Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông cả

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ PHỤC VỤ
VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ

CHUYÊN NGÀNH: THUỶ VĂN HỌC

TRẦN CẢNH TIÊU

HÀ NỘI, NĂM 2017


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ PHỤC VỤ
VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ

TRẦN CẢNH TIÊU
CHUYÊN NGÀNH

: THUỶ VĂN HỌC

MÃ SỐ

: 60440224

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. TRẦN DUY KIỀU

HÀ NỘI, NĂM 2017


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS. Trần Duy Kiều
Cán bộ phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Hữu Khải
Cán bộ phản biện 2: PGS.TS. Ngô Lê Long
Luận văn được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày 20 tháng 9 năm 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả tính toán nêu trong luận
văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Trần Cảnh Tiêu


LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ chuyên ngành thuỷ văn học với đề tài “Nghiên cứu xây
dựng phương án dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực
sông Cả” là kết quả của quá trình cố gắng không ngừng của bản thân và được

sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, cô giáo, bạn bè đồng nghiệp và
người thân. Với kết quả nghiên cứu này tác giả xin gửi lời cảm ơn tới những
người đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua.
Tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo PGS.TS
Trần Duy Kiều đã trực tếp tận tnh hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu
thông tin khoa học cần thiết cho luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn Khoa Khí tượng Thuỷ văn, Trường Đại học Tài
nguyên và Môi trường Hà Nội, Đài KTTV khu vực Bắc Trung Bộ đã tạo điều
kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đơn vị liên quan đã
giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn.
TÁC GIẢ
Trần Cảnh Tiêu


MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Lý do lựa chọn đề tài...........................................................................................1
2. Mục têu và phạm vi nghiên cứu .........................................................................2
3. Phương pháp nghiên
cứu.....................................................................................2
4. Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tễn ...................................................................2
5. Kết cấu của luận văn ...........................................................................................3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................4

1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LŨ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM .............4
1.1.1 Tình hình lũ trên thế giới ...........................................................................4
1.1.2 Mô hình tnh toán lũ trên thế giới
..............................................................4
1.1.3 Tổng quan về lũ ở Việt Nam ......................................................................6
1.1.4 Tổng quan về mô hình tnh toán lũ ở Việt Nam ........................................9
1.1.5. Hạn chế của phương pháp dự báo lũ hiện nay
........................................10
1.2 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ - XÃ HỘI ............11
1.2.1 Vị trí địa lý ...............................................................................................11
1.2.2 Địa hình, địa mạo .....................................................................................11
1.2.3 Địa chất, thổ nhưỡng
................................................................................12
1.2.4 Thảm thực vật ..........................................................................................13
1.2.5 Dân số.......................................................................................................14
1.2.6 Kinh tế- Xã hội .........................................................................................15
1.3 ĐẶC ĐIỂM MƯA LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG..........................................15
1.3.1 Mạng lưới sông, suối................................................................................15


1.3.2 Đặc điểm lũ trên lưu vực sông Cả............................................................17
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU .................26


2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................................................26
2.1.1 Phương pháp tiếp cận
...............................................................................26
2.1.2 Phương pháp nghiên
cứu..........................................................................26
2.1.3.Mô hình toán thuỷ văn

.............................................................................26
2.2 CƠ SỞ DỮ LIỆU ............................................................................................37
2.2.1 Mạng lưới trạm khí tượng thuỷ văn
.........................................................37
2.2.2 Hệ thống hồ chứa lớn trên lưu vực sông Cả ............................................39
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN THUỶ VĂN XÂY
DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ .......................................................................42
3.1 XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO ..........................................................42
3.1.1 Lựa chọn phương án dự
báo.....................................................................42
3.1.2 Thiết lập phương án dự báo lượng nước đến hồ Bản Vẽ
.........................43
3.2 SƠ ĐỒ VÀ THIẾT LẬP CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN .............................44
3.2.1 Sơ đồ mạng lưới sông suối và vị trí hồ chứa ...........................................44
3.2.2 Xác định các lưu vực bộ phận ..................................................................45
3.2.3 Thiết lập mô hình Mike Nam ...................................................................45
3.2.4 Thiết lập mô hình IFAS ...........................................................................47
3.3 HIỆU CHỈNH, KIÊM ĐỊNH MÔ HÌNH TÍNH TOÁN .................................48
3.3.1 Hiệu chỉnh, kiểm định bộ thông số mô hình MIKE-NAM ......................48
3.3.2 Hiệu chỉnh, kiểm định IFAS ....................................................................56
3.3.3 Tính lượng dòng chảy đến hồ Bản Vẽ .....................................................56
3.3.4 Tính lượng xả qua hồ chứa Bản Vẽ .........................................................59
3.3.5 Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình MIKE11 ................................................61
3.3.5.1. Thiết lập mô hình MIKE11 ..................................................................61
3.3.5.2. Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định bộ thông số .........................................63
3.4 DỰ BÁO THỬ NGHIỆM ...............................................................................65
3.4.1 Lựa chọn trận lũ dự báo ...........................................................................65
3.4.2 Dự báo dòng chảy đến hồ và vận hành điều tết hồ chứa Bản Vẽ ...........65

