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 LŨ HỒ CHỨA NƯỚC RÀO ĐÁ

LUẬN VĂN THẠC SỸ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY

Đà Nẵng - Năm 2018


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 LŨ HỒ CHỨA NƯỚC RÀO ĐÁ

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY

Người hướng dẫn khoa học: TS. Lê Hùng

Đà Nẵng - Năm 2018


i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Lê Hồng Hải


ii

LỜI CẢM ƠN
Sau hai năm học tập và nghiên cứu khoa học cùng các học viên Lớp
K34.X2CH.QB (khóa 2016-2018), đến nay tơi đã hồn thành khố luận tốt nghiệp.
Với tấm lịng chân thành nhất, tơi xin gửi lời cảm ơn:
- Các thầy cô và các cán bộ làm công tác quản lý của Trường Đại học Bách Khoa
Đà Nẵng, đặc biệt là các thầy cô Khoa Thủy lợi – Thủy điện và Ban Đào tạo sau đại
học đã nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện để tơi hồn thành
chương trình Cao học và luận văn tốt nghiệp.
- Các học viên Lớp K34.X2CH.QB đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tôi vững tâm
phấn đấu trong suốt q trình học tập và hồn thành luận văn tốt nghiệp.
- Đặc biệt là TS Lê Hùng, người thầy hướng dẫn cho tơi hồn thành luận văn tốt

nghiệp; kết quả đạt được trong luận văn này là những kiến thức khoa học quý báu mà
thầy đã giành nhiều thời gian và tâm huyết của mình để hướng dẫn, chỉ bảo tơi trong
thời gian qua.
Do thời gian có hạn, số liệu thực đo chưa được đầy đủ như mong muốn và khả
năng nghiên cứu còn hạn chế nên luận văn này khơng thể tránh được những thiếu sót.
Tơi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô, đồng nghiệp
và những người quan tâm.


iii

MỤC LỤC
CAM ĐOAN ................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN .............................................................................................. vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG .............................................................................. ix
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................ 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ................................................................................2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................................2
4. Phạm vi, đối tượng nghiên cứu của đề tài ............................................................... 2
5. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 2
5.1. Phương pháp phân tích thống kê ...........................................................................2
5.2. Phương pháp kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan .....................................2
5.3. Phương pháp mơ hình hóa .....................................................................................2
5.4. Phương pháp thống kê khách quan .......................................................................3
6. Ý nghĩa thực tiễn đề tài ............................................................................................. 3
Chương 1 – TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LŨ LỤT VÀ VẬN

HÀNH HỒ CHỨA .........................................................................................................4
1.1. Tình hình nghiên cứu lũ lụt ...................................................................................4
1.1.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài ..............................................................................4
1.1.2. Các nghiên cứu ở trong nước ............................................................................10
1.2. Các nghiên cứu lũ lụt liên quan đến hạ du sông Long Đại khi điều tiết lũ hồ
chứa nước Rào Đá .......................................................................................................13
1.2.1. Các nghiên cứu liên quan đến hạ lưu hồ Rào Đá ............................................13
1.2.2. Đặc điểm, tình hình điều tiết hồ chứa Rào Đá .................................................15
1.3. Cơ sở đánh giá tình hình ngập lụt khu vực hạ du sông Long Đại ...................18
Chương 2 – ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN - XÃ HỘI VÀ ÁP DỤNG MƠ
HÌNH THỦY VĂN MIKE UHM, MƠ HÌNH THỦY LỰC MIKE FLOOD DÙNG
MÔ PHỎNG NGẬP LỤT HẠ LƯU SÔNG LONG ĐẠI KHI XÉT ĐẾN ĐIỀU
TIẾT LŨ HỒ CHỨA NƯỚC RÀO ĐÁ .....................................................................20
2.1. Điều kiện địa lý tự nhiên ......................................................................................20
2.1.1. Vị trí địa lý ...........................................................................................................20
2.1.2. Đặc điểm địa hình............................................................................................... 20
2.1.3. Mạng lưới sơng ngịi .......................................................................................... 23


iv

2.1.4. Khí hậu ................................................................................................................24
2.1.5. Thủy văn..............................................................................................................34
2.1.6. Thủy triều ............................................................................................................41
2.1.7. Địa chất thủy văn ................................................................................................ 43
2.2. Điều kiện kinh tế xã hội........................................................................................ 43
2.2.1. Hiện trang giao thông trong vùng ảnh hưởng ..................................................43
2.2.2. Dân sinh - Kinh tế .............................................................................................. 44
2.2.3. Đặc điểm dân số ..................................................................................................45
2.3. Thông số cơ bản của hồ chứa nước Rào Đá .......................................................45

2.3.1. Nhiệm vụ cơng trình ........................................................................................... 45
2.3.2. Loại và cấp cơng trình ........................................................................................ 46
2.3.3. Các chỉ tiêu thiết kế chính của các cơng trình đầu mối ...................................46
2.4. Các mơ hình tính tốn mơ phỏng ngập lụt hạ lưu sông Long Đại khi xét đến
điều tiết lũ hồ chứa nước Rào Đá ...............................................................................48
2.4.1. Giới thiệu mơ hình thủy văn Mike UHM .......................................................... 48
2.4.2. Mơ hình thủy lực Mike Flood ............................................................................50
2.4.2.1. Mơ hình thủy lực một chiều Mike 11 ................................................................ 50
2.4.2.2. Mơ hình thủy lực Mike 21 .................................................................................55
2.4.2.3. Mơ hình thủy lực Mike Flood ...........................................................................57
Chương 3 – THIẾT LẬP MƠ HÌNH THỦY VĂN MIKE UHM, MƠ HÌNH
THỦY LỰC MIKE FLOOD CHO LƯU VỰC HẠ LƯU SÔNG LONG ĐẠI VÀ
MÔ HÌNH VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA RÀO ĐÁ ...................................62
3.1. Dữ liệu thu thập để tính tốn...............................................................................62
3.1.1. Nguồn tài liệu thu thập ......................................................................................62
3.1.2. Cơng trình cống Mỹ Trung ................................................................................62
3.1.3. Sơ đồ mặt bằng khu vực ....................................................................................63
3.2. Tính lũ nhập lưu ...................................................................................................64
3.2.1. Phân chia lưu vực nghiên cứu ..........................................................................64
3.2.2. Kết quả tính lũ nhập lưu hạ lưu sơng Long Đại ứng với các trận lũ năm 2010
và 2016 bằng mơ hình MiKe UHM..............................................................................65
3.3. Xây dựng mơ hình thủy lực Mike Flood cho lưu vực hạ lưu sông Long Đại ..66
3.3.1. Mô hình thủy lực MIKE 11 ................................................................................66
3.3.2. Mơ hình thủy lực MiKe 21 .................................................................................68
3.3.3. Mơ hình thủy lực MaiKe FLood ........................................................................68
3.4. Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình .......................................................................69
3.4.1. Tính tốn hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình thủy lực ......................................69


