Nghiên cứu tính toán ngập lụt hạ lưu sông vu gia thu bồn trong bối cảnh biến đổi khí hậu

Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
----------------oOo----------------

LƯƠNG THANH ĐỨC

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN NGẬP LỤT HẠ LƯU
SƠNG VU GIA-THU BỒN TRONG BỐI CẢNH
BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Chun ngành : KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY
Mã số ngành

: 60580202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 07/2016


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Quang Trưởng................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. Châu Nguyễn Xuân Quang .......................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Phạm Ngọc ..........................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 13 tháng 07 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. TS. Lưu Xuân Lộc
2. TS. Hồ Tuấn Đức
3. PGS.TS. Châu Nguyễn Xuân Quang
4. TS. Phạm Ngọc
5. TS. Nguyễn Hồng Quân
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA

TS. Lưu Xuân Lộc

PGS. TS. Nguyễn Minh Tâm


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên : LƯƠNG THANH ĐỨC

MSHV : 13200833

Ngày, tháng, năm sinh : 10/11/1982

Nơi sinh : Tp.HCM

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy

Mã số

: 60580202

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu tính tốn ngập lụt hạ lưu sơng Vu Gia – Thu Bồn trong bối cảnh biến
đổi khí hậu.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Phân chia lưu vực bộ phận và mạng lưới sơng ngịi bằng phần mềm GIS
Tính chuỗi dữ liệu mưa trong bối cảnh BĐKH theo các cấp phát thải khí hậu
RCP2.6, RCP4.5 và RCP8.5 bằng phần mềm SDSM4.2
Tính tốn thủy văn bằng phần mềm HEC – HMS4.0 trong bối cảnh BĐKH
Tính tốn thủy lực bằng phần mềm HEC – RAS 5.0.1 trong bối cảnh BĐKH
Tính tổng diện tích ngập lụt ứng với các cấp phát thải khí hậu và xây dựng bản đồ
ngập lụt trong bối cảnh BĐKH.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

11/01/2016

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

05/07/2016

V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. Nguyễn Quang Trưởng
Tp. HCM, ngày . . . . tháng.. . . năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. Nguyễn Quang Trưởng

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

PGS.TS. Nguyễn Thống

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS. TS. Nguyễn Minh Tâm


LỜI CÁM ƠN
Luận văn thạc sĩ “ Nguyên cứu tính tốn ngập lụt hạ lưu sơng Vu
Gia – Thu Bồn trong bối cảnh biến đổi khí hậu” được hồn thành tại
trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Để hồn thành luận văn này, trước hết tôi xin chân thành bày tỏ lòng
cảm ơn sâu sắc đến thầy TS Nguyễn Quang Trưởng. Thầy đã nhiệt tình
hướng dẫn và định hướng tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cám ơn tất cả các quý thầy cô Khoa Kỹ Thuật Xây
Dựng, đặc biệt là các thầy cô giảng dạy thuộc Bộ môn Tài Nguyên Nước,
Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh. Những kiến thức chuyên ngành và
những kinh nghiệm chuyên môn thực tế mà các thầy cơ đã truyền đạt thật
q báu. Nó đã giúp tơi hồn thành tốt luận văn này và là vốn kiến thức
cho quá trính học tập, làm việc và nghiên cứu sau này.
Xin chân thành cám ơn tất cả những người bạn lớp K2013, các bạn
đã tận tình giúp tơi trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian
làm luận văn.
Xin cảm ơn bạn Phạm Khắc Thuần làm việc tại Viện Khoa Học Thủy
Lợi Miền Nam. Bạn đã nhiệt tình hổ trợ những kiến thức chun mơn và

nguồn tài liệu quý giá, đã giúp tôi rất nhiều trong quá trình làm luận văn.
Cuối cùng, xin cám ơn những người thân trong gia đình, những người
bạn thân của tơi đã luôn bên cạnh, quan tâm, động viên và giúp đỡ tơi vượt
qua những khó khăn, trở ngại để hồn thành luận văn này.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 07 năm 2016


TÓM TẮT
Việt Nam là một trong số các quốc gia chịu ảnh hưởng nặng do hậu quả của
BĐKH. Đặt biệt là lưu vực sông Vu Gia –Thu Bồn ở miền Trung nước ta thường
xuyên bị ảnh hưởng lũ lụt trên diện rộng, gây thiệt hại nghiêm trọng đến tính
mạng người dân và kinh tế tại đây. Để đánh giá tác động của lũ lụt do BĐKH gây
ra, nhiệm vụ chính của luận văn này nhầm tính tốn và so sánh bản đồ ngâp lụt
hiện nay với bản đồ ngập lụt với các kịch bản BĐKH trong tương lai. Bản đồ này
được thiết lập dựa trên sự kết hợp tính tốn của mơ hình thủy văn ( HEC-HMS)
và mơ hình thủy lực 2 chiều (HEC-RAS_2D) cùng với sự hỗ trợ của mơ hình
phương pháp chi tiết hóa thống kê (SDSM).
Mơ hình HEC-HMS được hiệu chỉnh và kiểm định với số liệu lưu lượng
thực đo tại trạm Thành Mỹ và trạm Nông Sơn trong mùa lũ ứng với 4 năm (
2007, 2008, 2009 và 2010). Kết quả mơ hình đạt hệ số NASH từ 0.7 đến 0.85.
Mơ hình HEC-RAS_2D áp dụng cho hạ lưu lưu vực sông VGTB với điều
kiện biên lưu lượng là kết quả tính được lấy từ mơ hình HEC-HMS. Mơ hình
HEC-RAS_2D được hiệu chỉnh và kiểm định với số liệu thực đo cao độ mực
nước tại trạm Ái Nghĩa, Giao Thủy, Câu Lâu và Cẩm Lệ trong thời gian lũ ứng
với 4 năm ( 2007, 2008, 2009 và 2010). Kết quả mơ hình với hệ số độ lệch chuẩn
từ 0.7 đến 0.9.
Mơ hình SDSM dùng để tạo ra dữ liệu mưa ứng với các kịch BĐKH trong
tương lai. Trong đề tài này, dữ liệu mưa được tạo ra ứng với các kịch bản BĐKH
là RCP2.6, RCP4.5 và RCP8.5 trong thời gian đến cuối thể kỹ 21. Sau đó, dữ liệu
này được dùng nhập vào mơ hình HEC-HMS và HEC-RAS_2D để tạo ra bản đồ

