Thạc Sĩ Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán mô phỏng lũ tràn đồng trên hệ thống sông Hương, tỉnh Thừa Thiên Huế

Mở đầu


1. Đặt vấn đề


Trong lịch sử tồn tại và phát triển của dân tộc ta, lũ lụt luôn là mối đe dọa

hàng đầu và đã gây ra nhiều thiệt hại về người và của. Cùng với sự tăng trưởng


của các ngành kinh tế, đòi hỏi mức độ an toàn chống lũ lụt ngày càng cao và hạn


chế tối đa thiệt hại.


Hệ thống sông Hương - tỉnh Thừa Thiên Huế bắt nguồn từ phía Đông dãy


Trường Sơn và núi Bạch Mã, dòng chính chảy theo hướng Nam - Bắc đổ ra biển


thông qua cửa Thuận An và Tư Hiền. Lưu vực tập trung tới 70% dân số và chiếm

tới 90% tổng sản phẩm hàng năm của cả tỉnh. Thành phố Huế nằm ở trung tâm


của lưu vực, đây là trung tâm kinh tế, văn hóa, chính trị và là một trong những


trung tâm du lịch lớn nhất cả nước.


Trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội, việc khai thác tổng hợp tài

nguyên nước cho các mục đích khác nhau trên hệ thống sông Hương đã đem lại

những giá trị to lớn đóng vai trò quan trọng cho các ngành kinh tế trong tỉnh như:

du lịch, công nghiệp, thủy lợi, thủy sản, nông nghiệp .


Tỉnh Thừa Thiên Huế là tỉnh thường xuyên phải gánh chịu thiệt hại do lũ lụt

gây ra như phá hủy cơ sở hạ tầng, gây ngập lụt trên diện rộng, làm đình trệ sản


xuất, ngoài ra còn gây mất mát về người và tài sản của nhân dân và nhà nước.


Đặc biệt, thành phố Huế do địa hình thấp nên bị ngập trong nước lũ làm hư hỏng

di tích lịch sử, gây tổn hại đến di sản văn hóa của đất nước và thế mạnh du lịch


của tỉnh. Điển hình như trận lũ tháng 11 năm 1999 đã gây ngập lụt trên diện rộng,


làm chết 358 người, ước tính tổng thiệt hại về kinh tế lên tới 1.738 tỷ đồng, gây


phá hủy nhiều công trình, cơ sở hạ tầng, làm sập nhiều nhà dân.


Do vậy, "Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán mô phỏng lũ tràn đồng trên hệ

thống sông Hương tỉnh Thừa Thiên Huế" là rất cần thiết, đang là mối quan tâm


của các nhà quản lý và những người làm khoa học.


2. Mục đích của đề tài


+ Phân tích nguyên nhân gây ngập lụt trên hệ thống sông Hương.


+ Nghiên cứu mô phỏng chi tiết tình trạng ngập lụt trên toàn hệ thống.