3.4.3 Dự báo dòng chảy lũ đến trạm thủy văn Nam Đàn..................................67
3.4.3 Đánh giá sai số và nhận xét......................................................................67


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................70
1. Kết quả đạt được
...............................................................................................70
2. Hạn chế..............................................................................................................70
3. Kiến nghị ...........................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................72


BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
BĐKH

Nội dung
Biến đối khí hậu KTTV

Khí tượng thuỷ văn BĐ 1,2,3
Mức báo động 1, 2 ,3
ATNĐ

Áp thấp nhiệt đới KKL

Không khí lạnh ITCZ

Dãi

hội tụ nhiệt đới

IFAS

Hệ thống phân tch, dự báo lũ tch hợp từ ảnh mây
vệ tnh (Integrated Flood Analysis System)

NXB

Nhà xuất bản

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long GIS

Hệ thống thông tin địa lý HC
Hiệu chỉnh
KĐ
nnk
H
UBND

Kiểm định
Nhiều người khác
Giờ
Uỷ ban nhân dân


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Nội dung

Trang

Bảng 1.1: Phân loại đất trên lưu vực sông Cả ...........................................................13
Bảng 1.2: Đặc trưng hình thái lưu vực sông Cả........................................................16
Bảng 1.3: Hình thế thời tết chủ yếu gây mưa lớn trên lưu vực sông Cả[4] .............17
Bảng 1.4: Khả năng (%)xuất hiện lũ các tháng trên lưu vực sông Cả ......................21
Bảng 1.5 : Giá trị đỉnh lũ thực đo lớn nhất tại một số vị trí trên sông Cả [4] ...........23
Bảng 2.1: Các chức năng của 3 mô hình bộ phận…………………………………33
Bảng 2.2: Các thông số mô hình nước mặt ...............................................................34
Bảng 2.3: Các thông số mô hình nước ngầm ............................................................35
Bảng 2.4: Các thông số mô hình nước ngầm ............................................................36
Bảng 3.1: Thông số chính của lưu vực bộ phận........................................................46
Bảng 3.2: Thông kê các File số liệu đầu vào trong vùng nghiên cứu .......................47
Bảng 3.3: Bộ thông số tối ưu của mô hình Nam từng lưu vực bộ phận ...................50
Bảng 3.4: Kết quả hiệu chỉnh mô hình MIKE-NAM................................................51
Bảng 3.5: Kết quả tnh toán theo MIKE-NAM và quan hệ Z~W .............................52
Bảng 3.6: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình MIKE-NAM.........................52
Bảng 3.7: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình MIKE-NAM.........................53
Bảng 3.8: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình MIKE-NAM.........................54
Bảng 3.9: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình MIKE-NAM.........................54
Bảng 3.10 : Kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình MIKE-NAM......................55
Bảng 3.11: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình MIKE-NAM.......................56
Bảng 3.12: Bộ thông số chính của lưu vực Mường Xén sử dụng cho lưu vực Bản Vẽ
56
Bảng 3.13:Tổng hợp lưu lượng đến hồ Bản Vẽ lớn nhất từ 2010-2016 ...................57
Bảng 3.14: Tổng hợp các đặc trưng trận lũ từ 11-20/9/2011 tại Bản Vẽ..................57
Bảng 3.15: Đặc trưng mạng thủy lực ........................................................................62
Bảng 3.16: Biên mô hình MIKE 11 ..........................................................................63
Bảng 3.17: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mô hình MIKE11 ..................................64

Bảng 3.18: Giá trị các đặc trưng Q đến hồ Bản Vẽ trận lũ 11-20/9/2016.................68
Bảng 3.19: Kết quả dự báo mực nước tại Nam Đàn từ 11-20/9/2016
......................68


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình

Nội dung

Trang

Hình 1.1: Bản đồ lưu vực sông Cả ( Phần lãnh thổ Việt Nam) ................................12
Hình 1.2: Bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sông Cả (Lãnh thổ Việt Nam)[4] .................12
Hình 1.3: Tần suất (%) xuất hiện lũ lớn nhất trong năm (1961-2015) .....................21
Hình 1.4: Quá trình một số trận lũ lớn tại một số vị trí trên sông Cả .......................24
Hình 2.1: Sơ đồ mô phỏng mô hình NAM................................................................29
Hình 2.2 : Cấu trúc của IFAS ....................................................................................33
Hình 2.3: Sơ đồ mô hình bộ phận của IFAS .............................................................34
Hình 2.4: Bản đồ lưới sông và mạng lưới trạm KTTV trên lưu vực ........................39
Hình 3.1: Sơ đồ tnh toán, dự báo dòng chảy lũ trên sông Cả ..................................44
Hình 3.2: Sơ đồ mạng lưới sông suối và vị trí hồ chứa trên lưu vực sông Cả ..........45
Hình 3.3: Sơ đồ phân chia các lưu vực bộ phận .......................................................46
Hình 3.4: Sơ đồ lưu vực Bản Vẽ tính trong IFAS.....................................................48
Hình 3.5: Sơ đồ các bước hiệu chỉnh bộ thông số mô hình Nam .. Error! Bookmark
not defined.
Hình 3.6: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo và quan hệ Z~W51
Hình 3.7: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo ...........................52
Hình 3.8: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo ...........................53