v

3.4.2. Kết quả hiệu chỉnh mơ hình thủy lực năm 2010 ..............................................71
3.4.3. Kết quả kiểm định mơ hình thủy lực năm 2016 ................................................73
3.4.4. Đánh giá chung ..................................................................................................76
3.5. Tính lũ nhập lưu ứng với các tần suất P=1%, P=5% và P=10%.....................76
3.5.1. Tính tốn mưa 1 ngày max và 5 ngày max .......................................................76
3.5.2. Tính tốn đỉnh lũ, dịng chảy lũ đến hồ Rào Đá ...............................................78
3.5.3. Tính tốn điều tiết lũ hồ Rào Đá .......................................................................79
3.5.4. Tính lũ nhập lưu hạ lưu sơng Long Đại ........................................................... 82
Chương 4 – MÔ PHỎNG CÁC KỊCH BẢN NGẬP LỤT HẠ LƯU SƠNG LONG
ĐẠI BẰNG MƠ HÌNH MIKE FLOOD ....................................................................84
4.1. Xây dựng các kịch bản mô phỏng .......................................................................84
4.2. Mô phỏng các kịch bản ........................................................................................ 84
4.2.1. Các bước mô phỏng kịch bản ............................................................................84
4.2.2. Các điều kiện biên khi có điều tiết hồ Rào Đá ..................................................84
4.3. Kết quả mô phỏng và nhận xét ............................................................................87
4.3.1. Kết quả mơ phỏng khi có điều tiết hồ Rào Đá ứng với các tần suất ................87
4.3.2. Nhận xét ..............................................................................................................92
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................94
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................96
PHỤ LỤC 1 – TÀI LIỆU TÍNH TỐN LŨ NHẬP LƯU ........................................98
1.1. Số liệu đo mưa 6h, năm 2010 và 2016 .................................................................98
1.2. Số liệu quan trắc vết lũ, năm 2010 và 2016 ........................................................ 98
1.3. Biên mực nước dùng để hiệu chinhrn kiểm định năm 2010 và 2016 ...............99
1.4. Biên lưu lượng dùng để hiệu chinhrn kiểm định năm 2010 và 2016 .............100
PHỤ LỤC 2 – TÍNH TOÁN LŨ NHẬP LƯU HỒ RÀO ĐÁ ................................ 100
2.1. Kết quả tính tốn điều tiết lũ theo các tần suất ...............................................100
2.2. Đường quan hệ cao độ mực nước với dung tích hồ chứa nước Rào Đá ....... 104

vi

TĨM TẮT LUẬN VĂN
MƠ PHỎNG NGẬP LỤT HẠ DU SƠNG LONG ĐẠI KHI XÉT ĐẾN ĐIỀU
TIẾT LŨ HỒ CHỨA NƯỚC RÀO ĐÁ
Học viên: Lê Hồng Hải. Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy
Mã số: 8580202 Khóa: 34. Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng
Tóm tắt - Hồ chứa nước 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. Với diện tích lưu vực 93.5 km2, dung tích chứa ứng với mực nước lũ
thiết kế 94.2 triệum3, mực nước lũ kiểm tra 97.91 triệu m3, cách trung tâm huyện
Quảng Ninh 13,8km về phía Đơng Bắc, cách hành phố Đồng Hới 21km về hướng
Bắc.
Sự tồn tại của hồ Rào Đá với lượng tích nước ở hồ trong mùa mưa lũ gần
100,0 triệu m3, lại nằm ở phía thượng lưu cách các khu dân cư không xa, luôn
tiềm ẩn nguy cơ ngập lụt. Hiện nay, do biến đổi khí hậu toàn cầu, mưa lũ ngày
càng phức tạp, hàng năm các địa phương thuộc hạ lưu hồ chứa nước Rào Đá đều
có thiệt hại rất lớn về tài sản, cơ sở hạ tầng. Mưa lũ gây chết người, nhà cửa bị
ngập, bị sập, các cơ sở hạ tầng như trường học, bệnh viện bị hư hỏng, đường sá
cầu cống cơng trình thuỷ lợi bị sạt lở, bị vỡ và bồi lấp. Do tác hại lớn của mưa lũ
gây ảnh hưởng lớn đến đời sống, kinh tế - xã hội của các địa phương nên ngồi
những thơng 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 với các tần suất mưa lũ
khác nhau có sự hổ trợ của cơng nghệ thơng 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 xây dựng Phương án phòng chống lụt bão hàng năm, giúp
việc vận hành điều tiết lũ đảm bảo an toàn cơng trình, hạn chế thiệt hại do ngập lụt
hạ du, đồng thời làm cơ sở để các cơ quan đơn vị quản lý Nhà nước thực hiện tốt
cơng tác phịng chống, giảm nhẹ thiên tai.
Từ khóa – “Mơ phỏng ngập lụt hạ du sông Long Đại khi xét đến điều tiết lũ

hồ chứa nước Rào Đá”


vii

Simulating the inundation downstream of the Long Dai River when
considering the regulation of Rao Da reservoir.
Student: Le Hong Hai. Major: Water Resource Engineering
Code: 8580202 Course: 34. University of science and technology - The university of
DaNang
Simulating the inundation downstream of the Long Dai River when considering
the regulation of Rao Da reservoir
Abstracts - Rao Da reservoir was built on Rao Da river, which is a branch of
Long Dai river in Truong Xuan commune, Quang Ninh district, Quang Binh
province. A basin area is 93.5 km2, the capacity of the river is 94.2 million m3, the
flood level is 97.91 million m3. It’s 13.8km from the northeast of the center of
QuangNinh district and 21km from the north of Dong Hoi city.
Rao Da lake exists with the volume of water in the lake nearly 100.0 million m3
on the rainy season, and it is located on upstream that is not far away from residential,
that is reason why it is always latent risk of flooding.Nowadays, because global
climate is changed, floods are more and more complicated, thus localities in
downstream of Rao Da reservoir suffer great damages on property and infrastructure
every year.Floods were fatal, homes were flooded, collapsed, infrastructure such as
schools, hospitals were damaged, roads and bridges sluice irrigation, landslides and
loosening. Floods brings the great damage which have a big influence on the socioeconomic life of the localities. Therefore, besides forecast information of hydrometeorological systems, the construction of a simulation system for downstream flood
simulation of Rao Da Lake with different frequency of floods with the support of
information technology to determine the level of flood is essential for the lake
management, relevant departments and people in downstream.This is a manual for
building annual flood control plans, assisting the flood control operation to ensure the
safety of the projects, limiting damage caused by downstream floods, concurrently, it

is a good basis for State management agencies and units to well perform natural
disaster prevention and mitigation work.
Key words – Simulating the inundation downstream of Long Dai river when
considering the regulation of Rao Da reservoir


viii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

❖

CÁC KÝ HIỆU

X: Lượng mưa, (mm);
P: Tần suất, (%);
: Hệ số dòng chảy trận lũ;
H0 :Lượng tổn thất ban đầu, (mm)
HTP :Lượng mưa lớn nhất trong thời gian tính tốn T tương ứng với tần suất thiết
kế P, (mm)
1: Hệ số triết giảm đỉnh do ảnh hưởng điều tiết của ao hồ đầm lầy trên lưu vực;
2: Hệ số triết giảm đỉnh do ảnh hưởng điều tiết của lớp phủ thực vật;
3: Hệ số triết giảm đỉnh do ảnh hưởng điều tiết của lịng sơng;
Qng: Lưu lượng nước ngầm trước khi có lũ, (m3/s)
f : Hệ số hình dạng lũ, là đại lượng khơng thứ ngun;
F: Diện tích lưu vực (km2);
QmaxP : Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế theo tần suất P, (m3/s);
Ls: Chiều dài song chính, (km);
Js: Độ dốc bình qn sườn dốc;
Z: Cao trình mực nước, (m);

