Thạc Sĩ Nghiên cứu, ứng dụng mô hình toán đánh giá ngập lụt khu vực hồ Lắk - Buôn Trấp trên lưu vực sông Srê

LỜI CẢM ƠN

Hoàn thành Đồ án tốt nghiệp “ Nghiên cứu, ứng dụng mô hình toán đánh giá ngập lụt khu vực hồ Lắk - Buôn Trấp trên lưu vực sông Srêpôk.” là một mốc son quan trọng đánh dấu việc kết thúc quá trình học tập và nghiên cứu của hơn bốn năm tại mái trường Đại học Thủy Lợi. Những kết quả làm được trong Đồ án tuy không nhiều nhưng nó đã mang lại cho tôi nhiều bài học, kinh nghiệm quý giá về việc tiếp cận và giải quyết một bài toán trong thực tế của người kỹ sư thủy văn, cung cấp thêm những kiến thức để có thể ra trường và đi làm theo đúng chuyên môn đã đào tạo.
Để hoàn thành được Đồ án đúng thời hạn, tôi đã nhận được sự chỉ bảo, giúp đỡ rất nhiệt tình của các thầy cô giáo, gia đình, bạn bè và người thân. Mọi người đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành nhiệm vụ của mình.
Nhân đây, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo PGS.TS. Ngô Lê Long trưởng bộ môn Mô hình toán và Dự báo Thủy văn, TS. Nguyễn Hoàng Sơn thuộc bộ môn Mô hình toán và Dự báo Thủy văn đã tạo cho em những điều kiện tốt nhất, định hướng cho tôi cách tiếp cận với bài toán và đã giành nhiều thời gian quý báu để đọc, đóng góp những ý kiến, nhận xét để tôi có thể hoàn thành Đồ án của mình.
Con xin bày tỏ lòng biết ơn tới ông bà, bố mẹ, anh chị em đã dành cho con những điều kiện tốt nhất để cho con có được ngày hôm nay.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn tới tất cả các bạn trong lớp 51G và 51V, các anh chị khóa trên đã giúp đỡ và cùng tôi bước đi trong suốt thời gian làm đồ án và những năm học tập tại trường Đại học Thủy Lợi.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới toàn thể các thầy cô giáo Trường Đại học Thủy Lợi nói chung và Khoa Thủy Văn – Tài Nguyên Nước nói riêng đã tạo cho tôi một môi trường học tập lành mạnh, cho tôi những cơ hội để phấn đấu và dần trưởng thành hơn trong suốt những năm học vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn!
Tác giả
Vũ Trung Hải

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG SRÊPÔK 3
1.1. Điều kiện tự nhiên. 3
1.1.1. Vị trí địa lý. 3
1.1.2. Đặc điểm địa hình địa mạo. 4
1.1.3. Địa chất lưu vực sông Srêpôk. 6
1.1.4. Đặc điểm thổ nhưỡng. 9
1.1.5. Đặc điểm thảm phủ. 10
1.2 Đặc điểm khí tượng thủy văn. 12
1.2.1. Đặc điểm mạng lưới sông suối trên lưu vực sông Srêpôk. 12
1.2.2. Đặc trưng hình thái sông. 15
1.2.3. Mạng lưới các trạm khí tượng, thủy văn. 16
1.2.4. Chế độ khí hậu, khí tượng. 17
1.2.5 .Chế độ thủy văn. 24
1.3. Tình hình dân sinh - kinh tế - xã hội. 26
