Giáo trình quản lý và sử dụng hợp lý tài nguyên nước phần 2 PGS TS hoàng hưng

Những nguyên nhân chủ yếu hình thành lũ quét ở Việt Nam: - Tổ hợp bất lợi của những hiện tượng thời tiết: bão, áp thấp nhiệt đới, không khí lạnh, cao áp Thái Bình Dương, hội tụ nhiệt đới

Chương IV LŨ LỤT VÀ DÒNG CHẢY LỚN NHẤT

I NHỮNG KHÁI NIỆM VỀ LŨ LỤT

Lũ lụt là kết quả của những tác động tổ hợp của nhiều yếu tố như khí hậu thời tiết, dòng chảy, địa hình địa mạo, thảm thực vật… của một vùng rộng lớn có khi trên một lưu vực nhỏ mà biểu hiện của nó là sự thay đổi về cường suất mực nước (

dt

dh) về tốc độ dòng chảy, về độ sâu ngập nước và phạm vi bị ngập

Lu õ: Thường có cường suất mực nước từ lớn đến rất lớn, lũ thường xuất hiện ở các sông suối Nếu ở những lưu vực có độ dốc lớn như sông ngòi miền Trung và các sông miền núi phía Bắc hoặc lòng sông bị ràng buộc bởi những hệ thống đê điều như sông Hồng và sông Thái Bình

Lụt : Lụt thường có cường suất mực nước ( )

dt

dh nhỏ chỉ vài cm/ngày hoặc vài chục cm/ngày Phạm vi bị ngập lớn, độ sâu ngập lụt lớn, thời gian bị ngập kéo dài từ vài ngày đến vài tháng

Ví dụ: Trận lụt năm 2000 ở ĐBSCL ( )

dt

dh

≅ 30 ~ 40cm/ngày(đây là trận lũ có cường suất mức nước lớn nhất)

II LŨ QUÉT

Trong những năm gần đây trên một số lưu vực nhỏ ở miền núi thường xảy ra lũ quét có sức tàn phá ghê gớm-gây cho nhân dân những vùng xảy ra lũ quét những mất mát đau thương về người và của khá nghiêm trọng Những trận lũ quét xảy ra ở Hà Tĩnh (1980), Sơn La (1991), Lai Châu (1990, 1991), Quảng Bình (1992), sông Dinh (Bình Thuận) (1999), Túy Loan (Đà Nẵng) (1999) và đặc biệt nghiêm trọng là trận lũ quét xảy ra lúc 3 giờ sáng ngày 3 tháng 10 năm 2000 tại suối Nậm Coóng (xã Nậm Cuối) (huyện Sình Hồ, tỉnh Lai Châu) mang tính chất hủy diệt cả một địa phương làm chấn động dư luận cả nước

Thế nào là lũ quét (Flash flood)? Đây là một loại lũ xảy ra trên diện hẹp, xuất hiện rất bất ngờ, thời gian kéo dài rất ngắn, tốc độ dòng chảy rất lớn, Vmax = 5 ÷ 6 m/giây Nó có thể cuốn trôi tất cả những gì sẵn có trên đường nó đi qua mà phần lớn là

bùn, đất, cây cối Vì vậy lũ quét có khi còn đi kèm với lũ bùn đá!

Nói chung lũ quét có sức tàn phá rất kinh khủng…

Ví dụ: Trận lũ quét xảy ra ngày 4-10-1978 trên lưu vực sông Công, sức tàn phá được mô tả như trận bom B52 Lũ đã tàn phá hai xã Hồng Sơn và Tân thái, huyện Đại Từ, Bắc Thái, cuốn trôi 210 nóc nhà, làm chết 40 người, 20 đập thủy lợi bị phá vỡ, 12 trạm bơm bị hư hỏng hoàn toàn Lũ cuốn trôi cả một cầu sắt nặng hơn 100 tấn

Hoặc trận lũ xảy ra trên sông Nậm Lang (7-6-1990) Lai Châu làm chết 76 người Trận lũ xảy ra tại sông Nậm La (27-7-1991), thị xã Sơn La, làm chết 32 người; hàng nghìn ngôi nhà bị cuốn trôi, thiệt hại ước tính hơn 30 tỷ đồng

Những nguyên nhân chủ yếu hình thành lũ quét ở Việt Nam:

- Tổ hợp bất lợi của những hiện tượng thời tiết: bão, áp thấp nhiệt đới, không khí lạnh, cao áp Thái Bình Dương, hội tụ nhiệt đới…

- Những hiện tượng thời tiết nêu trên thường đem đến một lượng mưa lớn, tập trung trong một thời gian ngắn tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành dòng chảy lũ

- Nhân tố mặt đệm: cây rừng bị tàn phá

Nếu nói:

Mưa là điều kiện cần thiết để tạo nên dòng chảy lũ thì mặt đệm là điều kiện đủ để góp phần hình thành lũ quét Yếu tố mặt đệm chi phối mạnh mẽ đến quá trình hình thành lũ quét Bởi vì mặt đệm ảnh hưởng rất lớn đến lượng tổn thất dòng chảy lũ Lượng tổn thất này bao gồm quá trình thấm, bốc hơi, điền đầy, và sự kìm hãm dòng chảy bởi lớp phủ thực vật

Có thể nói: Tính chất của đất và hình thái mặt đất là nhân tố chủ yếu cấu thành mặt đệm

Hàng bao đời nay: đất vốn là một loại tài nguyên vô cùng quý giá mà con người luôn khai thác để phục vụ cho sự tồn tại và phát triển cho chính mình

Song những tác động thiếu ý thức, thiếu khoa học của con người đã làm cho kết cấu của đất, hình thái mặt đất ngày càng phát triển theo một chiều hướng bất lợi cho việc giảm thiểu dòng chảy lũ, tạo nguy cơ cho lũ quét, lũ bùn đá hình thành Vùng đồi núi nước ta có khoảng 26,5 triệu ha đất (chiếm 79% diện tích tự nhiên) Ở đó có khoảng 25 triệu người thuộc 50 dân tộc anh em đang sinh sống, trong đó có khoảng 2 triệu người còn sống theo lối du canh du cư (80% thu nhập dựa vào nương rẫy) Tình trạng nghèo đói, lạc hậu và dân số phát triển nhanh đã

dẫn đến việc sử dụng đất và vốn rừng bừa bãi, hậu quả là dẫn đến việc mở rộng diện tích đất trống, đồi trọc

Ở Tây Bắc nước ta từ năm 1965÷1985 dân số tăng 2,3 lần, kéo theo độ che phủ rừng giảm đi một nửa

Hiện nay diện tích đất trống đồi trọc ở nước ta là 13 triệu ha Quả thật đây là một nguy cơ tiềm ẩn để góp phần tạo ra lũ quét, lũ bùn đá

Vùng núi nước ta chiếm gần

5

4 diện tích tự nhiên Những dòng sông lớn đều được thừa hưởng những cấu trúc cổ từ Trung sinh, để lại như sông Hồng, sông Cửu Long, Đồng Nai, sông Mã, sông Cả… Còn phần lớn là những sông nhỏ và trung bình là kết quả của hoạt động xâm thực sau này Đặc điểm của sông ngòi nhỏ là chiều dài sông ngắn, độ dốc lưu vực và độ dốc lòng sông lớn

Những đặc điểm này có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian tập trung nước và quá trình hình thành lũ Ngoài ra ta còn thấy trên khắp đất nước, nhất là ở vùng núi hầu như rất hiếm gặp những đầm lầy hoặc hồ lớn Hồ và đầm lầy chỉ xuất hiện trong những điều kiện đặc biệt như hồ Ba Bể, hồ Lắc… Chính hồ và đầm lầy có vai trò rất lớn đến quá trình điều tiết dòng chảy lũ

Như vậy nhân tố điều tiết lũ ở sông ngòi nước ta chỉ còn là hình thái mặt đất, tầng phong hóa và rừng

Ở miền Bắc nói chung tầng phong hóa không dày so với miền Nam Theo Blondl, trên cùng một loại granit nhưng lớp phong hóa ở Đà Lạt có thể dày tới 10m, ngược lại ở Lạng Sơn độ dày lớp phong hóa chỉ đạt từ 1 đến 2 mét Điều này có liên quan đến quá trình phong hóa chậm hoặc do hoạt động tân kiến tạo mạnh hơn, tạo ra những hiện tượng xâm thực, sụt lở ghê gớm

Nói chung:

Rừng, đất, tầng phong hóa quyết định lượng tổn thất của mưa Theo kết quả nghiên cứu của trạm dòng chảy Tuyên Quang (F = 0.135 km2 và 0,320 km2) thấy rằng:

Khi mưa liên tục hoặc trước đó một hay hai ngày có mưa thì chỉ cần mưa X ≅ 10mm cũng đủ sản sinh dòng chảy

Nhưng nếu trước đó không mưa hoặc mưa nhỏ thì tổn thất dòng chảy đạt từ 20÷30mm

Theo nghiên cứu của tổng cục KTTV thì tổn thất ổn định ở miền Bắc nước ta khoảng 20÷35 mm

Trên cùng một lưu vực, tuy lượng mưa như nhau nhưng lượng dòng chảy sản sinh ra có khi sai biệt từ 1,5 đến 2 lần

Một vài nét về lũ quét trên thế giới

Trận lũ ngày 23-7-1982 tại Nagasaki (Nhật Bản) kéo dài từ 16 giờ ngày 23 đến 8 giờ ngày 24-7 Thời giờ từ giữa đỉnh mưa và đỉnh lũ không đầy 2 giờ Thời gian nước lên (TL) khoảng 5 giờ Lưu lượng tăng lên từ 5m3/giây đến 500m3/giây Trận lũ tháng 6-1954 trên sông Peos bang Texas Mỹ Tuy cùng một lượng mưa như nhau, nhưng khi sinh lũ quét thì Qmax = 26850 m3/giây, tăng gấp 9 lần so với lưu lượng đã quan trắc được trong

53 năm qua là Qmax = 3285m3/ngày

Trận lũ ngày 16-6-1965 trên rạch

Plum (Colorađo, Mỹ) Diện tích lưu vực

F = 782 km2 với Qmax = 4360m3/giây

gấp 22 lần lưu lượng lũ lớn nhất đã đo

được trong vòng 20 năm trước là Qmax =

218 m3/giây

Sức tàn phá của lũ quét - lũ bùn đá

Giả sử có một đơn vị khối lượng nước nằm ở cao độ Z chảy trên một sườn dốc với chiều dài L có độ dốc là ∝

Vậy công mà khối lượng nước sản sinh trên độ dài L là: T = gsin∝ × L

Giả thiết ma sát trên sườn dốc là không đáng kể (do rừng cây bị tàn phá…) Đến cuối chiều dài sườn dốc L, toàn bộ năng lượng sẽ chuyển thành động năng

Động năng D là: D =

Hình 1.4

V = 31,3m/s

Như vậy, về lý thuyết, tốc độ tại chân dốc là 31m/s

Nếu căn cứ vào công thức kinh nghiệm mà Samốp đã tìm ra để tính tốc độ khởi động cho bùn cát V0 thì: V0 = 3,7 6

1 3

1

h d

Nếu chiều sâu lớp nước h = 5cm, với tốc độ là 31m/giây nó có thể hất tung và

lôi cuốn cả những tảng đá to có đường kính 2600mm tức 2,6m

Rõ ràng nếu sườn dốc càng dài, độ dốc càng lớn thì sức tàn phá của lũ quét thật là khủng khiếp!

Nếu ta liên hệ đến công thức tính lượng bùn cát bị cuốn trôi thì:

G = AL1 , 5(I −K)1 , 5i0 , 75

Ở đây: A: hệ số kinh nghiệm

L: chiều dài sườn dốc I: cường độ mưa I: độ dốc lưu vực K: hệ số thấm (nói chung là tổn thất)

Vì vậy, trên 1 ha mà xói lở 1 cm/năm, thường lượng đất phải mất đi ít nhất 100m3/năm

III PHƯƠNG PHÁP SCS (SOIL CONSERVATION SERVICE METHOD)

Để góp phần làm rõ mối liên quan giữa tính chất của đất, lớp phủ thực vật… với dòng chảy lũ, dưới đây sẽ giới thiệu phương pháp SCS của cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ đưa ra năm 1972 dùng tính tổn thất dòng chảy từ mưa rào để chúng

ta tham khảo

Nếu gọi:

Pc: độ sâu mưa hiệu dụng

P: độ sâu mưa (chưa tổn thất)

Ia: tổn thất ban đầu

Fa: độ sâu thấm liên tục

S: độ sâu cầm giữ tối đa

Ta thấy rằng:

Trong một trận mưa rào, độ sâu mưa hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy trực

c P(mưa hiệu quả) P (độ sâu mưa)

Hình 4.2

tiếp Pc không bao giờ vượt quá độ sâu mưa P

Tương tự như vậy, sau khi hình thành dòng chảy thì độ sâu nước bị cầm giữ trong lưu vực Fa bao giờ cũng nhỏ hơn hoặc bằng độ sâu nước cầm giữ tối đa S nào đó

Lượng mưa Ia bị tổn thất không sinh dòng chảy đó là lượng tổn thất ban đầu (tương tự ho)

Từ đó ta có lượng dòng chảy tiềm năng là (P-Ia)

Trong phương pháp SCS người ta giả thiết rằng: Tỷ số giữa hai đại lượng có thực Pc và Fa bằng với tỷ số giữa hai đại lượng tiềm năng (P-Ia) và S

a I P c P S

a F

−

Từ nguyên lý liên tục của dòng chảy ta có:

Giải ra ta tìm được độ sâu mưa hiệu dụng Pc

s a I P a I P c P

2 ) 2 , 0 (

S P

S P c P

Lập đồ thị quan hệ giữa P và Pc bằng các số liệu của nhiều khu vực, người ta đã tìm ra được họ các đường cong với kiểu dáng như hình 4.4 Dùng các giá trị của họ các đường cong CN (Cuve Number) làm tham số

CN là một số không thứ nguyên, có giá trị trong khoảng 0 ≤ CN ≤ 100 Đối với mặt không thấm hoặc mặt nước: CN = 100 Đối với mặt đất tự nhiên: CN < 100

CN=100 95

75 80

Hình 4.4 Nghiệm của các phương trình dòng chảy của phương pháp SCS

Bảng 4.1 - Phân loại các nhóm độ ẩm của đất thời kỳ trước (AMC) trong tính toán

lượng tổn thất dòng chảy của phương pháp SCS

Mùa không hoạt động Mùa sinh trưởng

Độ ẩm I (khô)

Độ ẩm II (bình thường)

Độ ẩm III (ướt)

Nhỏ hơn 0,5 0,5 - 1,1

Trên 1,1

Nhỏ hơn 1,4 1,4 - 2,1

Trên 2,1

Các số hiệu của đường cong, CN đã được cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ lập thành bảng tính sẵn dựa trên phân loại đất và tình hình sử dụng đất

Đất được phân loại thành bốn nhóm theo định nghĩa như sau:

Nhóm A: cát tầng sâu, hoàng thổ sâu và phù sa kết tập

Nhóm B: hoàng thổ nông, đất mùn pha cát

Nhóm C: mùn pha sét, mùn pha cát tầng nông, đất có hàm lượng chất hữu cơ

thấp và đất pha sét cao Nhóm D: đất nở ra rõ rệt khi ướt, đất sét dẻo nặng và đất nhiễm mặn

Bảng 4-1 cho các giá trị của CN đối với tình hình sử dụng đất khác nhau trên các nhóm đất phân loại kể trên

- Nếu lưu vực được tạo thành bởi nhiều loại đất và có nhiều tình hình sử dụng đất khác nhau, ta có thể tính một giá trị hỗn hợp của CN

Bảng 4.2 Các số hiệu đường cong dòng chảy đối với sự sử dụng đất nông

nghiệp, vùng ngoại ô và trong thành phố (độ ẩm thời kỳ trước theo điều kiện II,

I a = 0,2S)

Mô tả sử dụng đất

Nhóm đất theo phân loại

thủy văn

91 Đất trồng trọt(1): không có xử lý bảo quản

có xử lý bảo quản

Điều kiện tốt

Đất rừng: cây nhỏ, lớp phủ xấu, không có bảo vệ

lớp phủ tốt (2)

Điều kiện tốt: cỏ phủ 75% diện tích hoặc hơn

Điều kiện khá: cỏ phủ 50% đến 75% diện tích

Khu nhà ở (3):

Kích thước trung bình lô đất Số % đất không thấm (4)

Mô tả sử dụng đất

Nhóm đất theo phân loại

thủy văn

1/8 acre hoặc nhỏ hơn 65

¼ acre hoặc nhỏ hơn 38

1/3 acre hoặc nhỏ hơn 30

½ acre hoặc nhỏ hơn 25

1 acre hoặc nhỏ hơn 20

Có lát với lề đường và rãnh thoát nước(5)

(1) Mô tả chi tiết hơn về số hiệu đường cong trong sử dụng đất nông nghiệp

(2) Lớp phủ tốt là lớp phủ được bảo vệ chống thả súc vật và vất rác rưởi

(3) Số hiệu đường cong được tính toán với giả thiết dòng chảy trên mái nhà và đường đi được chảy thẳng tới thành phố với lượng nước nhỏ nhất chảy ra bãi cỏ, tại đó có thể xảy

ra thêm tổn thất thấm

(4) Các diện tích thấm nước còn lại (bãi cỏ) đối với các hiệu số đường cong này được coi là bãi cỏ điều kiện tốt

(5) Trong một số vùng khí hậu ấm áp, có thể dùng số hiệu đường cong là 95

Ví dụ4.1: Theo số liệu của cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ năm 1975, tính lượng dòng chảy từ một lượng mưa 5 inch trên một lưu vực có diện tích 1000 acre, lưu vực có 50% đất thuộc nhóm B và 50% đất thuộc nhóm C Giả thiết độ ẩm thời kỳ trước theo điều kiện II Tình hình sử dụng đất như sau:

40% là đất thổ cư thuộc loại có tỷ lệ diện tích đất không thấm là 30%

12 % là đất thổ cư thuộc loại có tỷ lệ diện tích đất không thấm là 65%

18% là khu đất rộng ngoài trời với 50% có phủ cỏ tương đối tốt và 50% phủ cỏ tốt

Giải:

(Giải thích 1 inch = 2,54 cm, acre = 0,40 ha)

Sử dụng bảng 4.2 để tính giá trị trung bình theo trọng số của số hiệu đường cong

Bảng 4.3

Sử dụng đất Nhóm đất theo phân loại thủy văn

10010

) , x , ( S , P

) S , P (

931805

93120

58

0

2

=+

−

=+

88

2313

010

23

, ,

x ,

, x )

II ( CN ,

) II ( CN

=+

100

=

−

, in

, x ,

) , x , ( S , P

) S , P (

830805

83020

58

0

2

=+

−

=+

Giải:

Ứng với CN = 80, ta có S = (1000/80) –10 = 2,5 in và Ia = 0,2 S = 0,5 in Lượng tổn thất ban đầu đã hấp thụ toàn bộ lượng mưa cho đến khi có P = 0,5 in Đại lượng này bao gồm 0,2 in của mưa xuất hiện trong giờ thứ nhất và 0,3 in của mưa rơi trong giờ thứ hai Với P > 0,5 in, lượng tổn thất liên tụïc Fa được tính bằng phương trình 4.9

S I P

) I P ( S F

a

a a

25250

5052

+

−

=+

) , P ( ,

Ví dụ, sau 2 giờ mưa, lượng mưa lũy tích là = 0,9 in, do đó

Fa

0 , 2 9 0

) 5 , 0 9 , 0 ( 5 , 2+

Tính toán quá trình tổn thất dòng chảy và mưa hiệu dụng bằng phương pháp SCS (ví dụ 4.4)

0 0,20

0

0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50

0,34 0,59 1,05 1,56 1,64 1,65

0,06 0,18 0,76 2,59 3,15 3,21

0,06 0,12 0,58 1,83 0,56 0,06

IV ẢNH HƯỞNG CỦA ĐÔ THỊ HÓA

Trong khoảng từ 15 đến 20 năm trước đây, các nhà nghiên cứu thủy văn đã chú ý đến các hiệu ứng của quá trình đô thị hoá

Những công trình nghiên cứu trước đây trên lĩnh vực này đã quan tâm đến các ảnh hưởng của đô thị hóa đối với lũ trên các lưu vực hứng nước nhỏ trong thành phố Các ảnh hưởng này gây ra đối với quá trình lũ bao gồm sự gia tăng của tổng lượng dòng chảy và lưu lượng đỉnh lũ như mô tả trong hình 4.5

Nói chung, sự thay đổi của chế độ dòng chảy trong các khu vực hứng nước ở đô thị chủ yếu do các nguyên nhân sau gây ra:

1 Thể tích nước mưa cung cấp cho dòng chảy tăng lên do sự gia tăng của các mặt không thấm nước làm giảm nhỏ lượng thấm như các bãi xe, đường phố, nóc nhà

2 Sự thay đổi có hiệu quả về mặt thủy lực của công trình dẫn nước như các hệ thống kênh nhân tạo, cống rãnh thoát nước mưa làm tăng thêm vận tốc dòng nước và lưu lượng đỉnh lũ

Mặt khác, một số kênh rạch bị con người sử dụng bừa bãi như cất nhà ven kênh rạch, đổ rác xuống lòng kênh … làm cho khả năng thoát lũ kém

Ta cũng có thể áp

dụng các phân tích của

phương pháp SCS để xác

định sự gia tăng của dòng

chảy gây ra do đô thị hóa

Ví dụ: Tính lượng

dòng chảy từ một trận mưa

5 inche trên một lưu vực có

diện tích là 1000 acre Đất

gồm 50% thuộc nhóm B và

50% thuộc nhóm C Giả

thiết độ ẩm thời kỳ trước

theo điều kiện II Trước

khi trở thành đô thị, khu

vực là một khu đất ngoài

trời với thảm cỏ khá tốt

Sau khi trở thành đô thị,

tình hình sử dụng đất trong

khu vực được mô tả trong

) S , P (

P c

80

) , x ,

513805

51320

=+

−

Sau khi thành đô thị, ví dụ 4.1 đã cho kết quả Pc = 3,25 inch Vậy ảnh hưởng của đô thị hóa đã gây ra 3,25 – 2,37 = 0,88 inch gia tăng thêm cho dòng chảy từ cùng một trận mưa 5 inch, một tỷ lệ gia tăng 27%

V PHÂN BỐ CỦA TỔN THẤT DÒNG CHẢY THEO THỜI GIAN TRONG PHƯƠNG PHÁP SCS

Cho tới đây, ta mới chỉ tính được độ sâu mưa hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy trực tiếp trong một trận mưa rào

Bằng cách mở rộng phương pháp ở trên, ta có thể tìm được phân bố theo thời gian của tổn thất dòng chảy

Giải các phương trình (4-1) và (4-2) cho Fa (độ sâu thấm liên tục)

S I P

) I P ( S F

a

a a

) dt / dP ( S dt

Trong tính toán áp dụng, lượng tổn thất lũy tích và mưa hiệu dụng có thể được xác định hoặc từ phương trình (4.9) hoặc từ (4.10)

VI MƯA RÀO VÀ CÔNG THỨC TRIẾT GIẢM CƯỜNG ĐỘ MƯA

1 Mưa rào

Mưa rào là loại mưa có cường độ lớn, tập trung trong một thời gian ngắn, diễn

ra trên một diện tích không lớn lắm Đặc điểm của mưa rào là cường độ mưa thay đổi đột ngột theo thời gian

- Đầu trận mưa, cường độ mưa không lớn, chỉ làm ướt mặt đất

- Cuối trận mưa, lượng mưa cũng không lớn, chỉ có tác dụng kéo dài thời gian lũ rút mà thôi

- Giữa trận mưa, cường độ rất lớn, có thể chiếm từ 80-90% tổng lượng mưa cả trận

Năm 1960 Nha Khí tượng (nay là Tổng cục KTTV) đã đề ra tiêu chuẩn mưa rào cho miền Bắc nước ta như sau:

Bảng 4.5

Bảng 4.6: Một số trận mưa lớn trên thế giới và ở Việt Nam

Foc Foc La Reunion 24 giờ 1825mm

giờ ngày 3-11-1999) Truồi (Thừa Thiên Huế) 24 giờ 1630mm

2 Mưa rào đối với xói mòn đất (vận tốc cuối của giọt nước mưa)

Giả thiết có một hạt mưa rơi như hình 6 Rõ ràng sẽ có ba lực tác động lên hạt mưa Đó là trọng lực Fg, lực đẩy Fd, và lực cản lại giọt mưa rơi Fc

Fd do ma sát giữa giọt nước rơi với môi trường không khí chung quanh Nếu giọt nước là một quả cầu đường kính D, thể tích của nó sẽ là

2 1 1 3

t

C

gD V

ρρ

(4.14) Giả thiết giọt nước có dạng hình cầu chỉ có giá trị đối với các giọt có đường kính tới 1 mm

Vượt quá kích thước này, các giọt mưa bẹt dần làm cho mặt cắt ngang có dạng hình bầu dục nhiều hơn (d > 1mm hạt mưa bị bẹt)

Kích thước các giọt như vậy sẽ được đặc trưng bởi đường kính tương đương của một hình cầu có cùng thể tích

Đường kính của các giọt mưa có thể tới 6mm nhưng những giọt có đường kính lớn hơn 3mm đã là không bình thường nhất là trong các trận mưa có cường độ nhỏ Đối với những hạt nước rất nhỏ có đường kính tới 0,1 mm ở trong mây, lực cản ma sát được xác định bởi định luật Stokes với hệ số cản 24

Bảng 4.7

Đường kính hạt D(mm) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 Hệ số cản C c 4,2 1,66 1,07 0,815 0,671 0,517 0,503 0,559 0,660

Bảng 4.7 giới thiệu về hệ số cản đối với các giọt nứơc mưa có dạng hình cầu đường kính là D(mm) dưới điều kiện áp suất không khí chuẩn (101,3 kPa) và nhiệt độ không khí là 20oC

D

FC

Fg Trọng lượngLực đẩy Fđ

Hình 4.6: Mô tả các lực tác động trên một giọt nước mưa

Các lực trên một giọt mưa rơi:

Fg = trọng lượng hạt mưa 3

1

13

ρ

=

a

w d t

998671

03

010819

x

, x ,

Từ đồ thị, ta thấy vận tốc cuối tăng theo kích thước của giọt mưa cho đến một

giới hạn của đường kính vào khoảng 5mm Tại đây, vận tốc cuối đạt xấp xỉ 9m/s

Các tính toán ở trên áp dụng cho điều kiện mặt nước biển càng lên cao, khối lượng riêng ρa của không khí càng giảm và phương trình 4.14 chỉ ra rằng sẽ có sự

Vận tốc cuối (V=9 m/s)

gia tăng tương ứng của Vt Như vậy, giọt mưa rơi nhanh hơn ở vùng có không khí loãng hơn

Dưới áp suất không khí bằng 50kPa và nhiệt độ -100C, giới hạn trên của vận

tốc cuối từ 9m/s tăng lên tới trên 12m/s đôi chút Từ đó ta thấy mối nguy hại của

mưa rào đối với thảm thực vật rất lớn Đồng thời nó cũng góp phần dẫn đến xói

mòn mặt đất

Tỷ trọng riêng của không khí ρa càng lên cao càng giảm vì không khí càng

loãng, do đó tốc độ rơi càng lớn

Chính vì vậy bảo vệ rừng cũng chính là bảo vệ tài nguyên đất

3 Công thức triết giảm cường độ mưa

Qua quan trắc thực tế về hiện tượng mưa rào ta thấy: Các trận mưa có cường

độ rất lớn, thường xảy ra từ 1 đến 2 giờ Cường độ mưa là lượng mưa trong 1 đơn vị thời gian tính bằng (mm/phút) hoặc (mm/giờ).

Trong tính toán thiết kế cần phân biệt cường độ mưa tức thời và cường độ mưa trung bình lớn nhất trong các thời khoảng khác nhau

Nếu gọi HT là lượng mưa trong thời khoảng T thì cường độ mưa trung bình trong thời khoảng đó là:

T

T

H a T

= (mm/phút; mm/giờ) Cường độ mưa tức thời là:

) t

H ( lim

t t

Trong đó ∆Ht là lượng mưa trong khoảng thời gian ∆t

Cường độ mưa trung bình lớn nhất ký hiệu at, trị số này nằm bao đỉnh mưa Cường độ mưa thiết kế là cường độ mưa trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian chảy tụ T của lưu vực với tần suất thiết kế (aTP)

Đường cong biểu thị cường độ mưa trung bình giảm dần theo T ta gọi là đường cong triết giảm

Công thức thể hiện quy luật triết giảm đó do E.I.Becgơ và M.M.Protodiakinop kiến nghị như sau:

) ( n

T T

S

Ở đây: n - chỉ số triết giảm

S - sức mưa hay là cường độ mưa lớn nhất khi T = 1 (Trên thực tế hiện nay còn có nhiều công thức khác để thể hiện quy luật triết giảm cường độ mưa Ở đây tác giả không có điều kiện để giới thiệu hết)

Sức mưa (S) và chỉ số triết giảm (n) được xác định ngược lại từ công thức trên dựa vào tài liệu thực đo của máy tự ghi Thí dụ như công thức trên ta có:

Trong đó aTP: cường độ mưa trung bình lớn nhất ứng với tần suất P

Qua phân tích tài liệu thực đo của Viện Thủy văn Liên Xô người ta cho rằng sức mưa (S) là hàm tuyến tính của lgN

N - thời kỳ xuất hiện lại

Ở đây A và B được các tác giả phân

vùng trên toàn liên bang để tính toán

Các công thức trên giá trị (n) được coi là

hằng số mà không thay đổi theo T Phân tích

tài liệu mưa thực tế phần lớn nhiều vùng ở

miền Bắc nước ta cho thấy chúng có hai giá

trị n1 và n2 khác nhau, nghĩa là có một điểm

chuyển tiếp To như hình dưới đây

Tại Liên Xô: n = C

Tại Việt Nam n1 và n2

Từ đó Cục Thuỷ văn trước đây (nay là Tổng cục Khí tượng Thủy văn) đề xuất một số công thức kinh nghiệm để tính toán cường độ mưa cho những diện tích lưu vực F ≤ 100 km2 thuộc các vùng ở miền Bắc như sau:

Biểu công thức tính cường độ mưa rào cho các vùng lãnh thổ miền Bắc

Bảng 4.8 Bảng phân khu mưa rào của Cục Thủy văn

Khu vực khoảng Thời Cường độ mưa mm/h Cường độ mưa mm/ph

I Lưu vực sông Đà và

thượng nguồn sông

T ( H

Khu vực khoảng Thời Cường độ mưa mm/h Cường độ mưa mm/ph

II Lưu vực các sông

miền núi và trung

It = 0,257 0,80P

t H

IV Các lưu vực từ sông

Mã tới sông Bến

Hải

It = 0,425 0,30

)

T ( H

It = 0,066 0,60P

t H

Ở đây It: cường độ mưa ứng với thời gian t

Hp: lượng mưa lớn nhất ứng với thời gian t Quan hệ T~p theo phân khu mưa rào của Cục Thủy văn

VII DÒNG CHẢY LỚN NHẤT

Lũ là một pha của chế độ dòng chảy sông ngòi có lượng cấp nước lớn nhất trong năm Ở vùng nhiệt đới nguồn cấp nước chủ yếu của sông ở pha nước này là

do mưa Dòng chảy lớn nhất là trị số lưu lượng tức thời hoặc trị số bình quân ngày đêm lớn nhất trong năm Khi tính toán thiết kế ta thường dùng trị số tức thời lớn nhất thường không khác trị số ngày đêm lớn nhất, lúc đó cũng có thể dùng trị số bình quân ngày đêm lớn nhất làm đặc trưng thiết kế

1 Ý nghĩa nghiên cứu và các đặc trưng biểu thị dòng chảy lũ

Nghiên cứu và tính toán dòng chảy lũ có tầm quan trọng chẳng những về thực tế mà còn có ý nghĩa về khoa học

Ý nghĩa khoa học của việc nghiên cứu dòng chảy lũ ở chỗ dòng chảy lũ là dòng chảy lớn đặc trưng của chế độ dòng chảy sông ngòi của một vùng Các đặc điểm cơ bản của dòng chảy lũ như thời gian duy trì lũ, cường độ lên xuống, môđun đỉnh lũ thường có quan hệ chặt chẽ với điều kiện khí tượng và địa lý tự nhiên của lưu vực, nó phản ánh sự thay đổi theo không gian và theo thời gian của các nhân tố đó

Ý nghĩa thực tế của việc nghiên cứu dòng chảy lũ là số liệu quan trọng cho thiết kế các công trình Thiết kế với trị số nước lũ thiên nhỏ sẽ dẫn đến công trình có thể bị phá hoại Thiết kế với một trị số nước lũ thiên lớn, kích thước các công trình chứa lũ, xả lũ lớn sẽ gây ra lãng phí và làm cho hiệu ích công trình giảm thấp

2 Các nhân tố ảnh hưởng tới dòng chảy lớn nhất

Các nhân tố ảnh hưởng tới dòng chảy lũ có thể phân thành hai loại chính đó là nhân tố khí tượng và nhân tố mặt đệm

Trong nhân tố khí tượng, mưa rào có tác dụng quyết định, cung cấp nguồn dòng chảy Nhân tố mặt đệm ảnh hưởng tới quá trình tổn thất và quá trình tập trung dòng chảy

Chế độ mưa ở nước ta rất phong phú, có tới trên 80% lượng mưa trong năm tập trung vào mùa mưa, số ngày mưa có thể đạt 80÷120 ngày Mưa mùa hạ thường có cường độ lớn, lượng mưa cũng khá lớn, đặc biệt là mưa dông, nhưng mưa dông thường diễn ra trên diện tích không lớn trong một thời gian ngắn, vì vậy thường có ảnh hưởng tới sự hình thành dòng chảy lũ trên lưu vực nhỏ Đối với lưu vực lớn, lũ thường do tổ hợp của nhiều hình thái thời tiết như dông, bão, đường đứt, hội tụ nhiệt đới, rãnh thấp Những hình thái này thường diễn ra liên tục và bao trùm một diện tích lớn, làm cho mực nước sông cao và duy trì trong thời gian dài, dễ dàng sinh lũ lớn

Ví dụ: Trận lũ lớn trên sông Hồng tháng 7 năm 1971 là do xoáy thấp trên dải hội tụ kết hợp với bão gây nên, lượng mưa phân bố trên diện tích rộng, lượng mưa từ 100÷200mm trở lên chiếm tới 43,2% diện tích lưu vực, nơi có lượng mưa từ 400÷500mm cũng không nhỏ

Xét trong một trận mưa thì cường độ mưa tức thời luôn luôn thay đổi, tuy thời gian duy trì cường độ mưa lớn không dài nhưng có tác dụng quyết định hình thành lưu lượng đỉnh lũ Ở nước ta, những trận mưa dài với lượng mưa lớn thường có nhiều đỉnh, tương ứng những đỉnh đó là thời gian có cường độ mưa lớn Những trận

mưa dông kết hợp với địa hình thường gây nên những trận lũ lớn trên lưu vực nhỏ Nhân tố mặt đệm còn có tác dụng quyết định tới hai khâu chính trong quá trình hình thành dòng chảy lũ: quá trình tổn thất và quá trình tập trung nước trên sườn dốc và trong sông

Một phần lượng mưa được giữ lại trên lá cây, tán rừng không sinh dòng chảy, lượng nước đó phụ thuộc vào mật độ cây cối và loại hình thực vật trên lưu vực Tán rừng, nhất là tán rừng nhiều tầng, có khả năng giữ lại một lượng nước mưa khá lớn, nhưng đánh giá đúng mức ảnh hưởng của nó đến dòng chảy lũ rất khó khăn

Rừng có tác dụng làm giảm dòng chảy mặt, tăng dòng chảy ngầm, làm giảm đỉnh lũ và kéo dài thời gian lũ Vào đầu mùa lũ tác dụng đó khá mạnh, giữa và cuối mùa lũ khi lưu vực đã bão hòa nước, tác dụng đó giảm đi Khi mưa kéo dài nhiều giờ, lớp nước tổn thất do ngưng đọng trên lá cây, tán rừng có thể bỏ qua, song tác dụng điều tiết do rừng thì cần xét đến

Ngoài lượng tổn thất do tán rừng giữ lại, một phần lượng nước mưa khác tích đọng trong các hang hốc, chỗ trũng, ao hồ, đầm lầy Khi tính toán lũ đối với những trận lũ lớn, tổn thất đó thường không đáng kể, song tác dụng điều tiết của ao hồ đầm lầy thì không thể bỏ qua

Khi bắt đầu mưa, hai quá trình trên giảm dần còn quá trình thấm vẫn tiếp tục trong suốt trận mưa và quá trình tập trung nước trên lưu vực, vì vậy lượng thấm thường được coi là lượng tổn thất chính khi xây dựng các công trình tính toán dòng chảy lũ Khi mưa rơi xuống, cường độ thấm lúc đầu rất lớn, sau giảm dần và tới một lúc nào đó đạt tới một trị số ổn định

Cường độ thấm vừa thay đổi theo thời gian vừa thay đổi theo không gian vì nó phụ thuộc chặt chẽ vào các tính chất cơ lý của đất, mà các tính chất đó lại phụ thuộc vào loại đất biến động rất phức tạp theo không gian

Hiện nay trong tính toán người ta thường lấy một trị số cường độ thấm ổn định bình quân cho toàn lưu vực

3 Sự hình thành dòng chảy lũ và công thức tính lưu lượng lũ lớn nhất

Khi ở một nơi nào đó trong lưu vực bắt đầu có mưa, nước mưa đọng trên lá cây, lấp các khe rỗng trên mặt đất và thấm ướt lớp đất mặt, lớp nước mưa ban đầu

bị tổn thất hoàn toàn

Nếu mưa vẫn tiếp tục với cường độ tăng dần và lớn hơn cường độ thấm thì trên mặt đất bắt đầu hình thành dòng chảy mặt

Do mưa thay đổi theo không gian và thời gian nên có khi toàn bộ lưu vực hoặc

chỉ một phần diện tích của lưu vực sinh dòng chảy Dòng chảy sinh ra trên các phần của lưu vực do tác dụng của trọng lực lập tức chảy theo sườn dốc, một phần tích lại

ở các chỗ trũng, hang hốc, một phần tiếp tục chảy từ nơi cao tới nơi thấp

Khi dòng chảy đổ vào sông, mực nước sông bắt đầu dâng cao, trong quá trình chảy trong sông nó không ngừng được bổ sung thêm nước do hai bên sườn dốc dọc sông đổ vào

Quá trình chảy tụ về mặt cắt cửa ra dòng nước vẫn không ngừng bị tổn thất Trên thực tế, các quá trình đó xảy ra đồng thời và lẫn lộn với nhau không thể tách biệt được, nhưng trong tính toán lại phải chia ra để dễ dàng xử lý

A - cường độ mưa

K - cường độ thấm

H - cường độ sinh dòng chảy

Hình 4.9 là sơ đồ khái quát quá trình mưa, quá trình thấm (lượng tổn thất chính trong dòng chảy lũ) và quá trình hình htành dòng chảy

Lúc bắt đầu mưa, cường độ mưa nhỏ hơn cường độ thấm (at < Kt), lượng mưa

bị tổn thất hoàn toàn (H0)

Từ thời điểm t1, cường độ mưa lớn hơn cường độ thấm, dòng chảy mặt hình thành Cường độ mưa tăng lên, cường độ thấm giảm dần, lớp nước trên bề mặt mỗi lúc một dày thêm, cường độ sinh dòng tăng lên ht = at -Kt (còn gọi là cường độ cấp nước), lưu lượng ở mặt cắt cửa ra cũng dần dần tăng lên

Hình 4.9

Quá trình mưa đạt tới cường độ lớn nhất sau đó giảm dần, quá trình cấp nước kéo dài đến thời điểm t2 khi at = Kt, lúc đó do lớp nước mặt trên mặt lưu vực đạt lớn nhất sau đó giảm dần, quá trình cấp nước kéo dài đến thời điểm t2 khi at = Kt, lúc đó lớp nước mặt trên mặt lưu vực đạt lớn nhất

Thời gian từ t1 đến t2 gọi là thời gian cấp nước Tcn và

dt t K t

t t t

t t d t h Tcn

YTCN được gọi là lớp nước cấp

Khi t > t2 cường độ mưa nhỏ hơn cường độ thấm (at < Kt), tuy quá trình cấp nước đã kết thúc nhưng dòng chảy trên sườn dốc giảm dần vẫn cung cấp nước cho sông tới khi hết, quá trình lũ được duy trì một thời gian nữa bằng thời gian chảy tụ trên lưu vực t

Vì trong giai đoạn nước rút vẫn còn tổn thất nên lớp cấp nước thường lớn hơn lớp dòng chảy trận lũ y (YTcn > y), nhưng khi tính toán, để đơn giản, người ta vẫn cho chúng bằng nhau

VIII PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG LŨ TỪ TÀI LIỆU MƯA RÀO

Hiện nay trên thế giới cũng như nước ta sử dụng rất nhiều công thức dùng để tính Qmax từ mưa rào

Qua thực tế áp dụng chúng tôi chỉ giới thiệu một số công thức được sử dụng nhiều nhất và thiên về an toàn nhất ở Việt Nam để chúng ta tham khảo

Ở đây: Qmp: lưu lượng lũ ứng với tần suất thiết kế (P%)

α: hệ số dòng chảy trận lũ

HT: lượng mưa lớn nhất trong thời đoạn tính toán T

HT = aT × T Trong đó: at: cường độ mưa trung bình lớn nhất trong thời đoạn T

at có thể xác định theo một trong các công thức đã giới thiệu trước đây hoặc có thể tính theo công thức của Xôkôlôpxki như sau:

3 2 T

T

S

a =

Ở đây: T: thời đoạn tính toán

S: là sức mưa, tính theo lượng mưa lớn nhất Hnp (khi T =1.0)

3

124

=

V6,3

L

tL =

Ở đây: L: chiều dài sông chính (Km)

V: tốc độ tập trung nước trung bình trong lòng sông chính

V = 0,70Vmax

Vmax: tốc độ trung bình lớn nhất của mặt cắt đo đạc tại khu vực

nghiên cứu W: tổng lượng lũ

H0: lượng tổn thất ban đầu (mm) F: diện tích lưu vực (km2)

Qng: lưu lượng cơ bản trong sông trước khi có lũ (Ở nước ta, khi nghiên cứu những lưu vực nhỏ, do lưu lượng đỉnh lũ lớn gấp nhiều lần so với lưu lượng cơ bản nên thường coi Qng = 0)

Bảng xác định giá trị ∝(H - Ho) và ∝max theo kiến nghị của Cục Thủy văn (thuộc Tổng cục KTTV)

Bảng 4.10

Khu vực H = a(H-H 0 ) a max

Lưu vực sông Nậm Rốm, thượng nguồn sông Mã

Lưu vực sông Đà, hữu ngạn sông Thao

Lưu vực thượng nguồn sông chảy, sông Lô

Lưu vực sông Gâm, hạ lưu sông Lô, sông Chảy, s Phó Đáy

Lưu vực sông Cầu, sông Bằng, sông Bắc, sông Thượng

Lưu vực sông Kỳ Cùng, sông Lục Nam

Lưu vực các sông ven biển đông Bắc Quảng Ninh

Lưu vực các sông từ sông Chu tới sông Bến Hải

2 Công thức Alecxâyep

F H qF

Ở đây: Qmp: Lưu lượng lũ lớn nhất ứng với tần suất thiết kế P%

q: môđun lưu lượng lớn nhất ứng với tần suất P% (m3/Skm2) F: diện tích lưu vực (km2)

∝: hệ số dòng chảy lũ

Hnp: lượng mưa ngày lớn nhất ứng với P% (mm)

1F

mJ là tốc độ tập trung nước phụ

Ở đây hệ số tập trung nước m ≅ 0,15, còn J là độ dốc lòng sông tính bằng %

)U

KL67,16E( = là thời gian tập trung nước phụ Trong đó K thường lấy K ≅ 2, sau khi biến đổi ta có: E=T4 S

T- thời gian mưa tính toán

Cuối cùng ta viết được: S = 16, 67ΨT

Với tần suất đã biết P%, giảù thiết nhiều giá trị T khác nhau sẽ cho ta các giá

trị Ψ T tương ứng, từ đó tính được giá trị S và các giá trị E và xây dựng quan hệ

Chiều dài sông chính L = 8,5 km

Hệ số dòng chảy lũ ∝ = 0,85

Để phục vụ cho việc xây dựng hồ chứa nước suối Hành tỉnh Khánh Hòa nhằm lấy nước tưới cho 700ha và vùng hạ lưu suối Hành, theo yêu cầu thiết kế, cần xác định lưu lượng lũ lớn nhất ứng với các tần suất mưa ngày lớn nhất từ 1÷5% đã cho trong bản

Giải:

I -Tính Q max theo Alecxâyep

1 Xác định diện tích phụ:

P P

P

100

1,3685,0F100

4 P 3

1

F702,0F

282U

5,8267,16

4 Xác định môđun lưu lượng phụ S dựa vào quan hệ E~S tra ra S

5 Tính Qmax = FP × S (như biểu dưới đây)

Kết quả tính Qmax cho công trình suối Hành theo Alecxâyep

104,6 98,3 90,6 800,4

3,20 3,15 3,08 2,99

2,25 2,21 2,16 2,10

125,4 127,7 130,6 134,4

6,5 6,6 6,6 6,8

680,0 648,8 598,0 546,7

II Tính Q max theo Xôkôlôpxki

ng L

0 T

t

F)HH(288,0

Ví dụ 4.7: Khu vực sông Âm thuộc lưu vực Long Chánh có diện tích

F = 330km2, độ dốc lòng sông chính L = 50 km Độ dốc lòng sông I = 14,4 %

Lượng mưa ngày lớn nhất trung bình trên lưu vực của trận lũ 11-1966 ứng với

P = 2% là HngP% = 300mm (lượng mưa lớn nhất trong thời gian tính toán T) Yêu cầu tính Q2% theo công thức trên

Giải:

24

3001,124

H1,1ST

3

1 3

1

np 3

5028,

0V

7,0

L28,0max

=

×

×

=(Qua điều tra xác định được Vmax = 4,5m/giây)

Tính HT = S × 3

1

1)59,4

Theo kết quả nghiên cứu của Tổng cục KTTV thì dòng chảy lũ ∝ = 0.92

Theo hình dạng lũ f = 0,85

Tổn thất ban đầu H0 = 21

Vậy Qmax=

59,4

85,0330)21190(92,028,

Ví dụ 4.7: Tài liệu đã cho ở khu vực suối Hành (ví dụ 4.6)

Giải:

Tính HT Lớp nước mưa tính toán trong T giờ HT = It × T

Nếu τ = t >T thì It = 0,34( )

t

H6 ,

0PNếu τ = t < T thì It = 0,34( )

)Tt(

H3 , 0

P

×

Ở đây: I có quan hệ với độ lặp lại N; ứng với mỗi giá trị của N ta tra được T (theo khu vực 4)

F: hệ số hình dạng lũ lấy trung bình f = 0,90

TL: thời gian lũ lên bằng thời gian mưa có hiệu quả T

TL = T =

∗V6,

3 L mà V* =0,70 Vmax

Vmax = 2,50m/sec Tìm được: tL =1,35 giờ = T

Bởi vì tL = τ < T nên công thức tính It sẽ có dạng It = 0,34 P0,3

)Tt(

H

×Nhóm hạng số α (H - H0) thay đổi theo từng vùng-đối chiếu với kết quả nghiên cứu của Tổng cục KTTV ta có: α (H - H0) = 0,92(H - 21)

35,1

1,369,0)HH(92,028,

330,0 310,6 295,0 253,6

496,8 463,9 441,5 393,7 Ngoài những công thức vừa sử dụng làm ví dụ trên đây, ở Việt Nam ta còn dùng các công thức khác để tính Qmax như công thức của Viện Nghiên cứu Khoa học Thủy lợi Bắc Kinh TQ

Công thức của Cục Thủy văn thuộc Tổng cục Khí tượng thủy văn chúng ta có thể tham khảo trong những giáo trình khác

IX LŨ LỤT VÀ NHỮNG TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN VÀ XÃ HỘI

1 Xu thế chung về những diễn biến bất thường về khí hậu thời tiết đất nước ta trong những năm gần đây

Do tác động của những biến đổi về khí hậu toàn cầu, khí hậu nước ta những năm gần đây diễn biến khá phức tạp… Thiên tai lớn, dị thường vượt quá những nhận thức hiện tại của con người xảy ra ngày một nhiều hơn, gây nhiều hậu quả khó lường

Ngay cả những nước có tiềm năng kinh tế lớn cũng không tránh khỏi những tổn thất nặng nề

Chính trong bối cảnh thiên nhiên đầy biến động ấy liên tiếp trong vòng 3 năm qua: Năm 1998-1999 thiên tai bao trùm cả đất nước, đặc biệt là miền Trung; năm

2000 cả Đồng bằng sông Cửu Long phải đương đầu với trận lũ lớn nhất kể từ năm

1926 trở lại đây

Chưa kể đến những tổn thất về lũ quét xảy ra trên một số lưu vực nhỏ đôi khi mang tính hủy diệt cho một vùng, những tổn thất về bão lũ ngày một tăng, dồn dập về nhịp độ phát sinh, bành trướng về quy mô lẫn tổn thất…

Dựa trên thống kê 25 năm qua (từ 1966-1990) của trung tâm nghiên cứu quốc gia Bỉ về thiên tai ở các nước đang phát triển họ đã chọn 10 nước đứng đầu về chỉ số các loại thiên tai như sau:

1 Philipin 272 2 Ấn độ 216

3 Trung Quốc 157 4 Inđônexia 139

5 Banglađét 100 6 Pêru 73

7 Iran 64 8 Mexico 62

Lũ lụt năm 1991 chúng ta tổn thất hơn 300 tỷ đồng, năm 1994 - 2284 tỉ Mới chỉ tính đến 11-1995 (chưa kể tổn thất do lũ lụt miền Trung) thì Nhà nước đã phải chi hơn 15.215 tỷ để khắc phục hậu quả do lũ lụt của 11 tỉnh ĐBSCL

Năm 1999 và năm 2000 con số tổn thất ấy khó lòng tưởng tượng nổi - “Như

nước mắt và dòng sông”

2 Bão lụt các tỉnh duyên hải Miền Trung năm 1999

Trước tiên hãy điểm qua đôi nét về bão: Khắp lãnh thổ Việt Nam trong vòng

100 năm trở lại đây (từ 1891÷1990) đã thống kê được 469 cơn bão nhưng chỉ có

144 cơn bão đổ bộ vào Bắc Bộ còn 325 cơn đổ bộ vào duyên hải Miền Trung Như vậy có nghĩa các tỉnh duyên hải Miền Trung phải gánh chịu hơn 69%

tổng số các cơn bão đổ bộ vào cả nước Trong đó từ 60 ÷ 65% số cơn bão có sức gió mạnh từ cấp 8 đến cấp 12 Nếu tính từ 1891 đến năm 2000, mỗi năm bình quân các tỉnh duyên hải Miền Trung phải gánh chịu bốn cơn bão tàn phá

Bão Miền Trung thường xuất hiện là bão kép, trận bão sau cách trận bão trước từ 4÷5 ngày, vì vậy nước mưa trận bão trước dội xuống chưa kịp rút thì cơn bão sau lại ập đến làm cho tình hình lũ lụt càng thêm nghiêm trọng Ví dụ cơn bão kép xảy ra ở Nghệ An năm 1978, ở Phú Yên năm 1993

Những cơn bão khủng khiếp gần đây đã xảy ra cho duyên hải Miền Trung như:

Bão Shirley đổ bộ vào Quy Nhơn 1978

Bão Nancy đổ bộ vào Nghệ Tĩnh 18 -12-1982

Bão Kim đổ bộ vào Thuận Hải năm 1983 làm chết hơn 200 người

ở các huyện ven biển

Bão Agnes đổ bộ vào Nghĩa Bình năm 1988 với sức gió cấp 12÷13

Cơn bão Cecil đổ bộ vào Bình Trị Thiên 16-10-1985 làm chết 900 người, 2000 người bị thương, 2000 tàu thuyền bị đắm…

Bão Cecil đổ bộ vào Quảng Nam - Đà Nẵng năm 1989 Đó là những cơn bão có sức tàn phá kinh khủng

Tai họa từ lũ lụt:

Mưa to, lũ lớn là hệ quả tất yếu của bão

Năm 1964 lũ lịch sử đã xảy ra ở hầu hết các tỉnh từ Quảng Trị đến Bình Thuận

Năm 1968 lũ lịch sử xảy ra trên sông Cả, sông La (Nghệ An, Hà Tĩnh)

Năm 1980 lũ lịch sử lại xảy ra trên sông Mã (Thanh Hoá)

Năm 1999 lũ lịch sử xảy ra gần như hầu khắp các tỉnh ven biển miền Trung

Hậu quả từ bão lụt gây ra thường phải từ hai đến ba năm sau trên

cơ bản mới khắc phục hết được

(Trừ cơn đại hồng thủy năm 1999 phải 20 năm sau mới có thể khắc phục nổi) Theo thống kê chưa đầy đủ thì hàng năm bão lụt đã làm cho các tỉnh duyên hải Miền Trung:

Ngập úng 120.000 ha lúa Trong đó có 36.000 ha phải mất trắng

- Thất thu 149.000 tấn thóc

- Tổn thất cho nông nghiệp ước tính 155 tỷ/năm

- Ngành thủy lợi phải bỏ ra hơn 50 tỷ đồng để sửa chữa những công trình thủy lợi do bão lụt phá hoại (Chưa kể đến việc không kịp thời phục vụ cho nông nghiệp)

- Ngành đường sắt có 197 cầu bị uy hiếp

Hàng năm trên tuyến đường sắt Bắc Nam có 144 điểm ngập, có nơi có lúc ngập sâu đến gần 3m, có năm ngập đến 5 ngày, có năm ngập 10 ngày, đem đến cho ngành đường sắt nhiều tổn thất nặng nề

Đường bộ 1A hàng năm có tất cả 152 điểm ngập với chiều dài 127 km Có nơi ngập sâu đến 2m như đoạn Hà Trung - Thanh hóa, Quảng Hàu - Hố Xá (Quảng Bình) Nhiều đoạn ở thành phố Huế, Quảng Ngãi, Bình định, Phú Yên, Khánh Hoà… luôn bị ngập

Các đường dây điện thoại, cáp quang bị nhấn chìm trong nước nhiều ngày, có khi gây mất liên lạc hàng tuần

Thiên tai đem lại cho các tỉnh duyên hải miền trung trong vòng 20 năm qua (1980-1999) những tổn thất đau lòng:

5894 người chết

943 người bị thương

Tổng thiệt hại vật chất ước tính 1304 tỷ USD

Tổn thất hàng năm do bão lụt đem đến ngày một tăng:

Trước 1980 tổn thất từ 15÷20 tỷ đồng /năm

Giai đoạn 1980 1990 tổn thất 200 tỷ đồng /năm

Giai đoạn 1990 1995 tổn thất 250 tỷ đồng /năm

Riêng trận lụt cuối 1999 thiệt hại ước tính hơn 4000 tỷ đồng

Có thể nói cơn đại hồng thủy năm 1999 đã đem đến cho nhân dân duyên hải Miền Trung nói riêng và đồng bào cả nước nói chung nỗi đau thương mất mát lớn mà phải nhiều năm sau mới khắc phục được:

700 người chết và mất tích

48967 ngôi nhà bị sụp đổ và cuốn trôi

911700 lớp học tan tành

50506 tàu thuyền bị hư hỏng và mất tích

28779 ha lúa bị ngập úng

Hàng ngàn ha ruộng bị sa bồi lấp kín

Thị xã Tam Kỳ ( Quảng Nam) có 150.000 người sống trong cảnh “Ngàn cân treo sợi tóc” khi hồ Phú Ninh trong cơn nguy khốn sắp vỡ

Lượng mưa trong 24 giờ tại Huế là 1358mm nghĩa là hơn toàn bộ lượng mưa một năm tại Nha Trang (Khánh Hòa) (1350mm/năm)

Huế đã thực sự chìm nhiều ngày trong nước Mực nước phá Tam Giang dâng cao hơn mức nước biển 1,5 m, chỉ tới khi bức phá thêm cửa Hòa Duân thì Huế mới vợi bớt ngập chìm Lũ lụt năm 1999 thực sự chứng minh sự bị động hoàn toàn của chúng ta trước thiên nhiên (Khi Huế chìm trong biển nước nhưng mọi con đường tiếp viện cho Huế đều bị chia cắt Cả miền trung nước mắt tiếp tục biến thành sông …)

Ngoài bão lụt hàng năm Miền Trung còn phải chịu đựng nạn gió cát, gió khô nóng, nước dâng, sóng thần và rét muộn kéo dài Rõ ràng miền Trung đã phải đối phó quá nhiều với thiên tai, phụ thuộc quá nhiều vào thiên nhiên Từ đó nói lên rằng:

“Các tỉnh duyên hải miền trung đang phải đối phó với một nền nông nghiệp phát triển thiếu bền vững Chỉ cần một trận lũ như trận lũ cuối năm 1999 cũng đủ sức xóa sạch tất cả những gì mà chúng ta đã xây dựng trong nhiều năm…”

Ông Ngô Yên Thi, Bí thư tỉnh ủy Thừa Thiên – Huế, đã chua chát nhận định rằng:

“Thừa Thiên Huế sau 24 năm xây dựng nay trở về số không Bao năm xoá đói giảm nghèo, sau cơn lũ này không còn cách gì để xoá nữa” (Báo Công giáo và Dân tộc số 1233 ngày 18-11-1999)

Kinh nghiệm nhiều nước cho thấy những thiên tai liên quan đến các yếu tố khí tượng thủy văn thường đem đến thiệt hại ít nhất 30 % sản lượng nông nghiệp hàng năm Riêng ở các nước chậm tiến thì con số thiệt hại còn cao hơn nhiều Các tỉnh duyên hải Miền Trung từ Quảng Trị đến Khánh Hoà chiếm 13,3% diện tích tự nhiên và 10,5% dân số cả nước nhưng chỉ đóng góp được 6,8% tổng sản phẩm quốc dân (GDP) Mức thu nhập bình quân đầu người chỉ đạt 136 USD /người năm, nghĩa là chỉ bằng 63,5% mức thu nhập bình quân cả nước (214USD) Các tỉnh này là những địa phương có tỷ lệ đói nghèo cao nhất nước

(Riêng Huế trận lũ tháng 11 và đầu 12 năm 1999 đã gây ra những thiệt hại vô cùng lớn lao, ước tính tổn thất hơn 1780 tỷ đồng, tương đương 87% giá trị GDP năm

1998 Chỉ tính đến 7-11-1999 Huế đã có 366 người chết)

Có thể nói: “ Huế là nơi hội tụ đầy đủ tất cả những điều kiện bất lợi về thời

tiết và khí hậu của cả nước” (Ngô Yên Thi, Tạp chí Cộng sản, tháng 3-2000 )

Từ những phân tích trên có thể rút ra những kết luận sau đây:

Nhân dân các tỉnh duyên hải miền Trung đã và đang phải đương đầu với một nền nông nghiệp phát triển thiếu bền vững, bởi lẽ sản xuất nông nghiệp phụ thuộc quá nhiều vào thiên nhiên

Nhà nước cần đầu tư hơn nữa cơ sở hạ tầng cho miền Trung, đặc biệt là giao thông Duyên hải miền trung có hai hệ thống đường sắt Bắc Nam và quốc lộ 1 chạy qua Nếu giao thông miền Trung bị chia cắt cũng có nghĩa là thiên nhiên đã biến duyên hải miền Trung trở thành ốc đảo như trận lũ cuối 1999

Trong nông nghiệp cần chọn cơ cấu cây con và mùa vụ cho phù hợp nhằm giảm bớt những thiệt hại từ thiên tai đem đến, không nhất thiết nơi nào cũng trồng lúa

Về lâu dài cần tìm một hướng đi cho phù hợp với điều kiện địa lý miền Trung

Nông nghiệp là chủ đạo hay công nghiệp? Nông nghiệp, thủy hải sản, du lịch lâm nghiệp…, cái gì kết hợp với cái gì?

Song song với việc xây dựng nhiều hồ chứa để điều tiết lũ, cần phải đầu tư thích đáng cho việc phát triển vốn rừng để hạn chế lũ quét cũng như giảm xói mòn bề mặt lưu vực và bồi đắp các dòng sông, cửa biển

3 Lũ lụt năm 2000 ở Đồng bằng sông Cửu Long

Sông cửu long - con sông lớn nhất nước - hàng năm nó ra biển hơn 500 tỷ m3

nước trong đó trên 70% (300÷350 tỉ) tập trung vào ba tháng mùa lũ

Lũ lụt ở ĐBSCL là kết quả tổ hợp của:

- Lũ Mêkông

- Khả năng điều tiết dòng chảy của biển hồ

- Nước đệm trong đồng

- Thủy triều biển Đông và biển Tây

- Mưa tại chỗ và sự phát triển cơ sở hạ tầng thiếu quy hoạch đã cản trở dòng chảy

Trong vòng 75 năm qua tình hình lũ lụt ở ĐBSCL như sau:

- Lũ đầu nguồn lớn nhất vào năm 1961 và 1966

- Lụt lớn nhất vào năm 2000 sau đó là các năm 1978, 1996

- Lũ năm 2000 và 1981 là lũ sớm dị thường (đầu tháng 7)

- Lũ năm 1961 và 1996 là lũ muộn dị thường

- Thường lũ sớm, lũ lớn hoặc lũ muộn dị thường luôn luôn gây nhiều tai hoạ và tổn thất to lớn hơn cả

Sơ bộ nhận định tình hình lũ lụt năm 2000 ở ĐBSCL

- Lũ về sớm nhất

- Lụt ở ĐBSCL lớn nhất, bao trùm trên một diện tích rộng lớn và kéo dài nhất trong 75 năm qua

Tần suất mực nước đỉnh lũ:

- Tại Tân Châu Hmax đạt xấp xỉ chu kỳ 18 năm

- Tại Cao Lãnh, Mỹ Thuận đạt xấp xỉ chu kỳ 25 và 45 năm

- Tại Châu Đốc Hmax đạt chu kỳ 25 năm

- Khu Đồng Tháp Mười Hmax đạt chu kỳ năm 1960 trở lại

- Khu Tứ giác Long Xuyên Hmax chưa đạt mốc lịch sử

- Lưu lượng lớn nhất diễn biến qua các vùng như sau:

36-950m3/sec 32.400 37100m3/sec

Từ Campuchia vào Tứ giác Long

Như vậy lưu lượng lớn nhất vào ĐBSCL khoảng 55,280m3/sec

- So sánh thiệt hại cơn lũ năm 2000 với một số năm khác

sức mạnh lật đổ cả một đoàn tàu hỏa đi từ Sài Gòn đến Mỹ Tho tháng 10-1952

Theo Ngân hàng Thế giới (WB) thì từ 1995 đến 2002 thiên tai đã ngốn mất của Việt Nam 1,15 tỷ đô la

Hàng năm bão lụt đã mang đến cho nhân dân đất nước ta biết bao đau thương, tổn thất cả về người và của… Vì vậy dự báo càng chính xác thời gian sẽ xảy ra bão lụt và quy mô những hiện tượng thiên tai đó, để tìm cách phòng tránh, khôn khéo tìm cách giảm nhẹ những tổn thất do thiên tai mang đến, là điều mà chúng ta cần phải làm thường xuyên

Bão lụt là 1 hiện tượng thiên nhiên có sức tàn phá to lớn

Thực tế cuộc sống nhân loại diễn ra hàng triệu năm qua đã chứng minh điều đó, đừng nuôi ảo tưởng, duy ý chí, áp đặt cho con người một sức mạnh hơn cả thiên nhiên

Mặt khác, chúng ta cũng cần phải có một cách nhìn toàn diện hơn về tính hai mặt của bão lụt

Dòng chảy là sản phẩm của khí hậu Không có mưa to gió lớn thì cũng không có lũ lụt Bởi vì mưa to là hệ quả của bão hoặc áp thấp nhiệt đới… Từ 70÷80% tổng lượng dòng chảy mùa lũ thường bắt nguồn từ mưa bão, mà dòng chảy sông ngòi lại là tài sản vô giá của đất nước

Dòng chảy lũ lụt mang theo một lượng phù sa to lớn, chính nguồn phù sa màu mỡ này đã góp phần tạo dựng nên những cánh đồng cò bay thẳng cánh ở hạ lưu những dòng sông

Lũ lụt còn góp phần làm vệ sinh ruộng đồng Lũ lụt qua đi, tôm cá ở lại trong ruộng đồng, góp phần tạo nên nguồn thực phẩm đa dạng phong phú cho người nông dân

Lũ lớn quá, kéo dài nhiều ngày quá cũng gây nhiều khó khăn, tổn thất, nhưng không có lũ khó khăn cũng không ít

Ví dụ, năm 2002 lũ lớn đã cuốn trôi ra biển hơn 90 tỷ đồng của bốn huyện Cái Bè, Cai Lậy, Tân Phước, Châu Thành tỉnh Tiền Giang

Nhưng năm 2003 lũ không về đã gây cho nông nghiệp tỉnh vùng này không ít khó khăn về sản xuất, thậm chí giá cả những mặt hàng nông sản thực phẩm cũng lên giá Người nông dân lo mất mùa cho vụ kế tiếp

Nói tóm lại:

Không có lũ lụt, không có nguồn phù sa màu mỡ do lũ lụt đem đến thì không có ĐBSCL ngày nay

Thiên nhiên bao đời nay đã góp phần giúp con người tạo dựng nên ĐBSCL, một cánh đồng màu mỡ trù phú, trải dài tít tắp những cánh đồng cò bay thẳng cánh với tôm cá bốn mùa

Chính sự hào phóng đó của thiên nhiên đã góp phần hình thành nên nhân cách của người Nam Bộ: phóng khoáng, bao dung,…

Vì vậy, phải hiểu tính hai mặt của những hiện tượng tự nhiên để khôn khéo, mềm dẻo sống chung với thiên nhiên thì con người mới có cuộc sống trường tồn và hạnh phúc

Muốn quản lý và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên:

Điều trước nhất là phải hiểu rõ bản chất của những hiện tượng thiên nhiên, phải nắm vững những đặc điểm cơ bản của những tài nguyên đó…, có như vậy chúng ta mới quản lý và sử dụng tốt nguồn tài nguyên phục vụ cho sự phát triển bền vững cuộc sống con người

TÍNH TOÁN THỦY VĂN HỒ CHỨA NƯỚC SUỐI HÀNH

I KHÁT QUÁT TÌNH HÌNH LƯU VỰC

1 Các đặc trưng chủ yếu của lưu vực

Suối Hành là một trong hai nhánh của Ba Ngòi Nó cùng với suối Trà Dục tạo thành lượng nước chính đổ ra vịnh Cam Ranh qua cửa Ba Ngòi Trước đây

4

1 diện tích lưu vực suối Hành thuộc tỉnh Ninh Thuận Ngày nay suối Hành nằm trọn vẹn trong xã Cam Phúc, huyện Cam Ranh, tỉnh Khánh Hoà Diện tích tập trung nước rất bé, chỉ vào khoảng 36km2, nhưng trong đó

2

1 là núi đá còn lại là rừng và nương rẫy Độ dốc lưu vực tương đối lớn I ≥ 103 ‰ Chính vì đặc điểm này cho nên sự chênh lệch về lưu lượng trong năm rất lớn (hơn 5 vạn lần) (∆Q = 0,08 ÷ 500m3/s), tình hình thiếu nước ở những địa phương quanh vùng càng trở nên nghiêm trọng Ngoài một phần lưu vực là núi đá còn lại đất đai chủ yếu là đất cát pha thịt, độ phì tương đối lớn nếu được đầy đủ nước, diện tích canh tác ở đây có thể mở rộng, biến một phần lớn ruộng đất một vụ lên thành hai vụ Năng suất có thể nâng cao hơn nữa

Các đặc trưng cơ bản của lưu vực:

Diện tích tập trung nước của lưu vực :F = 36,1 km2

2 Đối tượng phục vụ của công trình và các chỉ tiêu tính toán

• Đối tượng phục vụ:

- Sơ bộ tính toán công trình suối Hành xây dựng với nhiệm vụ cung cấp nước tưới cho hơn 700ha cả lúa và màu

- Tuyến công trình đặt cách ranh giới thị xã Cam Ranh 500m về phía tây, cách khu phố Cam Sơn 2,5km về phía nam

• Phân loại công trình và các chỉ tiêu ràng buộc trong tính toán thuỷ văn: Dựa vào đặc điểm địa chất cũng như điều kiện khí tượng thuỷ văn và quy mô công trình, căn cứ vào quy phạm số 08 – 76 ngày 1 – 7- 1977 của Bộ Thuỷ lợi thì hồ chứa nước suối Hành thuộc loại công trình cấp 5 Do đó các chỉ tiêu ràng buộc dùng để phân tích tính toán thuỷ văn sẽ tuân theo bảng dưới đây

Bảng 4.12

Đặc trưng

TẦN SUẤT ĐẢM

(Tần suất mưa để tính toán đối với công trình trước đây lấy hệ số tương ứng với tần suất mưa là 75%)

3 Tình hình tài liệu tính toán

• Tài liệu thuỷ văn:

Có thể nói rằng lưu vực suối Hành và những vùng lân cận từ trước đến giờ chưa có một số liệu thuỷ văn nào có giá trị lớn được lưu lại, kể cả những số liệu cơ bản nhất như mực nước Chính vì vậy việc tính toán gặp nhiều khó khăn, và mức độ tin cậy không cao

• Tài liệu khí tượng:

Cũng như tài liệu thuỷ văn, hoàn toàn không có một tài liệu khí tượng nào đáng kể ngoài một số tài liệu về các khu vực lân cận như: tài liệu mưa Cam Lâm, suối Dầu – Nha Trang

Trên cơ sở những số liệu về mưa của những vùng lân cận ta tìm cách tìm hiểu các lưu vực gần bên, rồi từ mưa tìm ra dòng chảy và các yếu tố thuỷ văn khác, đó là biện pháp duy nhất để tính toán cho công trình hồ chứa nước này Mặt khác, tài liệu cơ bản đã không có mà nếu có kéo dài đi chăng nữa thì liệt thống kê cũng quá ngắn cho nên việc tính toán cần dựa trên các công thức kinh nghiệm Đó cũng chính là đặc điểm thứ hai khi xét đoán mức độ tin cậy của các số liệu

Bảng 4.13: Cơ sở tài liệu khí tượng thuỷ văn

Dùng tài liệu X Cam Lâm để tính dòng chảy năm Dùng tài liệu Xmax Nha Trang để tính dòng chảy lũ

II PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN THUỶ VĂN

PHẦN 1: DÒNG CHẢY NĂM

I Phân bố lượng mưa năm

X mm 36,9 5,87 7,75 45,4 76,6 63,5 29,4 65,3 149 361,5 322 187 1349

1 Phân bố lượng mưa theo tháng của Cam Lâm (Ba Ngòi)

(Đây là tài liệu mưa của một năm có dạng điển hình)

2 Tính tần suất lượng mưa bình quân năm

Từ tài liệu thực đo tại trạm Cam Lâm dùng phương pháp đường thích hợp để tính tần suất

• Sắp xếp các trị số từ lớn đến bé

• Tính :

n i

X X

n

)1K(

−

−Σ

=

C V = 0,368

* Sai số tương đối do E.G Bleikin đề nghị

%8,20C1n2

368,

0n

CV