V: Dung tích hồ, (m3);
H: Mực nước (m);


ix

DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG
CHƯƠNG I
Bảng 1.1: Các phương pháp diễn tốn sóng lũ qua hồ ...................................................6
Hình 1.1. Sự cần thiết của điều tiết để đáp ứng yêu cầu xã hội ......................................7
Bảng 1.2. Thống kê hồ chứa ở Việt Nam năm 2015 ......................................................11
Bảng 1.3: Thống kê lũ và thiệt hại do lũ .......................................................................14
CHƯƠNG II
Hình 2.1: Vị trí lưu vực cần nghiên cứu ........................................................................21
Bảng 2.1: Đặc tính khí hậu so với tiêu chuẩn nhiệt đới. ...............................................25
Bảng 2.2: Trung bình nhiều năm số giờ nắng tháng và năm (đơn vị tính giờ) .............26
Bảng 2.3: Lượng mưa trung bình tháng, năm ở một số địa phương trong tỉnh ............29
Bảng 2.4: Lượng mưa lớn nhất trong năm ....................................................................29
Bảng 2.5: Lượng mưa theo mùa (mm) ..........................................................................30
Hình 2.2: Ví trí các trạm khí tượng thủy văn Quảng Bình ............................................35
Bảng 2.6: Danh sách các trạm khí tượng ......................................................................35
Bảng 2.7: Danh sách các trạm thủy văn đang hoạt động .............................................36
Bảng 2.8: Danh sách các trạm đo mưa đang hoạt động ...............................................36
Bảng 2.9: Đặc điểm hình thái sơng ngịi tỉnh Quảng Bình ...........................................37
Bảng 2.10: Mức báo động lũ và mực nước lớn nhất đã xuất hiện tại các số trạm ở
Quảng Bình (từ 1961-2017) ..........................................................................................40
Bảng 2.11: Thờ gian và tốc độ truyền lũ .......................................................................41
Bảng 2.12: Biên độ giao động nước trong năm TBNN của các trạm ...........................41
Bảng 2.13: Thời gian và biện độ triều lên, triều xuống của Nhật triều ........................42
Bảng 2.14: Thời gian và biện độ triều lên, triều xuống của bán Nhật triều .................42

Hình 2.3: Bản đồ hành chính huyện Quảng Ninh .........................................................44
Bảng 2.15: Bảng chỉ tiêu dân số huyện Quảng Ninh ....................................................45
Bảng 2.16: Thông số cơ bản hồ Rào Đá .......................................................................46
Bảng 2.17: Tung độ đường đơn vị khơng thứ ngun SCS (qs~ts) ................................49
Hình 2.4: Đường đơn vị khơng thứ ngun. ..................................................................50
Hình 2.5: Bảo tồn khối lượng ......................................................................................51
Hình 2.6: Sơ đồ sai phân ẩn 6 điểm trung tâm .............................................................52
Hình 2.7: Nhánh sơng các điểm lưới xen kẽ..................................................................52
Hình 2.8: Sơ đồ tính qua cơng trình ..............................................................................55
Hình 2.9: Các trường hợp liên kết giữa mơ hình MiKe 11 và MiKe 21 .......................58
Hình 2.10: Các ứng dụng trong kết nối tiêu chuẩn .......................................................58


x

Hình 2.11: Một ví dụ trong kết nối cơng trình ..............................................................59
Hình 2.12: Dạng kết nối bên theo hình thức đập tràn từ mơ hình MiKe 11 liên kết
MiKe 21 .........................................................................................................................60
CHƯƠNG III
Hình 3.1: Sơ đồ mặt bằng sơng Nhật Lệ, Kiến Giang, Long Đại, Rào Đá; hồ Rào Đá;
trạm thủy văn Đồng Hới; cống Mỹ Trung .....................................................................63
Hình 3.2: Bản đồ phân chia lưu vực .............................................................................64
Bảng 3.1: Tổng hợp thơng số chính lưu vực nhập lưu ..................................................64
Hình 3.3: Kết quả lũ nhập lưu năm 2010 ......................................................................65
Hình 3.4: Kết quả lũ nhập lưu năm 2016 ......................................................................66
Hình 3.5: Sơ đồ mạng lưới tính tốn thủy lực hạ lưu sơng Long Đại ...........................67
Hình 3.6: Hình dạng mặt cắt ngang trong sơ đồ thủy lực hạ lưu sơng Long Đại ........67
Hình 3.7: Mơ hình thủy lực 2 chiều lưu vực hạ lưu sơng Long Đại .............................68
Hình 3.8: Mơ hình MiKe Flood kết nối mơ hình MiKe 11 với MiKe 21 .......................69
Hình 3.9: Quá trình hiệu chỉnh để tìm bộ thơng số của mơ hình ..................................70

Hình 3.10: Kết quả mực nước hiệu chỉnh mơ hình thủy lực tại cống Mỹ Trung (trận lũ
từ 01h ngày 14/10/2010 đến 01h ngày 18/10/2010)......................................................71
Bảng 3.2: Đánh giá sai số kết quả mơ phỏng trận lũ năm 2010 ...................................72
Hình 3.11: Kết quả mô phỏng cao độ ngập trận lũ tháng 10/2010 ..............................72
Bảng 3.3: Kết quả thực đo và tính tốn độ sâu ngập lụt trận lũ năm 2010 ..................73
Hình 3.12: Kết quả mực nước kiểm định mơ hình thủy lực tại cống Mỹ Trung (trận lũ
từ 07h ngày 13/10/2016 đến 01h ngày 17/10/2016)......................................................74
Bảng 3.4: Đánh giá sai số kết quả mô phỏng trận lũ năm 2016 ...................................74
Hình 3.13: Kết quả mơ phỏng cao độ ngập trận lũ tháng 10/2016 ..............................75
Bảng 3.5: Kết quả thực đo và tính tốn độ sâu ngập lụt trận lũ năm 2016 ..................76
Bảng 3.6: Kết quả tính tốn mưa theo tần suất trạm Kiến Giang ................................77
Hình 3.14: Đường tần suất mưa 1 ngày max trạm Kiến Giang ....................................77
Bảng 3.7: Kết quả tính mưa 1 ngày max trạm Kiến Giang theo tần suất lý luận .........77
Hình 3.15: Đường tần suất mưa 5 ngày max trạm Kiến Giang ....................................78
Bảng 3.8: Kết quả tính mưa 5 ngày max trạm Kiến Giang theo tần suất lý luận .........78
Bảng 3.9: Kết quả tính toán thiết kế lưu lượng đỉnh lũ của hồ Rào Đá ........................79
Hình 3.16: Đường quá trình lũ hồ Rào Đá ...................................................................79
Hình 3.17: Quá trình lũ đến và lưu lượng xả tại tuyến hồ chứa ...................................81
Hình 3.18: Đường quá trình điều tiết lũ P = 1% hồ Rào Đá ........................................81
Hình 3.19: Đường quá trình điều tiết lũ P = 5% hồ Rào Đá ........................................82
Hình 3.20: Đường quá trình điều tiết lũ P = 10% hồ Rào Đá ......................................82


xi

Bảng 3.10: Kết quả tính tốn lũ nhập lưu hạ du sông Long Đại ..................................83
CHƯƠNG IV
Bảng 4.1: Các kịch bản mơ phỏng ................................................................................84
Hình 4.1: Biên lưu lượng xả lũ từ hồ Rào Đá kịch bản P=1%, P=5%, P=10% ..........85
Hình 4.2: Biên lưu lượng nhập lưu hạ du sông Long Đại kịch bản 1 (P=1%) .............85

