Mô phỏng ngập lụt hạ du sông Long Đại khi xét đến điều tiết lũ hồ chứa nước Rào Đá

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ HỒNG HẢI

MÔ PHỎNG NGẬP LỤT
HẠ DU SÔNG LONG ĐẠI KHI XÉT
ĐẾN ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA NƯỚC RÀO ĐÁ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
Mã số: 60.58.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

Đà Nẵng - Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. Lê Hùng

Phản biện 1: TS. HOÀNG NGỌC TUẤN
Phản biện 2: TS. TÔ THÚY NGA

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ kỹ thuật xây dựng công trình thủy họp tại Trường Đại học
Bách khoa vào ngày 11 tháng 11 năm 2018.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại trường Đại học Bách
khoa.
- Thư viện Khoa Xây dựng Thủy lợi – Thủy điện, trường Đại học
Bách khoa – Đại học Đà Nẵng.


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hồ chứa Rào Đá được xây dựng trên sông Rào Đá, là một nhánh
sông Long Đại, thuộc địa bàn xã Trường Xuân - huyện Quảng Ninh tỉnh Quảng Bình. Cách trung tâm huyện Quảng Ninh 13,8km về phía
Đông Bắc, cách thành phố Đồng Hới 21km về hướng Bắc.
Do tác hại lớn của mưa lũ gây ảnh hưởng lớn đến đời sống, kinh
tế - xã hội của các địa phương nên ngoài những thông tin dự báo của
các hệ thống khí tượng thủy văn. Việc xây dựng một hệ thống công
cụ mô phỏng ngập lụt hạ du của hồ Rào Đá có sự hổ trợ của công
nghệ thông tin để xác định mức độ ngập lụt là hết sức cần thiết cho
cơ quan quản lý hồ, các ban ngành hữu quan và nhân dân vùng hạ
du. Là cẩm nang để các cơ quan đơn vị quản lý Nhà nước thực hiện
tốt công tác phòng chống, giảm nhẹ thiên tai; do đó đề tài Luận văn:
“Mô phỏng ngập lụt hạ du sông Long Đại khi xét đến điều tiết hồ
chứa Rào Đá” là rất cần thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Để mô phỏng các kịch bản vận hành hồ chứa ứng với các tần
suất lũ xác định, nhằm nâng cao hiệu quả giảm lũ và không gây tác
động tiêu cực cho vùng hạ du, trong khi vẫn đảm bảo an toàn hồ
chứa. Đồng thời giúp chủ động ứng phó khi có mưa lũ xảy ra, nhằm
hạn chế thiệt hại đến mức thấp nhất.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để tính toán mô phỏng ngập lụt cho vùng hạ du, xây dựng những

kịch bản ứng với các tần suất lũ: P = 1%; P = 5%; P = 10%
4. Phạm vi, đối tượng nghiên cứu của đề tài
- Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực hạ lưu hồ chứa nước Rào Đá.


2
- Đối tượng nghiên cứu: Mô phỏng ngập lụt hạ lưu sông Long
Đại, khi điều tiết xả lũ hồ chứa nước Rào Đá, tỉnh Quảng Bình theo
các kịch bản đã nêu ở mục 3 nói trên.
5. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sẽ sử dụng các phương pháp nghiên cứu:
5.1. Phương pháp phân tích thống kê:
5.2. Phương pháp kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan:
5.3. Phương pháp mô hình hóa:
5.4. Phương pháp thống kê khách quan:
6. Ý nghĩa thực tiễn đề tài
Người dân sống hai bờ hạ lưu sông Long Đại khi đến mùa mưa
lũ nhà cửa ruộng vườn thường xuyên bị ngập lụt, gia súc, gia cầm bị
cuốn trôi, gây thiệt hại nghiêm trọng. Các biện pháp dự báo hiện nay
chủ yếu dựa vào bản tin thời tiết và thông báo xã lũ của đơn vị quản
lý hồ chứa. Do vậy nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của việc xã lũ ở
hồ chứa đến ngập lụt hạ lưu, sẽ làm cơ sở cho công tác chủ động ứng
phó khi có mưa lũ xảy ra, nhằm hạn chế thiệt hại đến người, tài sản ở
mức thấp nhất.
7. Cấu trúc luận văn
Cấu trúc ngoài phần mở đầu và kết luận gồm 4 chương như sau:
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
LŨ LỤT VÀ VẬN HÀNH HỒ CHỨA
1.1. Tình hình nghiên cứu lũ lụt.
1.1.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài.

1.1.2. Các nghiên cứu trong nước
1.2. Các nghiên cứu lũ lụt liên quan đến hạ du sông Long Đai
do điều tiết hồ Rào Đá.


3
1.2.1. Các nghiên cứu liên quan đến hạ lưu sông Long Đại
1.2.2. Đặc điểm, tình hình điều tiết lũ hồ chứa nước Rào Đá
1.3. Cơ sở để đánh giá tình hình ngập lụt khu vực hạ du sông
Long Đại.
Định hướng nghiên cứu mô phỏng ngập lụt hạ du sông Long Đại
khi điều tiết xã lũ hồ Rào Đá, là tập trung nghiên cứu những vấn đề
cụ thể về tình hình lũ và ngập lụt từ hạ du hồ chứa dọc sông Rào Đá,
đỗ về hạ lưu sông Long Đại, đến hạ du sông Kiến Giang và sông
Nhật Lệ về đến cửa biển Nhật Lệ theo các phương án điều tiết hồ
Rào Đá ứng với các tần suất lũ P=1%, P=5% và P=10%, qua phân
tích, tổng hợp xác định lựa chọn các nhân tố có tác động chính ảnh
hưởng đến mức độ ngập lụt vùng hạ du lưu vực theo các phương án
vận hành. Từ đó, xác định mức độ ảnh hưởng, tác động tích cực của
việc vận hành hồ chứa nước Rào Đá đến hạ lưu sông Long Đại. Sau
cùng là tiến hành mô phỏng ngập lụt theo các phương án.
CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN - XÃ HỘI
VÀ CÁC MÔ HÌNH DÙNG MÔ PHỎNG NGẬP LỤT HẠ LƯU
SÔNG LONG ĐẠI KHI XÉT ĐẾN ĐIỀU TIẾT LŨ HỒ CHỨA
NƯỚC RÀO ĐÁ
2.1. Điều kiện địa lý tự nhiên
2.1.1. Vị trí địa lý
2.1.2. Đặc điểm địa hình.
2.1.3. Mạng lưới sông ngòi.
2.1.4. Khí hậu.

2.1.5.Thủy văn.
2.1.6. Thủy triều.
2.1.7. Địa chất thủy văn.


4
2.2. Điều kiện kinh tế xã hội.
2.2.1. Hiện trang giao thông trong vùng ảnh hưởng
2.2.2. Dân sinh -Kinh tế
2.2.3. Đặc điểm dân số
2.3. Thông số cơ bản của hồ chứa nước Rào Đá
2.3.1. Nhiệm vụ của công trình
2.3.2. Loại và cấp công trình
2.3.3. Các chỉ tiêu thiết kế chính của các công trình đầu mối
2.4. Các mô hình dùng tính toán mô phỏng ngập lụt hạ lưu
sông Long Đại khi xét đến điều tiết lũ hồ chứa nước Rào Đá
2.4.1. Giới thiệu mô hình thủy văn MiKe UHM
2.4.2. Mô hình thủy lực MIKE FLOOD.
2.4.2.1. Mô hình thủy lực một chiều MIKE 11
2.4.2.2. Mô hình thủy lực MIKE 21
2.4.2.3. Mô hình thủy lực Mike Flood

CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MÔ HÌNH THỦY VĂN MIKE UHM,
MÔ HÌNH THỦY LỰC MIKE FLOOD CHO LƯU VỰC HẠ
LƯU SÔNG LONG ĐẠI VÀ MÔ HÌNH VẬN HÀNH ĐIỀU
TIẾT HỒ CHỨA NƯỚC RÀO ĐÁ
3.1. Dữ liệu thu thập để tính toán
3.1.1. Nguồn tài liệu thu thập
3.1.2. Công trình cống Mỹ Trung
3.1.3. Sơ đồ mặt bằng khu vực

5

Hình 3.1: Sơ đồ mặt bằng sông Nhật Lệ, Kiến Giang, Long Đại, Rào
Đá; hồ Rào Đá; trạm thủy văn Đồng Hới; cống Mỹ Trung
3.2. Tính lũ nhập lưu
3.2.1. Phân chia lưu vực nghiên cứu


6

Hình 3.2: Bản đồ phân chia lưu vực nhập lưu.
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Bảng 3.1: Tổng hợp thông số chính lưu vực nhập lưu.
Tên lưu vực
Flv (km2)
Ls (km)
Js (%)
N.Le 1

29.14
5.28
1.12
N.Le 2
211.22
31.00
5.76
Ho.R.Đa
94.41
14.66
13.15
L.Đai 1
21.41
11.42
4.71
L.Đai 2
181.14
39.06
16.28
L.Đai 3
1104.39
176.09
17.52
K.Giang 1
118.83
17.73
0.99
K.Giang2
483.54
89.23

2.67
K.Giang 3
306.32
28.37
11.66


7
3.2.2. Kết quả tính lũ nhập lưu hạ lưu sông Long Đại ứng với
các trận lũ năm 2010 và 2016 bằng mô hình MiKe UHM
* Kết quả tính lũ nhập lưu năm 2010:

Hình 3.3: Kết quả lũ nhập lưu năm 2010
* Kết quả tính lũ nhập lưu năm 2016:


8
Hình 3.4: Kết quả lũ nhập lưu năm 2016
3.3. Xây dựng mô hình thủy lực Mike Flood cho lưu vực hạ lưu
sông Long Đại
3.3.1. Mô hình thủy lực Mike 11

Minh họa trong hình 3.5, hình dạng 1 mặt cắt ngang sông, suối
được minh họa trong hình 3.6 dưới đây:

Hình 3.5: Sơ đồ mạng lưới tính toán thủy lực hạ lưu sông Long Đại

Hình 3.6: Hình dạng 01 mặt cắt ngang trong sơ đồ thủy lực
3.3.2. Mô hình thủy lực MIKE 21

9
Dùng sơ đồ thủy lực vừa xây dựng trong Mike 11 kết nối với mô
hình Mike 21, với các thông số đã có trong mô hình Mike 21 mô
phỏng mô hình thủy lực 2 chiều cho lưu vực hạ lưu sông Long Đại ở
hình 3.7 sau:

Hình 3.7. Mô hình thủy lực 2 chiều lưu vực hạ lưu sông Long
Đại
3.3.3. Mô hình thủy lực MIKE FLOOD

Hình 3.8. Mô hình Mike Flood kết nối mô hình Mike 11 với Mike 21


10
3.4. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:
3.4.1. Tính toán hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực
- Hiệu chỉnh: Trận lũ từ: 01h ngày 14/10/2010 đến 01h ngày
18/10/2010.
- Kiểm định: Trận lũ từ: 07h ngày 13/10/2016 đến 01h ngày
17/10/2016.
3.4.2. Kết quả hiệu chỉnh mô hình thủy lực trận lũ năm 2010

Hình 3.10: Kết quả mực nước hiệu chỉnh mô hình thủy lực tại cống
Mỹ Trung (trận lũ từ 01h ngày 14/10/2010 đến 01h ngày 18/10/2010)
Bảng 3.2: Đánh giá sai số kết quả mô phỏng trận lũ năm 2010
Chỉ tiêu so sánh
Cống Mỹ Trung
Sai số đỉnh lũ
0.042

Hệ số tương quan
0.993


11

Hình 3.11: Kết quả mô phỏng cao độ ngập trận lũ tháng 10/2010
Kết quả thực đo và tính toán độ sâu ngập lụt trận lũ năm 2010 có
sự chênh lệch tại các điểm đo trong khoảng -0.02m đến +0.35m (thể
hiện ở bảng 3.3, trang 73, của luận văn).
3.4.3. Kết quả kiểm định mô hình thủy lực trận lũ năm 2016
Kết quả thực đo với mô phỏng đường quá trình mực nước, đỉnh
lũ tại cống Mỹ Trung thể hiện ở hình 3.12 và bảng 3.4 sau:

Hình 3.12: Kết quả mực nước kiểm định mô hình thủy lực tại cống
Mỹ Trung (trận lũ từ 07h ngày 13/10/2016 đến 01h ngày 17/10/2016)


12
Bảng 3.4: Đánh giá sai số kết quả mô phỏng với thực đo trận lũ
năm 2016
Cống Mỹ
Chỉ tiêu so sánh

Trung

Sai lệch đỉnh lũ

0.042

Hệ số tương quan

0.971

Bên cạnh kết quả kiểm định sai lệch đỉnh lũ và hệ số tương quan
ở trên, số liệu khảo sát về độ sâu ngập lụt đã được sử dụng để kiểm
định mô hình cho ra kết quả ở hình 3.13 và bảng 3.5 sau:

Hình 3.13: Kết quả mô phỏng cao độ ngập trận lũ tháng 10/2016
Kết quả thực đo và tính toán độ sâu ngập lụt trận lũ năm 2016 có
sự chênh lệch tại các điểm đo trong khoảng -0.10m đến +0.37m (thể
hiện ở bảng 3.5, trang 76, của luận văn).


13
3.4.4. Đánh giá chung
3.5. Tính lũ nhập lưu ứng với các tần suất P=1%, P=5% và
P=10%
3.5.1. Tính toán mưa 1 ngày max và 5 ngày max
Bảng 3.6: Kết quả tính toán mưa theo tần suất trạm Kiến Giang
P%
1%
5%
10%
X1 ngày max (mm)
538,1
420,3
366,74
X5 ngày max (mm) 1.144,86
864,56

739,66
3.5.2. Tính toán đỉnh lũ, dòng chảy lũ đến hồ Rào Đá
Bảng 3.7: Kết quả tính toán lưu lượng đỉnh lũ của hồ Rào Đá
Tần suất P%
Công trình
P=1%
P=5%
P=10%
Hồ Rào Đá
1.600
1.300
1.060
(m3/s)

Lưu lượng Q (m3/s)

b. Đường quá trình lũ đến hồ Rào Đá

Hình 3.14: Đường quá trình lũ hồ Rào Đá


14
3.5.3. Tính toán điều tiết lũ hồ Rào Đá với các tần suất
3.5.4. Tính lũ nhập lưu hạ lưu sông Long Đại
Từ kết quả tính toán tần suất mưa 5 ngày, phân phối lại quá trình
mưa 6h. Sau đó, từ các thông số đã có trong mô hình MIKE UHM,
tính toán lại lưu lượng lũ nhập lưu.
Bảng 3.10: Kết quả tính toán lũ nhập lưu hạ du sông Long Đại
Lưu lượng đỉnh lũ, Qmax (m3/s)
STT

Tên lưu vực
P = 1%
P = 5%
P = 10%
1
N.Le 1
515,9
353,0
287,8
N.Le 2
2
2.815,6
1.926,5
1.570,8
Ho.R.Đa
3
643,0
584,0
540,0
4
L.Đai 1
431,6
295,3
240.8
L.Đai 2
5
2.858,6
1.955,9
1.594,8
6

L.Đai 3
8.228,6
5,630.1
4.590,7
L.Đai (2+3)
7
8.441,6
5.775,8
4.709,5
8
K.Giang 1
1.191,0
814,9
664,4
K.Giang2
9
2.646,9
1.811,0
1.476,7
10
K.Giang 3
2.772,8
1.897,2
1.546,9
K.Giang (2+3)
11
3.856,0
2.638,3
2.151,3
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG CÁC KỊCH BẢN NGẬP LỤT

HẠ LƯU SÔNG LONG ĐẠI BẰNG MÔ HÌNH THỦY LỰC
MIKE FLOOD
4.1. Xây dựng các kịch bản mô phỏng
Kịch
bản
1
2
3

Bảng 4.1: Các kịch bản mô phỏng
Tần suất (P%)
Tên kịch bản
Tràn tháo lũ thiết kế
Tràn tháo lũ thường xuyên xảy ra
Tràn tháo lũ thường xuyên xảy ra

4.2. Mô phỏng các kịch bản

Tần suất P = 1%
Tần suất P = 5%
Tần suất P = 10%


15
4.2.1. Các bước mô phỏng kịch bản
4.2.2. Các điều kiện biên khi có sự điều tiết lũ của hồ chứa
nước Rào Đá
* Biên điều tiết lưu lượng hồ Rào Đá ứng với các tần suất

Hình 4.1: Biên lưu lượng xả từ hồ Rào Đá kịch bản P=1%,

P=5%, P=10%
* Biên lưu lượng nhập lưu hạ du sông Long Đại


16

Hình 4.2: Biên lưu lượng nhập lưu hạ du sông Long Đại kịch bản 1
(P=1%)

Hình 4.3: Biên lưu lượng nhập lưu hạ du sông Long Đại kịch bản 2
(P=5%)


17

Hình 4.4: Biên lưu lượng nhập lưu hạ du sông Long Đại kịch
bản 3 (P=10%)
*Biên hạ lưu: Lấy mực nước triều đo tại cửa Nhật Lệ.

Hình 4.5: Biên triều tại cửa Nhật Lệ


18
4.3. Kết quả mô phỏng và nhận xét
4.3.1. Kết quả mô phỏng khi có điều tiết hồ Rào Đá ứng với các
tần suất
a. Kết quả mực nước tại Cống Mỹ Trung theo các tần suất
* Tần suất P=1%

Hình 4.6: Mô phỏng mực nước tại cống Mỹ Trung tần suất

P=1%
* Tần suất P=5%

Hình 4.7: Mực nước tại cống Mỹ Trung tần suất P=5%


19
* Tần suất P=10%

Hình 4.8: Mực nước tại cống Mỹ Trung tần suất P=10%
b. Kết quả mô phỏng cao độ ngập theo các kịch bản
* Kịch bản P=1%

Hình 4.9: Kết quả mô phỏng cao độ ngập kịch bản P=1%


20
* Kịch bản P=5%

Hình 4.10: Kết quả mô phỏng cao độ ngập kịch bản P=5%
* Kịch bản P=10%

Hình 4.11: Kết quả mô phỏng cao độ ngập kịch bản P=10%


21
c. Kết quả mô phỏng ngập vào ArcGis để thống kê diện tích ngập
theo từng cao độ ngập và đưa kết quả thống kê từ ArsGis lên Google
Earth theo các kịch bản.
* Kịch bản P=1%.

Hình 4.12: Kết quả mô phỏng cao độ ngập kịch bản 1%
* Kịch bản P=5%.

Hình 4.13: Kết quả mô phỏng cao độ ngập kịch bản 5%


22
* Kịch bản P=10%.

Hình 4.14: Kết quả mô phỏng cao độ ngập kịch bản 10%
d. Thống kê diện tích ngập theo từng cao độ
Bảng 4.2: Bảng thống kê diện tích ngập theo các kịch bản
Đơn vị: km2
Cao độ ngập (m)
0-:-1
1-:-2
2-:-3
3-:-4
4-:-5
5-:-6
6-:-7
7-:-8
8-:-9
>9
Tổng

.3.2.Nhận xét

P=1%

12.71
7.94
8.57
102.28
20.35
0.51
0.45
0.34
0.19
0.12
153.46

P=5%
14.28
11.11
27.14
65.92
0.36
0.18
0.07
0.03
0.01
0.00
119.10

P=10%
13.22
11.64
36.63
25.55

0.05
0.02
0.01
0.00
0.00
0.00
87.11


23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận:
- Để hoàn chỉnh được luận văn tác giả đã thu thập, chỉnh lý một
số lượng lớn bao gồm các tài liệu khí tượng thủy văn, địa hình để
thiết lập bản đồ số vùng hạ lưu sông Long Đại; thu thập các vết lũ để
phục vụ việc thiết lập mô hình thủy văn – thủy lực. Đồng thời áp
dụng nhiều công cụ thống kê, các công thức kinh nghiệm, các mô
hình toán để phục vụ tính toán.
- Khai thác mô hình Mike Flood (Mike UHM, Mike 11 và Mike
21) của DHI – Đan Mạch, tính toán lũ nhập lưu và tiến hành mô
phỏng thủy lực cho hạ du sông Long Đại có sự điều tiết lũ của hồ
chứa nước Rào Đá ứng với các tần suất khác nhau. Đây là công cụ
chính để phân tích bài toán phòng chống lũ hạ lưu sông Long Đại khi
có sự điều tiết lũ của hồ Rào Đá.
- Theo các kịch bản: Với tần suất lũ thiết kế P=1% tổng diện tích
ngập 153,46km2, khu vực bị ảnh hưởng 151,85km2 (từ cao trình 5m
trở xuống); Với tần suất lũ P=5% tổng diện tích ngập 119,10km2,
khu vực bị ảnh hưởng 118,81km2 (từ cao trình 5m trở xuống); Với
tần suất lũ P=10% tổng diện tích ngập 87,11km2, khu vực bị ảnh
hưởng 87,09km2 (từ cao trình 5m trở xuống). Với các kết quả này sẽ

góp phần giúp các cơ quan quản lý nhà nước, đặc biệt là đơn vị quản
lý hồ có cơ sở để hàng năm xây dựng kế hoạch phòng chống ngập lụt
hạ du sông Long Đại phù hợp hơn và khi có mưa lũ xảy ra sẽ có các
giải pháp phòng chống có hiệu quả, hạn chế thiệt hại cho các địa
phương bị ngập lụt.
- Với bộ thông số đã hiệu chỉnh và kiểm định sẽ là cơ sở để tính
toán ngập lụt cho các tần suất lũ khác.