CHƯƠNG II TÌNH HÌNH LŨ LỤT KHU VỰC HỒ LẮK-BUÔN TRẤP VÀ ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH DIỄN TOÁN NGẬP LỤT 29
2.1. Tình hình lũ lụt khu vực nghiên cứu. 29
2.1.1. Các hình thế thời tiết gây mưa lớn, lũ lớn trên lưu vực Sông Srêpôk. 29
2.1.2. Đặc điểm lũ và diễn biến tình hình lũ trên khu vực. 29
2.1.3. Quy hoạch phòng chống lũ. 33
2.2. Khái quát về bản đồ ngập lụt. 36
2.3. Tổng quan về mô hình thủy văn, thủy lực phục vụ tính toán ngập lụt: 37
2.3.1. Các mô hình mưa dòng chảy:. 37
2.3.2. Mô hình thủy lực:. 38
2.4. Giới thiệu các mô hình được lựa chọn. 41
2.4.1. Mô hình Mike Nam. 41
2.4.2. Mô hình MIKE 11. 45
2.4.3. Ứng dụng mô hình MIKE 11. 50
2.4.4. Ứng dụng Arc Gis. 50
CHƯƠNG III THIẾT LẬP MÔ HÌNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT VÙNG HỒ LẮK – BUÔN TRẤP 52
3.1. Thiết lập sơ đồ tính toán thủy lực cho mạng lưới sông Srêpôk vùng hồ Lắk – Buôn Trấp. 52
3.1.1. Sơ đồ mạng lưới sông. 52
3.1.2. Sơ đồ tính toán. 56
3.1.3. Xây dựng ô chứa. 57
3.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. 59
3.2.1. Mô hình NAM . 59
3.2.2 Mô hình MIKE 11. 64
CHƯƠNG IV XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 73
4.1. Thiết lập các kịch bản mô phỏng. 73
4.2. Xây dựng bản đồ ngập lụt và đánh giá các phương án. 75
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO 87
PHỤ LỤC 88











DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ
A-BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Diện tích và tỷ lệ diện tích theo độ cao trên lưu vực Srêpôk. 5
Bảng 1-2:Các nhóm đất chính trên lưu vực Srêpôk. 10
Bảng 1-3: Rừng đặc dụng trên lưu vực Srêpôk. 11
Bảng 1-4: Các đặc trưng cơ bản của các tiểu lưu vực. 15
Bảng 1-5: Đặc trưng hình thái những sông nhánh trong lưu vực sông Srêpôk. 15
Bảng 1-6: Lưới trạm thuỷ văn trên lưu vực. 16
Bảng 1-7: Nhiệt độ trung bình tháng nhiều năm tại các trạm khí tượng ([SUP]o[/SUP]C). 17
Bảng 1-8: Lượng bốc hơi trung bình tháng nhiều năm tại các trạm khí tượng. 18
Bảng 1-9 : Độ ẩm trung bình tháng nhiều năm tại các trạm khí tượng (%). 19
Bảng 1-10: Số giờ nắng trung bình tháng nhiều năm tại các trạm khí tượng. 20
Bảng 1-11: Tốc độ gió trung bình tháng nhiều năm tại các trạm khí tượng (m/s). 21
Bảng 1-12: Lượng mưa năm trung bình nhiều năm lưu vực Srêpôk. 22
Bảng 1-13:Tài nguyên nước mặt 3 nhánh sông thuộc lưu vực sông Srêpôk. 24
Bảng 2-1: Lũ lớn nhất trong lưu vực từ 1978¸2005. 30
Bảng 2-2: Thời gian xuất hiện mực nước lũ lớn nhất (1977-2003). 30
Bảng 2-3: Mực nước báo động tại các điểm kiểm soát lũ. 31
Bảng 2-4: Các tham số thống kê Q[SUB]max[/SUB] tại các trạm thuỷ văn trên sông Srêpôk. 32
Bảng 2-5: Lưu lượng Qmax ứng với các tần suất thiết kế. 33
