Ứng dụng mô hình thủy lực mike flood mô phỏng mức độ ngập lụt khu vực hạ lưu sông ba

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP. HỒ CHÍ
MINH KHOA: KHÍ TƯỢNG, THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

----------

----------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY LỰC MIKE FLOOD
MÔ PHỎNG MỨC ĐỘ NGẬP LỤT KHU VỰC HẠ
LƯU SÔNG BA
Sinh viên thực hiện: Lục Anh Tuấn
Giảng viên hướng dẫn: TS. Cấn Thu Văn
MSSV: 0450050080
Khóa: 2015 – 2019


ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY LỰC MIKE FLOOD
MƠ PHỎNG MỨC ĐỘ NGẬP LỤT KHU VỰC HẠ LƯU SÔNG BA
ĐẶT VẤN ĐỀ:






Lũ lụt ở hạ lưu sông Ba thường xuyên de dọa cuộc sống của người dân và sự phát triển
kinh tế xã hội. Hiện nay, các loại hình thiên tai khắc nghiệt trở nên bất thường và có diễn
biến khó dự báo hơn.
Đợt lũ lụt từ ngày 01-07/11/2016: Biên độ lũ lên trên các sơng ở Phú n có biên độ từ

6,0 ÷ 8,0 m. Đỉnh lũ ở sơng Kỳ Lộ, sông Ba (Phú Yên) vượt mức BĐ3 từ 0,30 ÷ 1,50 m.
Đợt lũ lụt từ ngày 11-21/12/2016:Trong đợt lũ này đã có 3 trạm có đỉnh trên BĐ3 từ
0,10 ÷ 1,60 m gồm Hà Bằng, Củng Sơn An Khê và Ayunpa

Mô phỏng mức độ ngập lụt khu vực hạ lưu sông Ba
Là điều cấp thiết cần thực hiện.


ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY LỰC MIKE FLOOD
MƠ PHỎNG MỨC ĐỘ NGẬP LỤT KHU VỰC HẠ LƯU SƠNG BA
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU






Mô phỏng được diễn biến lũ ở hạ lưu Sơng Ba bằng mơ hình thủy lực 1- 2 chều
Mike Flood.
Xây dựng được bản đồ ngập khu vực hạ lưu sông Ba những năm mô phỏng.
Đánh giá được mức độ ngập lụt khu vực hạ lưu Sông Ba (khu vực trung tâm Thành

phố Tuy Hòa- Phú Yên).


ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY LỰC MIKE FLOOD
MƠ PHỎNG MỨC ĐỘ NGẬP LỤT KHU VỰC HẠ LƯU SÔNG BA
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:


Phương pháp thu thập, xử lý tài liệu.



Phương pháp thống kê.



Phương pháp mơ hình tốn.



Phương pháp phân tích, đánh giá.



Phương pháp GIS.


ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY LỰC MIKE FLOOD
MƠ PHỎNG MỨC ĐỘ NGẬP LỤT KHU VỰC HẠ LƯU SÔNG BA
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU:




Mô phỏng mức độ ngập lụt khu vực hạ lưu sông Ba.
Thành lập, đánh giá bản đồ ngập hạ lưu sơng Ba và vùng
Trung Tâm Thành phố Tuy Hịa.

ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY LỰC MIKE FLOOD
MƠ PHỎNG MỨC ĐỘ NGẬP LỤT KHU VỰC HẠ LƯU SÔNG BA
BỐ CỤC ĐỒ ÁN:
Gồm 2 phần và 4 chương:
Phần I: Mở Đầu:
Chương 1 : Tổng quan vùng nghiên cứu.
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết của mơ hình.
Chương 3 : Ứng dụng mơ hình Mike Flood để mơ phỏng mức độ
ngập lụt ở vùng hạ lưu Sông Ba.
Chương 4 : Xây dựng bản đồ và đánh giá mức độ ngập lụt hạ lưu
sơng Ba- Thành phố Tuy Hịa.
Phần II: Kết luận:
Tài liệu tham khảo:


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU
Vị trí địa lý:
Lưu vực sông Ba nằm ở miền Trung
Trung Bộ Việt Nam có hình dạng chữ L.
o

o

Phạm vi lưu vực ở: 12 35’ đến 14 38’ vĩ
o

o

độ Bắc và 108 00’ đến 109 55 kinh độ

Đơng.
Diện tích tự nhiên tồn lưu vực là
2

14.132 km nằm trên địa phận hành chính
của 15 huyện, thị thuộc 3 tỉnh Gia Lai,
Đak Lăk và Phú Yên.


