, bài báo sẽ xác định khu vực ảnh hưởng

chính của xả lũ, triều hoặc vùng ảnh hưởng triều và lũ kết hợp trên sông Sài Gòn.
Việc phân vùng ảnh hưởng là cơ sở cho việc xây dựng quy trình vận hành đảm bảo
an toàn hạ du công trình của hồ Dầu Tiếng, cũng như hỗ trợ các cơ quan hữu quan
đưa ra các giải pháp chống ngập thích hợp với từng vùng [7].
Nghiên cứu của Huỳnh Thị Lan Hương về “Nghiên cứu đánh giá tác động của
biến đổi khí hậu đến ngành nông nghiệp tỉnh Quảng Ngãi” đã sử dụng mô hình
MKIE 11 để tính toán khả năng ngập lụt vùng hạ lưu lưu vực sông Trà Khúc và
sông Vệ do tá động của BĐKH. Kết quả cho thấy, trong bối cảnh BĐKH, nước biển
có khả năng dâng cao, gây ngập lụt vùng đồng bằng ven biển. Theo tính toán,
BĐKH sẽ diễn ra ở Quảng Ngãi chủ yếu theo hướng tăng nhiệt độ trong các tháng
mùa đông và thay đổi quy luật phân bố của nhiệt độ và mưa; các tác động của
BĐKH đến sản xuất nông nghiệp của thể hiện chủ yếu qua sự suy giảm năng suất
cây lúa và diện tích đất nông nghiệp có nguy cơ bị ngập do BĐKH và NBD lớn nhất
theo kịch bản A2 giai đoạn 2080 - 2099 chiếm 6,21% tổng diện tích toàn tỉnh và
23,5% tổng diện tích đất nông nghiệp [8].
TS.Trần Duy Kiều và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu trong đề tài:
“Nghiên cứu nhận dạng lũ lớn, phân vùng nguy cơ lũ lớn và xây dựng bản đồ ngập
lụt phục vụ cảnh báo lũ lớn lưu vực sông Lam”. Kết quả cho thấy, nhóm tác giả đã
áp dụng thành công một số phương pháp, mô hình nhận dạng lũ như HEC, SSARR,
SCS cho lưu vực sông Lam một cách toàn diện cả về hình thế thời tiết gây mưa lũ
lớn và lũ thượng nguồn với một số tiêu chí chủ yếu. Kết quả nghiên cứu giữ một vai


8

trò hết sức qua trọng trong việc nhận dạng lũ, phân vùng nguy cơ lũ lớn, góp phần
vào công tác kiểm soát, cảnh báo lũ cũng như công tác phòng chống, giảm nhẹ thiên
tai. Đồng thời ứng dụng tốt các mô hình tính toán thủy văn, thủy lực phục vụ công
tác hỗ trợ ra quyết định tính toán truyền lũ, đánh giá vai trò của các công trình
nghiên cứu kết nối giữa quản lý lưu vực sông với kiểm soát lũ lớn [9].