Hình 3.9: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo ...........................53
Hình 3.10: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo .........................54
Hình 3.11: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo .........................55
Hình 3.12: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo .........................55
Hình 3.13: Đường quá trình lưu lượng trận lũ 10-20/9/2011 tại Bản Vẽ .................58
Hình 3.14: Quá trình lưu lượng nước đến, lưu lượng nước xả tại Bản Vẽ ...............60
Hình 3.15: Quan hệ mực nước thượng lưu với lưu lượng xả hồ Bản Vẽ .................61
Hình 3.16: Sơ đồ tnh toán thuỷ lực hệ thống sông Cả .............................................62
Hình 3.17: So sánh quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Nam Đàn
.............64
Hình 3.18: Quá trình Q dự báo đến hồ Bản Vẽ với thời gian dự kiến 24, 48 h ........65
Hình 3.19: Quá trình Q dự báo đến hồ với thời gian dự kiến 72h ............................66
Hình 3.20: Quá trình xả theo Q dự báo đến hồ với thời gian dự kiến 48,72 h ........66
Hình 3.21: Quá trình mực nước dự báo và thực đo tại Nam Đàn .............................67


Hình 3.22: Quá trình mực nước dự báo và thực đo thời gian dự kiến 72 h
..............67



1

MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Lưu vực sông Cả có chế độ khí hậu khắc nghiệt, là nơi hứng chịu nhiều thiên
tai như: Bão, áp thấp nhiệt đới, lũ lụt, tố, lốc, mưa đá, hạn hán... với tần suất và
cường độ lớn nhất nước ta. Lũ lụt xảy ra do ảnh hưởng tổ hợp của các yếu tố nội
ngoại sinh cùng với sự tác động của con người tới bề mặt lưu vực đã gây thiệt hại
nghiêm trọng về người và của. Trong bối cảnh BĐKH, thì sự gia tăng về quy mô và

cường độ các hiện tượng cực đoan trở nên phức tạp hơn. Ngoài các nguyên nhân
khách quan do thời tết, khí hậu, còn có những ảnh hưởng chủ quan khác như
sự phát triển của các công trình thủy lợi, giao thông tác động vào mặt đệm trên lưu
vực có thể làm cho vấn đề lũ lụt càng nghiêm trọng hơn.
Trên hệ thống sông Cả đã và đang xây dựng nhiều hồ chứa nước lớn như:
Bản Vẽ, Khe Bố, Chi Khê trên dòng chính sông Cả, Bản Mồng trên sông Hiếu, sông
Sào trên sông Sào (nhánh đổ vào sông Hiếu), Ngàn Trươi trên sông Ngàn Trươi.
Đây đều là các hồ chứa đa mục têu: phòng lũ, phát điện, cấp nước cho các ngành
kinh tế trên phần hạ lưu của lưu vực sông Cả.
Từ trước đến nay, công tác dự báo lũ trên lưu vực sông Cả đã được
quan tâm. Tuy nhiên, với dữ liệu khí tượng thuỷ văn thực đo trên lưu vực sông có
mạng lưới quan trắc thủy văn, lượng mưa như hiện nay thì việc tnh toán dự báo lũ
trên hệ hệ thống sông phần lớn dựa vào các phương pháp truyền thống như:
Tương quan mực nước, lưu lượng trạm trên trạm dưới; hồi quy tuyến tnh nhiều
biến… Các phương pháp truyền thống này tốn nhiều thời gian, hạn chế về thời
gian dự kiến do đó hiệu quả phục vụ còn chưa như mong muốn đặc biệt là phục vụ
vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông gặp nhiều khó khăn.
Giảm nhẹ thiệt hại do lũ lụt gây ra, tăng cường hiệu quả kinh tế - xã hội và
môi trường từ việc vận hành hệ thống hồ chứa lớn trên lưu vực là những mục têu
chính đặt ra cho chúng ta. Để đạt được mục tiêu đó thì vấn đề đặt ra là nghiên
cứu, phân tch các mô hình toán thuỷ văn áp dụng vào công tác dự báo lũ trên
sông Cả


2

nhằm phục vụ tốt, hiệu quả nhất quy trình vận hành liên hồ chứa là vần đề cấp
bách hiện nay. Vì vậy, đề tài “ Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo lũ phục vụ
vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Cả” được lựa chọn làm luận
văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành thuỷ văn.