Hình 4.3: Biên lưu lượng nhập lưu hạ du sông Long Đại kịch bản 2 (P=5%) .............86
Hình 4.4: Biên lưu lượng nhập lưu hạ du sơng Long Đại kịch bản 3 (P=10%) ...........86
Hình 4.5: Biên Biên triều tại cửa Nhật Lệ.....................................................................87
Hình 4.6: Mơ phỏng mực nước tại cống Mỹ Trung tần suất P=1% .............................88
Hình 4.7: Mơ phỏng mực nước tại cống Mỹ Trung tần suất P=5% .............................88
Hình 4.8: Mơ phỏng mực nước tại cống Mỹ Trung tần suất P=10% ...........................89
Hình 4.9: Kết quả mơ phỏng cao độ ngập kịch bản P=1% ..........................................89
Hình 4.10: Kết quả mơ phỏng cao độ ngập kịch bản P=5% ........................................90
Hình 4.11: Kết quả mơ phỏng cao độ ngập kịch bản P=10% ......................................90
Hình 4.12: Kết quả mô phỏng cao độ ngập kịch bản 1% .............................................91
Hình 4.13: Kết quả mơ phỏng cao độ ngập kịch bản 5% .............................................91
Hình 4.14: Kết quả mơ phỏng cao độ ngập kịch bản 10% ...........................................92
Bảng 4.2: Bảng thống kê diện tích ngập theo các kịch bản ..........................................92
Bảng PL1.1: Số liệu đo mưa 6h năm 2010 và 2016 ......................................................98
Bảng PL1.2: Số liệu điều tra vết lũ năm 2010 và 1916.................................................98
Hình PL1.3.1: Biên mực nước thực đo dùng hiệu chỉnh năm 2010 ..............................99
Hình PL1.3.2: Biên mực nước thực đo dùng hiệu chỉnh năm 2016 ..............................99
Hình PL1.4.1: Biên lưu lượng nhập lưu dùng hiệu chỉnh năm 2010 ......................... 100
Hình PL1.4.2: Biên lưu lượng nhập lưu dùng hiệu chỉnh năm 2016 ......................... 100
Bảng PL2.1: Kết quả tính tốn điều tiết lũ hồ Rào Đá tần suất P=1% ..................... 101
Bảng PL2.2: Kết quả tính toán điều tiết lũ hồ Rào Đá tần suất P=5% ..................... 102
Bảng PL2.3: Kết quả tính tốn điều tiết lũ hồ Rào Đá tần suất P=10% ................... 103
Bảng PL2.4: Đường quan hệ Z~W ............................................................................. 104


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. Với diện tích lưu
vực 93,5 km2, dung tích chứa ứng với mực nước lũ thiết kế 94,2*106 m3, mực nước lũ
kiểm tra 97,91*106 m3. Cách trung tâm huyện Quảng Ninh 13,8km về phía Đông Bắc,
cách thành phố Đồng Hới 21km về hướng Bắc.
Sự tồn tại của hồ Rào Đá với lượng tích nước trong hồ trong mùa mưa lũ gần 100,0
triệu m3, lại nằm ở phía thượng lưu cách các khu dân cư không xa, luôn tiềm ẩn nguy cơ
ngập lụt. Hiện nay, do biến đổi khí hậu tồn cầu, mưa lũ ngày càng phức tạp, hàng năm
các địa phương thuộc hạ lưu song Long Đại đều có thiệt hại rất lớn về tài sản, cơ sở hạ
tầng. Mưa lũ gây chết người, nhà cửa bị ngập, bị sập, các cơ sở hạ tầng như trường học,
bệnh viện bị hư hỏng, đường sá cầu cống cơng trình thuỷ lợi bị sạt lở, bị vỡ và bồi lấp.
Diện tích đất trồng trọt bị ngập lâu ngày làm cho các loại cây trồng bị chết gây thất thu
nặng nề cho người nông dân.
Trong những năm gần đây do biến đổi khí hậu, thời gian duy trì các trận lũ thường
chỉ 2-3 ngày. Có biên độ lũ cao, cường suất nước lũ lớn, thời gian lũ lên ngắn, dạng lũ
nhọn, đặc điểm này là do cường độ mưa lớn (tại Đồng Hới từ 13h đến 19h ngày
14/10/2016 lượng mưa đo được 500mm và lượng mưa 24h ngày 14/10/2016 đạt
747mm).
Do tác hại lớn của mưa lũ gây ảnh hưởng lớn đến đời sống, kinh tế - xã hội của các
địa phương nên ngồi những thơng 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 xây dựng Phương
án phòng chống lụt bão hàng năm, giúp việc vận hành điều tiết lũ đảm bảo an tồn cơng
trình, hạn chế thiệt hại do ngập lụt hạ du, đồng thời làm cơ sở khoa học để các cơ quan
đơn vị quản lý Nhà nước thực hiện tốt cơng tác phịng chống, giảm nhẹ thiên tai; do đó
đề tài Luận văn: “Mơ phỏng ngập lụt hạ du sông Long Đại khi xét đến điều tiết lũ hồ
chứa nước Rào Đá” là rất cần thiết.


2

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 và tích đủ nước phục vụ sản xuất nơng nghiệp, dân sinh, các
ngành kinh tế khác theo nhiệm vụ thiết kế đề ra. Đồng thời giúp cấp lãnh đạo và các cơ
quan ban ngành liên quan cũng như người dân sinh sống ở vùng hạ du 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 tốn mô phỏng ngập lụt cho vùng hạ du, đề cương luận văn đưa ra những
kịch bản ứng với các tần suất sau đây:
Kịch bản

Tên kịch bản

Tần suất tính tốn

1

Tràn tháo lũ thiết kế

Tần suất P = 1%

2

Tràn tháo lũ thường xuyên xảy ra

Tần suất P = 10%

3

Tràn tháo lũ thường xuyên xảy ra

Tần suất P = 5%

4. Phạm vi, đối tượng nghiên cứu của đề tài
- Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực hạ lưu hồ chứa nước Rào Đá.
- 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: Tổng hợp, phân tích các nghiên cứu trong và
ngoài nước liên quan đến lĩnh vực vận hành hồ chứa, từ đó xác định hướng tiếp cận khoa
học cho bài toán đặt ra.
5.2. Phương pháp kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan: Kế thừa các nghiên
cứu đã có liên quan đến đề tài: Tài liệu đo đạc địa hình lịng sơng từ hạ lưu hồ Rào Đá
đến cửa sông Nhật Lệ, sông Kiến Giang các nghiên cứu phịng chống lũ lưu vực sơng
Nhật Lệ, báo cáo Lập quy trình vận hành điều tiết hồ Rào Đá và các tài liệu liên quan
khác. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về vận hành điều tiết hồ chứa và thủy lực mạng lưới
sông và tràn bờ.
5.3. Phương pháp mơ hình hóa: Ứng dụng các mơ hình tốn thủy văn, thủy lực
đánh giá tác động của vận hành hồ chứa phịng lũ, từ đó đề xuất các kịch bản vận hành
hợp lý và hiệu quả, làm cơ sở cho việc vận hành hồ chứa nước Rào Đá. Áp dụng mô


3

hình thủy văn MiKe UHM, mơ hình thủy lực một chiều MIKE 11, mơ hình thủy lực hai
chiều MIKE 21, mơ hình kết nối MIKE Flood, thiết lập mơ phỏng lũ hạ du sông Long
Đại.