Nói chung, các nghiên cứu về ứng dụng mô hình toán thủy văn để tính toán và
dự báo ngập lụt ở Việt Nam cũng đã đạt được những thành tựu đáng kể, góp phần
quan trọng trong việc cảnh báo thiên tai lũ lụt, phòng chống giảm nhẹ thiên tai. Hầu
hết các nghiên cứu đều hướng đến việc sử dụng các mô hình toán để áp dụng trong
quá trình dự báo, cảnh báo thiên tai nhằm quản lý rủi ro, giảm thiểu thiệt hại do lũ
gây ra, ứng dụng trong quản lý lưu vực sông với kiểm soát lũ lớn.
1.1.2. Tổng quan về lũ và ngập lụt hạ lưu sông Ba
Đối với vùng hạ lưu sông Ba hàng năm vào mùa mưa bão từ trung tuần tháng
9 đến trung tuần tháng 1 vùng này luôn bị mưa bão lũ lụt đe doạ nghiêm trọng và
ngày càng diễn biến phức tạp gây nhiều thiệt hại lớn về tài sản và tính mạng người
dân trong vùng. Chỉ một thời gian ngắn liên tục trong 9 năm liền (1981, 1986, 1988,
1992, 1993, 1996, 1999, 2005, 2009) vùng này xẩy ra ngập lụt rất lớn, khu vực nội
thị Tuy Hoà ngập khoảng 300ha, độ sâu ngập (0,5 - 2)m, hầu hết các đường nội thị
ngập từ (1 - 2) ngày nước mới rút hết. Năm 2009 mức thiệt hại lên đến 3000 tỷ đồng
[10]. Đặc biệt lũ đặc biệt lớn tháng 10/1993 xảy ra do 3 đợt bão liên tiếp đổ bộ vào
Phú Yên gây mưa lớn trên diện rộng đã làm lũ sông Ba lên rất nhanh gây ngập hầu
hết toàn bộ vùng hạ lưu sông Ba. Nước lũ đã tràn qua kênh Bắc, Nam Đồng Cam
gây ngập toàn bộ vùng lúa của huyện Tuy Hoà thuộc địa phận các xã Hoà Phong,
Hoà Thịnh, Hoà Mỹ Đông, Hoà Đồng, Hoà Tân Tây…. Trận lũ này cũng đã gây
ngập rất sâu cho toàn bộ vùng hạ lưu sông Bàn Thạch.
1.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
1.2.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên [11]
a. 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: 12035’ đến 14038’ vĩ độ Bắc và 108000’ đến 109055’ kinh độ
Đông.


9

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 km2 nằm trên địa phận hành chính
của 15 huyện, thị thuộc 3 tỉnh Gia Lai, Đak Lăk và Phú Yên bao gồm hầu hết diện
tích đất đai các huyện K‘bang, An Khê, KonchRô, Mưang Yang, A. Yunpa, K.Rông
Pa, K.Rông H Năng, Mưa Rak, Sơn Hoà, sông Hinh, Tuy Hoà và thị xã Tuy Hoà và
một phần diện tích các huyện Chư Sê, Ea H Leo, Krông Buk, Eaka. Tổng diện tích
nông nghiệp 352.811 ha.
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 5.045 km2 giới hạn bởi tọa độ
12039’10’’ đến 13045’20’’ độ vĩ bắc, 108039’45’’ đến 109029’20’’ độ kinh Đông.
Có đường Quốc lộ 1A và đường sắt Bắc Nam chạy qua, có sân bay Đông Tác, cảng
biển Vũng Rô. Đặc biệt phía Tây giáp ranh với vùng Tây Nguyên rộng lớn, được
nối liền bằng quốc lộ 25, tỉnh lộ 645 và hưởng chung nguồn nước sông Ba. Phía
Đông giáp Biển Đông với nhiều loài hải sản phong phú, trữ lượng lớn, có thể đánh
bắt quanh năm. Bờ biển Phú Yên dài 198 km chạy từ Cù Mông đến Vũng Rô, một
bên là núi một bên là biển với nhiều bãi tắm đẹp, cấu trúc khá đặc biệt xen kẽ rất
nhiều đầm, vịnh, vũng, mũi điển hình như đầm Cù Mông, đầm Ô Loan, Vũng Rô và
vịnh Xuân Đài đều là vị trí thuận lợi để phát triển du lịch và nuôi trồng hải sản


10

Hình 1.1: Bản đồ mạng lưới sông lưu vực sông Ba


11

Hình 1.2: Bản đồ khu vực tỉnh Phú Yên (Tỉ lệ 1:600 000)
b. Đặc điểm địa hình
Địa hình lưu vực sông Ba biến đổi khá phức tạp, bị chia cắt mạnh mẽ bởi sự
chi phối của dãy Trường Sơn. Đường phân thuỷ của lưu vực có độ cao từ (500 2000)m bao bọc 3 phía: Bắc, Đông, Nam và chỉ được mở rộng về phía Tây với cao
nguyên rộng lớn Pleiku, Mưang Yang, Chư Sê. Đồng thời mở ra biển qua vùng
đồng bằng Tuy Hoà rộng trên 20.000 ha. Đường chia nước phía Đông Bắc lưu vực
thuộc giải Trường Sơn có cao độ từ (600 - 1.300)m (cá biệt có đỉnh Chư Trung Ari
cao 1331 m) dải núi này chạy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam cho đến đèo An


12

Khê sau đó chuyển hướng và kết thúc ở thượng nguồn sông Cà Lúi, sông Con ở độ
cao (600 - 700)m. Phía Nam là dãy núi Phượng Hoàng chạy sát ra biển theo hướng
Đông Bắc đến Tây Nam và kết thúc tại đèo Cả có cao độ biến đổi (600 - 2000)m.
Điển hình có đỉnh Chưhơmu cao 2051 m. Hai dãy núi phía Đông và phía Nam của
lưu vực tạo thành bức tường chắn gió, cản trở việc hoạt động của hướng gió Đông
và Đông Nam. Phía Tây Bắc có các đỉnh núi cao hơn ở phía Đông, nhưng bị chia
cắt nhiều, không liên tục. Độ cao các đỉnh núi biến động từ (700 - 1.700)m và chạy
theo hướng Bắc Nam. Các đỉnh như Ngọc Rô cao 1549 m, Kon Ka Kinh cao 1761
m, Chư Rơ Pan cao 1571 m. Đến Cheo Reo, độ cao các đỉnh núi thấp dần (300 400)m. Sau đó lại được nâng lên từ (700 - 1.200)m và chuyển hướng Tây Bắc Đông Nam cho đến thượng nguồn sông KRông H Năng: Chư Tun cao 1215 m. Do
các dãy núi phía Tây bị chia cắt mạnh và không liên tục đã hình thành trên lưu vực
các thung lũng An Khê, Cheo Reo, Phú Túc và vùng đồng bằng hạ lưu.
Dưới tác động của các yếu tố địa hình phức tạp có thể chia lưu vực thành 5
vùng địa hình sau:
- Vùng núi cao: chiếm 60% diện tích lưu vực. Độ cao bình quân trong vùng
này (600 - 800)m, độ dốc địa hình từ thoải đến rất dốc.
- Vùng thung lũng: kéo dài từ An Khê đến Phú Túc. Cao độ phổ biến ở thung
lũng An Khê (400 - 500)m, thung lũng Cheo Reo (150 - 200)m và Phú Túc (100 150)m. Địa hình bằng phẳng, tập trung thành những cánh đồng lớn dọc theo hai bờ
sông.

- Vùng cao nguyên: có cao độ phổ biến từ (300 - 500)m.
- Vùng gò đồi: chủ yếu là vùng An Khê, Sơn Hoà, hạ lưu sông Hinh và lưu
vực sông Krông H Năng.
- Vùng đồng bằng: tập trung ở hạ lưu sông Ba, cao độ (5 - 7)m.
Phú Yên phía Đông giáp Biển Đông, ba mặt còn lại đều giáp núi, có dãy Cù
Mông ở phía Bắc, dãy Vọng Phu - Đèo Cả ở phía Nam, phía Tây là rìa đông của
dãy Trường Sơn. Ở giữa sườn Đông của dãy Trường Sơn cũng có một dãy núi thấp
hơn đâm ngang ra biển tạo nên cao nguyên Vân Hòa là ranh giới phân chia hai đồng
bằng trù phú, màu mỡ do sông Ba, sông Kỳ Lộ bồi đắp. Toàn tỉnh ngoại trừ vài đỉnh
núi cao trên 1.000 m như Hòn Dù, Hòn Ông, Hòn Chùa phía Nam huyện Tuy Hòa,