2. Mục têu và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu đặc điểm lũ trên lưu vực sông Cả.
- Xây dựng được phương án dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa
trên lưu vực sông Cả.
- Xây dựng được quan hệ mực nước thượng lưu với lượng nước xả qua tràn
xả lũ hồ chứa Bản Vẽ.
3. Phương pháp nghiên cứu
Trong quá trình nghiên cứu thực hiện, đề tài đã sử dụng các phương pháp
nghiên cứu cơ bản
như:
Phương pháp thu thập số liệu điều tra và khảo sát thực địa: Để tến hành xác
định vùng chịu ảnh hưởng của lũ, lụt gây nên; đặc điểm lưu vực sông Cả.
Phương pháp phân tch: Phân tch, đánh giá, kế thừa các kết quả số liệu
nghiên cứu đã có liên quan đến xây dựng phương án dự báo lũ.
Phương pháp chuyên gia: Trao đổi, học tập, lấy ý kiến từ các chuyên gia về
phương pháp đánh giá, tnh toán để xây dựng phương án dự báo
lũ.
Phương pháp mô hình toán: Áp dụng mô hình toán thủy văn mưa - dòng
chảy và mô hình thuỷ lực để tnh toán dự báo lũ cho lưu vực nghiên cứu.
4. Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tễn
Nghiên cứu và thiết lập mô hình tính toán lũ áp dụng dự báo lũ phục vụ vận
hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Cả theo quy trình vận hành liên hồ
chứa đã được phê duyệt.
Kết quả nghiên cứu là cơ sở để các đơn vị dự báo thuỷ văn có thể áp dụng vào
dự báo tác nghiệp, tham khảo trong việc vận dụng có hiệu quả hơn quy trình vận
hành liên hồ chứa trên hệ thống sông Cả trong quá trình khai thác và là căn cứ
quan


3

trọng giúp chính quyền địa phương ra các chính sách ứng phó với thiên tai lũ nhằm
giảm nhẹ các tác động của chúng.
5. Kết cấu của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, nội dung của luận văn
được cấu trúc theo 3 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và cơ sở dữ liệu
Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán thuỷ văn xây dựng phương án
dự báo lũ.
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục


4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LŨ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1.1 Tình hình lũ trên thế giới
Tình hình lũ trên thế giới và khu vực diễn ra rất phức tạp, điển hình ở một số
quốc gia như sau:
Tại Hà Lan, hai trận lũ lớn năm 1993, 1995 gây thiệt hại cho đất nước Hà Lan
hàng triệu USD[21].
Cơ quan thời tết quốc gia Mỹ đã gọi lũ lụt do bão Harvey-8/2017 gây ra là
“chưa có tền lệ”. Thống đốc bang Texas Greg Abbot ngày 27-8-2017 cho biết, 54
hạt của bang đã được tuyên bố là khu vực thảm họa[23].
Tại Bangladesh là quốc gia đối mặt với lũ, lụt thường xuyên, các trận lũ
thường làm ngập khoảng 25-30% diện tch cả nước, những trận lũ đặc biệt lớn làm
ngập tới 50-70% đất nước[21]

Tại Trung Quốc, trong 55 năm gần đây lũ lụt xảy ra làm trung bình khoảng
5.000 người thiệt mạng mỗi năm; ảnh hưởng đến khoảng 9,3 triệu ha đất canh
tác nông nghiệp. Trong thập kỷ 1990 liên tếp có 7 trận lũ lớn 1991, 1993, 1994,
1995,
1996, 1997, 1998 làm chết khoảng 25 nghìn người[22].
Khu vực Đông Nam Á, tại Malaysia trận lũ đặc biệt lớn tháng XI/1986 ở hạ
lưu sông Trengganu và Kelantan đã làm 14 người chết, thiệt hại khoảng 12 triệu
USD. Tại Thái Lan, trận lũ xảy ra tháng X/1995 trên lưu vực sông Chao Phraya làm
ngập vùng đất với diện tch hơn 60.000 ha, kéo dài 30 ngày và thiệt hại khoảng
11.858 triệu Baht [19]. Cũng tại Thái Lan, trận lũ lịch sử năm 2011 tại được coi là
cơn "đại hồng thủy" gây thiệt hại rất nghiêm trọng: Hơn 500 người thiệt mạng, 2
triệu người bị ảnh hưởng, thiệt hại khoảng 5 tỷ USD tương đương với khoảng 1,5%
tổng sản phẩm quốc nội hàng năm. Đây là trận lũ lớn nhất từ trước đến nay xét
theo tổng lượng nước lũ với 1/3 số tỉnh và 3/4 diện tch đất nước bị ảnh hưởng
[20].
1.1.2 Mô hình tính toán lũ trên thế giới
Việc nghiên cứu lũ luôn được hầu hết các nước trên thế giới coi trọng và tập