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU

Đặc điểm địa hình:


Đường phân thuỷ của lưu vực có
độ cao từ (500- 2000)m bao bọc 3 phía:
Bắc, Đơng, Nam chỉ được mở rộng về
phía Tây và mở ra biển qua vùng đồng
bằng Tuy Hồ rộng trên 20.000 ha.





Đường chia nước phía Đơng, Đơng Bắc
lưu vực thuộc giải Trường Sơn có cao độ
từ 600-1.300m .
Phía Nam là dãy núi Phượng Hồng
chạy sát ra biển và kết thúc tại đèo Cả có
cao độ biến đổi (600-2000)m.

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU
Đặc điểm khí tượng:
Lượng mưa năm trung bình đo đạc được ở nơi nhiều mưa nhất và ít mưa
nhất chênh lệch nhau 579mm.
Dãy núi Vọng Phu đèo Cả và khu vực cách chân của dãy núi này trên
dưới 10km về phía bắc là vùng mưa lớn nhất, với tổng lượng mưa năm trung
bình từ 2200 - 2600mm. Vùng mưa lớn thứ hai là đồi núi thuộc trung lưu sơng
Kỳ Lộ có lượng mưa năm từ 1900 - 2200mm, tiếp đến là vùng đồng bằng ven
biển phía nam từ 1800 - 2100mm... Những vùng cịn lại như vùng ven biển phía
bắc, thung lũng sơng Kỳ Lộ và sơng Ba lượng mưa năm trung bình đạt 1600 1800m trong đó tâm mưa thấp nhất là khu vực Chí Thạnh với lượng mưa năm
trên dưới 1600mm.


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU
Đặc điểm thủy văn:
Lưu vực sơng Ba có thời gian mùa lũ kéo dài 4 tháng từ tháng 9 tới tháng
12, nhưng do đặc điểm mưa nên lưu vực có 4 thời kỳ lũ khác nhau:
-

Thời kỳ lũ tiểu mãn:

Thường xảy ra vào tháng 5, 6.

-

Thời kỳ lũ sớm:

Thường xảy ra vào tháng 8, 9.

-

Thời kỳ lũ chính vụ:

Thường xảy ra vào tháng 10, 11.

-

Thời kỳ lũ muộn:

Thường xảy ra vào tháng 12, 1.

Qua thống kê thủy văn cho thấy thời gian xuất hiện đỉnh lũ tại các trạm
thủy văn hầu hết vào tháng 10 và tháng 11 hàng năm.


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU
Tình hình dân số
Dân số trong vùng hạ du lưu vực sông Ba có khoảng 900.000 người (theo thống kê 2016)
với khoảng 30 dân tộc anh em và mật độ dân số vào khoảng 172 người/km2 .

Tình hình kinh tế:
Theo thống kê 2018, Tốc độ tăng trưởng kinh tế 8,21%; trong đó tỷ trọng khu vực nông,
lâm nghiệp, thủy sản chiếm 23,56% (giảm 0,77 điểm phần trăm); khu vực công nghiệp,
xây dựng chiếm 29,84% (tăng 0,94 điểm phần trăm); khu vực dịch vụ chiếm 42,8% (giảm
0,09 điểm phần trăm); tình hình hoạt động sản xuất, kinh doanh tiếp tục phục hồi, giá trị
sản xuất công nghiệp tăng khá so với cùng kỳ .

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH
CÁC MƠ HÌNH TỐN ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG HIỆN NAY.
Mơ hình thủy văn: Mơ hình hệ thống thủy văn có thể là mơ hình vật lý, mơ hình tương tự
hay mơ hình tốn học.
•

Mơ hình đường đơn vị (Mơ hình được Sherman đề xuất năm 1932).

•

Mơ hình TANK (ra đời năm 1956 tại trung tâm quốc gia phòng chống ḷũ lụt Nhật Bản, tác
giả là M. Sugawar).

•

Mơ hình NAM ( mơ phỏng q trình mưa - dịng chảy ).


CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH
CÁC MƠ HÌNH TỐN ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG HIỆN NAY.
Mơ hình thủy lực:
Mơ hình VRSAP (Vietnam River System And Plains) do cố PGS. TS. Nguyễn Như
Khuê xây dựng từ 1965 đến 1993.
Mô hình HEC-RAS (Mơ hình HES-RAS của Trung tâm Thủy văn cơng trình thuộc

hiệp hội kỹ sư qn sự Hoa Kỳ xây dựng).
Bộ Mơ hình MIKE ( do DHI Water & Environment phát triển gồm nhiều modun

khác nhau).

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ
HÌNH PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MƠ HÌNH:
Với mục đích của đồ án là mô phỏng lũ tràn đồng, đánh giá mức độ ngập lụt trên
một khu vực. Yêu cầu đặt ra là phải tính tốn, mơ phỏng được lượng và diện ngập lụt trên
tồn bộ khu vực đó.
Do vậy cần phải sử dụng mơ hình có khả năng kết nối tính năng của cả mơ hình 1
và 2 chiều để mơ phỏng được cả dịng chảy trong sơng và lũ tràn đồng trong khi thời gian
mô phỏng không lớn.

Trong nội dung báo cáo này em đã lựa chọn và sử dụng phần mềm MIKE-FLOOD có
tính năng kết nối mơ hình thủy lực một chiều MIKE 11 HD và mơ hình thủy lực 2 chiều MIKE
21 để xác định mức độ ngập lụt cho vùng hạ lưu sông Ba.


CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ
HÌNH TỔNG QUAN VỀ BỘ MƠ HÌNH MIKE:
MIKE là một họ phần mềm gồm nhiều mơ đun khác nhau, từ việc tính tốn cân
bằng nước (MIKE BASIN), mưa - dòng chảy (MIKE NAM), dòng một chiều (MIKE 11),

hai chiều lưới thẳng (MIKE 21), hai chiều lưới cong (MIKE 21 C), lưới bất kỳ (MIKE
21 FM) và ba chiều (MIKE 3); mơ hình kết hợp một và hai chiều MIKE FLOOD... Hiện
nay, MIKE là bộ phần mềm được sử dụng khá rộng, với khả năng bao trùm tất cả các
vấn đề về quản lý khai thác tài nguyên nước.


CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH
•





MIKE 11 HD
Hệ phương trình cơ bản: Mike 11 mơ tả q trình động lực học dọc theo chiều
dài dịng chảy với sự kết hợp giữa phương trình liên tục và phương trình động
lượng (hệ phương trình Saint – Venant).
Thuật tốn giải: Hệ phương trình Saint – Venant được sai phân trên lưới tính
gồm những điểm Q và h xen kẽ. Nghĩa là lưu lượng Q và mực nước h được tính
lần lượt tại mỗi bước thời gian.
h



Q

h

Q h Q

h

Điều kiện biên: điều kiện lưu lượng hay mực nước tại các vị trí biên. Biên có thể
là hằng số hoặc là dao động lưu lượng hay mực nước theo thời gian.


CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH
•





MIKE 21
Hệ phương trình cơ bản: Hệ phương trình mơ phỏng
bao gồm phương trình liên tục kết hợp với phương
trình động lượng chiều ngang (x, y) mô tả sự biến đổi
của mực nước và lưu lượng. Lưới tính tốn sử dụng
trong mơ hình là lưới hình chữ nhật.
Với những ưu điểm về việc tạo lưới linh hoạt và những cơ sở khoa học của MIKE
21 cho thấy mơ hình có khả năng ứng dụng đối với các bài toán Nghiên cứu chế
độ thủy lực tổng thể trên tồn đoạn sơng và chi tiết tại từng vị trí cụ thể.


CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH
MIKE FLOOD:

•







MIKE FLOOD là một cơng cụ ghép nối các mơ hình một chiều và hai chiều, nhằm mục đích
nghiên cứu kết hợp giữa dịng chảy một và hai chiều. Mơ hình một chiều có thể đưa vào để
ghép nối trong MIKE FLOOD
Kết nối chuẩn. Kết nối này cho phép nối kết một hoặc
nhiều ô lưới trong MIKE 21 với phần cuối của một nhánh

MIKE 11
Kết nối hai bên. Kết nối này cho phép mỗi chuỗi các ô
MIKE 21 được nối hai bên tạo nên một đoạn kênh trong
MIKE 11 hoặc một đoạn của một nhánh sông hay cả nhánh
sông.


CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH
•



MIKE FLOOD:

Kết nối cơng trình: là một kết nối ẩn. Cơng trình kết nối lấy thành phần lưu lượng từ một
cơng trình trong MIKE 11 và đưa trực tiếp vào phương trình động lượng MIKE 21. Cơng
trình này hồn tồn ẩn, vì vậy sẽ không làm ảnh hưởng bước thời gian trong MIKE 21.


CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE FLOOD MƠ PHỎNG MỨC ĐỘ NGẬP LỤT
VÙNG HẠ LƯU SÔNG BA

SƠ ĐỒ KHỐI THỰC HIỆN MƠ HÌNH:

Mạng lưới sơng

Chạy thơng
mơ hình
Mike11 HD

Mặt cắt ngang

Thu
thập
dữ
liệu

Mike Flood

Hiệu
chỉnh
sơ bộ

(Mikeflood đóng vai
trị kết nối mơ hình
Mike11 và mơ hình
Mike21 lại với nhau)

Mực nước triều
Kết nối Mike11 với
Mike21, chạy
thơng mơ hình

Biên lưu lượng đầu vào

Bản đồ địa hình

Bản đồ cao độ số
DEM (Bathymetry)

Chia lưu vực

Số liệu mưa

Giả thiết
bộ thơng
số

Mike
21

Chạy thơng
mơ hình
Mike21

Chưa đạt

Hiệu
chỉnh
sơ bộ

Kiểm

Đạt

Hiệu chỉnh

Đánh giá kết
quả mơ
phỏng

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE FLOOD MƠ PHỎNG MỨC ĐỘ NGẬP LỤT
VÙNG HẠ LƯU SÔNG BA

VÙNG NGHIÊN CỨU

MIKE21
MIKE11


CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE FLOOD MƠ PHỎNG MỨC ĐỘ NGẬP LỤT
VÙNG HẠ LƯU SÔNG BA

CƠ SỞ DỮ LIỆU MƠ HÌNH:
-

Dữ liệu mạng lưới sơng Ba.

-

Dữ liệu mặt cắt sông.

-

Số liệu biên lưu lượng và mực nước triều
tại trạm đo các năm 1993, 2003, 2007.

-

Bản đồ cao độ số DEM khu vực nghiên
cứu.
Ảnh bản đồ số độ cao khu vực nghiên cứu


CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE FLOOD MƠ PHỎNG MỨC ĐỘ NGẬP LỤT
VÙNG HẠ LƯU SÔNG BA

THIẾT LẬP MƠ HÌNH MIKE 11 HD:
Thiết lập mạng sơng và mặt cắt sông


CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE FLOOD MƠ PHỎNG MỨC ĐỘ NGẬP LỤT
VÙNG HẠ LƯU SÔNG BA

THIẾT LẬP MƠ HÌNH MIKE 11 HD:
Thiết lập điều kiện biên cho mơ hình:
Trong giới hạn nghiên cứu điều kiện biên của mơ hình thủy lực bao gồm:
-

Biên trên là đường q trình lưu lượng tại trạm Củng Sơn

-

Biên dưới là biên mực nước triều tại của sông Đà Rằng

-

Biên nhập lưu do q trình mưa sinh dịng chảy được tính tốn thơng qua

mơ hình Mike Nam được kết nối vào Mike 11 đoạn từ Cũng Sơn đến cửa
Sông Đà Rằng


CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE FLOOD MƠ PHỎNG MỨC ĐỘ NGẬP LỤT
VÙNG HẠ LƯU SÔNG BA

THIẾT LẬP MƠ HÌNH MIKE 21:
Thiết lập bản đồ cao độ số Bathymetry
Xây dựng mơ hình thủy lực hai chiều MIKE 21 cần phải thiết lập được bản đồ cao độ số
Bathymetry. Bản đồ này có nhiệm vụ làm nền địa hình cho mơ hình.