5.4. Phương pháp thống kê khách quan:Trên cơ sở phân tích đặc điểm mưa và sự
hình thành lũ trên hệ thống sông, lựa chọn hoặc thiết lập mơ hình mơ phỏng lũ phục vụ
cho việc đánh giá, cảnh báo lũ và vận hành hệ thống.
6. Ý nghĩa thực tiễn đề tài
Quảng Bình nói chung, khu vực hạ lưu hồ chứa nước Rào Đá, người dân sống hai
bờ hạ lưu sông Long Đại, hạ lưu sông Kiến Giang và sông Nhật Lệ 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 đến đời sống và tình hình sản xuất của nhân dân. 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,
vì vậy cịn nhiều hạn chế. Do vậy việc nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của việc xã lũ hồ
chứa thượng nguồn đến ngập lụt hạ lưu, sẽ làm cơ sở cho các cấp lãnh đạo và các cơ
quan ban nghành liên quan cũng như nhân dân vùng hạ du sớm chủ động ứng phó khi có
mưa lũ xảy ra, nhằm hạn chế thiệt hại đến người, tài sản ở mức thấp nhất.


4

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.
Hiện nay, thiên tai lũ lụt có xu thế gia tăng cả về tần suất lẫn cường độ trên toàn thế
giới. Nhiều quốc gia, nhiều nhà khoa học, nhiều tổ chức quốc tế đã tập trung nghiên cứu
nhằm tìm ra các giải pháp phịng chống và phòng tránh hữu hiệu giảm thiệt hại do lũ lụt
gây ra. Đối với các nước phát triển các nghiên cứu về lũ lụt thường gắn với quản lý tài
nguyên, môi trường theo cấp độ quốc gia và lưu vực sông. Đối với các nước đang phát
triển việc dự báo, cảnh báo lũ lụt cịn gặp nhiều khó khăn, các nghiên cứu chủ yếu phục
vụ cho cơng tác phịng tránh, giảm nhẹ thiên tai.
1.1.1.1. Tình hình ngập lụt, thiệt hại ở một số nước:

a. Tại Trung Quốc: Trên sơng Hồng Hà: Lũ năm 1887 làm chết 900 ngàn người;
thập niên 1990 có 7 trận lũ lớn đã xảy ra vào các năm 1991, 1993, 1994, 1995, 1996,
1997, 1998 làm chết khoảng 25 nghìn người; riêng năm 1993 đã ảnh hưởng đến 3,6 triệu
người và 18 ngàn người chết. Trên sông Trường Giang, lũ năm 1931 làm ngập 3 triệu ha,
ảnh hưởng tới 28,5 triệu người và 145 ngàn người chết; lũ năm 1998 làm chết 3.000
người, 23 nghìn người mất tích, 240 triệu người bị lũ uy hiếp, phá huỷ 5 triệu ngơi nhà,
thiệt hại khoảng 21 tỉ USD. Tính chung, trong 55 năm gần đây lũ lụt đã ảnh hưởng đến
9,3 triệu ha đất canh tác, trung bình mỗi năm làm chết khoảng 5.000 người [15], [17].
b. Tại Bangladesh: Là quốc gia thường xuyên đối mặt với lũ lụt do nằm ở vùng thấp
đồng bằng sơng Hằng, trong đó phần lớn diện tích thấp hơn 10m so với mực nước biển.
Diện tích ngập khoảng 25-30 % diện tích cả nước, có khi lên tới 50- 70 % với các trận lũ
lớn,như trận lũ 1998 đã làm ngập 2/3 diện tích đất nước, 783 người chết, thiệt hại đến 1
tỉ USD. Năm 1970 nước dâng kết hợp với lũ lớn làm chết và mất tích 300 ngàn người,
năm 1991 là 130 ngàn người [1], [16]
c. Tại Hà Lan: Là quốc gia nằm ở khu vực Tây Âu có những trận thiên tai nặng nề
nhất: Năm 1134, 1287, 1375, 1404, 1421, 1530, 1570, 1717, 1916, 1953. Lũ lịch sử năm
1421 đã làm chết 100 người, lũ năm 1930 làm chết 400 người, lũ năm 1570 vỡ đê làm
ngập 2/3 diện tích của Hà Lan và hơn 2.000 người chết. Trong Lễ Giáng sinh năm 1717,
trận bão Biển Bắc tồi tệ nhất trong vịng 400 năm tấn cơng Hà Lan, Đức và Scandinavia


5

làm 14.000 người chết, trong đó Hà Lan có 2.276 người. Năm 1916, nhiều tuyến đê ở
Zuiderzee bị vỡ dẫn đến việc xây dựng đập ngăn và con đê Afsluitdijk dài 32 km. Ngày
1/2/1953, bão lũ đã nhấn chìm phần lớn khu vực phía Tây Nam của Hà Lan, phá huỷ hơn
45 km đê biển gây ngập lụt 3 tỉnh phía Nam, giết chết 1.835 người, làm ngập hơn 150
ngàn ha đất. Hai trận lũ lớn năm 1993, 1995 đã gây thiệt hại cho đất nước Hà Lan hàng
trăm triệu USD [1], [18], [21].
d. Tại Hoa Kỳ: Là nước chịu nhiều thiên tai, lũ lụt. Lũ năm 1993 là lũ lịch sử với

chu kỳ lặp lại 500 năm trên sông Mississippi, đã làm 47 người chết, 45 nghìn ngơi nhà bị
tàn phá, khoảng 74 nghìn người phải sơ tán, thiệt hại 16 tỉ USD [1], [20].
e. Tại Malayxia: Lũ 1971 làm ngập 140km2, lũ đặc biệt lớn vào tháng11/1986 ở
sông Trengganu và Kelantan làm 14 người chết, thiệt hại khoảng 12 triệu USD [1].
Malaysia có điều kiện tự nhiên khá giống Việt Nam. Diện tích Malaysia khoảng 329.750
km2; có trên 3000 sơng lớn nhỏ (Việt Nam có 3272 sơng có chiều dài trên 10 km). Tuy
nhiên, lượng mưa của Malaysia khá lớn, bình quân năm 3.000 mm (so với Việt Nam
khoảng 2.000 mm) trong khi đó dân số chỉ trên 25 triệu. Nhưng nếu như 63% nguồn
nước sông của Việt Nam là từ các quốc gia láng giềng chảy vào thì tồn bộ tài ngun
nước mặt và nước dưới đất của Malaysia đều sản sinh trong lãnh thổ quốc gia.
f. Tại Australia: Từ năm 1840 đến 2011, Australia đã xảy ra 9 trận lũ lớn và lũ năm
2011 là một thảm họa chưa từng thấy trong lịch sử, làm hơn 70 đơ thị chìm trong nước
lũ, 200.000 dân bị ảnh hưởng, hơn 80 người chết, thiệt hại 13 tỷ USD [1], [19].
g. Tại Thái Lan: Những trận lũ lớn đã xảy ra vào những năm 1917, 1942, 1955,
1964, 1972, 1975, 1980, 1983, 1995 và 2011. Trận lũ xảy ra tháng 10/1995 trên lưu vực
sông Chao Phraya đã làm ngập với diện tích hơn 60.000 ha, kéo dài 30 ngày và thiệt hại
khoảng 11.858 triệu baht.Trận lũ lịch sử năm 2011 là "trận lũ lụt tồi tệ nhất tính về lượng
nước và số người dân chịu ảnh hưởng" từ trước đến nay làm 1/3 số tỉnh và 3/4 diện tích
đất nước bị ngập, hơn 500 người thiệt mạng, 2 triệu người bị ảnh hưởng, thiệt hại 5 tỷ
USD [1].
1.1.1.2. Các nghiên cứu về điều tiết hồ chứa.
Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về điều tiết vận hành hồ chứa, nhằm cắt lũ,
chống ngập cho hạ du. Bước đầu là các phương pháp tính tốn điều tiết hồ chứa, chủ yếu
dựa vào phương trình cân bằng nước áp dụng cho bất kỳ thời khoảng tính tốn nào và
được nhiều nhà khoa học ở Liên Xô cũ rất quan tâm như Kritski-Menkel, Xvanhidze,