mục lục


Trang

Lời cảm ơn . 2


Danh mục bảng . 5


Danh mục hình 7


Mở đầu .9


Chương 1. Tổng quan về các mô hình và những nghiên cứu trước đây . 11


1.1. Một số mô hình mưa rào - dòng chảy thông dụng 11

1.1.1. Mô hình đường đơn vị .11

1.1.2. Mô hình TANK 13

1.1.3. Mô hình SSARR .14

1.1.4. Mô hình NAM 15

1.2. Một số mô hình thủy lực thông dụng .16

1.2.1. Mô hình VRSAP .17

1.2.2. Mô hình HEC-RAS .19

1.2.3. Mô hình MIKE 11 20

1.2.4. Mô hình MIKE 21 23

1.2.5. Mô hình MIKE FLOOD .25

1.2.6. Một số mô hình khác 28

1.3. Những nghiên cứu trước đây về lưu vực .30

1.4. Nhận xét .32

Chương 2. Tổng quan về lưu vực sông Hương . 34


2.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực .34

2.1.1. Vị trí địa lý .34

2.1.2. Đặc điểm địa hình .35

2.1.3. Đặc điểm địa chất .39

2.1.4. Thảm phủ thực vật 40

2.1.5. Đặc điểm khí tượng 42

2.1.6. Đặc điểm thủy văn 47

2.2. Tình hình mưa - lũ trên hệ thống sông Hương .52

2.2.1. Mưa lũ và các hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn .52

2.2.2. Tổ hợp mưa lũ trên 3 nhánh sông 53

2.2.3. Đặc điểm dòng chảy lũ .55


2.3. Các công trình tác động đến dòng lũ .59

2.4. Tình hình dân sinh kinh tế .62

2.5. Nhận xét .64

Chương 3. Tính toán thủy lực hệ thống sông Hương

bằng mô hình kết hợp 1 và 2 chiều 65

3.1. Tình hình tài liệu .65

3.1.1. Tài liệu chuỗi thời gian .65

3.1.2. Dữ liệu địa hình và không gian .67

3.2. Thiết lập mô hình một chiều MIKE 11 69

3.2.1. Phạm vi mô phỏng MIKE 11 69

3.2.2. Thiết lập mô hình thủy lực mạng sông 71

3.2.3. Mô phỏng, hiệu chỉnh sơ bộ 75

3.3. Thiết lập biên trên cho mô hình MIKE 11 .78

3.3.1. Phân chia lưu vực 78

3.3.2. Xác định trọng số các trạm quan trắc 79

3.3.3. Hiệu chỉnh mô hình 80

3.3.4. Xác định thông số .81

3.3.5. Kết quả mô phỏng mưa - dòng chảy 83

3.3.6. Kết nối mô hình NAM với mô hình MIKE 11 .84

3.4. Thiết lập mô hình hai chiều MIKE 21 .86

3.4.1. Thiết lập bản đồ cao độ số Bathymetry .86

3.4.2. Các thông số cơ bản của mô hình 88

3.4.3. Điều kiện biên của mô hình 89

3.4.4. Mô phỏng sơ bộ 91

3.5. Hiệu chỉnh mô hình MIKE FLOOD với trận lũ 11/2004 91

3.5.1. Thiết lập các kết nối 91

3.5.2. Mô phỏng và hiệu chỉnh mô hình 94

3.5.3. Kết quả mô phỏng 98

3.6. Kiểm định mô hình MIKE FLOOD với trận lũ 11/1999 102

3.6.1. Kiểm định mô hình .102

3.6.2. Kết quả mô phỏng 105

3.6.3. So sánh kết quả tính toán 109

3.6.4. Nhận xét, đánh giá trận lũ tháng 11/1999 112

Kết luận 113

Tài liệu tham khảo 116


Phụ lục





Danh mục bảng


Trang

Bảng 2.1.1. Lượng mưa trung bình nhiều năm tại các trạm đo 44


Bảng 2.1.2. Lượng mưa lớn nhất năm 1999 46


Bảng 2.1.3. Thống kê số trận bão đổ bộ vào Việt Nam từ năm 1891 đến 1999 . 46


Bảng 2.1.4. Các đặc trưng thủy văn tại một số tuyến quan trắc . 48


Bảng 2.1.5. Diện tích úng ngập tại Thừa Thiên Huế một số năm 49


Bảng 2.2.1. Chênh lệch thời gian xuất hiện các trận mưa lũ lớn nhất hàng năm

của 3 trạm mưa đại biểu . 54


Bảng 2.2.2. Thống kê mực nước lũ các năm tại Thừa Thiên Huế 57


Bảng 2.2.3. Lưu lượng lũ lớn nhất chính vụ trên sông Hương . 57


Bảng 2.2.4. Lũ tiểu mãn thực đo trên sông Hương . 58


Bảng 2.2.5. Mực nước lớn nhất trên sông Hương qua các trận lũ lớn . 58


Bảng 2.2.6. Mực nước lũ lớn nhất dọc sông Hương . 58


Bảng 2.3.1. Thông số của một số công trình trên hệ thống 62


Bảng 3.1.1. Các trạm quan trắc khí tượng . 65


Bảng 3.1.2. Các trạm quan trắc thủy văn 66


Bảng 3.2.1. Thông số mạng lưới sông tính toán . 71


Bảng 3.2.2. Thống kê mặt cắt trên hệ thống . 73


Bảng 3.2.3. Biên trong mô hình thủy lực MIKE 11 74


Bảng 3.3.1. Diện tích các tiểu lưu vực . 79


Bảng 3.3.2. Các thông số của mô hình NAM . 82


Bảng 3.3.3. Kết quả mô phỏng dòng chảy từ mô hình NAM năm 2004 . 83


Bảng 3.3.4. Danh sách nối mô hình NAM vào mô hình MIKE 11 . 84


Bảng 3.5.1. Các kết nối trong mô hình MIKE FLOOD . 91


Bảng 3.5.2. Giá trị mực nước và lưu lượng lũ lớn nhất tại một số vị trí 98


Bảng 3.5.3. Chỉ tiêu đánh giá sai số giữa thực đo và tính toán

tại trạm Phong Bình trên sông Ô Lâu 99



Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán mô phỏng lũ tràn đồng trên hệ thống sông Hương, tỉnh Thừa Thiên Huế