Bảng 2-6: Bảng thống kê các trận lũ lịch sử xảy ra trên lưu vực sông Srêpôk. 33
Bảng 3-1: Mạng sông được mô phỏng trong sơ đồ thủy lực. 54
Bảng 3-2: Các mặt cắt sông chính được mô phỏng trong sơ đồ thủy lực. 54
Bảng 3-3: Các khu vực nhập lưu trên khu vực hồ Lắk-Buôn Trấp. 57
Bảng 3-4: Các ô chứa và các vị trí nhận nước trên sông. 59
Bảng 3-5: Bộ thông số mô hình của lưu vực Giang Sơn. 61
Bảng 3-6: Bộ thông số mô hình của lưu vực Đức Xuyên. 62
Bảng 3-7: Bộ thông số mô hình của lưu vực Cầu 14. 63
Bảng 3-8: Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mưa - dòng chảy. 64
Bảng 3-9: Những trận lũ điển hình lựa chọn để hiệu chỉnh và kiểm định. 65
Bảng 3-10: Bộ thông số nhám thủy lực. 65
Bảng 3-11: Mực nước tính toán và thực đo đỉnh lũ tại trạm Đức Xuyên từ 11/12/1998 1:00:00 AM đến 11/30/1998 10:00:00 PM. 67
Bảng 3-12: Mực nước tính toán và thực đo tại trạm thủy văn Giang Sơn từ 11/12/1998 1:00:00 AM đến 11/30/1998 10:00:00 PM. 68
Bảng 3-13: Mực nước tính toán và thực đo đỉnh lũ tại trạm Đức Xuyên từ 10/08/2000 1:00:00 AM đến 10/28/2000 4:00:00 AM. 69
Bảng 3-14: Mực nước tính toán và thực đo tại trạm thủy văn Giang Sơn từ 10/08/2000 1:00:00 AM đến 10/28/2000 4:00:00 AM. 70
Bảng 3-15: Mực nước tính toán và thực đo đỉnh lũ tại trạm Đức Xuyên từ 11/10/2003 4:00:00 AM đến 12/10/2003 10:00:00 PM. 71
Bảng 3-16: Mực nước tính toán và thực đo tại trạm thủy văn Giang Sơn từ 11/10/2003 4:00:00 AM đến 12/10/2003 10:00:00 PM. 72
Bảng 4-1: Diện tích ngập lụt trong khu vực. 76
Bảng 4-2: Vết lũ trên khu vực năm 2000. 77
Bảng 4-3: Diện tích ngập lụt trong khu vực. 78
Bảng 4-4: So sánh diện tích ngập lụt trong khu vực với trận lũ năm 2000. 79
Bảng 4-5: Diện tích ngập lụt trong khu vực. 80
Bảng 4-6: So sánh diện tích ngập lụt trong khu vực với trận lũ năm 2000. 81
Bảng 4-7: Diện tích ngập lụt trong khu vực. 82
Bảng 4-8: So sánh diện tích ngập lụt trong khu vực với trận lũ năm 2000. 82
Bảng 4-9: Diện tích ngập lụt trong khu vực. 83
Bảng 4-10: So sánh diện tích ngập lụt trong khu vực với trận lũ năm 2000 và PA1. 84





B- HÌNH VẼ
Hình 1-1: Bản đồ hành chính lưu vực Srêpôk. 3
Hình 1-2: Bản đồ phân vùng độ cao lưu vực sông Srêpôk. 6
Hình 1-3: Bản đồ mật độ che phủ rừng lưu vực sông Srêpôk. 11
Hình 1-4: Bản đồ mạng lưới sông suối lưu vực Srêpôk. 12
Hình 1-5: Bản đồ đẳng trị mưa năm trung bình nhiều năm lưu vực Srêpôk. 21
Hình 1-6: Bản đồ mật độ dân số năm 2004 lưu vực sông Srêpôk. 26
Hình 2-1: Sơ đồ mô phỏng mô hình MIKE NAM. 43
Hình 2-2: Cấu trúc mô đun trong MIKE 11. 46
Hình 2-3: Mô tả hệ phương trình Saint – Venant. 48
Hình 2-4: Các điểm nút tính toán trong mô hình Mike 11. 48
Hình 2-5: Cấu trúc mô phỏng cho MIKE 11. 49