ngập lụt theo các kịch bản BĐKH ừng với các năm 2050 và năm 2080.
Trong phần cuối của đề tài là việc tính tốn diện tích ngập lụt và so sánh
bản đồ ngập lụt hiện nay và BĐKH trong tương lai.


ABSTRACT
Vietnam is one of the countries that are most heavily effected by the
consequences of climate change. Especially, Vu Gia-Thu Bon river basin located
in Central Vietnam is often effected by large floods and inundations causing
considerable damage to people and economics. In order to assess the impact of
climate change influence on Floods and inundation in Vu Gia – Thu Bon river
basin. In main purpose of this thesis is computed and compared flood map
between ready-time and climate change scenarios. The flood maps are
constructed on the combination between a hydrological model (HEC-HMS) and
hydraulic model (HEC-RAS_2D), with supporting Statistical DownScaling
model (SDSM).
HEC – HMS model was calibrated and validated with using observed flow
data at Thanh My and Nong Son station in the flood season of four years ( 2007,
2008, 2009 and 2010) with the Nash Sutcliffe and correlation coefficients could
reach to 0.7 and 0.85.
HEC-RAS_2D model was applied in the downstream flood plane of Vu Gia
– Thu Bon river basin with boundary conditions which were calculated by the
HEC-HMS model.The HEC-RAS_2D model was calibrated and validated with
using observed water level data at Ai Nghia, Giao Thuy, Cau Lau and Cam Le
station in the flood season of four years ( 2007, 2008, 2009 and 2010). The result
model have Root-Mean-Square Error could reach to 0.7 and 0.9.
SDSM model is used to assist in created hydrographic data of the climate
change scenarios in the future. In this thesis, The result of SDSM model is
precipitation data of 3 climate change scenarios such as RCP2.6, RCP4.5 and
RCP8.5 of the end of 21ST century. And then, these data were used as input to

HEC-HMS and HEC-RAS_2D to make flood map for climate change scenarios
of 2050s and 2080s.
Finaly mission of this thesis was computed and compared of flooded area
between ready-time and climate change scenarios in VGTB river basin.


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Ngoại trừ các
nội dung đã được trích dẫn, các số liệu và kết quả được trình bày trong luận văn
này là hồn tồn chính xác, trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ
cơng trình nào trước đây.
Tp. HCM, ngày 05 tháng 07 năm 2016
Học viên

Lương Thanh Đức


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH, BIỂU ĐỒ………………………………………….………iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU………………………………………………………vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT………………………………………….…..vii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................. 1
1.1 Đặc vấn đề ..................................................................................................... 1
1.2 Các nghiên cứu trong nước ........................................................................... 2
1.3 Các nghiên cứu ngoài nước ........................................................................... 4
1.4 Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 5
1.5 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 5
1.5.1 Phương pháp thống kê ............................................................................ 5
1.5.2 Phương pháp kế thừa .............................................................................. 5
1.5.3 Phương pháp chi tiết hóa thống kê ......................................................... 5

1.5.4 Phương pháp ứng dụng mơ hình tốn .................................................... 6
CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN .. 8
2.1 Vị trí địa lý .................................................................................................... 8
2.2 Đặc điểm hệ thống sơng ngòi ........................................................................ 9
2.3 Đặc điểm thổ nhưỡng .................................................................................. 11
2.4 Đặc điểm khí tượng thủy văn ...................................................................... 12
2.4.1 Số giờ nắng trung bình ......................................................................... 12
2.4.2 Nhiệt độ khơng khí ............................................................................... 12
2.4.3 Lượng mưa ........................................................................................... 13
2.5 Đặc điểm thủy văn dòng chảy trong lưu vực .............................................. 15
Trang - i


2.6 Đặc điểm ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Vu Gia -Thu Bồn ......................... 15
2.6.1 Các nhóm nguyên nhân chính gây ngập lụt ......................................... 15
2.6.2 Đánh giá một số trận lũ qua các năm ................................................... 16
2.6.3 Tổng quan về các đập thủy điện ........................................................... 17
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU TÍNH TỐN .................................. 19
3.1 Tài liệu địa hình ........................................................................................... 19
3.2 Tài liệu khí tượng thủy văn chưa xét đến bối cảnh biến đội khí hậu .......... 19
3.2.1 Tài liệu khí tượng thủy văn .................................................................. 19
3.2.2 Tài liệu điều tra vết lũ quan trắc ........................................................... 22
3.2.3 Tài liệu cao độ mực nước thủy triều .................................................... 24
3.3 Dự báo số liệu khí tượng thủy văn trong bối cảnh biến đội khí hậu ........... 24
3.3.1 Giới thiệu biến đổi khí hậu ................................................................... 24
3.3.2 Tác động của biến đổi khí hậu đối với Việt Nam ................................ 25
3.3.3 Giới thiệu phương pháp chi tiết hóa thống kê (SDSM) ....................... 26
3.3.4 Ứng dụng mơ hình SDSM .................................................................... 27
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TÍNH VÀ BẢN ĐỒ NGẬP LỤT ............. 33
4.1 Tính tốn thủy văn bằng mơ hình HEC-HMS............................................. 33

4.1.1 Giới thiệu mơ hình HEC- HMS ........................................................... 33
4.1.2 Cơ sở lý thuyết mơ hình HEC- HMS ................................................... 34
4.1.3 Ứng dụng mơ HEC – HMS .................................................................. 42
4.2 Tính tốn thủy văn khi xét đến biến đổi khí hậu trong tương lai ................ 55
4.2.1 Một số nhận định ban đâu .................................................................... 55
4.2.2 Dữ liệu dùng tính thủy văn ................................................................... 55
Trang - ii


4.2.3 Kết quả chạy mơ hình HEC – HMS trong điều kiện biến đổi khí hậu . 62
4.3 Tính tốn thủy lực bằng mơ hình HEC-RAS 2D ........................................ 63
4.3.1 Giới thiệu mơ hình HEC- RAS ............................................................ 63
4.3.2 Cơ sở lý thuyết mơ hình HEC- RAS_2D ............................................. 63
4.3.3 Điều kiện biên tính tốn thủy lực ......................................................... 67
4.3.4 Ứng dụng mơ hình HEC-RAS_2D....................................................... 68
4.4 Tính tốn thủy lực với số liệu biến đổi khí hậu........................................... 77
4.4.1 Dữ liệu biến đổi khí hậu đưa vào mơ hình HEC-RAS_2D .................. 77
4.4.2 Dữ liệu điều kiện biên của mơ hình ứng với biến đổi khí hậu ............. 77
4.5 Kết quả cao độ mực nước với cách kịch bản biến đổi khí hậu.................... 77
4.6 Kết quả bản đồ ngập lụt trong bối cảnh biến đổi khí hậu ........................... 79
4.6.1 Diện tích ngập lụt tồn lưu vực trong bối cảnh biến đổi khí hậu ......... 79
4.6.2 Bản đồ ngập lụt..................................................................................... 80
CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN .............................................................. 82
5.1 Đánh giá kết quả các mơ hình sử dụng ....................................................... 82
5.2 Kết luận ....................................................................................................... 83

Trang - iii


DANH MỤC HÌNH, BIỂU ĐỒ

Hình 1.1. Lũ lụt ở Quảng Nam sau trận bão Ketsana năm 2009............................. 2
Hình 1.2. Sơ đồ thực hiện tính tốn trong Luận văn ............................................... 7
Hình 2.1. Bản đồ vị trí địa lý Tỉnh Quảng Nam .................................................... 8
Hình 2.2. Bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sơng Vu Gia- Thu Bồn ............................. 11
Hình 2.3. Biểu đồ lượng mưa trung bình tháng tại các trạm đo mưa .................... 14
Hình 3.1. Vị Trí các trạm đo thủy văn của lưu vực sơng Vu Gia – Thu Bồn ....... 19
Hình 3.2. Trạm đo mưa Khâm Đức ....................................................................... 20
Hình 3.3. Biểu đồ lưu lượng trung bình quan trắc vào mùa lũ tại Thành Mỹ và
Nơng Sơn ............................................................................................................... 23
Hình 3.4. Sơ đồ thực hiện của phần mềm SDSM ................................................. 28
Hình 3.5. Biểu đồ kết quả hiệu chỉnh và kiểm định các biến dự báo theo số liệu
thực đo trung bình của 4 năm ( 2007, 2008, 2009 và 2010) ................................. 32
Hình 4.1. Mơ hình hình thành dịng chảy của chương trình HEC - HMS ............ 33
Hình 4.2. Độ lớn các số hạng đo thực tế ở con sơng Henderson, 1966 ................ 34
Hình 4.3. Lưới không gian và thời gian của phương pháp sai phân hữu hạn ....... 35
Hình 4.4. Sơ đồ tính thủy văn lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn ........................... 42
Hình 4.5. Sơ đồ tính của mơ hình thủy văn HEC – HMS ..................................... 44
Hình 4.6. Phân bố các lưu vực bộ phận và mạng lưới sông suối .......................... 45
Hình 4.7. Mạng lưới Thiessen phân bố mưa trong lưu vực .................................. 47
Hình 4.8. Sơ đồ hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình HEC - HMS ........................... 49
Hình 4.9. Kết quả hiệu chỉnh mơ hình HEC – HMS trong năm 2007 và 2009 .... 52
Hình 4.10. Kết quả kiểm định mơ hình HEC – HMS trong năm 2008 và 2010 ... 53
Hình 4.11. Biểu đồ kết quả lượng mưa trung bình ứng với các phát thải khí hậu 59
Trang - iv


Hình 4.12. Biểu đồ kết quả lượng mưa trung bình tháng theo các kịch bản và giai
đoạn ....................................................................................................................... 59
Hình 4.13. Biểu đồ tổng lượng mưa năm theo các cấp phát thải khí hậu của lưu
vực sơng Vu Gia – Thu Bồn .................................................................................. 60

Hình 4.14. Biểu đồ kết quả lưu lượng trong mùa lũ tại trạm Thành Mỹ và Nông
Sơn theo các kịch bản biến đổi khí hậu ................................................................. 62
Hình 4.15. Điều kiện biên trong tính thủy lực hạ lưu sơng Vu Gia – Thu Bồn .... 67
Hình 4.16. Mơ hình tính thủy lực HEC – RAS_2D của hạ lưu sơng Vu Gia – Thu
Bồn ........................................................................................................................ 68
Hình 4.17. Sơ đồ tính của mơ hình thủy lực HEC - RAS ..................................... 69
Hình 4.18. Kết quả hiệu chỉnh mơ hình HEC – RAS_ 2D năm 2007 ................... 72
Hình 4.19. Kết quả hiệu chỉnh mơ hình HEC – RAS_ 2D năm 2009 ................... 73
Hình 4.20. Kết quả kiểm định mơ hình HEC – RAS_ 2D năm 2008 ................... 74
Hình 4.21. Kết quả kiểm định mơ hình HEC – RAS_ 2D năm 2010 ................... 75
Hình 4.22. Biểu đồ so sánh cao độ mực nước tại Cẩm Lệ và Câu Lâu vào năm
2009 và năm 2050 ................................................................................................. 77
Hình 4.23. Biểu đồ so sánh cao độ mực nước tại Cẩm Lệ và Câu Lâu vào năm
2009 và năm 2080 ................................................................................................. 78
Hình 4.24. Sơ đồ tính diện tích ngập ..................................................................... 79
Hình 4.25. Biểu đồ so sánh tổng diện tích ngập .................................................... 79
Hình 4.26. Bản đồ đỉnh lũ năm 2009 so với năm 2050 ứng với các kịch bản. ..... 80
Hình 4.27. Bản đồ đỉnh lũ năm 2009 so với năm 2080 ứng với các kịch bản ...... 81

Trang - v


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Lượng mưa trung bình tháng các trạm đo mưa từ năm 2007 đến 2010 14
Bảng 3.1. Thống kê dữ liệu thủy văn trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn ........ 21
Bảng 3.2. Thống kê dữ liệu thủy văn dùng để thực hiện đề tài ............................. 22
Bảng 3.3. Định nghĩa các biến dự báo trong kịch bản của NCEP ........................ 29
Bảng 3.4. Các biến dự báo được chọn tương ứng với các trạm đo mưa ............... 30
Bảng 4.1. Bảng số hiệu đường cong dòng chảy (CN II ) và I a =0.2S ................... 40
Bảng 4.2. Giá trị giới hạn của các phương pháp trong mơ hình HEC - HMS ...... 41

Bảng 4.3. Thống kê lượng mưa và diện tích từng lưu vực bộ phận ...................... 43
Bảng 4.4. Danh sách các lưu vực bộ phân trong lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn 46
Bảng 4.5. Trọng số mưa của các trạm đo trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn .. 48
Bảng 4.6. Bộ thơng số mơ hình HEC – HMS đã hiệu chỉnh và kiểm định ........... 51
Bảng 4.7. Thống kê thông số diễn tốn của các đoạn sơng từ thượng lưu đến trạm
Nông Sơn và trạm Thành Mỹ ................................................................................ 51
Bảng 4.8. Các chỉ tiêu đánh giá kết quả hiệu chỉnh và kiểm định ........................ 54
Bảng 4.9. Lượng mưa trung bình tháng (mm/tháng) ở lưu vực sông Vu Gia-Thu
Bồn theo các kịch bản và giai đoạn. ...................................................................... 60
Bảng 4.10. Kết quả của mô hình HEC RAS_2D với hệ số nhám khác nhau........ 71
Bảng 4.11. Các chỉ tiêu đánh giá kết quả hiệu chỉnh và kiểm định ...................... 76
Bảng 4.12. Dữ liệu nước biển dâng theo các kịch bản biến đổi khí hậu ............... 77
Bảng 4.13. Kết quả tổng diện tích ngập ứng với các cấp phát thải khí hậu .......... 79
Bảng 4.14. So sánh cao độ đỉnh lũ năm 2009 với năm 2050 ứng với các kịch bản
biến đổi khí hậu ..................................................................................................... 80
Bảng 4.15. So sánh cao độ đỉnh lũ năm 2009 với năm 2080 ứng với các kịch bản
biến đổi khí hậu. .................................................................................................... 81
Trang - vi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
WB
ADB
IPCC
UNEP
ISAC-CNR
WMO
UNFCCC
COP21
ICEM

HEC-HMS
HEC-RAS
HEC-RESSIM
HEC-GEORAS
ArcGIS
GIS
MIKE NAM
MIKE 11
SDSM
NCEP
Can ESM2
CanCM4
CTEM
DEM
NASH
RMSE

World Bank ( Ngân hàng thế giới)
Asian Development Bank
Ngân hàng Phát triển Châu Á
Intergovernmental Panel on Climate Change
Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu
United Nations Environment Programme
 Chương trình Mơi trường Liên Hợp Quick
The Institute of Atmospheric Sciences and Climate
Viện Khoa học Khí quyển và Khí hậu
World Meteorological Organization
Tổ chức chun mơn về khí tượng của Liên Hiệp Quick
United Nations Framework Convention on Climate Change
Công ước khung của Liên Hiệp Quốc về biến đổi khí hậu

Conference of Parties 21( of the UNFCCC)
Hội nghị về Biến đổi khí hậu của Liên Hiệp Quốc 2015
International Center for Environmental Management
Trung tâm Quốc tế về Quản lý Mơi trường
The Hydrologic Modeling System
Mơ hình tính thủy văn của quân đội Mỹ
The Hydrologic Engineering Centers River Analysis System
Mô hình tính thủy lực của qn đội Mỹ
The Reservoir System Simulation
Hệ thống mô phỏng các hồ chứa
Phần mềm hỗ trợ Lập bản đồ thủy lực
Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) của ESRI
Georaphical Information System
Hệ thống Thơng tin Địa lý
Nedbor-Afstromming-Model
Mơ hình mưa dịng chảy
Phần mềm tính tốn thủy văn – Thủy lực của Viện Thuỷ lực Đan Mạch
(DHI)
Statistical DownScaling Model
Phương pháp chi tiết hóa thống kê
National Centers for Environmental Prediction
Trung tâm Quốc Gia về Dự báo Môi trường
Canadian Earth System Model
(the 2nd generation Earth System Model)
Canadian Fourth Generation Coupled Climate Model
(atmosphere-ocean general circulation model)
Mơ hình hồn lưu chung khí quyển Đại dương
Canadian Terrestrial Ecosystem Mode
Mơ hình hệ sinh thái trên đất liền Canada
Digital Elevation Model

Mơ hình số độ cao
Hệ số NASH dùng đánh giá sự lựa chọn là tối ưu nhất
Root-Mean-Square Error
Độ chênh lệch chuẩn

Trang - vii


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Đặc vấn đề
Biến đổi khí hậu dẫn đến hạn hán, mực nước biển dâng, bão và lũ lụt được xem là
mối đe dọa lớn nhất trong thế kỷ 21, theo đánh giá sơ bộ gần đây của các tổ chức quốc
tế WB, ADB, IPCC và cùng với các nghiên cứu trong nước. Việt Nam là một trong
những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng do biến đổi khí hậu. Đặc biệt là các tỉnh miền
trung với diễn biến bão lũ ngày càng phức tạp và gia tăng.
Trong năm 1999 chỉ trong vòng gần 1 tháng ( từ 1/11 đến 6/12), ở hầu hết các
tỉnh Trung Bộ và Tây Nguyên đã có 2 đợt mưa rất to gây ra hai đợt lũ diện rộng hiếm
thấy trong lịch sử, làm ngập lụt nghiêm trọng dài ngày, thiệt hại lớn về kinh tế và dân
sinh với hơn 595 người chết, gần 275 người bị thương, 41.846 hộ gia đình bị mất nhà
Cửa, tài sản thiệt hại ước tính lên đến 4000 tỷ đồng. Trận lũ năm 1999 ở miền trung
được xem là hiếm thấy trong 100 năm qua.
Tháng 11/2003 xảy ra lũ lớn cục bộ, gây ngập lụt lớn đối với các tỉnh ven biển từ
Quảng Nam đến Ninh Thuận. Đỉnh lũ trên các sông điều vượt mức báo động III, làm
chết 65 người 33 người bị thương, thiệt hại 432 tỷ đồng.
Tháng 10 năm 2006, Bão số 6 đã đổ bộ vào tỉnh Quảng Nam với sức gió gần tâm
bão giật cấp 13, cấp 14 làm 72 người chết và 532 mất người bị thương, gần 350.000
căn nhà bị đổ và hư hại, thiệt hại lớn về kinh tế gần 10.000 tỷ đồng.
Năm 2013 được đánh giá là một năm nước ta bị thiệt hại nặng nề do thiên tai.
Theo thống kê của Ban chỉ đạo Phòng chống lụt bão Trung ương. Trong năm 2013, bão
lũ đã làm 264 người chết và mất tích, hơn 800 người bị thương, gần 12.000 ngôi nhà bị

sập đổ, cuốn trơi, hơn 300.000 ha lúa bị hư hỏng…Ước tính tổng thiệt hại về vật chất
lên tới khoảng 25.000 tỷ đồng.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu dự báo khả năng gập lụt trong tương lai do mưa
bão gây ra và trước tình hình biến đổi khí hậu phức tạp như hiện nay đang là vấn đề
Trang - 1


cấp thiết cần được nghiên cứu nhầm đưa ra những kết quả thật cụ thể và cần thiết. Từ
đó, nó giúp các nhà quản lý vạch định chiến lượt phát triển xã hội cũng như đưa ra các
biện pháp ứng phó thích hợp, giúp giảm thiểu thiệt hại về con người và kinh tế.

Hình 1.1. Lũ lụt ở Quảng Nam sau trận bão Ketsana năm 2009
1.2 Các nghiên cứu trong nước
[1] Nguyễn Thị Hồng, Nguyễn Ngọc Minh, Lê Song Giang, Huỳnh Cơng Hồi,
Nguyễn Quang Trưởng (Trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia Thành Phố
Hồ Chí Minh). “Nghiên cứu bằng mơ hình tốn số dịng chảy lũ ở Hịa Châu ( Hịa
Vang, Đà Nẵng)” Tuyển tập Cơng Trình Hội nghị khoa học- Cơ học Thủy khí tồn
quốc, năm 2014.
Bài báo này thực hiện dựa trên phần mềm F28 với mơ hình tích hợp 1D2D cho
tính tốn dịng chảy lũ khu vực xã Hồ Châu nằm trên sơng Vu Gia - Thu Bồn. Trong
đó, mơ hình hóa dịng chảy trong sơng xem là dịng chảy một chiều được giải bằng
phương trình Saint-Venant 1D và dịng chảy tràn trên vùng ngập lụt cũng như vùng
nước biển từ Cửa sông tràn vào được xem là dòng chảy hai chiều và được giải bằng
Trang - 2


phương trình nước nơng 2D. Đường giao thơng, đường sắt được đưa vào mơ hình và
xem như đập tràn đỉnh rộng. Mơ hình được hiệu chỉnh và kiểm định theo số liệu lũ các
năm 1999, 2007, 2009, 2010 và 2013. Trong mơ hình tính có đưa yếu tố cơng trình (
Đường sắt, san lấp khu đơ thị phía đơng QL1 và đường vành đai phía Nam) đã cho

thấy được kết quả ảnh hưởng của những cơng trình này đến phân lũ trong lưu vực
nghiên cứu. Trong đề tài chưa trình bày kết quả các thơng số mơ hình ứng dụng và các
chỉ tiêu đánh giá giữ kết quả tính tốn với thực đo.
[2] Ngô Lê An ( Trường Đại Học Thủy Lợi), Nguyễn Ngọc Hoa (Trung Tâm Dự
Báo Khí Tượng Thủy Văn Trung Ương). “Nghiên cứu dự báo dòng chảy lũ lưu vực
sơng Vu Gia – Thu Bồn,” Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, 12.2013.
Bài báo đã nghiên cứu xây dựng bộ mơ hình tính tốn bao gồm các mơ hình thuỷ
văn và thuỷ lực như MIKE NAM, MIKE 11 và HEC-RESSIM kết hợp với mơ hình khí
tượng dự báo mưa, để phục vụ cơng tác dự báo lũ trên lưu vực. Bên cạnh đó, bài báo
cịn tập trung nghiên cứu xây dựng thành cơng 2 phương án dự báo với thời gian dự
kiến lần lượt là 18h và 24h nhằm dự báo dòng chảy tại các trạm phía hạ lưu như Ái
Nghĩa, Giao Thuỷ. Kết quả dự báo thử nghiệm cho trận lũ năm 2010 đã cho kết quả tốt,
cùng với đó là mức đảm bảo số NASH đạt từ 0.6 đến hơn 0.82.
[3] Trần Văn Tình ( Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà
Nội). “Xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn,” Luận
văn Thạc sỹ, Đại học Quốc gia Hà Nội- Đại Học Khoa học Tự Nhiên, Hà Nội, 2013.
Đề tài xây dựng được bản đồ ngập lụt với việc kết hợp phần mềm GIS và kết quả
mô phỏng thủy văn, thủy lực bằng bộ mơ hình HEC. Đồng thời sử dụng thành cơng mơ
hình HEC-GeoRAS để mơ phỏng diện ngập, độ sâu ngập tại lưu vực sông Vu Gia –
Thu Bồn ứng với trận lũ lịch sử năm 2009 ứng với tần suất thiết kế 1%, 5% và 10%.

Trang - 3


1.3 Các nghiên cứu ngoài nước
Một số nghiên cứu nước ngồi về vấn đề ngập lụt do biến đổi khí hậu gây ra như:
[4] Doan Thanh Tan, “Application of HEC-HMS, HEC-RAS and ArcGIS to
simulate flow discharge in the Linbian River during Typoon Morakot,”. Master’s
Thesis, National Cheng Kung University, Taiwan, Jnue 6 . 2015.
Đề tài này nghiên cứu tính tốn thủy văn và thủy lực bằng sử dụng các mơ hình

HEC-HMS, HEC-RAS, mơ hình hóa dịng chảy trên sơng Linbian ứng với cơn bão
Morakot. Cơn bão này xảy ra trong ba ngày 7, 8, 9 của tháng 8 năm 2009 với tổng
lượng mưa lên đến 2500mm. Nó tương đương với tổng lượng trung bình năm và cùng
thời điểm đó mực nước triều lên cao đã làm giảm khả năng thoát nước gây ngập lụt và
làm phá hỏng một số đoạn bờ bao dọc sơng Linbian.
Đề tài tính tốn thủy văn dùng mơ hình HEC-HMS và mơ hình được hiệu chỉnh
và kiểm định dựa trên kết quả quan trắc của cơn bão Herb ( 6/2006). Kết quả đạt được
với sai số đỉnh lũ giữa mơ hình và số liệu quan trắc (Typhoon Herb 6/2006) là 2.01%.
Tác giả tính tốn tiếp bài tốn thủy lực cho hai cơn bão Morakot và Herb dựa trên
mơ hình HEC-RAS, để đưa ra kết luận so sánh tác động của hai cơn bão đến bờ bao
dọc sông Linbian.
[5] John Ballinger, Bethanna Jackson, Andy Reisinger và Kristin Stokes. “The
potential effects of climate change on flood frequency in the Hutt River,” New Zealand
Climate Change Research Institute, 2011.
Lưu vực nghiên cứu là khu dân cư thuộc thung lũng Hutt ở New Zealand. Trận lũ
trong năm 2000, đã gây ngập lụt khoảng 75.000 ngôi nhà, thiệt hại lên đến 6 tỉ đôUZD.
Trong nghiên cứu này số liệu dự báo thủy văn khi xét đến biến đổi khí hậu được
tính tốn dựa vào báo cáo nhiệt độ toàn cầu tăng lên trong năm 2040 và 2090 trong báo
cáo của tổ chức IPCC (the International Panel on Climate Change). Từ đó thiết lập 3
kịch bản ( B1, A1B, A2), dựa trên các mô hình biến đổi khí hậu. Đường cơ sở của
Trang - 4


nghiên cứu này được xây dựng dựa trên số liệu báo cáo của sơng Hutt trong vịng 40
năm ( 1/1/1970 đến 1/1/2010).
Kết quả nghiên cứu cho thấy việc gia tăng nhiệt độ trong khơng khí đã làm tăng
lượng mưa đáng kể trên diện rộng và cho thấy khả năng gia tăng đáng kể về tần suất lũ
lụt trong thế kỷ 21 tại thung lũng Hutt ở New Zealand.
1.4 Mục đích nghiên cứu
Đề tài “ Nghiên cứu tính tốn ngập lụt hạ lưu sông Vu Gia – Thu Bồn trong

bối cảnh biến đổi khí hậu” được thực hiện với việc sử dụng những phần mềm thích
hợp ( ArcGIS, HEC-HMS 4.0, HEC RAS 5.0.1 và SDSM4.2) để đưa ra bản đồ ngập tại
lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn dưới tác động của biến đổi khí hậu trong tương lai
theo các kịch bản biến đổi khí hậu RCP2.6, RCP4.5 và RCP8.5. Từ đó đưa ra cái nhìn
tổng quan về tác động của biến đổi khí hậu trong tương lai.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Phương pháp thống kê
Nhằm thu thập và xử lý số liệu khí tượng thủy văn, số liệu ghi nhận giá trị ngập
lụt đã xảy ra, số liệu địa hình, mặt cắt mạng lưới sơng, các số liệu về triều...
1.5.2 Phương pháp kế thừa
Trong khi thực hiện đề tài này, có sự thừa kế số liệu từ nhiều nguồn và các kết
quả đạt được của từ nghiên cứu trước đây của các tác giả, các cơ quan và các tổ chức
khác.
1.5.3 Phương pháp chi tiết hóa thống kê
Sử dụng công cụ Statistical DownScaling Model (SDSM), là một công cụ hỗ trợ,
đánh giá sự thay đổi khí hậu ở quy mô địa phương bằng cách sử dụng kỹ thuật
downscaling thống kê, được phát triển bởi Wilby, Dowson và Barrow năm 2001.
Những cấu trúc hoạt động của SDSM gồm (1) Kiểm soát chất lượng và chuyển đổi dữ
liệu thống kê; (2) Kiểm tra các nhân tố dự báo; (3) Hiệu chỉnh mơ hình; (4) Tổ hợp các
Trang - 5


dữ liệu hiện tại bằng các nhân tố trong quan trắc; (5) Đầu ra của mơ hình là số liệu của
các yếu tố quan trắc trong tương lai ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu.
1.5.4 Phương pháp ứng dụng mơ hình tốn
Dùng các mơ hình thủy văn, thủy lực để đánh giá mực ngập lụt và thời gian ngập
trên hệ thống hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn. Trong luận văn này sẽ ứng dụng các phần
mềm:
Bộ mơ hình HEC

Cơng Dụng Mơ Hình

HEC- HMS 4.0

Tính thủy văn

HEC-RAS 5.0.1

Tính thủy lực

ArcGIS 10.2

Xây dựng mơ hình

SDSM 4.2

Tạo chuỗi số liệu biến đổi khí hậu

Trang - 6


Xây dựng mạng lưới sông
và phân chia lưu vực bộ
phận - ArcGIS

Số liêu mưa tại các
trạm đo

Mơ hình tính tốn thủy văn
HEC - HMS

Số liệu lưu lượng lũ
quan trắc tại Thành
Mỹ và Nơng Sơn

KHƠNG XÉT
BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

CĨ XÉT

Biên lưu lượng
(Q~t)

Mơ hình tính tốn thủy văn
HEC – RAS _2D

BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Điều kiện biên dưới
Mực nước triều
(H~t)

Xây dựng bản đồ ngập lụt
Với kịch bản RCP4.5; RCP8.5 – 2050
Với kịch bản RCP4.5; RCP8.5 – 2080

Xây dựng bản đồ ngập lụt
Năm 2009

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ

Hình 1.2. Sơ đồ thực hiện tính toán trong Luận văn

Trang - 7


CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN
2.1 Vị trí địa lý
Phạm vi lưu vực sơng Vu Gia – Thu Bồn có ranh giới từ 140 55’ đến 160 04 vĩ độ
Bắc và từ 1070 15’ đến 1080 20’ kinh độ Đông với các lưu vực:
Phía Bắc giáp lưu vực sơng Cu Đê.
Phía Nam giáp lưu vực sông SêSan, sông Trà Bồng thuộc Quảng Ngãi
Phía Đơng giáp biển Đơng và lưu vực sơng Tam Kỳ.
Phía Tây giáp với Lào.
Với tổng diện tích 10.350 km2, bao gồm thành phố Đàng Nẵng và tỉnh Quảng Nam

Nguồn: Dự án LUCCi “Land Use and Climate Change Interaction in Central Vietnam”

Hình 2.1. Bản đồ vị trí địa lý Tỉnh Quảng Nam
Trang - 8


Quảng Nam có hướng địa hình nghiên dần từ Tây sang Đơng hình thành 3 kiểu
cảnh quan sinh thái rõ rệt là kiểu núi cao phía Tây, kiểu trung du ở giữa và dải đồng
bằng ven biển phía đơng.
Vùng đồi núi chiếm 72% diện tích tự nhiên với nhiều ngọn cao trên 2.000m như
núi Lum Heo cao 2.045m, núi Tiên cao 2.032m, Bà Nà (1467m), núi Gole - Lang cao
1.855m (huyện Phước Sơn) và Núi Ngọc Linh cao 2.598m nằm trên dải trường Sơn
Nam, ranh giới Quảng Nam, Kon Tum là đỉnh núi cao nhất miền Trung Việt Nam.
Vùng trung du là vùng chuyển tiếp từ vùng núi đến đồng bằng có độ cao từ 100m

đến dưới 800m. Ở trung lưu sơng Thu Bồn có các dãy núi chạy theo hướng Bắc Nam
ở các huyện: Tiên Phước, Hiệp Đức, Quế Sơn với những đỉnh núi cao từ 500-800m.
Các dải núi ở trung lưu chạy theo hướng Bắc - Nam cho nên độ dốc địa hình thấp dần
theo hướng Bắc-Nam bắt đầu từ địa phận bắc huyện Trà My đến giáp phía Tây huyện
Duy Xun.
Ngồi ra, địa hình vùng đồng bằng lưu vực Vu Gia – Thu Bồn thấp dưới 30m,
tương đối bằng phẳng, gồm địa phận các huyện: Đại Lộc, Duy Xuyên, Điện Bàn,
Thăng Bình, thành phố Hội An, thành phố Tam Kỳ và huyện Hoà Vang (thành phố Đà
Nẵng). Trong vùng đồng bằng có các dải cát chạy dọc theo bờ biển với độ cao trên
dưới 5m.
2.2 Đặc điểm hệ thống sơng ngịi
Thượng lưu sơng Thu Bồn được gọi là sông Tranh hay sông Tĩnh Gia. Sông bắt
nguồn từ khối núi Ngọc Linh(Nam Quảng Nam-Bắc Kon Tum); phần thượng lưu này
được gọi là Đak Mi. Sông chảy ngược lên phía Bắc qua các huyện trung du của
tỉnh Quảng Nam như Nam Trà My, Bắc Trà My, Tiên Phước, Hiệp Đức. Khi đi qua
đây, sông nhận thêm nhiều chi lưu là các nhánh sông, suối nhỏ. Đoạn chảy qua Tiên
Phước và Hiệp Đức được gọi là sông Tranh. Bắt đầu khi đi qua địa phận Nông Sơn,
Duy Xuyên, Sông mới bắt đầu được gọi là Thu Bồn. Ở Nông Sơn, sông đổi sang
hướng Tây Nam-Đông Bắc, từ ngã ba với sông Quảng Quế tới trước khi đổ ra biển tại
Trang - 9


Cửa Đại, thành phố Hội An. Trước khi đổ ra biển sông Thu Bồn tạo ra một số phân lưu
như sơng Bà Rén, sơng Ba Chươm, sơng Cổ Cị, sơng Đình, sơng Đị, sơng Hội An và
một nhánh chảy vào sông Vĩnh Điện để đổ nước vào sông Hàn, Đà Nẵng.
Sơng Vu Gia bắt nguồn từ vùng núi ở phía Tây Nam của tỉnh Quảng Nam và
ở phía Bắc của tỉnh Kon Tum. Phần thượng nguồn ở Phước Sơn được gọi là sông Đăk
Mi, sông chảy theo hướng Nam lên Bắc. Khi qua địa bàn phía Đơng huyện Nam
Giang, sơng được gọi là sơng Cái. Tại đây, nó nhận một chi lưu lớn ở phía Tây (tả
ngạn), đó là sơng Giằng. Bắt đầu khi chảy sang huyện Đại Lộc, sông được gọi là Vu

Gia và có dịng chảy theo hướng Đơng-Tây. Sơng Vu Gia chảy đến địa phận xã Đại
Hịa ở phía Tây Đại Lộc thì tách ra làm hai dịng, một dịng là sơng n chảy lên phía
Bắc hợp lưu với sơng Cầu Đỏ, một dịng chảy về phía Nam hợp lưu với sơng Thu Bồn.
Sau đó, các nhánh sông hợp lưu lại tại Đà Nẵng trước khi đổ ra biển tại Cửa Hàn.
Hệ thống sông Vu Gia- Thu Bồn: do dịng chảy chính sơng Vu Gia và sơng Thu
Bồn tạo thành. Tại ranh giới giữa Duy Xuyên và Đại Lộc, Sông Thu Bồn được nối
thông với sông Vu Gia bằng đoạn Sông Quảng Quế. Trong những năm gần đây, tại
đoạn sơng Quảng Quế đã hình thành thêm nhánh sông Quảng Quế mới tại Xã Đại
Cường. Đây là đoạn nối khá quan trọng nhầm phân lưu dòng chảy tại hai nhanh sông
lớn là sông Vu Gia và sông Thu Bồn.

Trang - 10


2.3 Đặc điểm thổ nhưỡng

Hình 2.2. Bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sơng Vu Gia- Thu Bồn
Lưu vực có thành phần đất đá khá đa dạng. Ở vùng thượng nguồn là các thành tạo
macma: granit biotit, granit haimica, cát kết, andezit, đá phiến sét. Phía Nam lưu vực
cịn bắt gặp phylit, quazit, cuội kết, đá hoa, đá phiến mica, porphyolit, đá phiến lục của
hệ tầng A Vương. Vùng gần biển chủ yếu là cát có nguồn gốc gió biển và một phần
nhỏ thành tạo cuội cát. Dọc theo sông là các thành phần: cuội, cát, bột, sét có nguồn
gốc sơng tuổi Đệ tứ. Phần thượng nguồn là đất mùn vàng đỏ trên núi, dọc hai bờ sông
là đất đỏ vàng trên phiến sét và đất xói mịn trơ sỏi đá. Đất núi dốc phần lớn trên 20o,
tầng đất mỏng có nhiều đá lộ. Các đồng bằng được cấu tạo bởi phù sa cổ, phù sa mới,
ngồi ra cịn có các cồn cát và bãi cát chạy dọc theo bờ biển ở các đồng bằng ven biển.

Trang - 11