5

trung chính vào nghiên cứu các nguyên nhân hình thành lũ trên lưu vực, truyền lũ
trong mạng sông, ngập lụt hạ du và các vùng ven sông với các điều kiện cụ thể của
lưu vực và mạng lưới sông ngòi. Đến nay với sự phát triển mạnh mẽ và nhanh
chóng của toán học, vật lý, tn học cùng các công cụ tnh toán hiện đại và hệ thống
thông tn địa lý , nên chỉ trong 20 năm gần đây đã có nhiều mô hình toán thuỷ văn thuỷ lực, thủy động lực đã ra đời và ứng dụng thành công với độ chính xác cao
trong công tác kiểm soát lũ, lụt trên các lưu vực sông, kể cả trong vận hành hệ
thống hồ chứa tham gia vào quá trình phòng chống lũ, lụt trên lưu vực sông[10].
Phương pháp tnh toán lũ hiện nay nói chung là dựa trên quan điểm nguyên
nhân - kết quả, do vậy phương pháp mô hình toán được coi là hiệu quả và phù

hợp nhất, tuy nhiên tùy theo từng mô hình mà có những điều kiện, yêu cầu nhất
định về thông tn, số liệu về lưu vực (khí tượng, thủy văn, mặt đệm, sông ngòi, địa
hình,…).
- Hệ thống cảnh báo lũ toàn cầu (Global Flood Alert System, GFAS) và
mạng lưới lũ quốc tế (Internatonal Flood Network, IFNet), sử dụng số liệu mưa bề
mặt cùng các số liệu ước lượng mưa từ vệ tnh để cảnh báo khả năng hay xác suất
xảy ra lũ trên các sông lớn trên toàn cầu khi lượng mưa đã rơi vượt ngưỡng giới
hạn mưa hiệu quả sinh lũ được xác định trước cho từng lưu vực. Tuy nhiên, hệ
thống này chưa tnh tới điều kiện mặt đệm lưu vực, ảnh hưởng của địa hình, tnh
trạng ẩm, hiện trạng lũ của lưu vực nên độ chính xác không cao, chỉ có tính cảnh
báo xác suất khả năng xảy ra lũ trên lưu vực sông lớn.
- Hệ thống phân tch dự báo lũ tch hợp sử dụng số liệu mưa vệ tnh
(Integrated Flood Analysis System) của Viện Nghiên cứu Công chính Nhật Bản
(Public Works Research Insttute, PWRI). Hệ thống này có sử dụng số liệu ước
lượng mưa từ vệ tnh hoặc mưa bề mặt làm số liệu đầu vào; phân tch, tnh
toán dòng chảy trên cơ sở mô hình thủy văn thông số phân phối PWRI, có khả
năng tự thiết lập mô hình tính toán dòng chảy trên cơ sở số liệu GIS, viễn thám
như địa hình, sử dụng đất, loại đất, thảm thực vật…; hiển thị các kết quả ở dạng đồ
thị, bảng biểu hay bản đồ. Hệ thống này đã được chuyển giao, đào tạo miễn phí
cho các nước đang phát triển ở châu Á triển khai áp dụng cho các lưu vực sông
khác nhau[9];


6

- Mô hình thủy văn phân phối dựa trên quỹ nước và năng lượng (Water and
Energy Budget-based Distributed Hydrological Model, WEB-DHM) của Đại học
ToKyo mô phỏng đối với dòng chảy sông Hồng năm 2006 trong khuôn khổ nghiên
cứu của Chương trình Chu trình nước châu Á (Asia Water Cycle Initiatve, AWCI),
dựa trên số liệu viễn thám và số liệu mưa bề mặt, nhưng chưa có yếu tố dự báo.

