I   Trang chủ   I  Thảo luận   I  Thông tin phản hồi   I  English
 
Giới thiệu
Đặc điểm lưu vực
Nguồn nước
Nông nghiệp
Công trình thuỷ lợi
Quản lý khai thác
Phòng chống lụt bão và giảm nhẹ thiên tai
Thuỷ điện
Thuỷ sản
Giao thông
Xây dựng đô thị hạ tầng cơ sở
Quy hoạch
Khoa học công nghệ
Hợp tác quốc tế
Các hoạt động của văn phòng Ban
Bản tin
Văn bản pháp quy


Số lượt truy cập





_Weblink
 
 
 
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THUỶ LỰC 2 CHIỀU TRONG QUY HOẠCH QUẢN LÝ VÙNG NGẬP LŨ - GIẢM NHẸ THIÊN TAI
 

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THUỶ LỰC 2 CHIỀU TRONG QUY HOẠCH QUẢN LÝ VÙNG NGẬP LŨ - GIẢM NHẸ THIÊN TAI  (TS. Tô Trung Nghĩa, Ths. Thái Gia Khánh, Ths. Nguyễn Huy Phương- Viện Quy Hoạch Thuỷ lợi)

 Tóm tắt: Báo báo trình bày ứng dụng của mô hình thuỷ lực 2 chiều trong công tác quy hoạch quản lý vùng ngập lũ cho tỉnh Quảng Ngãi. Những năm gần đây, lũ lụt đã ảnh hưởng nặng nề đến đời sống và sự phát triển của vùng, gây ra nhiều thiệt hại về người và tài sản. Chính phủ Úc (qua AusAID) và Chính phủ Việt Nam cùng tài trợ cho dự án giảm nhẹ thiên tai Quảng Ngãi nhằm giảm nhẹ thiệt hại và thức đẩy phát triển dài hạn trong lưu vực. Một hợp phần của dự án là tiến hành quy hoạch quản lý vùng ngập lũ hạ du.

Mô hình 2 chiều được thiết lập đã sử dụng bộ phần mềm SOBEK của Delft (Hà Lan). Mô hình bao trùm một khu vực rộng 700km2 với hơn 600.000 dân. Những trình bày tập trung vào những giải pháp mới trong việc thiêt lập các mô hình thuỷ lực diện rộng cho vùng ngập lũ với nhiều đặc tính thuỷ lực quan trọng.

Abstract: The paper describes the application of two-dimensional hydraulic models as part of a floodplain management planning process for Quang Ngai Province.  In recent years significant flooding has caused many deaths and large losses, which have had the effect of limiting prospects for this already disadvantaged and vulnerable community.  The Government of Vietnam and Austraila (AusAID)  are jointly funding the Quang Ngai Natural Disaster Mitigation Project which aims to reduce vulnerability and improve the long-term prospects in the region.  One component of this project is the development of floodplain management plans for the river systems of the densely populated and flood affected low land areas.

Two hydraulic models were developed using SOBEK from Delft|Hydraulics.  These covered a total area of over 700km2 containing a population of over 600,000 people.  Discussion focuses on the innovative solutions applied to the challenges of developing large-scale models on a floodplain containing many features of hydraulic significance

 1. Giới thiệu chung

Mô hình thuỷ lực 2 chiều được ứng dụng cho hai vùng ngập lũ hạ lưu hai sông Trà Bồng và Trà Khúc thuộc Tỉnh Quảng Ngãi. Kết quả của mô hình tính toán được sử dụng trong việc lập quy hoạch quản lý vùng ngập lũ hạ du.

Quy hoạch quản lý vùng ngập lũ là một hợp phần nằm trong dự án “Giảm nhẹ thiên tai Quảng Ngãi” do Chính phủ Australia và Việt Nam cùng tài trợ. Mục tiêu của dự án nhằm giảm nhẹ những tổn hại do lũ lụt gây ra, giúp thúc đẩy quá trình phát triển lâu dài trong lưu vực sông. Viện Quy hoạch Thuỷ lợi được giao làm đối tác của dự án, có nhiệm vụ cung cấp chuyên gia tính toán thuỷ lực cho hợp phần nói trên. Nhiệm vụ của mô hình thuỷ lực là cung cấp các bản đồ ngập lũ, các bản đồ cảnh báo nguy cơ ngập lũ cũng như đưa ra các cảnh báo đối với các tác động của quy hoach sử dụng đất, cũng như phát triển cơ sở hạ tầng đến tình trạng ngập lũ.

Việc sử dụng mô hình thuỷ lực 2 chiều  vào công tác quy hoach quản lý vùng ngập lũ thực sự là một vấn đề mới mẻ. Mô hình SOBEK là một mô hình tiên tiến cũng được sử dụng lần đầu tiên ở Việt Nam. Số liệu sử dụng cho mô hình đòi hỏi rất nhiều thông số và phải có độ chính xác cao. Đây thực sự là thách thức lớn đối với nhóm chuyên gia lập mô hình.

 2. Giới thiệu vùng nghiên cứu

Vị trí nghiên cứu
Quảng Ngãi là một tỉnh thuộc vùng ven biển miền Trung. Với dân số khoảng 1,2 triệu người chủ yếu sống tập trung ở vùng đồng bằng ven biển nhỏ và hẹp. Lũ được hình thành do lượng mưa lớn (do ảnh hưởng của gió mùa hoặc áp thấp nhiệt đới) trên lưu vực. Do địa hình khá dốc, thảm phủ kém do đó tốc độ truyền lũ rất nhanh, lũ có sức tàn phá rất lớn. Hàng năm lũ lụt đã gây thiệt hại nặng nề về người và tài sản. Khoảng 600,000 người bị ảnh hưởng do ngập lũ, đặc biệt một số xã chịu mức ngập hơn 3 m với những trận lũ tần suất 20% và 10%.

Trong vùng nghiên cứu có các hệ thống sông chính gồm: Sông Trà Khúc, sông Vệ và sông Trà Bồng. Tổng diện tích lưu vực lần lượt là 3,250 km2, 1260 km2 và 700 km2 . Các sông chảy theo hướng chính là từ Tây sang Đông cắt qua phần đồng bằng hạ lưu ven biển với chiều rộng từ 10 đến 16 km.

Mùa mưa lũ ỏ Quảng Ngãi bắt đầu từ giữa tháng 9 đến tháng 12, lượng mưa bình quân hàng năm khoảng 2400 mm ở vùng ven biển, vào mùa mưa lượng mưa chiếm 73% lượng mưa bình quân năm (1760 mm).

Sự kết hợp áp lực giữa nghèo đói và thiên tai hàng năm là bão lũ  thực sự là một trở ngại rất lớn đến sự phát triển của vùng này. Chẳng hạn, trong 5 năm từ năm 1996 đến năm 2000, thiên tai (phần lớn là lũ lụt) đã làm cho 325 người chết, làm ngập 207.000 ngôi nhà, trong đó có 5.500 ngôi nhà bị phá huỷ, làm hư hại và phá hỏng 1.400 phòng học. Tổng thiệt hại vượt quá 120 triệu USD. Những người nông dân nghèo thường là những đối tượng chịu tác động năng nề nhất của thiên tai, bởi họ không đủ khả năng tiếp nhận những tác động như mất hay hỏng nhà cửa, mất gia súc và cây trồng…

Chính vì lẽ đó việc lập một quy hoạch quản lý ngập lũ là điều hết sức cần thiết. Những kịch bản phát triển của vùng (phát triển giao thông, thuỷ lợi, công nghiệp, đô thị, sử dụng đất…) đều được đưa vào nghiên cứu nhằm cảnh báo và tránh được những nguy cơ có thể xảy ra do lũ. Đảm bảo cho sự phát triển bền vững trong lưu vực.

 

 3. Giới hạn của mô hình

Giới hạn mô hình sông Trà khúc và sông Vệ
Vùng ngập lũ của sông Trà Khúc và sông Vệ được nối với nhau bởi một hệ thống sông rạch phức tạp (hình 2). Tổng diện tích bị ảnh hưởng do lũ khoảng 350 km2.

Vùng đồng bằng hạ du sông Trà Bồng nằm cách thị xã Quảng Ngãi 20 km về phía Bắc, đây là hệ thống sông độc lập (hình 3), diện tích bị ảnh hưởng bởi lũ hàng năm là 75 km2.

Hiện tượng ngập lũ trong cả hai hệ thống sông đều bị tác động rất lớn từ hai hệ thống đường sắt và đường bộ. Phần lớn các khối đắp này chắn ngang hướng dòng chảy của nước lũ. Thêm vào đó hệ thống cầu và cống qua đường dành cho thoát lũ còn thiếu và chưa đủ độ lớn, các công trình xây dựng bám dọc theo các con lộ cũng làm cản trở thoát lũ, làm cho mực nước lũ dâng cao.

Một yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình thoát lũ đó là hệ thống kênh tưới nổi, hệ thống đê bảo vệ cho khu đô thị và việc phát triển nuôi trồng thuỷ sản vùng cửa sông cũng tham gia vào quá trình ngập lũ trong các lưu vực.

 
 
 
Giới hạn  mô hình Sông Trà Bồng
Cùng với sự phát triển của cả nước, trong những năm gần đây Quảng Ngãi cũng có những bước phát triển mạnh về kinh tế, việc phát triển tập trung nhiều ở vùng đồng bằng hạ du, chính vì vậy đã có nhiều khu công nghiệp đã và đang được hình thành, kèm theo nó là hệ thống cơ sở hạ tầng: đường xá, khu đô thị mới, hệ thống đê bảo vệ… được hình thành. Việc lựa chọn mô hình thuỷ động lực học 2 chiều là một sự lựa chọn thích hợp nhất để mô phỏng được quá trình lũ tự nhiên cũng như mô phỏng được các phương án phát triển trong lưu vực.

 

 

 

4. Thiết lập mô hình4. 44

4.1   Mô hình thuỷ lực.

Sự lựa chọn mô hình thuỷ lực được đánh giá bằng nhiều tiêu chí như: Giá cả, độ ổn định, tốc độ tính toán, khả năng mở rộng…, sau khi cân nhắc bộ sản phẩm mô hình SOBEK đã được lựa chọn. SOBEK là một phần mềm mô hình hoá có thể tính toán kết hợp sơ đồ tính 2 chiều.kết hợp với 1 chiều và quá trình mưa trên lưu vực. Toàn bộ các thao tác với mô hình được thông qua dao diện GIS rất thân thiện với người sử dụng.

SOBEK có 7 module và việc kết hợp các module này với nhau tạo ra ba sản phẩm cơ bản của SOBEK đó là: SOBEK RURAL, SOBEK URBAN và SOBEK-RIVER. cụ thể như sau:

 

Sản phẩm

MODULE

SOBEK

RURAL

SOBEK

URBAN

SOBEK

-RIVER

Thuỷ lực (FLOW)

X

X

X

Mưa dòng chảy (RR)

X

X

 

Chất lượng nước (WQ)

X

 

X

Vận hành thời gian thực (RTC)

X

X

 

Vận chuyển bùn cát (ST)

 

 

X

Hình thái sông (MOR)

 

 

X

Xâm nhập mặn (SI)

 

 

X

 

Trong dòng sản phẩm SOBEK RURAL, module thuỷ lực đã được tích hợp mô hình 1 chiều và 2 chiều với nhau được gọi là SOBEK-Overland Flow. Mô hình này tính toán thuỷ lực của vùng ngập lũ (Độ sâu, vận tốc…), kết quả của mô hình được ứng dụng trong nhiều nghiên cứu như:Quy hoạch phòng chống lũ, phân tích vỡ đập, quản lý thiên tai, quy hoạch tái định cư, phân tích thiệt hại do lũ, quy hoạch cơ sở hạ tầng, phát triển nông thôn….

Số liệu chính cho mô hình bao gồm: Số liệu thuỷ văn (mực nước và lưu lượng tại các biên), số liệu địa hình (mô hình cao độ số DEM). Số liệu về độ nhám.

Kết quả của mô hình sẽ là mực nước, lưu lượng, và vận tốc dòng chảy tại từng điểm theo thời gian.

Một trong những vấn đề đã được cân nhắc đó là việc chọn kích thước cho ô lưới chữ nhật cho mô hình cao độ số DEM. Kích thước ô lưới càng nhỏ kết quả càng chính xác, nhưng tốc độ tính toán sẽ tăng lên rất nhiều. Với tiêu chí thời gian tính toán cho mỗi phương án là 12 giờ,  sau nhiều lần thử nghiệm số ô lưới cần thiết là 350.000 ô và kích thước cho mỗi ô lưới của mô hình sông Trà Bồng và Trà Khúc lần lượt là 30m x 30 m và 50 m x 50m. Thời gian tính toán hết khoảng 10 giờ để mô phỏng trận lũ trong 75 giờ (với máy tính Dell Xeon 3.1GHz).

4.2   Thiết lập mô hình.

Tài liệu địa hình dùng để thiết lập mô hình cao độ số DEM được lấy từ nhiều nguồn. Một nguồn chính là từ bình đồ khu tưới của Đập Thạch Nham. Tổng số điểm địa hình thu thập được khoảng 30.000 điểm. Mật độ các điểm lần lượt là 40 và 51 điểm trên 1 km2 ở lưu vực Trà Khúc và Trà Bồng. Trong khi đó với kích thước của mỗi ô lưới tính toán được nêu trên là 50 m và 30 m thì số điểm cao độ trong mô hình đòi hỏi 400 điểm và 1100 điểm trên 1 km2.  Tuy mức độ chi tiết của số liệu khá thưa, song chấp nhận được đối với quy hoạch vùng ngập lũ có diện tích lớn. Ngoài ra các số liệu địa hình cần phải chi tiết như lòng dẫn các sông, các khối đắp nổi trong lưu vực đều được đo đạc thêm rất chi tiết.

Một trở ngại trong quá trình xử lý địa hình đó là tài liệu được đo đạc trong nhiều hệ toạ độ (hệ toạ độ HN72, VN2000, hệ toạ độ giả định..) và cao độ khác nhau (Hệ HN72, hệ cao độ Thạch Nham, giả định..). Các số liệu đã được sử lý và chuyển về hệ cao độ và toạ độ quốc gia (VN2000).

Có 97 cống thoát nước và cầu nhỏ được trực tiếp đưa vào mô hình qua một phần mềm dựa trên quan hệ giữa khẩu độ của các cống và kích thước của ô lưới, phương dòng chảy trong mô hình và hệ số nhám Manning n.

Số liệu về độ nhám được thiết lập dự trên bản đồ hiện trạng và phương hướng sử dụng đất của Tỉnh Quảng Ngãi. Các loại đất khác nhau như: đất trồng lúa, đất rừng, khu dân cư, khu công nghiệp… được gán các giá trị độ nhám n khác nhau và được chuyển thành số liệu dùng cho mô hình thông qua Vertical Mapper™ và MapInfo®.

Số liệu thuỷ văn dùng cho mô hình được tính toán trực tiếp từ mưa thông qua mô hình mưa dòng chảy và từ các sô liệu thực đo của các tram thuỷ văn có trên lưu vực.

Các số liệu địa hình gồm toạ độ và cao độ của các điểm địa hình được xử lý bằng phần mềm Surfer® , Vertical Mapper™ và MapInfo®. Ngoài ra khoảng hơn một chục phần mềm do nhóm chuyên gia thuỷ lực phát triển dùng để xử lý tài liệu địa hình.

4.3   Hiệu chỉnh mô hình.

Mô hình thuỷ lực lũ cho hai lưu vực sông Trà Bồng và Trà Khúc được kiểm định bằng trận lũ tháng 11 năm 1999. Các tài liệu về mực nước lũ được thu thập từ 32 cột báo lũ được xây dựng trên lưu vực và 583 điểm được khảo sát ngay sau khi trận lũ xảy ra.

Tài liệu về dòng chảy sử dụng trong mô hình được tính toán trực tiếp từ tài liệu mưa, được kiểm định với tài liệu thực đo trong các trạm đo thuộc hai lưu vực Trà Bồng và Trà Khúc.

Lưu lượng đỉnh lũ của trận lũ 1999 lần lượt là 10,700 m3/s, 2,600 m3/s and 1,900 m3/sầtị sông Trà Khúc, Sông Vệ và Trà Bồng.

 5. Các phương án tính toán

Rất nhiều phương án tính toán được đưa vào trong mô hình. Các trận lũ có tần suất 1%, 5%, 10% và 20% được đưa vào tính cho các phương án. Các phương án phát triển khác nhau cũng được mô phỏng: Các khu công nghiệp, san lấp vùng ngập lũ để xây dựng khu đô thị mới, xây dựng các tuyến đường, đê, kè, cảng neo trú tàu thuyền….

Kết quả tính toán được thể hiện bằng các bản đồ: bản đồ độ ngập sâu, bản đồ cảnh báo vùng nguy hiểm (vận tốc dòng chảy x độ sâu), bản đồ vận tốc dòng chảy….

 

6. Kết luận và kiến nghị

6.1Kết luận

Mô hình thuỷ lực hai chiều thực sự là một công cụ hữu ích trong công tác quy hoạch phòng chống lũ giảm nhẹ thiên tai. Phạm vi ứng dụng của mô hình rất lớn: tái định cư, quy hoạch hạ tầng, quy hoạch phòng chống lũ….

Để áp dụng mô hình 2 chiều trong điều kiện nước ta đòi hỏi phải sử lý số liệu đầu vào rất phức tạp đặc biệt là tài liệu địa hình (yếu tố quan trọng nhất trong mô hình) bởi sự thiếu đồng bộ và thiếu cả đo đạc. Vì vậy các tiện ích được lập trình để sử lý tài liệu địa hình đã đóng góp rất nhiều vào thành công của mô hình. Các tiện ích này còn có thể được ứng dụng cho các lưu vực khác.

Thiết lập mô hình 2 chiều tốn kém hơn nhiều so với mô hình 1 chiều, tuy nhiên nó lại cho những kết quả mà mô hình 1 chiều không thể có được giúp ích rất nhiều cho công tác quy hoạch nói chung và quy hoạch lũ nói riêng Giảm thời gian và chi phí cho các hoạt động đánh giá tác động của quy hoạch. Mọi hoạt động làm thay đổi hình thái của lưu vực đều có thể mô phỏng trên mô hình 2 chiều đã được lập, và kết quả kiểm tra trên mô hình được đưa ra rất nhanh, hỗ trợ việc ra quyết định của nhà quản lý….

Từ kết quả của mô hình các bản đồ: bản đồ ngập lũ, bản đồ độ sâu ngập, bản đồ phân bố vận tốc, hướng thoát lũ và bản đồ mức độ nguy hiểm…. được đưa ra phục vụ được cho nhiều lĩnh vực và nhiều ngành khác nhau.

Trong quá trình sử dụng mô hình, hàng loạt các phần mềm hỗ trợ đã được áp dụng. Công nghệ GIS được sử dụng một cách tối đa. Đây là các công cụ không thể thiếu khi xây dựng mô hình thuỷ lực hai chiều. Công nghệ GIS phát triển đã giúp nâng cao chất lượng của các đồ án quy hoạch.

6.2   Kiến nghị

Để sử dụng tài liệu địa hình đồng bộ và cho nhiều mục đích, các dự án có đo đạc bình đồ cần sử dụng hệ toạ độ quốc gia (VN2000) thay vì có dự án vẫn dùng hệ toạ độ giả định hoặc hệ toạ độ cũ (HN72)

Ngoài việc tính toán nghiên cứu dòng chảy trong một khu vực nhỏ (một đoạn sông để đánh giá xói lở) với ô lưới tính toán nhỏ (1m hay nhỏ hơn), Sobek còn được sử dụng lập mô hình 2 chiều với tỷ lệ lớn (một lưu vực). Đặc biệt rất thích hợp khi áp dụng tính toán bài toán thuỷ lực ngập lũ cho các vùng thuộc miền Trung và đồng bằng sông Cửu long, nơi mà hệ thống đê hầu như không có, nước lũ chảy tràn trên một diện rộng.

Việc kiểm định mô hình 2 chiều rất phức tạp (rất nhiều so với 1 chiều) vì vậy cần sử dụng một phần mềm cho phép tự động hoá kiểm định mô hình trong giai đoạn tính toán ban đầu. Hiện nay đã có một số phần mềm như vậy. Trong thời gian tới khi áp dụng Sobek cần phải nghiên cứu và ứng dụng việc kiểm định nói trên.

7. Tài Liệu tham khảo

I.F. Wood, S.E. Murphy, N.H. Phuong. Disaster Mitigation in Central Vietnam:
Application of Two-dimensional Hydraulic Models, 8th National Conference on Hydraulics in Water Engineering, Brisbance, Australia (2004)

Doherty, J. (2002).  PEST Model-Independent Parameter Estimation, Watermark Numerical Computing, 279p.

MapInfo Professional Version 7.0 User’s Guide, MapInfo Corporation, 2002, Troy, New York, 759p.

Surfer Version 8 User’s Guide, Golden Software Inc, 2002, Golden, Colorado, 640p.

Vertical Mapper User Guide, Northwood Technologies Inc and Marconi Mobile Ltd, 2001, Canada, 243p.

 

 
CÁC TIN KHÁC
  ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THUỶ ĐỘNG LỰC HỌC MIKE 11 PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ NGUỒN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG HỒNG
  CÔNG TÁC KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

 

 
TIN VẮN
 
HyperLink
HyperLink
HyperLink

_ Tools
  Acrobat pdf
  Mapinfo pro


 
Văn phòng ban Quản lý Quy hoạch lưu vực sông Hồng-sông Thái Bình * Viện Quy hoạch Thuỷ Lợi
162A Trần Quang Khải, Hà nội, Việt Nam\Điện thoại: 84-4 8267020 Fax: 84-4 8252807 Email:iwrp.hanoi@hn.vnn.vn