Hình 3-1: Sơ đồ thủy lực hệ thống sông khu vực hồ Lắk-Buôn Trấp trong MIKE 11. 53
Hình 3-2 : Mặt cắt ngang sông phổ biến. 55
Hình 3-3: Sơ đồ áp dụng mô hình vào bài toán. 56
Hình 3-4: Các ô chứa khu vực hồ Lắk-Buôn Trấp trên lưu vực sông Srêpôk. 58
Hình 3-5: Các lưu vực cần tính toán dòng chảy bằng mô hình NAM. 60
Hình 3-6: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Giang Sơn (1977 – 1992). 60
Hình 3-7: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Giang Sơn (1993 – 2003). 61
Hình 3-8: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Đức Xuyên (1978 – 1992). 62
Hình 3-9: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Đức Xuyên (1993 – 2003). 62
Hình 3-10: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Cầu 14 (1977 – 1992). 63
Hình 3-11: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Cầu 14 (1993 –2003). 63
Hình 3-12: Đường quá trình mực nước tại trạm thủy văn Đức Xuyên từ 11/12/1998 1:00:00 AM đến 11/30/1998 10:00:00 PM. 66
Hình 3-13: Đường quá trình mực nước tại trạm thủy văn Giang Sơn từ 11/12/1998 1:00:00 AM đến 11/30/1998 10:00:00 PM. 66
Hình 3-14: Đường quá trình mực nước tại trạm thủy văn Đức Xuyên từ 10/08/2000 1:00:00 AM đến 10/28/2000 4:00:00 AM. 68
Hình 3-15: Đường quá trình mực nước tại trạm thủy văn Giang Sơn từ 10/08/2000 1:00:00 AM đến 10/28/2000 4:00:00 AM. 69
Hình 3-16: Đường quá trình mực nước tại trạm thủy văn Đức Xuyên từ 11/10/2003 4:00:00 AM đến 12/10/2003 10:00:00 PM. 70
Hình 3-17: Đường quá trình mực nước tại trạm thủy văn Giang Sơn từ 11/10/2003 4:00:00 AM đến 12/10/2003 10:00:00 PM. 71
Hình 4-1: Vị trí hồ Buôn Tua Srah. 74
Hình 4-2: Đường quá trình lũ hạ lưu Buôn Tua Srah theo các phương án. 75
Hình 4-3: Bản đồ ngập lụt khu vực hồ Lắk Buôn Trấp trận lũ năm 2000. 76
Hình 4-4: Bản đồ ngập lụt khu vực hồ Lắk-Buôn Trấp trận lũ năm 1998. 78
Hình 4-5: Bản đồ ngập lụt khu vực hồ Lắk Buôn Trấp trận lũ năm 2003. 80
Hình 4-6: Bản đồ ngập lụt khu vực hồ Lắk-Buôn Trấp phương án hồ Buôn Tua Srah cắt lũ theo quy trình vận hành liên hồ. 81
Hình 4-7: Bản đồ ngập lụt khu vực hồ Lắk-Buôn Trấp phương án hồ Buôn Tua Srah có mực nước trước lũ là 485 (m). 83



















MỞ ĐẦU

1. Giới thiệu chung.
Lũ lụt là một trong những thảm hoạ thường xuyên nhất gây thiệt hại cho trái đất. Lũ tác động đến đời sống của hàng triệu người dân trên thế giới, nhiều hơn bất kỳ thảm hoạ nào, kể cả chiến tranh, hạn hán và nạn đói. Hàng năm có khoảng 3.3 triệu người mất nhà cửa do lũ lụt. Trong những năm gần đây, dưới tác động của biến đổi khí hậu, tình hình lũ lụt ngày càng gia tăng cả về tần suất lẫn cường độ gây thiệt hại nghiêm trọng đến tính mạng và tài sản của con người.
Tại Việt Nam, sông Srêpôk là con sông lớn ở Tây Nguyên do hai sông Krông Knô và sông Krông Ana hợp thành tại thác Buôn Dray. Do địa hình vùng đất thấp trũng có dạng lòng chảo ở hạ lưu hai sông Krông Knô và Krông Ana, dẫn đến mùa mưa, lượng nước đổ về vùng đất này tiêu thoát không kịp, gây ngập lụt cho toàn bộ vùng đồng bằng trũng Lắk - Buôn Trấp. Điều này đã ảnh hưởng đến xuất nông nghiệp cũng như các hoạt động kinh tế xã hội ở khu vực. Theo báo cáo thống kê thiệt hại do ngập lụt hàng năm thì tổng thiệt hại ước tính mỗi năm khoảng từ 7 tới gần 350 tỷ đồng, trong đó riêng diện tích lúa bị ngập lụt mỗi năm đều lớn hơn 1000 ha, có những năm diện tích lúa bị ngập lên tới 7000 ha (năm 2001). Chính vì vậy, việc xây nghiên cứu, ứng dụng mô hình thủy lực để đánh giá ngập khu vực hồ Lắk- Buôn Trấp là hết sức cấp thiết .
Có rất nhiều cách tiếp cận và giải quyết vấn đề lũ khác nhau. Trong những năm gần đây, mô hình toán thuỷ văn - thuỷ lực được coi là một công cụ đắc lực trong việc tính toán, nghiên cứu dòng chảy lũ. Hiện nay có nhiều mô hình được xây dựng và ứng dụng rộng rãi trong thực tế, với mục đích tập làm quen với các mô hình toán đang được ứng dụng ở Việt Nam, đồ án đã chọn mô hình MIKE 11 để nghiên cứu dòng chảy lũ trên lưu vực sông Srêpôk.
2. Mục tiêu đồ án.
Ứng dụng các mô hình toán thủy văn, thủy lực và GIS đánh giá ngập lụt khu vực hồ Lắk - Buôn Trấp thuộc lưu vực sông Srêpôk theo các kịch bản lũ và vận hành hồ chứa.

3. Nhiệm vụ đồ án.
Ø Phân tích diễn biến lũ trên hệ thống sông Srêpôk vùng hồ Lắk - Buôn Trấp.
Ø Thiết lập mô hình toán để có thể mô phỏng dòng chảy lũ trên lưu vực sông Srêpôk vùng hồ Lắk - Buôn Trấp.
Ø Nghiên cứu ứng dụng của phần mềm thủy lực MIKE 11 vào việc mô phỏng lũ trên sông.
Ø Sử dụng môdun MIKE 11-HD và Arc Gis xây dựng bản đồ ngập lụt và đánh giá các phương án.
4. Phạm vi nghiên cứu.
Khu vực hồ Lắk - Buôn Trấp trên lưu vực sông Srêpôk.
5. Phương pháp nghiên cứu.
- Phương pháp thu thập, thống kê, phân tích địa hình và thủy văn: Phương pháp này sử dụng trong việc thu thập, thống kê và phân tích tài liệu địa hình, địa chất của khu vực nghiên cứu và tài liệu thủy văn tại các trạm thủy văn liên quan trên lưu vực sông Srêpôk làm cơ sở phục vụ cho những nghiên cứu trong đồ án.
- Phương pháp mô hình toán: Ứng dụng mô hình thủy lực một chiều Mike 11 nghiên cứu dòng chảy lũ tại khu vực hồ Lắk - Buôn Trấp trên lưu vực sông Srêpôk ứng với các kịch bản lũ khác nhau.
- Phương pháp phân tích hệ thống: Đây là phương pháp thường được sử dụng trong những nghiên cứu thủy văn, thủy lực. Diến biến thủy lực dòng sông là kết quả tổng hợp của nhiều yếu tố như: chế độ thủy văn của dòng sông, địa hình lòng dẫn .
6. Bố cục của đồ án.
Đồ án gồm phần mở đầu, nội dung, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục. Bao gồm 4 chương:
· Chương I : Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế xã hội lưu vực sông Srêpôk
· Chương II : Tình hình lũ lụt khu vực hồ Lắk - Buôn Trấp và đề xuất mô hình diễn toán ngập lụt.
· Chương III : Thiết lập mô hình toán xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hồ Lắk - Buôn Trấp.
· Chương IV : Xây dựng bản đồ ngập lụt khu vực nghiên cứu.