Ngoài ra còn có các phần mềm tnh toán, dự báo lũ trên cơ sở các mô hình
thông số phân phối như VIC (Mỹ), TOPMODEL, BTOPMODEL, MARINE (Pháp),
DIMOSOP (Ý), WETSPA (Bỉ)…có sử dụng số liệu viễn thám, ước lượng mưa từ vệ
tinh hoặc mưa dự báo số trị và các loại số liệu bề mặt khác. Các phần mềm này
được ứng dụng cho một số lưu vực, tuy nhiên các kết quả nghiên cứu ứng dụng chỉ
được công bố hạn chế trên một số tạp chí chuyên ngành hay hội thảo khoa học,
chủ yếu mang tnh chất nghiên cứu, tính học thuật, thử nghiệm, chưa được ứng
dụng rộng rãi, nhất là trong dự báo tác nghiệp[9].
1.1.3 Tổng quan về lũ ở Việt Nam
Cũng như trên khu vực và thế giới, lũ ở Việt Nam xảy ra ngày càng phức tạp,
với tần suất ngày càng cao và nghiêm trọng hơn, có thể kể đến một số trận lũ điển
hình trong thời gian gần đây như sau:
Năm 2000 lũ đạt mức lớn nhất trong 76 năm gần đây ở ĐBSCL và diễn biến
phức tạp với hai đỉnh kế tếp nhau, gây ngập lụt nghiêm trọng trên hạ du lưu vực
sông Mekong. Những thiệt hại do thiên tai lũ gây ra trong năm 2000 ở khu vực
ĐBSCL rất nghiêm trọng: 539 người chết (hơn ba trăm là trẻ em), 212 người bị
thương, hơn 890.000 căn nhà, 13.793 phòng học, 383 cơ sở y tế bị ngập trong
nước; hơn 9.457 căn nhà bị sập hoàn toàn; hơn 62.000 hộ dân phải di dời nhà ở,
trong đó nhiều hộ phải di chuyển chỗ ở 2 - 3 lần, hơn nửa triệu người phải cứu trợ
khẩn cấp; hơn 224.508 ha lúa, gần 86.000 ha hoa màu, cây ăn trái, cây công nghiệp
bị hư hại; hơn 14.000ha nuôi trồng thủy sản bị thiệt hại; hơn 668.000 gia súc và gia
cầm bị chết; hơn 12.000 km đường giao thông các loại bị ngập, hư hỏng; gần 5.000
cầu, cống các loại bị ngập, hư hỏng nặng, có một số bị sập. Hệ thống kênh mương
thủy lợi, bờ bao bị sạt lở hơn 37 triệu m3. Đây là những thiệt hại vật chất trực
tếp, còn


7

những thiệt hại về cơ sở hạ tầng xã hội, môi trường sinh thái cũng rất lớn,

chưa đánh giá hết được và phải mất thời gian dài mới khôi phục được. Tổng thiệt
hại do lũ gây ra ở khu vực ĐBSCL trong năm 2000 ước tnh khoảng 4.626 tỉ
đồng[19].
Từ đêm ngày 30 tháng 10 năm 2008, tại miền Bắc và các tỉnh Bắc miền Trung
một trận mưa lớn kỷ lục trong hơn 100 năm gần đây đã xảy ra và kéo dài trong
nhiều ngày. Đợt mưa lớn vượt quá mọi dự báo và trái mùa này đã gây ra một
trận lụt lịch sử ở Hà Nội; cùng lúc đó, những trận mưa lớn trên các tỉnh miền Bắc và
Bắc Trung bộ đã gây ra lũ lụt trên diện rộng, làm nhiều người chết, gây thiệt hại vật
chất đáng kể. Đối với riêng thủ đô Hà Nội đã gánh chịu nhiều thiệt hại: ngập trên
diện rộng; giao thông hỗn loạn, nhiều xe cộ ngập nước; nhiều người chết; thị
trường hàng hóa sốt giá; nhiều cơ sở ngừng hoạt động; đê phía bắc có nguy cơ vỡ,
tràn đe dọa Hà Nội; nguy cơ bệnh tật bùng phát cao; ước tnh thiệt hại trên 3000
tỷ đồng[22].
Tại Quảng Ninh, đợt mưa dài trong 2 ngày 26 và 27/7/2015 là đợt mưa lớn
nhất trong vòng 40 năm qua (có nơi lượng mưa gần 600 mm) đã gây nên trận lũ lụt
nghiêm trọng trên địa bàn Tỉnh, đồng thời gặp lúc triều cường nên mức độ ảnh
hưởng là rất lớn. Trận mưa làm 3 người thiệt mạng; 2.200 hộ dân, trường học,
bệnh xá bị ngập lụt, có nơi ngập sâu 2 mét, ngập úng hơn 70 ha hoa màu[25].
Gần đây nhất, mưa lớn xảy ra trong đêm 2/8 kéo dài đến sáng 3/8/2017 gây
lũ lớn tại Yên Bái và Sơn La làm 28 người chết và mất tch [24].
Mấy chục năm gần đây suốt dải ven biển miền Trung đã xảy ra những trận lũ
lớn như: trận lũ năm 1978 trên hệ thống sông Cả; lũ năm 1993 trên sông Ba, sông
Gianh; lũ năm 2002 trên sông La… Đặc biệt các trận lũ lớn xảy ra trên diện rộng
như năm 1999 từ các sông của Quảng Trị, Thừa Thiên Huế đến Quảng Ngãi, hay lũ
lớn năm 2010 xảy ra từ các sông Nghệ An đến Quảng Trị; lũ tháng VI/2011- lũ lịch
sử trên sông Nậm Mộ (thượng nguồn sông Cả).
Tháng IX/2002 trên hệ thống sông Cả đã xuất hiện lũ đặc biệt lớn, mực nước
lũ tại nhiều nơi lên rất cao: tại Hoà Duyệt 11,47 m xuất hiện lúc 1h ngày 22/9/2002
cao hơn mức BĐ 3 là 1,77 m (thấp hơn lũ lịch sử năm 1960: 0,97 m).

8

Từ ngày 02 - 06/10/2007 xuất hiện trận lũ lịch sử lớn nhất trong vòng 45
năm qua ở các tỉnh Bắc miền Trung: Các tỉnh Bắc Trung Bộ chịu ảnh hưởng trực tiếp
của bão số 5. Hình thế thời tết trên đã gây mưa vừa, mưa to có nơi mưa rất to
trên khu vực. Mưa lớn đã gây ra 1 đợt lũ lớn, lũ đặc biệt lớn trên hầu hết các sông
chính trong khu vực. Một số sông đã xuất hiện lũ lịch sử như sông Mã (Thanh Hóa)
, sông Hiếu (Nghệ An) và lũ đặc biệt lớn trên sông Ngàn Sâu. Lũ lớn gây vỡ đê sông
Bưởi ở Thanh Hóa, lũ quét ở Nậm Giải huyện Quế Phong Nghệ An… làm chết 88
người, 8 người mất tích, thiệt hại khoảng 3.215 tỷ đồng [4].
Từ ngày 14 - 19/X/2010, Bắc Trung Bộ chịu ảnh hưởng kết hợp của lưỡi áp
cao lạnh lục địa, rãnh áp thấp với vùng áp thấp có trục qua Nam Trung Bộ nên trên
toàn khu vực đã có mưa vừa, mưa to, nhiều nơi mưa rất to. Lượng mưa ở Nghệ An
và Hà Tĩnh phổ biến 300 ÷ 1.100 mm, có nơi nhiều hơn như: TP Hà Tĩnh: 1.269,1
mm; Cửa Hội: 1.199 mm; Cẩm Nhượng: 1.162 mm; Chu Lễ: 1.153 mm; Hòn Ngư:
1.127, mm. Lượng mưa ngày lớn nhất: 548,0 mm, xẩy ra tại Chu Lễ vào ngày 16
tháng X. Lũ trên sông Cả (Nghệ An) ở mức trên BĐ2; các sông Hà Tĩnh ở mức trên
BĐ3. Riêng trên sông Ngàn Sâu đã xẩy ra lũ đặc biệt lớn.
Lũ gây ngập sâu, kéo dài trong nhiều ngày, đã gây thiệt hại lớn về người và tài
sản. Ở Nghệ An: Có 44.051 hộ của 131 xã, phường thuộc 13 huyện, thành, thị bị
ngập sâu, trong đó 35 xã bị cô lập; Hà Tĩnh: Có 175.110 hộ của 183 xã, phường
thuộc 12 huyện, thị trong tỉnh bị ngập, trong đó có 105 xã bị cô lập [4].
Tháng 10/2016, do ảnh hưởng không khí lạnh tăng cường xuống phía nam gây
ra mưa lớn trên diện rộng ở Hà Tĩnh và Quảng Bình từ đêm 30 đến sáng 31/10.
Mưa lớn đã gây ngập lụt 93 xã trên địa bàn 9 huyện, thành phố với tổng số dân bị
ngập là 24.158 hộ. Trong đó, nhiều nhất là huyện Hương Khê với 16 xã, 10.357 hộ
dân ngập; Vũ Quang 1 xã ngập; Kỳ Anh có 3 xã với 257 hộ ngập. Huyện Cẩm Xuyên
20 xã với 7.287 hộ ngập lụt; huyện Thạch Hà có 24 xã với 3.264 hộ. Trên toàn tnh
Hà Tĩnh đã có 2 người chết và 1 người mất tch; 723 ha lúa mùa bị ngập; hoa màu

bị ngập hỏng 1.416 ha; 400 ha cây ăn quả bị ảnh hưởng; 300 gốc đào bị úng
hỏng; hơn 12 tấn lương thực bị ướt hỏng; 99.032 con gia cầm bị chết, cuốn trôi;


9

869 con trâu bò, 399 con lợn bị chết, cuốn trôi; 337 ha hồ nuôi thủy sản bị ngập; 16
cây vó trục bị trôi[14].
1.1.4 Tổng quan về mô hình tính toán lũ ở Việt Nam
Trong dự báo thuỷ văn, nhiều nghiên cứu hiện nay đã sử dụng số liệu dự
báo mưa số trị như các phương án dự báo lũ, hạn vừa bằng mô hình TANK; dự
báo dòng chảy 5 ngày đến các hồ chứa lớn trên sông Đà, sông Lô bằng mô hình
MIKE11; mô hình DIMOSOP (Ý) hoặc bước đầu sử dụng GIS, viễn thám, mô hình
MARINE trong dự báo lũ sông Đà; dự báo quá trình lũ hệ thống sông Thu Bồn - Vu
Gia bằng mô hình WETSPA, HECRAS; Mô hình MARINE cho lưu vực sông Đà,…đã áp
dụng thử số liệu ước lượng mưa vệ tnh từ ảnh mây tnh quá trình lũ đến Tạ Bú và
Hòa Bình.
Một số kết quả điển hình về nghiên cứu dự báo lũ phục vụ vận hành hệ
thống hồ chứa có thể kể đến như sau:
Tô Thúy Nga [8] Nghiên cứu thiết lập chương trình tnh toán mô phỏng lũ từ
việc tch hợp ba mô hình: mô hình mưa dòng chảy, mô hình vận hành hồ chứa và
diễn toán lũ trên sông cho thương lưu sông Vu Gia-Thu Bồn phục vụ dự báo lũ với
thời gian dự kiến 3-5 ngày làm cơ sở cho việc xác định chế độ vận hành hồ chứa
theo thời gian thực. Kết quả cho thấy có thể hạ thấp mực nước hồ để đón lũ
xuống dưới mực nước đón lũ đã qui định từ đó sẽ nâng cao được hiệu quả cắt
giảm lũ cho hạ du mà vẫn đảm bảo an toàn cho các hồ chứa thủy điện,
Đoàn Thị Vân [11] Nghiên cứu đã xây dựng mô hình mô phỏng lũ từ việc
tch hợp mô hình MIKE-NAM, MIKE11 diễn toán lũ cho lưu vực sông Vu Gia-Thu
Bồn phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa.
Vũ Đức Long và nnk (2014) [6] nghiên cứu xây dựng công nghệ cảnh báo, dự

báo lũ và cảnh báo ngập lụt cho các sông chính ở Quảng Bình, Quảng Trị nhằm mục
têu xây dựng được công nghệ cảnh báo, dự báo lũ và cảnh báo ngập lụt vùng hạ
lưu sông cho các sông Gianh, sông Kiến Giang, sông Bến Hải, sông Thạch Hãn, cảnh
báo lũ trước 24-48 h, dự báo quá trình lũ và cảnh báo ngập lụt trước 12-24 h.
Bùi Đình Lập và nnk (2016)[5] Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo dòng


10

chảy lũ đối với các hồ chứa lớn trên hệ thống sông Hồng. Trong nghiên cứu này
nhóm tác giả xây dựng cảnh báo lũ lớn với các hồ chứa trên hệ thống sông Hồng và
xây dựng công nghệ dự báo tổng lưu lượng lớn nhất, nhỏ nhất trên hệ thống hồ
chứa này. Một số kết quả đạt được của tập thể tác giả: công nghệ dự báo dòng
chảy lũ đến các hồ chứa lớn trên hệ thống sông Hồng (F5D- Model), xây dựng bản
đồ lưới mưa, hiệu chỉnh thông số mô hình, chuyển giao công nghệ tại Đài Việt Bắc,
Tây Bắc;
Đặng Thanh Mai và nnk (2016)[7] Nghiên cứu xây dựng công nghệ cảnh
báo, dự báo lũ và cảnh báo ngập lụt cho các sông chính ở Bình Định, Khánh Hòa.
Mục têu của nghiên cứu nhằm xây dựng được một công nghệ dự báo lũ và
cảnh báo ngập lụt cho các hệ thống sông chính thuộc hai tỉnh Bình Định và Khánh
Hòa phục vụ cảnh báo lũ và ngập lụt trước 24-36 h, dự báo lũ trước 12-24 h.
Hoàng Thanh Tùng (2011) [10] nghiên cứu xây dựng phương án tch hợp mô
hình dự báo mưa lũ với mô hình vận hành hệ thống hồ chứa giải quyết bài toán
vận hành phối hợp hồ chứa phòng lũ theo thời gian thực, nghiên cứu cho lưu vực
sông Cả. Trong nghiên cứu này tác giả đã chọn hướng tếp cận là kết hợp giữa mô
hình mô phỏng (HEC-HMS, HEC-RESSIM) với mô hình điều khiển để xác định ưu
tên vận hành cho từng hồ trong hệ thống các hồ và ưu tên vận hành kết hợp giữa
các hồ với ưu tên về ràng buộc mực nước và lưu lượng của một số vị trí hạ lưu
nhằm bảo đảm mục tiêu phòng lũ.
Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Tây Nguyên đã ứng dụng thử nghiệm hệ

thống IFAS “Nghiên cứu xây dựng hệ thống phân tch lũ lụt tch hợp từ ảnh mây vệ
tnh cảnh báo lũ cho vùng thượng nguồn sông Ba, tỉnh Gia Lai”, do Nguyễn Hoàng
Tâm làm chủ nhiệm đề tài. Kết quả của đề tài đã có được phương án dự báo và
các bản tn cảnh báo, dự báo lũ cho vùng thượng nguồn sông Ba, tỉnh Gia Lai [9].
1.1.5. Hạn chế của phương pháp dự báo lũ hiện nay
Trên lưu vực sông Cả, hiện nay Đài KTTV khu vực Bắc Trung Bộ đã nghiên
cứu và sử dụng các phương pháp dự báo như: Mực nước tương ứng, tương quan
nhiều biến. Các phương pháp này hiện vẫn đang được sử dụng với kết quả
nằm trong phạm vi cho phép, tuy nhiên những phương pháp này còn nhiều hạn
chế như: