Đồ án "Nghiên cứu cơ sở khoa học điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng"

Đồ án
"Nghiên cứu cơ sở khoa học điều hành hệ thống
công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng"
1
MỤC LỤC
ánĐồ .....................................................................................................................................1
"Nghiên c u c s khoa h c i u h nh h th ng công trình phòng ch ng l cho ng ứ ơ ở ọ đ ề à ệ ố ố ũ đồ
b ng sông H ng"ằ ồ ...................................................................................................................1
M C L CỤ Ụ ..............................................................................................................................2
Biểu 2 - KHCN
THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
2
1 Tên đề tài 2 Mã số
Nghiên cứu cơ sở khoa học điều hành hệ thống
công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng
.............................
3 Thời hạn thực hiện 24 tháng 4 Cấp quản lý
(Từ tháng 4/2002 đến tháng 5/2004).
NN Bộ CS
x
5 Thuộc chương trình (nếu có)
Đề tài độc lập cấp nhà nước
6 Họ tên chủ nhiệm đề tài: Lê Kim Truyền
Học hàm, học vị, chuyên môn: Phó Giáo sư, Tiến sỹ kỹ thuật.
Chức vụ: Hiệu trưởng trường đại học Thuỷ lợi Cơ quan: Đại học Thuỷ lợi
Địa chỉ: Tập thể trường đại học Thuỷ lợi Điện thoại: 8.534436 - NR
175 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội 8.534435 - CQ
7 Cơ quan chủ quản: Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Thuỷ lợi
Địa chỉ: 175 Tây sơn, Quận Đống đa, Hà nội.
Điện thoại: 8 531425 Fax: 84-45-34198

8 Cơ quan phối hợp chính:
Cục Quản lý đê điều và Phòng chống bão lụt.
Viện Quy hoạch Thuỷ lợi
Viện Cơ học Việt nam
Viện Khí tượng Thuỷ văn
Trung tâm Quốc gia Dự báo KTTV.
Trung tâm tư liệu KTTV
Ban nguồn - Tổng công ty Điện lực Việt nam.
Nhà máy thuỷ điện Hoà bình.

9 Danh sách những người thực hiện chính
1
2
3
4
Họ và tên
Lê Kim Truyền
Trịnh Quang Hoà
Dương Văn Tiển
Đỗ Tất Túc
Học hàm, học vị, chuyên môn
PGS.TS. Công trình thuỷ lợi
PGS.TS. TV công trình
PGS.TS. TV công trình
PGS.TS. Động lực sông ngòi
Cơ quan
Đại học Thuỷ lợi, chủ nhiệm
Đại học Thuỷ lợi, thư ký.
Đại học Thuỷ lợi, Uỷ viên.

Trường Đại học Thuỷ lợi
3
5
6
7
8
10
11
12
13
14
15
Vũ Minh Cát
Nguyễn Văn Mạo
Nguyễn Chiến
Nguyễn Văn Điệp
Lê Bắc Huỳnh
Vũ Hồng Châu
Nguyễn Xuân Diệu
Nguyễn Việt Chi
Hoàng Minh Tuyển
Lê Minh Hằng
TS. Tính toán Thủy văn
PGS.TS. Thủy công
TS. Thủy công
GS.TSKH. Cơ học chất lỏng
PGS.TS. Dự báo thuỷ văn
ThS. Thuỷ lực
ThS. Thuỷ văn PCLB.
KS. Thuỷ điện

TS. Thuỷ văn
TS. Thuỷ văn
Trường Đại học Thuỷ lợi Trường
Đại học Thuỷ lợi Trường Đại học
Thuỷ lợi
Viện Cơ học Việt nam
Trung tâm QG DB KTTV
Viện QHTL
Cục QLĐĐ&PCLB
Ban nguồn - Tổng CTĐL
Viện KTTV
Trung tâm tư liệu KTTV
10 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước
Điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ (HTCTPCL) cho một vùng lãnh thổ,
nhất là khi vùng đó nằm trọn vẹn trong lưu vực một hệ thống sông lớn gồm nhiều
nhánh, chảy qua nhiều khu vực khí hậu khác nhau đồng thời chịu ảnh hưởng của
thuỷ triều và bão, có điạ hình rất khác nhau, trên đó có những thành phố và nhiều
khu dân cư và trung tâm công nghiệp quan trọng như đồng bằng sông Hồng
(ĐBSH) là một bài toán liên ngành phức tạp, liên quan đến nhiều lĩnh vực như công
trình thuỷ lợi, khí tượng, thuỷ văn, thuỷ năng, thuỷ lực, điều tiết dòng chảy, chỉnh
trị sông, toán học, tin học ... Ngày nay những quyết định điều khiển HTCTPCL
được tính toán và phân tích bằng những công nghệ hiện đại dựa trên những thành
tựu mới nhất của mô hình toán và công nghệ thông tin.
+ Năm 1958, Diệp Đốc Chính (Trung Quốc) phát hiện và phân tích những đột
biến trong hoàn lưu khí quyển vào tháng 6 và tháng 10 vùng Đông Á, đó là những
cơ sở phôi thai cho lý thuyết phân kỳ dòng chảy và là cơ sở cho lý thuyết nhận dạng
lũ sông Hồng của các tác giả Việt nam sau này.
+ Những năm 60 cùng với sự ra đời và phát triển của máy tính đã đánh dấu những
buớc tiến mới trong lĩnh vực phương pháp số thuỷ lực sông ngòi, xuất hiện nhiều sơ
đồ giải những bài toán truyền lũ cỡ lớn như của Preissman (Pháp), Vaxiliev (Liên

Xô cũ), Cunge (Pháp) ... Những thuật giải đó là cơ sở lý thuyết có ảnh hưởng rất lớn
đối với những mô hình toán thuỷ lực - thuỷ văn trên mạng sông của Việt nam.
+ Trong những năm 70, các nhà thuỷ lợi Liên Xô cũ Alecxeev, Kartvelixvili,
Ratkovich, Reznhicovxki, Xvanhidze ... đặt nền tảng cho ngành thuỷ văn ngẫu
nhiên, đưa phương pháp Monte Carlo trở thành phương pháp tính đầy hiệu lực
trong điều tiết dòng chảy. Phương pháp Fragment của Xvanhidze trở thành cơ sở lý
luận cho vấn đề tổ hợp lũ sông Hồng trong điều hành hồ Hoà bình chống lũ hạ du.
+ Đã xuất hiện nhiều mô hình tổng hợp Mưa-Dòng chảy: SSARR (Mỹ), TANK
(Nhật), CLS (Ý), HMC (Liên Xô cũ), GIRARD (Pháp) ... cùng nhiều hội thảo quốc
tế nhằm đánh giá và chỉ dẫn ứng dụng lớp mô hình trên trong dự baó hạn ngắn lũ.
+ Các công nghệ mới của ngành viễn thám, Rađa, Vệ tinh đã và đang thực sự thay
đổi phương thức thu nhận thông tin trong công tác phòng chống Bão - Lũ.
+ Và vào những năm 90, công nghệ GIS (Hệ thông tin địa lý) ra đời đã mang lại
sức mạnh mới trong việc thu thập, phân tích và đánh giá cũng như thể hiện các kết
quả tính toán phục vụ việc điều khiển mạng sông và phân tích ngập lụt.
Như vậy, đã xuất hiện và hội tụ một số yếu tố về lý luận, thiết bị cùng công nghệ
hiện đại trong lĩnh vực phòng chống lụt bão. Đấy vừa là điều kiện cần, vừa là nhu
cầu thúc đẩy việc xây dựng một công nghệ hiện đại, hiệu quả trong việc điều hành
HTCTPCL cho một vùng lãnh thổ quan trọng như ĐBSH.
11 Tình hình nghiên cứu ở trong nước
+ Trong những năm cuối thập kỷ 70, đầu 80: mô hình SSARR bước đầu được các
chuyên gia Cục Dự báo KTTV thiết lập cho phần thượng lưu sông Hồng, mô hình
thuỷ lực KRSAL-82 được Nguyễn Như Khuê (ĐHTL) xây dựng cho mạng sông
Hồng. Đây là 2 công cụ chính phục vụ dự báo TV và tính toán truyền lũ mạng
4
sông.
+ Những năm 80, Nguyễn Lại (ĐHTL) xây dựng lý thuyết kỳ dòng chảy sông
Hồng và áp dụng trong việc xây dựng biểu đồ điều phối hồ Hoà bình.
+ Đỗ Cao Đàm (ĐHTL) phối hợp cùng Viện KTTV xây dựng lý thuyết tổ hợp lũ
sông Hồng có xét tác động điều tiết của hồ Hoà bình.

+ Trịnh Quang Hoà (ĐHTL) phối hợp cùng Công ty ĐL1 xây dựng mô hình sóng
động học truyền lũ trên mạng sông Hồng về đến Hà nội.
+ Nguyễn Ân Niên (Viện NCKHTL) phối hợp Cục Dự báo KTTV xây dựng mô
hình thuỷ lực KOD-01 cho hệ thống sông Hồng - Thái bình.
+ Các chuyên gia Cục Dự báo KTTV tổng kết các hình thế thời tiết gây mưa sinh
lũ lớn trên hệ thống sông Hồng.
Sau năm 1990, những nghiên cứu riêng rẽ được tổng hợp và mang tính chất
quản lý dòng sông Hồng lấy điều tiết hồ Hoà bình làm trung tâm. Viện QHTL mở
rộng mô hình KRSAL-82 thành mô hình VRSAP toàn mạng, Trường ĐHTL phát
triển kỳ dòng chảy thành Đường trữ nước tiềm năng lưu vực sông Hồng, lý thuyết
tổ hợp lũ được xây dựng thành công nghệ đánh giá độ tin cậy của quyết định điều
khiển hồ Hoà bình, các trận lũ lớn đều được phân tích trên cơ sở cắt lũ của hồ Hoà
bình. Trường ĐHTL xây dựng công nghệ nhận dạng lũ sông Hồng từ nền nước
gốc, từ tổ hợp hình thái thời tiết và từ mưa. Từ 1997, công nghệ nhận dạng lũ
được áp dụng trong điều hành hồ Hoà Bình tại Ban chỉ đạo PCLBTW. Quy trình
30/6/1997 về quản lý các công trình cắt giản lũ sông Hồng hàng năm là sự tổng
hợp những nghiên cứu trong những năm 90. Thời kỳ cuối những năm 90, đầu
những năm 2000 là thời kỳ có nhiều biến đổi về chất cũng như phát sinh nhiều
tranh luận trong công tác phòng chống lũ trên ĐBSH. Trước hết đó là thời kỳ
chuẩn bị đầu tư xây dựng hồ Đại Thị trên sông Gâm và hồ Sơn La trên sông Đà, là
thời kỳ tranh luận về lựa chọn quy mô hồ Sơn La, về khả năng thoát lũ của lòng
dẫn sông Hồng, về vai trò trữ lũ và thoát lũ của sông Đáy nhằm tiến tới làm sống
lại sông Đáy như xưa, về tiêu chuẩn chống lũ cho ĐBSH. Chương trình phòng
chống lũ sông Hồng 2000 gồm 8 dự án: Đánh giá lại lũ thiết kế và xác định lại
đường mực nước thiết kế cho các tuyến đê (Viện QHTL thực hiện); Đánh giá thực
trạng đê điều hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình (Viện QHTL và Cục
QLĐĐ&PCLB); Đánh giá thực trạng lòng dẫn sông Hồng, sông Thái Bình và đề
xuất phương án chỉnh trị làm tăng tính ổn định và khả năng thoát lũ lòng sông
(Viện KHTL); Xây dựng công nghệ mô phỏng số phục vụ cho việc đề xuất, đánh
giá và điều hành các phương án phòng chống lũ lụt ĐBSH (Viện Cơ học); Đánh

giá hình thế thời tiết sinh lũ lớn phục vụ dự báo và cảnh báo trước khả năng có lũ
lớn (Trung tâm QGDB KTTV); Đánh giá khả năng phân lũ sông Đáy và sử dụng
lại các khu chậm lũ và các phương án sử lý khi gặp lũ khẩn cấp (Trường ĐHTL,
Viện QHTL, Viên KTTV); Đo đạc lại lòng dẫn hệ thống sông Hồng, sông Thái
Bình (Đoàn khảo sát ĐBBB) đã được thực hiện và bước đầu đã tạo nền móng cho
những nghiên cứu sâu sắc tiếp theo. Trong năm 2001 hai đề tài NCKH cấp nhà
nước cũng được hình thành: đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học cho các giải pháp
tổng thể dự báo phòng tránh lũ lụt ở ĐBSH (Viện Cơ học)” và đề tài “Nghiên cứu
mô hình đề xuất cơ sở khoa học cải tạo và nâng cấp hệ thống thoát lũ sông Đáy
phục vụ công tác phòng chống lụt bão ĐBBB (Viện KHTL)”.
Có thể thấy rất nhiều mặt khác nhau của công tác phòng chống lũ lụt ĐBSH đã
được nghiên cứu và đề cập đến. Đã đến lúc cần thiết phải tổng kết những thành tựu
đạt được làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo:
1. Về hệ thống đo đạc KTTV: thông tin mưa thời đoạn 6h chủ yếu được thu thập
từ các trạm mặt đất và được truyền về bằng điện báo, chất lượng truyền tin còn
nhiều thiếu sót và số liệu truyền về còn nhiều lỗi, sai sót. Còn bỏ trống hoàn
5
toàn số liệu mưa trên phần lãnh thổ Trung quốc. Các nguồn thông tin khác như
Rađa, Vệ tinh chưa được khai thác trong tác nghiệp.
2. Về công tác dự báo lũ thượng nguồn: thời gian dự kiến còn chưa đủ dài, mới
chỉ đạt 24-30h trên sông Hồng và 12-18h trên sông Thái bình, phương pháp dự
báo là cổ điển dựa trên phân tích hồi quy nhiều chiều. Chưa vận dụng đáng kể
các mô hình toán thủy văn-thuỷ lực và chưa dự báo dưới dạng đường quá trình
lũ. Dự báo lũ trung hạn, dài hạn còn là vấn đề.
3. Chưa có công cụ dự báo mực nước và cảnh báo ngập lụt vùng hạ du ĐBSH
trên khu vực chịu ảnh hưởng của thuỷ triêù.
4. Chưa đánh giá được tác động của con nguời cũng như tác động của thuỷ triều
và nước dâng do bão trong công tác dự báo, cảnh báo lũ.
5. Chưa thiết kế hệ thống kịch bản lũ tác nghiệp - real time (nhận biết quy mô
toàn đợt lũ có khả năng) nhằm phục vụ cho công tác điều hành hiệu quả và chủ

động các công trình phòng chống lũ cho ĐBSH.
6. Chưa thống nhất trong việc đánh giá khả năng các công trình phòng chống lũ
ĐBSH: hệ thống hồ trên sông Gâm, trên sông Đà, tổ hợp công trình phân lũ
sông Đáy, khả năng các khu chậm lũ Tam Thanh, Lập Thạch, Lương Phú, khả
năng của đê, khả năng thoát lũ...
7. Chưa thống nhất về tiêu chuẩn phòng lũ cho ĐBSH.
8. Việc điều hành hồ Hoà Bình còn thực thi trong khuôn khổ quy trình vận hành
30/6/1997 dẫn đến cứng nhắc nhất là khi gặp lũ lớn vượt báo động 3 hoặc lũ
muộn và nhất là trong giai đoạn chuẩn bị tích nước cuối tháng 8 hàng năm.
Thực tế điều hành khi gặp trận lũ muộn tháng 10/1998 hoặc tích nuớc cuối
mùa lũ năm 2000 đã cho thấy điều đó. Ngoài ra chưa có những phác thảo về
quy trình vận hành hệ thống công trình phòng lũ khi có hồ Đại Thị, hồ Sơn
La ...
9. Chưa có công nghệ vận hành tổng hợp hệ thống công trình phòng lũ ĐBSH với
sự áp dụng thành tựu mới nhất về công nghệ Rađa, Vệ tinh, tự động đo đạc,
truyền tin, mô hình toán thuỷ văn-thuỷ lực tổng hợp trong điều kiện có hồ Đại
Thị, hồ Sơn La cùng vai trò mới của sông Đáy.
Việc nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng một công nghệ hiện đại và hiệu quả
phục vụ cho công tác điều hành phòng chống lũ lụt chủ động cho một vùng
luôn luôn phải đối mặt với lũ, đồng thời có một hệ thống công trình phòng
chống lũ đã tồn tại trên 1000 năm và ngày càng phát triển trong tương lai như
ĐBSH là vô cùng cần thiết.
12 Mục tiêu của đề tài:
1. Đánh giá định lượng toàn diện những tác nhân của công việc điều hành hệ
thống công trình phòng chống lũ trên ĐBSH trong hiện tại cũng như tương lai:
tác nhân KTTV, tác nhân công trình, tác nhân điều hành của con người.
2. Xây dựng một công nghệ hiện đại, hiệu quả phục vụ điều hành chủ động công
tác phòng chống lũ trên ĐBSH.
3. Xây dựng những phác thảo chính quy trình vận hành hệ thống công trình
phòng chống lũ trên ĐBSH trong những giai đoạn phát triển khác nhau của

vùng: có hồ Đại Thị, có hồ Sơn La, thay đổi nhiệm vụ sông Đáy, hoàn thiện
bậc thang sông Lô-Gâm, hoàn thiện bậc thang sông Đà, hoàn thiện đê, hoàn
thiện các hành lang thoát lũ trên hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình.
13 Nội dung nghiên cứu
1. Xây dựng hệ thống kịch bản phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) –
Nghiên cứu tiềm năng lũ trên các sông.
1.1. Hệ thống kịch bản lịch sử (kịch bản thực, những trận lũ thực tế).
1.2. Hệ thống kịch bản thiết kế (lũ thiết kế).
6
1.3. Hệ thống kịch bản động (kịch bản tác nghiệp - real time).
2. Đánh giá khả năng làm việc của hệ thống các công trình phòng chống lũ cho
ĐBSH (hồ chứa, đê, phân lũ, chậm lũ, thoát lũ v.v...) trong các loại hình kịch
bản khác nhau-Nghiên cứu tiềm năng công trình.
2.1. Phân vùng phòng chống lũ trên ĐBSH.
2.2. Đánh giá khả năng hiện trạng (Đê+hồ Hoà bình+Thác bà+phân lũ sông
Đáy+chậm lũ Tam thanh, Lập thach, Lương phú...).
2.3. Đánh giá khả năng thoát lũ của lòng dẫn sông Hồng hiện tại cùng
những kiến nghị cải tạo.
2.4. Đánh giá khả năng theo các giai đoạn phát triển kinh tế xã hội vùng
ĐBSH.
♦ Giai đoạn hiện nay.
♦ Giai đoạn khi có hồ Đại Thị.
♦ Giai đoạn khi có hồ Đại Thị và hồ Sơn La.
♦ Giai đoạn tổng thể điều hành hệ thống công trình phòng lũ cho
ĐBSH (kể cả giai đoạn làm sống lại sông Đáy).
3. Nghiên cứu và xây dựng tiêu chuẩn phòng lũ cho ĐBSH.
3.1. Xây dựng các tập ràng buộc về kinh tế+chính trị+xã hội+môi
trường+quốc phòng trong các vùng phòng chống lũ trên ĐBSH.
3.2. Lựa chọn vùng đại biểu phòng chống lũ cho ĐBSH và xây dựng tiêu
chuẩn phòng chống lũ cho vùng đại biểu.

3.3. Xây dựng tiêu chuẩn phòng chống cho các vùng khác trên ĐBSH trong
sự thống nhất hữu cơ với vùng đại biểu.
4. Xây dựng các bản đồ ngập lụt vùng ĐBSH.
4.1. Thu thập số liệu địa hình và số hoá bản đồ.
4.2. Thu thập tài liệu dân sinh, kinh tế vùng ĐBSH.
4.3. Phân vùng ngập lụt và xây dựng các bản đồ ngập lụt ứng với các tình
huống mưa-lũ khác nhau trên ĐBSH.
5. Nghiên cứu xây dựng công nghệ điều hành tổ hợp công trình phòng chống lũ
ĐBSH.
5.1. Nghiên cứu thiết kế hệ thống thông tin và xây dựng các phần mềm để
thu thập, chỉnh lý và lưu trữ số liệu trên hệ thống Sông Hồng.
5.2. Nghiên cứu thiết kế công nghệ dự báo hạn ngắn lũ trên các sông
thượng nguồn sông Hồng.
5.3. Nghiên cứu thiết kế công nghệ cảnh báo lũ hạn trung và hạn dài.
5.4. Nghiên cứu công nghệ nhận dạng lũ trong vận hành tổ hợp công trình
phòng chống lũ ĐBSH trong hiện tại và tương lai.
5.5. Nghiên cứu công nghệ vận hành hệ thống hồ chứa bậc thang sông
Đà+sông Lô-Gâm kết hợp với phân chậm lũ và thoát lũ trong các
phương án công trình.
♦ Phương án hiện nay.
♦ Phương án khi có hồ Đại Thị.
♦ Phương án khi có hồ Đại Thị và hồ Sơn La.
♦ Phương án tổng thể điều hành hệ thống công trình phòng lũ cho
ĐBSH (giai đoạn làm sống lại sông Đáy).
5.6. Nghiên cứu công nghệ tính toán ngập lụt và cảnh báo ngập lụt vùng
ĐBSH.
♦ Phương án hiện nay.
♦ Phương án khi có hồ Đại Thị.
♦ Phương án khi có hồ Đại Thị và hồ Sơn La.
7