6

Pleskov, Gugly, Potapov, Matiski, Ratkovich. Họ đã nghiên cứu các phương pháp điều

tiết cho các mục đích khác nhau như:
a. Phương pháp diễn tốn hồ chứa
Việc diễn tốn dịng chảy (trong đó có sóng lũ) qua một hồ chứa được gọi là diễn
tốn hồ chứa. Đó là một phần quan trọng của phân tích hồ chứa mà những ứng dụng
chính của nó là: Xác định mực nước lớn nhất trong thời kỳ thiết kế hồ chứa, thiết kế các
cơng trình xã tràn, cửa xã nước và phân tích sóng lũ vỡ đập. Một hồ chứa có thể hoặc
được kiểm sốt hoặc khơng được kiểm sốt.Hồ chứa được kiểm sốt có cơng trình xã
tràn với các cửa cống để kiểm sốt dịng chảy ra.Cơng trình xã tràn của một hồ chứa
khơng kiểm sốt khơng có cửa cống.Diễn tốn hồ chứa địi hỏi phải biết mối quan hệ
giữa cao độ hồ chứa, lượng trữ và lưu lượng.Mối quan hệ này là một hàm của địa hình
hồ chứa và các đặc tính của cơng trình xã nước. Một vài phương pháp diễn tốn sóng lũ
qua hồ chứa đã được xây dựng, dẫn ra trong bảng sau:
Bảng 1.1: Các phương pháp diễn tốn sóng lũ qua hồ chứa
Phương pháp đường cong lũy tích

Phương pháp Puls

Phương pháp Puls cải tiến

Phương pháp Wisler-Brater

Phương pháp Goodrich

Phương pháp Steinberg

Phương pháp hệ số
* Vận hành hồ chứa
Sử dụng hiệu quả tài nguyên nước là yêu cầu trong thiết kế và quản lý đúng cách
sau khi xây dựng, theo Biswas (1991) ước lượng rằng giá một đơn vị nước từ các dự án
cung cấp nước đô thị thế hệ kế tiếp sẽ thường cao hơn 2-3 lần thế hệ hiện tại. Do đó, bắt

buộc tất cả các dự án phải được quản lý một cách tốt nhất. Một mô tả khái niệm về sự
cần thiết điều tiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội đưa ra trong hình 1.1.


7

Hình 1.1: Sự cần thiết của điều tiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội
Nguồn: được dịch trong cuốn sách P.V.Singh (2004), Water resourcess system
planning and management. Elsevier
Điều hành hồ chứa là một phần quan trọng của quy hoạch và quản lý tài nguyên
nước. Sau khi được xây dựng, các hướng dẫn chi tiết được đưa đến cho người điều hành
để đưa ra các quyết định đúng. Chính sách (quy trình) vận hành hồ chứa xác định lượng
xả từ lượng trữ tại một thời điểm nào đấy phụ thuộc vào trạng thái của hồ chứa, mức yêu
cầu cấp nước và các thơng tin về lượng dịng chảy có thể đến hồ chứa. Bài toán vận hành
cho hồ chứa đơn mục tiêu là quyết định quy trình tháo từ hồ chứa sao cho lợi ích cho
mục tiêu đó là tối đa.
Với hồ chứa đa mục tiêu, ngồi ra cịn u cầu phân phối tối ưu lưu lượng tháo
giữa các mục tiêu. Sự phức tạp của bài toán vận hành hồ chứa phụ thuộc vào quy mô mà
các mục tiêu mong muốn tương thích với nó.Nếu các mục tiêu là tương thích, ít cần sự
nỗ lực phối hợp giữa các mục tiêu.
b. Phương pháp tối ưu hóa
Kỹ thuật tối ưu hố bằng quy hoạch tuyến tính (LP) và quy hoạch động (DP) đã
được sử dụng rộng rãi trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nước.Loucks và nnk (1981)
đã minh họa áp dụng LP, quy hoạch phi tuyến NLP và DP cho tài ngun nước.Nhiều
cơng trình nghiên cứu áp dụng kỹ thuật hệ thống cho bài toán tài nguyên nước Yakowitz
(1982), Yeh (1985), Simonovic (1992) và Wurbs (1993). Young (1967) lần đầu tiên đề


8

xuất sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính để xây dựng quy tắc vận hành chung từ kết
quả tối ưu hố. Phương pháp mà ơng đã dùng được gọi là “quy hoạch động (DP) MonteCarlo”.Về cơ bản phương pháp của ông dùng kỹ thuật Monte-Carlo tạo ra một số chuỗi
dịng chảy nhân tạo. Quy trình tối ưu thu được của mỗi chuỗi dịng chảy nhân tạo sau đó
được sử dụng trong phân tích hồi quy để cố gắng xác định nhân tố ảnh hưởng đến chiến
thuật tối ưu. Các kết quả là một xấp xỉ tốt của quy trình tối ưu thực. Một mơ hình quy
hoạch để thiết kế hệ thống kiểm soát lũ hồ chứa đa mục tiêu đã được phát triển bởi
Windsor (1975). Karamouz và Houck (1987) đã đề ra quy tắc vận hành chung khi sử
dụng quy hoạch động (DP) và hồi quy (DPR). Mơ hình DPR sử dụng hồi quy tuyến tính
nhiều biến đã được Bhaskar và Whilach (1980) gợi ý. Một phương pháp khác xác định
quy trình điều hành một hệ thống nhiều hồ chứa khác là quy hoạch động bất định
(Stochastic Dynamic Programing – SDP). Phương pháp này yêu cầu mô tả rõ xác suất
của dòng chảy đến và tổn thất.Phương pháp này được Butcher (1971), Louks và nnk
(1981) và nhiều người khác sử dụng.
Mơ hình tối ưu hố thường được sử dụng trong nghiên cứu điều hành hồ chứa sử
dụng dòng chảy dự báo như đầu vào.Datta và Bunget (1984) đề xuất một quy trình điều
hành hạn ngắn cho hồ chứa đa mục tiêu từ một mơ hình tối ưu hố với mục tiêu cực tiểu
hoá tổn thất hạn ngắn. Nghiên cứu chỉ ra rằng khi có một sự đánh đổi giữa một đơn vị
lượng trữ và một đơn vị lượng xả từ các giá trị đích tương ứng thì phép giải tối ưu hố
phụ thuộc vào dịng chảy tương lai bất định cũng như dạng hàm tổn thất.
Áp dụng mơ hình tối ưu hoá cho điều hành hồ chứa đa mục tiêu là khá khó khăn. Sự
khó khăn trong áp dụng bao gồm phát triển mơ hình, đào tạo nhân lực, giải bài toán, điều
kiện thủy văn tương lai bất định, sự bất lực để xác định và lượng hóa tất cả các mục tiêu
và mối tương tác giữa nhà phân tích với người sử dụng. Một phương pháp khác đang
được sử dụng hiện nay để giải thích tính ngẫu nhiên của đầu vào là logic mờ.Lý thuyết
tập mờ đã được Zadeth (1965) giới thiệu.Jairaj và Vedula (2000) đã áp dụng phương
pháp này cho tối ưu hoá hệ thống liên hồ chứa.
c. Phương pháp mơ phỏng
Vì khơng có khả năng để thí nghiệm với hồ chứa thực, mơ hình mơ phỏng tốn học
được phát triển và sử dụng trong nghiên cứu.Thí nghiệm có thể thực hiện bằng cách sử
dụng các mơ hình này để cung cấp những hiểu biết sâu về bài tốn. Mơ hình mơ phỏng

kết hợp với điều hành hồ chứa bao gồm tính tốn cân bằng nước của đầu vào, đầu ra hồ


9

chứa và biến đổi lượng trữ. Kỹ thuật mô phỏng đã cung cấp cầu nối từ các cơng cụ giải
tích trước đây cho phân tích hệ thống hồ chứa đến các tập hợp mục đích chung phức tạp.
Theo Simonovic (1992), các khái niệm về mô phỏng là dễ hiểu và thân thiện hơn các
khái niệm mơ hình hóa khác.
Các mơ hình mơ phỏng có thể cung cấp các biểu diễn chi tiết và hiện thực hơn về hệ
thống hồ chứa và quy tắc điều hành chúng (chẳng hạn đáp ứng chi tiết của các hồ và
kênh riêng biệt hoặc hiệu quả của các hiện tượng theo thời gian khác nhau). Thời gian
yêu cầu để chuẩn bị đầu vào, chạy mô hình và các u cầu tính tốn khác của mơ phỏng
là ít hơn nhiều so với mơ hình tối ưu hố.Các kết quả mơ phỏng sẽ dễ dàng thỏa hiệp
trong trường hợp đa mục tiêu.Số phần mềm máy tính đa mục tiêu phổ biến có sẵn có thể
sử dụng để phân tích mối quan hệ quy hoạch, thiết kế và vận hành hồ chứa. Hầu hết các
phần mềm có thể chạy trong máy vi tính cá nhân đang sử dụng rộng rãi hiện nay. Hơn
nữa, ngay sau khi số liệu yêu cầu cho phần mềm thực hành đã được chuẩn bị, nó dễ dàng
chuyển đổi cho nhau và do đó các kết quả của các thiết kế, quyết định điều hành, thiết kế
lựa chọn khác nhau có thể được đánh giá nhanh chóng.
Một trong số các mơ hình mơ phỏng hệ thống hồ chứa phổ biến rộng rãi nhất là mơ
hình HEC-5, phát triển bởi Trung tâm kỹ thuật thủy văn Hoa Kỳ (Feldman 1981, Wurbs
1996). Một trong những mô hình mơ phỏng nổi tiếng khác là mơ hình Acres (Sigvaldson
1976), tổng hợp dòng chảy và điều tiết hồ chứa (SSARR) (USACE 1987), Mơ phỏng hệ
thống sóng tương tác (IRIS) (Loucks và nnk 1989).Gói phần mềm phân tích quyền lợi
các hộ sử dụng nước (WRAP) (Wurbs và nnk, 1993).Lund và Ferriera (1996) đã nghiên
cứu hệ thống hồ chứa sông Missouri và xây dựng mơ hình mơ phỏng trong đó nâng cấp
kỹ thuật hồi quy cổ điển và sử dụng mô hình quy hoạch động.Jain và Goel (1996) đã giới
thiệu một mơ hình mơ phỏng tổng qt cho điều hành cấp nước của hệ thống hồ chứa
dựa trên các đường quy tắc điều phối.Mặc dù có sẵn một số các mơ hình tổng qt, vẫn

cần thiết phải phát triển các mơ hình mơ phỏng cho một (hệ thống) hồ chứa cụ thể vì mỗi
hệ thống hồ chứa có những đặc điểm riêng.
1.1.1.3. Nhận xét chung.
Do tác hại của ngập lụt gây ra những hậu quả khôn lường, thiệt hại lớn về người, tài
sản, vì vậy các quốc gia rất chú trọng các biện pháp phịng chống lũ lụt nói chung và
phịng chống lũ hạ du do điều tiết hồ chứa. Các quốc gia trên thế giới đang tiến tới quản
lý tổng hợp, có nghĩa là bao gồm tất cả các hoạt động của các lĩnh vực liên quan nhằm


10

giảm thiểu tối đa tác hại của lũ. Theo quan điểm này, phòng chống lũ được xem xét ngay
từ trước khi xảy ra lũ, trong thời gian xảy ra lũ và sau khi lũ đã hết. Tuy nhiên, tuỳ thuộc
vào điều kiện cụ thể về tự nhiên, khả năng kinh tế, kỹ thuật của từng quốc gia mà phòng
chống lũ có chính sách và giải pháp cụ thể khác nhau.
1.1.2. Các nghiên cứu trong nước
1.1.2.1. Tình hình ngập lụt và thiệt hại trong nước
Những năm gần đây do do biến đổi khí hậu, nạn phá rừng đầu nguồn, mức đơ thị
hóa tăng nhanh đã làm cho lũ, lụt xảy ra bất thường gây thiệt hại lớn về người và tài sản,
theo báo cáo thường niên của Ban chỉ đạo Trung Ương về phòng chống thiên tai:
- Năm 2015 bão, lũ đã làm 79 người chết, 15 người mất tích, 47 người bị thương,
tổng thiệt hại 5.648.570 triệu đồng.
- Năm 2016 bão, lũ làm 186 người chết, 29 người mất tích, 306 người bị thương,
tổng thiệt hại lên đến 22.150.989 triệu đồng.
1.1.2.2. Tại miền Trung
Miền Trung Việt Nam là nơi có nhiều bão, lũ lụt so với cả nước. Do lưu vực các
sông thường hẹp, độ dốc lớn, nước tập trung rất nhanh nên ngập lụt thường nghiêm
trọng. Các trận lũ lớn đã xảy ra vào các năm 1927, 1944, 1963, 1966, 1977 trên sông Mã
và 1904, 1929, 1945, 1954, 1960, 1978 trên sông Lam là các trận lũ đã gây thiệt hại rất
lớn cho tỉnh Thanh Hoá, tỉnh Nghệ An và tỉnh Hà Tĩnh.

Trong 50 năm qua, trên các sông miền Trung đã liên tiếp xảy ra các trận lũ đặc biệt
lớn như lũ 1953, 1983, 1999 trên sông Hương; năm 1964 trên sông Thu Bồn, Trà Khúc,
năm 1993 trên sông Vệ. Năm 1999 là lũ rất lớn, chưa từng thấy ở miền Trung với lượng
mưa trong 24 giờ ở thành phố Huế đạt 1.384 mm, mực nước sông Hương lên cao gần
6m, cao hơn mực nước trận lụt năm 1953 đến 0,46 m.
Nguyên nhân gây lũ lụt ở miền Trung là do lũ lớn ở thượng lưu đổ xuống vùng
đồng bằng, đồng thời nạn phá rừng và việc xả lũ ở các hồ chứa khơng theo đúng quy
trình hay sự cố vỡ các hồ chứa nhỏ cũng làm cho lũ lụt thêm trầm trọng hơn.
Khác với hệ thống sông Hồng và sơng Cửu Long, đa số sơng ngịi ở miền Trung
khơng có đê, các hồ chứa nước lớn ở thượng lưu khơng có dung tích phịng lũ, do đó các
khu dân cư hai bên bờ sông chịu ngập mỗi khi mưa lớn.
Theo báo cáo thường niên của Ban chỉ đạo Trung Ương về phòng chống thiên tai
thiệt hại về người, tài sản các tỉnh miền trung như sau:


11

- Năm 2015 bão, lũ đã làm 39 người chết, 11 người mất tích, 19 người bị thương,
tổng thiệt hại 3.389.142 triệu đồng, chiếm 60% thiệt hại cả nước.
- Năm 2016 bão, lũ làm 132 người chết, 14 người mất tích, 181 người bị thương,
tổng thiệt hại lên đến 12.189.528 triệu đồng, chiếm 55% thiệt hại cả nước.
1.1.2.3. Vận hành điều tiết hồ chứa ở Việt Nam và Miền Trung
Đến tháng 10/2015 cả nước đã đầu tư xây dựng được 6.886 hồ chứa nước trong đó
có 6.648 hồ chứa thủy lợi (chiếm 96,5%) và 238 hồ chứa thủy điện (chiếm 3,5%) với
tổng dung tích khoảng 63 tỷ m3 nước.
Bảng 1.2: Thống kê hồ chứa ở Việt Nam năm 2015
Quy mô (106
m3)

W≥10

W=2-:-10;
H≥15m

W=1-:-3

W=0,2-:1,0

W≤0,2

Số lượng (hồ)

124

578

363

2.335

3.248

(Nguồn từ Báo cáo công tác quản lý an toàn hồ chứa do Tổng cục Thủy Lợi soạn thảo
tháng 10/2015)
Vai trị của cơng tác vận hành hồ chứa rất quan trọng, có thể nói khơng kém, thậm
chí cịn quan trọng hơn công tác đầu tư xây dựng hồ. Với các lý do cụ thể như sau:
- Không vận hành đúng sẽ không khai thác hiệu quả dung lượng hồ theo thiết kế,
làm lảng phí chi phí đầu tư.
- Gây ngập lụt cho hạ lưu do xã lũ không hợp lý. Tổng thiệt hại này có thể vượt hẳn
chi phí đầu tư xây dựng cơng trình, chưa tính đến chi phí xử lý khi vấn đề xấu xảy ra.

- Tai hại nhất là gây mất lịng tin của cơng chúng về hiệu quả của việc xây dựng hồ
chứa, từ đó có thành kiến xấu, thậm chí phản đối việc xây dựng hồ chứa trong tương lai.
Vì vậy, vận hành hồ chứa, hệ thống hồ chứa là một trong những vấn đề được nhiều
nhà khoa học, nhiều cơ quan như các Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Viện Cơ học,
Viện Khí tượng Thủy văn, cũng như các trường đại học trong nước nghiên cứu ứng dụng
vào thực tiễn hệ thống các hồ chứa ở nước ta.
1.1.2.4. Một số công trình và đề tài nghiên cứu của các tác giả trong nước:
Năm 2006, Đoàn Xuân Thủy, Hà Ngọc Hiến, Nguyễn Văn Điệp, Ngơ Huy Cẩn và
cộng sự [2], tính tốn điều tiết lũ phục vụ quy trình vận hành liên hồ cho hệ thống sơng
Hồng – Thái Bình với dung tích khoảng 500-700 triệu m3.
Năm 2010, Nguyễn Lan Châu [3], đề xuất dự thảo Quy trình vận hành hồ chứa thủy
điện A Vương và việc điều chỉnh quy trình phù hợp với quy trình vận hành liên hồ chứa
trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn.


12

Năm 2010, Hồng Minh Tuyển [4], xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa sông
Ba cắt giảm lũ cho hạ du. Nghiên cứu đã đề xuất các vấn đề mang đặc thù riêng của hệ
thống hồ chứa sông Ba. Đây là những luận cứ thực tiễn phục vụ xây dựng quy trình vận
hành liên hồ chứa sơng Ba để cắt giảm lũ đã được Thủ tướng phê duyệt tháng 9/2010.
Năm 2010, Hà Văn Khối [5], trình bày một số ý kiến cũng như kết quả tính tốn sơ
bộ về vai trò chống lũ hạ du của hồ chứa A Vương và xem xét khả năng giao thêm
nhiệm vụ chống lũ hạ du cho các hồ chứa trên sông Vu Gia – Thu Bồn.
Năm 2010, Viện Khoa học khí tượng thủy văn và Mơi trường [6], “Lập báo cáo quy
trình vận hành hệ thống liên hồ trên lưu vực sông Ba”, làm cơ sở để Thủ tướng Ban hành
quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba năm 2010.
Năm 2011, Nguyễn Lan Châu và Bùi Đình Lập [7], đã sử dụng các mơ hình mưa
rào dịng chảy TANK và diễn tốn Muskingum - Cunge dự báo dịng chảy thượng lưu hệ
thống sông Đà, Thao, Lô và Thái Bình.

Năm 2011, Ngơ Lê Long đã áp dụng mơ hình MIKE 11 [8], mô phỏng hệ thống liên
hồ chứa sông Srêpook với mục đích cắt giảm lũ cho hạ du, tác giả đã ứng dụng kết hợp
với mô đun vận hành cơng trình (SO) mơ phỏng vận hành các cơng trình cửa van.
Năm 2011, Hồng Thanh Tùng, Vũ Minh Cát và Ngơ Lê An [9], đã tích hợp dự báo
mưa trung hạn trong vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ cho lưu vực sông Cả, tiến hành
vận hành thử nghiệm cho các kịch bản dòng chảy lũ khác nhau đến các hồ chứa. Từ đó
xây dựng cơ sở khoa học vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ cho lưu vực sông Cả.
Năm 2011, Nguyễn Hữu Khải [10], đã nghiên cứu tính tốn điều hành hệ thống hồ
chứa trên lưu vực sông Ba trong mùa lũ và mùa cạn. Tác giả đã áp dụng mơ hình HECRESSIM, MIKE 11 để mơ phỏng tính tốn thủy văn, điều tiết hồ chứa, thủy lực, các kết
quả nghiên cứu làm cơ sở để tác giả đề xuất Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu
vực sông Ba.
Năm 2012, Tô Thúy Nga, Lê Hùng [11], đã nghiên cứu áp dụng mơ hình MIKE
FLOOD mô phỏng lại trận lũ năm 2009 và đánh giá ảnh hưởng của việc xả lũ hồ A
Vương đến ngập lụt hạ du.
Năm 2013 Lê Hùng, Tô Thúy Nga [12], đã áp dụng mơ hình HEC-RESSIM - mơ
phỏng hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn.