...Tran Canh Tieu.pdf

LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên ngành thuỷ văn học với đề tài “Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Cả” là kết quả của quá trì

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS Trần Duy Kiều

Cán bộ phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Hữu Khải

Cán bộ phản biện 2: PGS.TS Ngô Lê Long

Luận văn được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày 20 tháng 9 năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả tính toán nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Trần Cảnh Tiêu

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành thuỷ văn học với đề tài “Nghiên cứu xây

dựng phương án dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực

sông Cả” là kết quả của quá trình cố gắng không ngừng của bản thân và được

sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, cô giáo, bạn bè đồng nghiệp và người thân Với kết quả nghiên cứu này tác giả xin gửi lời cảm ơn tới những người đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua Tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo PGS.TS Trần Duy Kiều đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho luận văn này

Xin chân thành cảm ơn Khoa Khí tượng Thuỷ văn, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, Đài KTTV khu vực Bắc Trung Bộ đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đơn vị liên quan đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

TÁC GIẢ

Trần Cảnh Tiêu

MỤC LỤC

Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do lựa chọn đề tài 1

2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu 2

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn 2

5 Kết cấu của luận văn 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LŨ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 4

1.1.1 Tình hình lũ trên thế giới 4

1.1.2 Mô hình tính toán lũ trên thế giới 4

1.1.3 Tổng quan về lũ ở Việt Nam 6

1.1.4 Tổng quan về mô hình tính toán lũ ở Việt Nam 9

1.1.5 Hạn chế của phương pháp dự báo lũ hiện nay 10

1.2 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ - XÃ HỘI 11

1.2.1 Vị trí địa lý 11

1.2.2 Địa hình, địa mạo 11

1.2.3 Địa chất, thổ nhưỡng 12

1.2.4 Thảm thực vật 13

1.2.5 Dân số 14

1.2.6 Kinh tế- Xã hội 15

1.3 ĐẶC ĐIỂM MƯA LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG 15

1.3.1 Mạng lưới sông, suối 15

1.3.2 Đặc điểm lũ trên lưu vực sông Cả 17

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU 26

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1.1 Phương pháp tiếp cận 26

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu 26

2.1.3.Mô hình toán thuỷ văn 26

2.2 CƠ SỞ DỮ LIỆU 37

2.2.1 Mạng lưới trạm khí tượng thuỷ văn 37

2.2.2 Hệ thống hồ chứa lớn trên lưu vực sông Cả 39

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN THUỶ VĂN XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ 42

3.1 XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO 42

3.1.1 Lựa chọn phương án dự báo 42

3.1.2 Thiết lập phương án dự báo lượng nước đến hồ Bản Vẽ 43

3.2 SƠ ĐỒ VÀ THIẾT LẬP CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 44

3.2.1 Sơ đồ mạng lưới sông suối và vị trí hồ chứa 44

3.2.2 Xác định các lưu vực bộ phận 45

3.2.3 Thiết lập mô hình Mike Nam 45

3.2.4 Thiết lập mô hình IFAS 47

3.3 HIỆU CHỈNH, KIÊM ĐỊNH MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 48

3.3.1 Hiệu chỉnh, kiểm định bộ thông số mô hình MIKE-NAM 48

3.3.2 Hiệu chỉnh, kiểm định IFAS 56

3.3.3 Tính lượng dòng chảy đến hồ Bản Vẽ 56

3.3.4 Tính lượng xả qua hồ chứa Bản Vẽ 59

3.3.5 Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình MIKE11 61

3.3.5.1 Thiết lập mô hình MIKE11 61

3.3.5.2 Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định bộ thông số 63

3.4 DỰ BÁO THỬ NGHIỆM 65

3.4.1 Lựa chọn trận lũ dự báo 65

3.4.2 Dự báo dòng chảy đến hồ và vận hành điều tiết hồ chứa Bản Vẽ 65

3.4.3 Dự báo dòng chảy lũ đến trạm thủy văn Nam Đàn 67

3.4.3 Đánh giá sai số và nhận xét 67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

1 Kết quả đạt được 70

2 Hạn chế 70

3 Kiến nghị 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

BĐKH Biến đối khí hậu

KTTV Khí tượng thuỷ văn

BĐ 1,2,3 Mức báo động 1, 2 ,3

ATNĐ Áp thấp nhiệt đới

ITCZ Dãi hội tụ nhiệt đới

IFAS Hệ thống phân tích, dự báo lũ tích hợp từ ảnh mây

vệ tính (Integrated Flood Analysis System)

ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long

GIS Hệ thống thông tin địa lý

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Phân loại đất trên lưu vực sông Cả 13

Bảng 1.2: Đặc trưng hình thái lưu vực sông Cả 16

Bảng 1.3: Hình thế thời tiết chủ yếu gây mưa lớn trên lưu vực sông Cả[4] 17

Bảng 1.4: Khả năng (%)xuất hiện lũ các tháng trên lưu vực sông Cả 21

Bảng 1.5 : Giá trị đỉnh lũ thực đo lớn nhất tại một số vị trí trên sông Cả [4] 23

Bảng 2.1: Các chức năng của 3 mô hình bộ phận………33

Bảng 2.2: Các thông số mô hình nước mặt 34

Bảng 2.3: Các thông số mô hình nước ngầm 35

Bảng 2.4: Các thông số mô hình nước ngầm 36

Bảng 3.1: Thông số chính của lưu vực bộ phận 46

Bảng 3.2: Thông kê các File số liệu đầu vào trong vùng nghiên cứu 47

Bảng 3.3: Bộ thông số tối ưu của mô hình Nam từng lưu vực bộ phận 50

Bảng 3.4: Kết quả hiệu chỉnh mô hình MIKE-NAM 51

Bảng 3.5: Kết quả tính toán theo MIKE-NAM và quan hệ Z~W 52

Bảng 3.6: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình MIKE-NAM 52

Bảng 3.7: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình MIKE-NAM 53

Bảng 3.8: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình MIKE-NAM 54

Bảng 3.9: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình MIKE-NAM 54

Bảng 3.10 : Kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình MIKE-NAM 55

Bảng 3.11: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình MIKE-NAM 56

Bảng 3.12: Bộ thông số chính của lưu vực Mường Xén sử dụng cho lưu vực Bản Vẽ 56 Bảng 3.13:Tổng hợp lưu lượng đến hồ Bản Vẽ lớn nhất từ 2010-2016 57

Bảng 3.14: Tổng hợp các đặc trưng trận lũ từ 11-20/9/2011 tại Bản Vẽ 57

Bảng 3.15: Đặc trưng mạng thủy lực 62

Bảng 3.16: Biên mô hình MIKE 11 63

Bảng 3.17: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mô hình MIKE11 64

Bảng 3.18: Giá trị các đặc trưng Q đến hồ Bản Vẽ trận lũ 11-20/9/2016 68

Bảng 3.19: Kết quả dự báo mực nước tại Nam Đàn từ 11-20/9/2016 68

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Bản đồ lưu vực sông Cả ( Phần lãnh thổ Việt Nam) 12

Hình 1.2: Bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sông Cả (Lãnh thổ Việt Nam)[4] 12

Hình 1.3: Tần suất (%) xuất hiện lũ lớn nhất trong năm (1961-2015) 21

Hình 1.4: Quá trình một số trận lũ lớn tại một số vị trí trên sông Cả 24

Hình 2.1: Sơ đồ mô phỏng mô hình NAM 29

Hình 2.2 : Cấu trúc của IFAS 33

Hình 2.3: Sơ đồ mô hình bộ phận của IFAS 34

Hình 2.4: Bản đồ lưới sông và mạng lưới trạm KTTV trên lưu vực 39

Hình 3.1: Sơ đồ tính toán, dự báo dòng chảy lũ trên sông Cả 44

Hình 3.2: Sơ đồ mạng lưới sông suối và vị trí hồ chứa trên lưu vực sông Cả 45

Hình 3.3: Sơ đồ phân chia các lưu vực bộ phận 46

Hình 3.4: Sơ đồ lưu vực Bản Vẽ tính trong IFAS 48

Hình 3.5: Sơ đồ các bước hiệu chỉnh bộ thông số mô hình Nam Error! Bookmark not defined. Hình 3.6: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo và quan hệ Z~W 51 Hình 3.7: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo 52

Hình 3.8: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo 53

Hình 3.9: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo 53

Hình 3.10: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo 54

Hình 3.11: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo 55

Hình 3.12: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo 55

Hình 3.13: Đường quá trình lưu lượng trận lũ 10-20/9/2011 tại Bản Vẽ 58

Hình 3.14: Quá trình lưu lượng nước đến, lưu lượng nước xả tại Bản Vẽ 60

Hình 3.15: Quan hệ mực nước thượng lưu với lưu lượng xả hồ Bản Vẽ 61

Hình 3.16: Sơ đồ tính toán thuỷ lực hệ thống sông Cả 62

Hình 3.17: So sánh quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Nam Đàn 64

Hình 3.18: Quá trình Q dự báo đến hồ Bản Vẽ với thời gian dự kiến 24, 48 h 65

Hình 3.19: Quá trình Q dự báo đến hồ với thời gian dự kiến 72h 66

Hình 3.20: Quá trình xả theo Q dự báo đến hồ với thời gian dự kiến 48,72 h 66

Hình 3.21: Quá trình mực nước dự báo và thực đo tại Nam Đàn 67

Hình 3.22: Quá trình mực nước dự báo và thực đo thời gian dự kiến 72 h 67

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Lưu vực sông Cả có chế độ khí hậu khắc nghiệt, là nơi hứng chịu nhiều thiên tai như: Bão, áp thấp nhiệt đới, lũ lụt, tố, lốc, mưa đá, hạn hán với tần suất và cường độ lớn nhất nước ta Lũ lụt xảy ra do ảnh hưởng tổ hợp của các yếu tố nội ngoại sinh cùng với sự tác động của con người tới bề mặt lưu vực đã gây thiệt hại nghiêm trọng về người và của Trong bối cảnh BĐKH, thì sự gia tăng về quy mô và cường độ các hiện tượng cực đoan trở nên phức tạp hơn Ngoài các nguyên nhân khách quan do thời tiết, khí hậu, còn có những ảnh hưởng chủ quan khác như sự phát triển của các công trình thủy lợi, giao thông tác động vào mặt đệm trên lưu vực

có thể làm cho vấn đề lũ lụt càng nghiêm trọng hơn

Trên hệ thống sông Cả đã và đang xây dựng nhiều hồ chứa nước lớn như: Bản Vẽ, Khe Bố, Chi Khê trên dòng chính sông Cả, Bản Mồng trên sông Hiếu, sông Sào trên sông Sào (nhánh đổ vào sông Hiếu), Ngàn Trươi trên sông Ngàn Trươi Đây đều là các hồ chứa đa mục tiêu: phòng lũ, phát điện, cấp nước cho các ngành kinh tế trên phần hạ lưu của lưu vực sông Cả

Từ trước đến nay, công tác dự báo lũ trên lưu vực sông Cả đã được quan tâm Tuy nhiên, với dữ liệu khí tượng thuỷ văn thực đo trên lưu vực sông có mạng lưới quan trắc thủy văn, lượng mưa như hiện nay thì việc tính toán dự báo lũ trên hệ

hệ thống sông phần lớn dựa vào các phương pháp truyền thống như: Tương quan mực nước, lưu lượng trạm trên trạm dưới; hồi quy tuyến tính nhiều biến… Các phương pháp truyền thống này tốn nhiều thời gian, hạn chế về thời gian dự kiến do

đó hiệu quả phục vụ còn chưa như mong muốn đặc biệt là phục vụ vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông gặp nhiều khó khăn

Giảm nhẹ thiệt hại do lũ lụt gây ra, tăng cường hiệu quả kinh tế - xã hội và môi trường từ việc vận hành hệ thống hồ chứa lớn trên lưu vực là những mục tiêu chính đặt ra cho chúng ta Để đạt được mục tiêu đó thì vấn đề đặt ra là nghiên cứu, phân tích các mô hình toán thuỷ văn áp dụng vào công tác dự báo lũ trên sông Cả

nhằm phục vụ tốt, hiệu quả nhất quy trình vận hành liên hồ chứa là vần đề cấp bách

hiện nay Vì vậy, đề tài “ Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo lũ phục vụ vận

hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Cả” được lựa chọn làm luận văn tốt

nghiệp cao học chuyên ngành thuỷ văn

2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu đặc điểm lũ trên lưu vực sông Cả

- Xây dựng được phương án dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Cả

- Xây dựng được quan hệ mực nước thượng lưu với lượng nước xả qua tràn xả

lũ hồ chứa Bản Vẽ

3 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện, đề tài đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu cơ bản như:

Phương pháp thu thập số liệu điều tra và khảo sát thực địa: Để tiến hành xác định vùng chịu ảnh hưởng của lũ, lụt gây nên; đặc điểm lưu vực sông Cả

Phương pháp phân tích: Phân tích, đánh giá, kế thừa các kết quả số liệu nghiên cứu đã có liên quan đến xây dựng phương án dự báo lũ

Phương pháp chuyên gia: Trao đổi, học tập, lấy ý kiến từ các chuyên gia về phương pháp đánh giá, tính toán để xây dựng phương án dự báo lũ

Phương pháp mô hình toán: Áp dụng mô hình toán thủy văn mưa - dòng chảy

và mô hình thuỷ lực để tính toán dự báo lũ cho lưu vực nghiên cứu

4 Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu và thiết lập mô hình tính toán lũ áp dụng dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Cả theo quy trình vận hành liên hồ chứa

đã được phê duyệt

Kết quả nghiên cứu là cơ sở để các đơn vị dự báo thuỷ văn có thể áp dụng vào

dự báo tác nghiệp, tham khảo trong việc vận dụng có hiệu quả hơn quy trình vận hành liên hồ chứa trên hệ thống sông Cả trong quá trình khai thác và là căn cứ quan

trọng giúp chính quyền địa phương ra các chính sách ứng phó với thiên tai lũ nhằm giảm nhẹ các tác động của chúng

5 Kết cấu của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, nội dung của luận văn được cấu trúc theo 3 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và cơ sở dữ liệu

Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán thuỷ văn xây dựng phương án

dự báo lũ

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LŨ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

Cơ quan thời tiết quốc gia Mỹ đã gọi lũ lụt do bão Harvey-8/2017 gây ra là

“chưa có tiền lệ” Thống đốc bang Texas Greg Abbott ngày 27-8-2017 cho biết, 54 hạt của bang đã được tuyên bố là khu vực thảm họa[23]

Tại Bangladesh là quốc gia đối mặt với lũ, lụt thường xuyên, các trận lũ thường làm ngập khoảng 25-30% diện tích cả nước, những trận lũ đặc biệt lớn làm ngập tới 50-70% đất nước[21]

Tại Trung Quốc, trong 55 năm gần đây lũ lụt xảy ra làm trung bình khoảng 5.000 người thiệt mạng mỗi năm; ảnh hưởng đến khoảng 9,3 triệu ha đất canh tác nông nghiệp Trong thập kỷ 1990 liên tiếp có 7 trận lũ lớn 1991, 1993, 1994, 1995,

1996, 1997, 1998 làm chết khoảng 25 nghìn người[22]

Khu vực Đông Nam Á, tại Malaysia trận lũ đặc biệt lớn tháng XI/1986 ở hạ lưu sông Trengganu và Kelantan đã làm 14 người chết, thiệt hại khoảng 12 triệu USD Tại Thái Lan, trận lũ xảy ra tháng X/1995 trên lưu vực sông Chao Phraya làm ngập vùng đất với diện tích hơn 60.000 ha, kéo dài 30 ngày và thiệt hại khoảng 11.858 triệu Baht [19] Cũng tại Thái Lan, trận lũ lịch sử năm 2011 tại được coi là cơn "đại hồng thủy" gây thiệt hại rất nghiêm trọng: Hơn 500 người thiệt mạng, 2 triệu người bị ảnh hưởng, thiệt hại khoảng 5 tỷ USD tương đương với khoảng 1,5% tổng sản phẩm quốc nội hàng năm Đây là trận lũ lớn nhất từ trước đến nay xét theo tổng lượng nước lũ với 1/3 số tỉnh và 3/4 diện tích đất nước bị ảnh hưởng [20]

1.1.2 Mô hình tính toán lũ trên thế giới

Việc nghiên cứu lũ luôn được hầu hết các nước trên thế giới coi trọng và tập

trung chính vào nghiên cứu các nguyên nhân hình thành lũ trên lưu vực, truyền lũ trong mạng sông, ngập lụt hạ du và các vùng ven sông với các điều kiện cụ thể của lưu vực và mạng lưới sông ngòi Đến nay với sự phát triển mạnh mẽ và nhanh chóng của toán học, vật lý, tin học cùng các công cụ tính toán hiện đại và hệ thống thông tin địa lý , nên chỉ trong 20 năm gần đây đã có nhiều mô hình toán thuỷ văn - thuỷ lực, thủy động lực đã ra đời và ứng dụng thành công với độ chính xác cao trong công tác kiểm soát lũ, lụt trên các lưu vực sông, kể cả trong vận hành hệ thống

hồ chứa tham gia vào quá trình phòng chống lũ, lụt trên lưu vực sông[10]

Phương pháp tính toán lũ hiện nay nói chung là dựa trên quan điểm nguyên nhân - kết quả, do vậy phương pháp mô hình toán được coi là hiệu quả và phù hợp nhất, tuy nhiên tùy theo từng mô hình mà có những điều kiện, yêu cầu nhất định về thông tin, số liệu về lưu vực (khí tượng, thủy văn, mặt đệm, sông ngòi, địa hình,…)

- Hệ thống cảnh báo lũ toàn cầu (Global Flood Alert System, GFAS) và mạng lưới lũ quốc tế (International Flood Network, IFNet), sử dụng số liệu mưa bề mặt cùng các số liệu ước lượng mưa từ vệ tinh để cảnh báo khả năng hay xác suất xảy ra lũ trên các sông lớn trên toàn cầu khi lượng mưa đã rơi vượt ngưỡng giới hạn mưa hiệu quả sinh lũ được xác định trước cho từng lưu vực Tuy nhiên, hệ thống này chưa tính tới điều kiện mặt đệm lưu vực, ảnh hưởng của địa hình, tình trạng ẩm, hiện trạng lũ của lưu vực nên độ chính xác không cao, chỉ có tính cảnh báo xác suất khả năng xảy ra lũ trên lưu vực sông lớn

- Hệ thống phân tích dự báo lũ tích hợp sử dụng số liệu mưa vệ tinh (Integrated Flood Analysis System) của Viện Nghiên cứu Công chính Nhật Bản (Public Works Research Institute, PWRI) Hệ thống này có sử dụng số liệu ước lượng mưa từ vệ tinh hoặc mưa bề mặt làm số liệu đầu vào; phân tích, tính toán dòng chảy trên cơ sở mô hình thủy văn thông số phân phối PWRI, có khả năng tự thiết lập mô hình tính toán dòng chảy trên cơ sở số liệu GIS, viễn thám như địa hình, sử dụng đất, loại đất, thảm thực vật…; hiển thị các kết quả ở dạng đồ thị, bảng biểu hay bản đồ Hệ thống này đã được chuyển giao, đào tạo miễn phí cho các nước đang phát triển ở châu Á triển khai áp dụng cho các lưu vực sông khác nhau[9];

- Mô hình thủy văn phân phối dựa trên quỹ nước và năng lượng (Water and Energy Budget-based Distributed Hydrological Model, WEB-DHM) của Đại học ToKyo mô phỏng đối với dòng chảy sông Hồng năm 2006 trong khuôn khổ nghiên cứu của Chương trình Chu trình nước châu Á (Asia Water Cycle Initiative, AWCI), dựa trên số liệu viễn thám và số liệu mưa bề mặt, nhưng chưa có yếu tố dự báo

Ngoài ra còn có các phần mềm tính toán, dự báo lũ trên cơ sở các mô hình thông số phân phối như VIC (Mỹ), TOPMODEL, BTOPMODEL, MARINE (Pháp), DIMOSOP (Ý), WETSPA (Bỉ)…có sử dụng số liệu viễn thám, ước lượng mưa từ vệ tinh hoặc mưa dự báo số trị và các loại số liệu bề mặt khác Các phần mềm này được ứng dụng cho một số lưu vực, tuy nhiên các kết quả nghiên cứu ứng dụng chỉ được công bố hạn chế trên một số tạp chí chuyên ngành hay hội thảo khoa học, chủ yếu mang tính chất nghiên cứu, tính học thuật, thử nghiệm, chưa được ứng dụng rộng rãi, nhất là trong dự báo tác nghiệp[9]

1.1.3 Tổng quan về lũ ở Việt Nam

Cũng như trên khu vực và thế giới, lũ ở Việt Nam xảy ra ngày càng phức tạp, với tần suất ngày càng cao và nghiêm trọng hơn, có thể kể đến một số trận lũ điển hình trong thời gian gần đây như sau:

Năm 2000 lũ đạt mức lớn nhất trong 76 năm gần đây ở ĐBSCL và diễn biến phức tạp với hai đỉnh kế tiếp nhau, gây ngập lụt nghiêm trọng trên hạ du lưu vực sông Mekong Những thiệt hại do thiên tai lũ gây ra trong năm 2000 ở khu vực ĐBSCL rất nghiêm trọng: 539 người chết (hơn ba trăm là trẻ em), 212 người bị thương, hơn 890.000 căn nhà, 13.793 phòng học, 383 cơ sở y tế bị ngập trong nước; hơn 9.457 căn nhà bị sập hoàn toàn; hơn 62.000 hộ dân phải di dời nhà ở, trong đó nhiều hộ phải di chuyển chỗ ở 2 - 3 lần, hơn nửa triệu người phải cứu trợ khẩn cấp; hơn 224.508 ha lúa, gần 86.000 ha hoa màu, cây ăn trái, cây công nghiệp bị hư hại; hơn 14.000ha nuôi trồng thủy sản bị thiệt hại; hơn 668.000 gia súc và gia cầm bị chết; hơn 12.000 km đường giao thông các loại bị ngập, hư hỏng; gần 5.000 cầu, cống các loại bị ngập, hư hỏng nặng, có một số bị sập Hệ thống kênh mương thủy lợi, bờ bao bị sạt lở hơn 37 triệu m3 Đây là những thiệt hại vật chất trực tiếp, còn

những thiệt hại về cơ sở hạ tầng xã hội, môi trường sinh thái cũng rất lớn, chưa đánh giá hết được và phải mất thời gian dài mới khôi phục được Tổng thiệt hại do

lũ gây ra ở khu vực ĐBSCL trong năm 2000 ước tính khoảng 4.626 tỉ đồng[19]

Từ đêm ngày 30 tháng 10 năm 2008, tại miền Bắc và các tỉnh Bắc miền Trung một trận mưa lớn kỷ lục trong hơn 100 năm gần đây đã xảy ra và kéo dài trong nhiều ngày Đợt mưa lớn vượt quá mọi dự báo và trái mùa này đã gây ra một trận lụt lịch sử ở Hà Nội; cùng lúc đó, những trận mưa lớn trên các tỉnh miền Bắc và Bắc Trung bộ đã gây ra lũ lụt trên diện rộng, làm nhiều người chết, gây thiệt hại vật chất đáng kể Đối với riêng thủ đô Hà Nội đã gánh chịu nhiều thiệt hại: ngập trên diện rộng; giao thông hỗn loạn, nhiều xe cộ ngập nước; nhiều người chết; thị trường hàng hóa sốt giá; nhiều cơ sở ngừng hoạt động; đê phía bắc có nguy cơ vỡ, tràn đe dọa Hà Nội; nguy cơ bệnh tật bùng phát cao; ước tính thiệt hại trên 3000 tỷ đồng[22]

Tại Quảng Ninh, đợt mưa dài trong 2 ngày 26 và 27/7/2015 là đợt mưa lớn nhất trong vòng 40 năm qua (có nơi lượng mưa gần 600 mm) đã gây nên trận lũ lụt nghiêm trọng trên địa bàn Tỉnh, đồng thời gặp lúc triều cường nên mức độ ảnh hưởng là rất lớn Trận mưa làm 3 người thiệt mạng; 2.200 hộ dân, trường học, bệnh

xá bị ngập lụt, có nơi ngập sâu 2 mét, ngập úng hơn 70 ha hoa màu[25]

Gần đây nhất, mưa lớn xảy ra trong đêm 2/8 kéo dài đến sáng 3/8/2017 gây

lũ lớn tại Yên Bái và Sơn La làm 28 người chết và mất tích [24]

Mấy chục năm gần đây suốt dải ven biển miền Trung đã xảy ra những trận lũ lớn như: trận lũ năm 1978 trên hệ thống sông Cả; lũ năm 1993 trên sông Ba, sông Gianh; lũ năm 2002 trên sông La… Đặc biệt các trận lũ lớn xảy ra trên diện rộng như năm 1999 từ các sông của Quảng Trị, Thừa Thiên Huế đến Quảng Ngãi, hay lũ lớn năm 2010 xảy ra từ các sông Nghệ An đến Quảng Trị; lũ tháng VI/2011- lũ lịch

sử trên sông Nậm Mộ (thượng nguồn sông Cả)

Tháng IX/2002 trên hệ thống sông Cả đã xuất hiện lũ đặc biệt lớn, mực nước lũ tại nhiều nơi lên rất cao: tại Hoà Duyệt 11,47 m xuất hiện lúc 1h ngày 22/9/2002 cao hơn mức BĐ 3 là 1,77 m (thấp hơn lũ lịch sử năm 1960: 0,97 m)

Từ ngày 02 - 06/10/2007 xuất hiện trận lũ lịch sử lớn nhất trong vòng 45 năm qua ở các tỉnh Bắc miền Trung: Các tỉnh Bắc Trung Bộ chịu ảnh hưởng trực tiếp của bão số 5 Hình thế thời tiết trên đã gây mưa vừa, mưa to có nơi mưa rất to trên khu vực Mưa lớn đã gây ra 1 đợt lũ lớn, lũ đặc biệt lớn trên hầu hết các sông chính trong khu vực Một số sông đã xuất hiện lũ lịch sử như sông Mã (Thanh Hóa) , sông Hiếu (Nghệ An) và lũ đặc biệt lớn trên sông Ngàn Sâu Lũ lớn gây vỡ đê sông Bưởi ở Thanh Hóa, lũ quét ở Nậm Giải huyện Quế Phong Nghệ An… làm chết 88 người, 8 người mất tích, thiệt hại khoảng 3.215 tỷ đồng [4]

Từ ngày 14 - 19/X/2010, Bắc Trung Bộ chịu ảnh hưởng kết hợp của lưỡi áp cao lạnh lục địa, rãnh áp thấp với vùng áp thấp có trục qua Nam Trung Bộ nên trên toàn khu vực đã có mưa vừa, mưa to, nhiều nơi mưa rất to Lượng mưa ở Nghệ An

và Hà Tĩnh phổ biến 300 ÷ 1.100 mm, có nơi nhiều hơn như: TP Hà Tĩnh: 1.269,1 mm; Cửa Hội: 1.199 mm; Cẩm Nhượng: 1.162 mm; Chu Lễ: 1.153 mm; Hòn Ngư: 1.127, mm Lượng mưa ngày lớn nhất: 548,0 mm, xẩy ra tại Chu Lễ vào ngày 16 tháng X Lũ trên sông Cả (Nghệ An) ở mức trên BĐ2; các sông Hà Tĩnh ở mức trên BĐ3 Riêng trên sông Ngàn Sâu đã xẩy ra lũ đặc biệt lớn

Lũ gây ngập sâu, kéo dài trong nhiều ngày, đã gây thiệt hại lớn về người và tài sản Ở Nghệ An: Có 44.051 hộ của 131 xã, phường thuộc 13 huyện, thành, thị bị ngập sâu, trong đó 35 xã bị cô lập; Hà Tĩnh: Có 175.110 hộ của 183 xã, phường thuộc 12 huyện, thị trong tỉnh bị ngập, trong đó có 105 xã bị cô lập [4]

Tháng 10/2016, do ảnh hưởng không khí lạnh tăng cường xuống phía nam gây

ra mưa lớn trên diện rộng ở Hà Tĩnh và Quảng Bình từ đêm 30 đến sáng 31/10 Mưa lớn đã gây ngập lụt 93 xã trên địa bàn 9 huyện, thành phố với tổng số dân bị ngập là 24.158 hộ Trong đó, nhiều nhất là huyện Hương Khê với 16 xã, 10.357 hộ dân ngập; Vũ Quang 1 xã ngập; Kỳ Anh có 3 xã với 257 hộ ngập Huyện Cẩm Xuyên 20 xã với 7.287 hộ ngập lụt; huyện Thạch Hà có 24 xã với 3.264 hộ Trên toàn tình Hà Tĩnh đã có 2 người chết và 1 người mất tích; 723 ha lúa mùa bị ngập; hoa màu bị ngập hỏng 1.416 ha; 400 ha cây ăn quả bị ảnh hưởng; 300 gốc đào bị úng hỏng; hơn 12 tấn lương thực bị ướt hỏng; 99.032 con gia cầm bị chết, cuốn trôi;

869 con trâu bò, 399 con lợn bị chết, cuốn trôi; 337 ha hồ nuôi thủy sản bị ngập; 16 cây vó trục bị trôi[14]

1.1.4 Tổng quan về mô hình tính toán lũ ở Việt Nam

Trong dự báo thuỷ văn, nhiều nghiên cứu hiện nay đã sử dụng số liệu dự báo mưa số trị như các phương án dự báo lũ, hạn vừa bằng mô hình TANK; dự báo dòng chảy 5 ngày đến các hồ chứa lớn trên sông Đà, sông Lô bằng mô hình MIKE11; mô hình DIMOSOP (Ý) hoặc bước đầu sử dụng GIS, viễn thám, mô hình MARINE trong dự báo lũ sông Đà; dự báo quá trình lũ hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia bằng mô hình WETSPA, HECRAS; Mô hình MARINE cho lưu vực sông Đà,…đã áp dụng thử số liệu ước lượng mưa vệ tinh từ ảnh mây tính quá trình lũ đến

Tạ Bú và Hòa Bình

Một số kết quả điển hình về nghiên cứu dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống

hồ chứa có thể kể đến như sau:

Tô Thúy Nga [8] Nghiên cứu thiết lập chương trình tính toán mô phỏng lũ từ việc tích hợp ba mô hình: mô hình mưa dòng chảy, mô hình vận hành hồ chứa và diễn toán lũ trên sông cho thương lưu sông Vu Gia-Thu Bồn phục vụ dự báo lũ với thời gian dự kiến 3-5 ngày làm cơ sở cho việc xác định chế độ vận hành hồ chứa theo thời gian thực Kết quả cho thấy có thể hạ thấp mực nước hồ để đón lũ xuống dưới mực nước đón lũ đã qui định từ đó sẽ nâng cao được hiệu quả cắt giảm lũ cho

hạ du mà vẫn đảm bảo an toàn cho các hồ chứa thủy điện,

Đoàn Thị Vân [11] Nghiên cứu đã xây dựng mô hình mô phỏng lũ từ việc tích hợp mô hình MIKE-NAM, MIKE11 diễn toán lũ cho lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa

Vũ Đức Long và nnk (2014) [6] nghiên cứu xây dựng công nghệ cảnh báo, dự

báo lũ và cảnh báo ngập lụt cho các sông chính ở Quảng Bình, Quảng Trị nhằm mục tiêu xây dựng được công nghệ cảnh báo, dự báo lũ và cảnh báo ngập lụt vùng hạ lưu sông cho các sông Gianh, sông Kiến Giang, sông Bến Hải, sông Thạch Hãn, cảnh báo

lũ trước 24-48 h, dự báo quá trình lũ và cảnh báo ngập lụt trước 12-24 h

Bùi Đình Lập và nnk (2016)[5] Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo dòng

chảy lũ đối với các hồ chứa lớn trên hệ thống sông Hồng Trong nghiên cứu này nhóm tác giả xây dựng cảnh báo lũ lớn với các hồ chứa trên hệ thống sông Hồng và xây dựng công nghệ dự báo tổng lưu lượng lớn nhất, nhỏ nhất trên hệ thống hồ chứa này Một số kết quả đạt được của tập thể tác giả: công nghệ dự báo dòng chảy lũ đến các hồ chứa lớn trên hệ thống sông Hồng (F5D- Model), xây dựng bản đồ lưới mưa, hiệu chỉnh thông số mô hình, chuyển giao công nghệ tại Đài Việt Bắc, Tây Bắc;

Đặng Thanh Mai và nnk (2016)[7] Nghiên cứu xây dựng công nghệ cảnh báo, dự báo lũ và cảnh báo ngập lụt cho các sông chính ở Bình Định, Khánh Hòa Mục tiêu của nghiên cứu nhằm xây dựng được một công nghệ dự báo lũ và cảnh báo ngập lụt cho các hệ thống sông chính thuộc hai tỉnh Bình Định và Khánh Hòa phục vụ cảnh báo lũ và ngập lụt trước 24-36 h, dự báo lũ trước 12-24 h

Hoàng Thanh Tùng (2011) [10] nghiên cứu xây dựng phương án tích hợp mô hình dự báo mưa lũ với mô hình vận hành hệ thống hồ chứa giải quyết bài toán vận hành phối hợp hồ chứa phòng lũ theo thời gian thực, nghiên cứu cho lưu vực sông

Cả Trong nghiên cứu này tác giả đã chọn hướng tiếp cận là kết hợp giữa mô hình

mô phỏng (HEC-HMS, HEC-RESSIM) với mô hình điều khiển để xác định ưu tiên vận hành cho từng hồ trong hệ thống các hồ và ưu tiên vận hành kết hợp giữa các hồ với ưu tiên về ràng buộc mực nước và lưu lượng của một số vị trí hạ lưu nhằm bảo đảm mục tiêu phòng lũ

Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Tây Nguyên đã ứng dụng thử nghiệm hệ thống IFAS “Nghiên cứu xây dựng hệ thống phân tích lũ lụt tích hợp từ ảnh mây vệ tinh cảnh báo lũ cho vùng thượng nguồn sông Ba, tỉnh Gia Lai”, do Nguyễn Hoàng Tâm làm chủ nhiệm đề tài Kết quả của đề tài đã có được phương án dự báo và các bản tin cảnh báo, dự báo lũ cho vùng thượng nguồn sông Ba, tỉnh Gia Lai [9]

1.1.5 Hạn chế của phương pháp dự báo lũ hiện nay

Trên lưu vực sông Cả, hiện nay Đài KTTV khu vực Bắc Trung Bộ đã nghiên cứu và sử dụng các phương pháp dự báo như: Mực nước tương ứng, tương quan nhiều biến Các phương pháp này hiện vẫn đang được sử dụng với kết quả nằm trong phạm vi cho phép, tuy nhiên những phương pháp này còn nhiều hạn chế như:

- Thời gian dự kiến ngắn (từ 6-12 giờ) và còn có sai số khi dùng mưa dự báo

- Chưa dự báo được quá trình mực nước dọc theo sông và quá trình lũ theo thời gian với sự ảnh hưởng bởi quá trình vận hành của hệ thống hồ chứa

- Chưa tính toán được sự ảnh hưởng của các công trình thuỷ trên hệ thống sông, sự thay đổi của thảm phủ thực vật trong giai đoạn hiện nay ; điều này không

có nhiều ý nghĩa trong công tác cảnh báo và dự báo lũ, nhất là đối với lũ lớn

Hơn thế, hiện nay trên lưu vực sông Cả đã xây dựng một số hồ chứa vì vậy các phương pháp dự báo lũ trên gặp nhiều khó khăn trong dự báo tác nghiệp đặc biệt là công tác dự báo phục vụ vận hành liên hồ chứa theo quy trình đã được Chính phủ ban hành

1.2 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ - XÃ HỘI

1.2.1 Vị trí địa lý

Là một trong 9 hệ thống sông lớn của nước ta, lưu vực sông Cả trải dài từ

18015'50" đến 20010'30" vĩ độ Bắc, từ 103045'10" đến 105015'20" kinh độ Đông Phía Bắc tiếp giáp lưu vực sông Chu, phía Tây tiếp giáp dãy núi Trường Sơn, phía Nam tiếp giáp lưu vực sông Gianh và phía Đông giáp Biển Đông Tổng diện tích lưu vực sông là 27.200 km2, phần diện tích ở Việt Nam là 17.730 km2, chiếm 65,2% diện tích lưu vực Dòng chính sông Cả có chiều dài 531 km, trong đó 170 km chảy qua lãnh thổ Lào và qua địa phận Nghệ An - Hà Tĩnh là 361 km (Hình 1.1)[4]

1.2.2 Địa hình, địa mạo

Địa hình lưu vực sông Cả khá phức tạp và bị chia cắt mạnh, tuy nhiên có thể chia lưu vực sông Cả theo ba dạng địa hình chính như sau:

- Địa hình đồng bằng và đồng bằng ven biển nhỏ, hẹp và nằm sát với dòng chính Toàn bộ đồng bằng được bảo vệ bằng đê hai bờ sông trừ vùng hữu ngạn Thanh Chương và vùng hữu ngạn Nam Đàn chỉ bảo vệ bằng đê bối Tổng diện tích vùng này vào khoảng 350.000 ha chiếm 10% diện tích lưu vực sông Cả và khu hưởng lợi

- Vùng đồi trung du thuộc các huyện Nghĩa Đàn, Quỳ Hợp, Tân Kỳ, Anh Sơn, Thanh Chương (Nghệ An), Vũ Quang, Hương Sơn và Hương Khê (Hà Tĩnh)

Đây là dạng địa hình phức tạp, bị chia cắt mạnh có thế dốc nhiều chiều do các sông nhỏ tạo nên Tổng diện tích dạng địa hình này vào khoảng 680.000 ha

- Địa hình vùng núi cao chủ yếu tập trung ở phía Tây, Tây Bắc và Tây Nam lưu vực sông Dạng địa hình này có độ cao từ 1200 ÷ 1500 m và như một bức tường ngăn giữa lưu vực sông Mê Kông và lưu vực sông Cả Dạng địa hình này có độ dốc lớn, thung lũng hẹp, chiếm tới 60% diện tích lưu vực

Tóm lại, địa hình sông Cả tổng hợp nhiều dạng địa hình có thế dốc chung theo hướng Tây - Đông, Tây Bắc - Đông Nam, Tây Nam - Đông Bắc và rốn trũng nhất là cửa sông Cả Độ dốc bình quân lưu vực lớn, phần đồng bằng hẹp Địa hình ở lưu vực đa dạng và chia cắt mạnh như thế nên rất thuận tiện khi mà có mưa lớn thì

lũ sẽ tập trung nhanh và dồn về phía hạ lưu gây nên ngập lụt nghiêm trọng

phèn, đất mặn, đất than bùn và đất đen ở vùng đồng bằng (Hình 1.2) và việc phân chia các loại đất thể hiện ở bảng 1.1 Nhìn chung, đất ở vùng đồi núi còn khá tốt, độ dày tầng đất hơn 50 cm, cấu tượng đất tốt; đất ở vùng đồng bằng, nhất là loại đất phù

sa có nhiều dinh dưỡng phù hợp cho sản xuất nông nghiệp [4]

Bảng 1.1: Phân loại đất trên lưu vực sông Cả

Tên đất

Diện tích (ha) %

Diện tích (ha) %

Diện tích

Tổng diện tích điều

tra thổ nhưỡng 1.640.849 100 395.000 100 2.035.849 100 Trong đó diện tích các

loại đất 1.498.492 100 320.400 100 1.818.892 100

I Đất thuỷ thành 173.600 11,58 126.400 39,45 300.000 16,49 Trong đó nhóm phù sa

dốc tụ 146.400 84,33 93.600 74,05 240.000 80,0

II Đất địa thành 1.324.892 88,42 194.000 60,55 1.518.892 83,51 Trong đó: Nhóm đất

- Thảm phủ thực vật vùng canh tác nông nghiệp:

Diện tích canh tác nông nghiệp trên toàn lưu vực chỉ chiếm khoảng 7% diện tích toàn lưu vực Trên diện tích đất này hiện nay canh tác với hệ số quay vòng ruộng đất từ 1,7 đến 1,8 lần trong năm nghĩa là trong một năm chỉ có khoảng 6 tháng có cây che phủ còn lại 6 tháng đất trống Trong 6 tháng phần cây có lá che phủ cho diện tích chỉ chiếm 3,5 - 4 tháng, có thể đánh giá thảm phủ thực vật trên đất

nông nghiệp chỉ đạt 20 - 25%

- Thảm phủ thực vật trên đất lâm nghiệp:

Rừng ở lưu vực sông Cả tập trung chủ yếu ở ba tỉnh phía Lào xay, Xiêng Khoảng và Hủa Phăn) Theo khảo sát sơ bộ và đánh giá tài nguyên riêng phía Lào thảm phủ còn hơn 555.000 ha Ở Việt Nam rừng tập trung ở phía Bắc, Tây Bắc và Tây Nam lưu vực sông trên cao độ từ 150 ÷ 1.500 m Toàn bộ lưu vực có hai vùng rừng quốc gia là Pù Mát (Nghệ An) và Vũ Quang (Hà Tĩnh) Trước năm

(Bô-li-khăm-1995 rừng trên lưu vực sông Cả bị suy giảm nhanh do chế độ khai thác kém bảo dưỡng và trồng bổ sung không kịp với tốc độ cháy rừng, phá rừng làm nương rẫy và

du canh du cư của đồng bào dân tộc ít người Lớp phủ thực vật trên các núi đá vôi chủ yếu là các cây gỗ nhỏ và cây tạp Độ che phủ rừng đã đạt 41,51% ở Nghệ An và 39,18% ở Hà Tĩnh Trong đó có trên 90% là rừng tự nhiên[15]

Hiện nay với nhiều chính sách khuyến khích phát triển lâm nghiệp, tỉnh Nghệ An đã ban hành quyết định phê duyệt Đề án “Tái cơ cấu ngành Lâm nghiệp Nghệ An đến năm 2020”, trong đó có mục tiêu ổn định che phủ rừng bình quân lên 57%[15] Theo UBND tỉnh Nghệ An (ngày 24/2/2017) tổng diện tích rừng và đất lâm nghiệp trên địa bàn toàn tỉnh là 1.278.664 ha, trong đó đất có rừng hơn 972.910 ha; độ che phủ 57,4% Trong đó, rừng sản xuất 501.634 ha, rừng phòng hộ 302.068

ha, rừng đặc dụng 169.207 ha với trên 1.000 triệu cây tre, nứa

1.2.5 Dân số

Dân số của Nghệ An là hơn 3,022 triệu người, Hà Tĩnh là 1,255 triệu người Trên toàn tỉnh Nghệ An có nhiều dân tộc cùng sinh sống như người Thái, người Mường bên cạnh dân tộc chính là người Kinh, với mật độ dân số khoảng 180 người/km2 Dân số tỉnh Nghệ An đứng thứ tư cả nước sau Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh và tỉnh Thanh Hóa Dân số thành thị chiếm 15,5% Mật độ dân số ở các

đô thị thuộc hạ lưu sông rất cao, gấp đến 17 lần so với mật độ dân số trung bình trên khu vực (Vinh là 2992 người/km2) Mật độ dân số thấp nhất thường tập trung ở thượng nguồn sông Cả như huyện Tương Dương là 26 người/km2; Kỳ Sơn, Quế Phong là 35 người/km2 Trình độ dân trí của người dân trên lưu vực sông không

đồng đều giữa thành thị, nông thôn và vùng núi cao thượng lưu sông [15]

1.2.6 Kinh tế- Xã hội

Tỉnh Nghệ An là trung tâm kinh tế - xã hội và văn hóa vùng Bắc Trung Bộ, nên vùng nghiên cứu thích hợp phát triển kinh tế tổng hợp, nhiều loại hình sản xuất đều phát triển tại đây: nông nghiệp, lâm nghiệp, nuôi trồng thủy sản, công nghiệp Theo Báo Nghệ An, tình hình kinh tế xã hội năm 2016 của Nghệ An thấy như sau:

Về kinh tế: Tốc độ tăng trưởng kinh tế năm 2016 cao hơn mức tăng trưởng bình quân của cả nước, với cơ cấu như sau: Nông, lâm ngư nghiệp chiếm 26,3%; Công nghiệp, xây dựng chiếm 32,3%; Dịch vụ chiếm 41,4% Tổng thu nhập bình quân đầu người khoảng 31 triệu đồng/người/năm Kinh tế phát triển tập trung chính

ở khu vực hạ lưu sông Cả như thành phố Vinh - Cửa Lò gắn với khu kinh tế Đông Nam, khu vực Hoàng Mai và khu vực Phủ Quỳ Một số ngành công nghiệp có thế mạnh như các ngành chế biến thực phẩm - đồ uống, chế biến thuỷ hải sản, dệt may, vật liệu xây dựng, cơ khí, sản xuất đồ thủ công mỹ nghệ, chế tác đá mỹ nghệ, đá trang trí, sản xuất bao bì, nhựa, giấy

Về xã hội: Nghệ An là địa phương có tỷ lệ hộ nghèo, nhất là thượng lưu lưu vực sông giảm đáng kể (2,6% - năm 2016); giải quyết việc làm cho khoảng hơn 37 ngàn lao động; tỷ lệ người dân nông thôn và vùng núi được dùng nước hợp vệ sinh đạt hơn 70%; tỷ lệ dân số đô thị loại 4 trở lên được dùng nước sạch khoảng 80% và

tỷ lệ lao động được đào tạo khoảng 59%

1.3 ĐẶC ĐIỂM MƯA LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG

1.3.1 Mạng lưới sông, suối

Hệ thống sông Cả gồm 44 sông nhánh cấp I, sông có diện tích lớn nhất là sông Hiếu F = 5.340 km2 Những sông nhánh lớn của sông Cả là Nậm Mô, Huổi Nguyên, sông Hiếu, sông Giăng và sông La Những sông này đóng góp lượng dòng chảy đáng kể vào dòng chính

Dòng chính sông Cả bắt nguồn từ dãy núi cao thuộc tỉnh Xiêng Khoảng của nước Lào có độ cao 2.000 m, chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam vào Viêt Nam; sông Cả không có phân lưu, toàn bộ lượng nước đều đổ ra biển tại Cửa Hội Đặc điểm

chính của một số nhánh sông suối chính được thể hiện tại Bảng 1.2

Bảng 1.2: Đặc trưng hình thái lưu vực sông Cả

(m)

Độ dốc bình quân lưu vực(%)

Chiều rộng bình quân lưu vực (km)

Mật độ lưới sông

(km/km2)

Hệ số hình dạng lưu vực

Sông Cả 27.200 294 18,3 89,0 0,6 0,29 Nâm Mộ 3.930 960 25,7 38,2 - 0,27 Sông Hiếu 5.417 303 13,0 32,5 0,71 0,20 Sông Giăng 1.050 492 17,2 15,3 - 0,24 Sông La 3.234 360 28,2 46,6 0,87 0,68

+ Sông Hiếu là sông nhánh cấp I lớn nhất bắt nguồn từ dãy núi cao Phu Hoạt

có độ cao 2.452 m thuộc huyện Quế Phong, Quỳ Châu, Nghĩa Đàn, Tân Kỳ nhập vào dòng chính sông Cả tại ngã ba Cây Chanh Diện tích toàn bộ lưu vực là 5.340

km2, chiều dài sông là 228 km Trên lưu vực sông Hiếu có lượng mưa trung bình ở thượng lưu là 2.200 mm, hạ lưu là 1.600 mm Dòng chảy năm chiếm 32,3% dòng chảy sông Cả tại Yên Thượng Lũ lớn trên sông Hiếu xảy ra vào các năm 1962,

1978, 1988, 2010, 2013

+ Sông Giăng: sông bắt nguồn từ vùng núi cao của dãy Trường Sơn, sông có chiều dài 77 km, chảy qua vùng có lượng mưa năm lớn trên lưu vực 2.200 mm và nhập vào dòng chính sông Cả tại Thanh Tiên Lòng sông hẹp, ngắn, độ dốc lớn và nhiều thác ghềnh

+ Sông La là hợp lưu của hai nhánh Ngàn Phố và Ngàn Sâu có tổng diện tích

là 3.210 km2 nhập vào hạ lưu sông Cả tại Chợ Tràng Sông nhánh lớn Ngàn Sâu,

Ngàn Phố bắt nguồn từ vùng núi cao phía Tây Hà Tĩnh có lượng mưa năm lớn Lũ lớn và lũ quét thường xảy ra trên lưu vực đặc biệt là trên sông Ngàn Phố gây thiệt hại nghiêm trọng tới cuộc sống và tài sản của dân trong vùng Những năm lũ lớn như năm 1960, 1989 và đặc biệt năm 2002, 2010, 2013 gây thiệt hại nghiêm trọng[4]

1.3.2 Đặc điểm lũ trên lưu vực sông Cả

1.3.2.1 Nhân tố chính gây mưa, lũ lớn trên lưu vực

Lũ lớn ở Việt Nam nói chung và trên lưu vực sông Cả nói riêng được hình thành từ nhiều nhân tố khác nhau, bao gồm các nhân tố tự nhiên như điều kiện khí tượng, thời tiết, địa hình, địa chất, thổ nhưỡng, thực vật, sông ngòi,…và các điều kiện do tác động của con người như khai thác rừng, phát triển nông nghiệp, công trình thủy lợi, thủy điện, giao thông…Tuy nhiên có thể chia thành 3 nhóm nhân tố chủ yếu:

- Nhóm nhân tố do khí tượng, chủ yếu là hình thế thời tiết gây mưa lớn;

- Nhóm nhân tố điều kiện mặt đệm lưu vực sông, chủ yếu là địa hình, thảm phủ, mạng lưới sông ngòi;

- Nhóm nhân tố do các hoạt động kinh tế xã hội của con người như hạ tầng giao thông, thủy lợi, sử dụng đất và biến đổi khí hậu

1.3.2.2 Hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn

Hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn trên khu vực Bắc Trung Bộ, trong đó có lưu vực sông Cả rất đa dạng[4] Tuy nhiên ta có thể chia thành những dạng hình thế thời tiết chủ yếu gây mưa lũ lớn trên lưu vực sông Cả (Bảng 1.3) như sau:

Bảng 1.3: Hình thế thời tiết chủ yếu gây mưa lớn trên lưu vực sông Cả

TT Hình thế

thời tiết Trận lũ

Đặc điểm thời tiết Đặc điểm lũ

-15/IX, bão số 7

- Lũ lịch sử trên sông Cả + Lương mưa ngày lớn nhất đạt

788 mm tại Đô Lương, 222 mm tại Sơn Diệm; tổng lượng mưa

từ 16-28/9 là 754 mm tại Nghĩa

TT Hình thế

thời tiết Trận lũ

Đặc điểm thời tiết Đặc điểm lũ

-20/IX, bão số 8 -26/IX, bão số 9 Mưa lớn trên lưu vực sông Hiếu, trung lưu sông Cả, sông Ngàn Phố

Khánh và 1.649 mm tại Đô Lương

+ Lưu lượng nước lớn nhất tại Dừa đạt 10.200 m3/s; cường độ

lũ lớn nhất 57 cm/h; tại Yên Thượng đạt 13.000 m3/s; cường

độ lũ lớn nhất 65 cm/h; tại Sơn Diệm đạt 3.700 m3/s; cường độ

lũ lớn nhát 94 cm/h VIII/2007 ATNĐ Từ

01÷08/VIII Mưa lớn trên sông Ngàn Sâu, Ngàn Phố

Lũ đặc biệt lớn xảy ra trên sông La: Lượng mưa ngày lớn nhất

353 mm tại Chu Lễ 297 mm tại Linh Cảm; cường độ lũ lớn nhất tại Chu Lễ 206 cm/h; Lưu lượng đỉnh lũ tại Hòa Duyệt 3.520 m3/s, cường độ lũ lớn nhất 207 cm/h; tại Sơn Diệm

152 cm/h

VII/2017 Từ 1h sáng

17-7, bão số 2 vào đất liền tại Nghệ

An - Hà Tĩnh

Các tỉnh Bắc Trung Bộ có mưa rất to; lũ trên các sông Ngàn Sâu, Ngàn Phố lên rất nhanh

Lũ lớn xảy ra ở trung lưu sông

Cả, sông Hiếu Lũ lớn thứ 2 sau

lũ lịch sử 1978: Lưu lượng đỉnh

lũ tại Dừa đạt 8.840 m3/s, tai Yên Thượng đạt 7.230 m3/s, tại Nghĩa Khánh đạt 4.440 m3/s

TT Hình thế

thời tiết Trận lũ

Đặc điểm thời tiết Đặc điểm lũ

mm; Nam Đàn 812 mm; Con Cuông: 720 mm; Tây Hiếu 637 mm; Tại Dừa mực nước lũ lớn hơn BĐ3 40 cm; Đô Lương là

17 cm; Nam Đàn 40 cm; Linh Cảm 13 cm; Chu lễ 3 cm

- Mưa lớn diện rộng, lượng mưa trận lớn: Sơn Diệm 753 mm; Chu Lễ 625 mm; Hương Khê 582 mm; Yên Thượng 476

mm

- Lũ lịch sử, lũ quét xảy ra trên sông La: Tại Sơn Diệm cường

độ lũ lớn nhất 162 cm/h, lưu lượng đỉnh lũ 5.200 m3/s; Tại Hòa Duyệt cường độ lũ lớn nhát 60 cm/h, lưu lượng đỉnh lũ 2.770 m3/s

X/2016 Từ 14÷15/X,

ảnh hưởng của ATNĐ kết hợp đới gió Đông trên cao

Mưa lớn diện rộng, lượng mưa trận lớn đã gây ngập lụt nhiều nơi ở Hà Tĩnh và Nghệ An: Lượng mưa ngày lớn nhất tại Dừa 220 mm

có trục qua NTB nâng truc lên phía Bắc

Mưa lớn với lượng mưa trận nhiều nơi trên 1.000 mm: Hà Tĩnh 1.225 mm; Hòa Duyệt 1.056 mm; Chu Lễ 1.092 mm; Hương Khê 978 mm; lượng mưa ngày lớn nhất 548 mm tại Chu Lễ; 502 mm tại Hòa Duyệt Trên sông La xảy ra lũ lịch sử mới:

TT Hình thế

thời tiết Trận lũ

Đặc điểm thời tiết Đặc điểm lũ

233 cm, vượt lũ 1960 là 9 cm, cường độ lũ lớn nhất 53 cm/h VI/2011 Do ảnh hưởng

của hoàn lưu bão số 2; của rãnh Áp thấp có trục Tây Bắc - Đông Nam, kết hợp với rìa tây nam của Áp cao cận nhiệt đới

Mưa lớn tại thượng nguồn sông

Cả gây ra lũ lịch sử mới trên sông Nậm Mộ Chủ yếu do mưa lớn ở thượng nguồn phía Lào Ơ Việt Nam lượng mưa ngày lớn nhất 124 mm tại Mường Xén, xuất lũ kép 2 đỉnh: Đỉnh thứ nhất với mực nước là 145,49 m lớn hơn lũ

2005 là 3,34 m; đỉnh thứ hai với mực nước là 141,22 m nhỏ hơn lũ 2005 là 0,93 m

1.3.2.3 Mùa lũ

Mùa lũ sông Cả có thể chia làm hai thời kỳ chính đó là: thời kỳ lũ tiểu mãn

và thời kỳ lũ chính vụ Lũ tiểu mãn vào khoảng tháng V, VI do hoạt động mạnh của Tín phong bắc bán cầu và gió mùa Tây Nam Lũ chính vụ vào khoảng tháng IX, X,

XI do hoạt động của các hình thế thời tiết gây mưa lớn

Trên dòng chính sông Cả mùa lũ bắt đầu từ tháng VIII, vào tháng VI có thể

có lũ tiểu mãn, ở thượng nguồn lũ đến sớm và kết thúc vào tháng X, ở trung lưu kết thúc vào tháng XI Lũ lớn nhất thường xuất hiện vào tháng IX và X

Sông Hiếu mùa lũ bắt đầu từ tháng VIII, kết thúc vào tháng XI Lũ lớn nhất thường xuất hiện vào tháng IX và tháng X

Trên lưu vực sông Giăng mùa lũ có thể bắt đầu từ tháng VIII, tháng có lũ lớn

Hình 1.3: Tần suất (%) xuất hiện lũ lớn nhất trong năm (1961-2015)

Bảng 1.4: Khả năng (%)xuất hiện lũ các tháng trên lưu vực sông Cả

1.3.2.4 Mực nước lũ

Mực nước lũ lớn nhất xuất hiện ở những thời gian rất khác nhau giữa các vị trí trên lưu vực sông Cả Theo thống kê từ các trận lũ đặc biệt lớn thời kỳ từ 1960 đến nay, mực nước lũ lớn nhất trên một số nhánh chính của sông Cả có thể thấy:

Trên dòng chính sông Cả, ở thượng nguồn tại Cửa Rào mực nước lũ lớn nhất xuất hiện vào VIII/1973 với Hmax = 76,3 m Từ Dừa về hạ du mực nước lũ lớn nhất xuất hiện tháng IX/1978 với Hmax = 19,71 m tại Đô Lương Tại Nam Đàn mực nước

lũ lớn nhất thực đo là 9,64m, Chợ Tràng là 7,31 m, Bến Thủy 5,68 m vào XI/1978

Trên sông Hiếu mực nước lũ lớn nhất đạt Hmax = 80,05 m vào ngày 14/X/1988 tại Quỳ Châu Trên sông La mực nước lớn nhất là 15,82 m vào ngày 20/IX/2002 tại Sơn Diệm và 12,74 m ngày 5/X/1960 tại Hòa Duyệt Mực nước lớn nhất tại Linh Cảm xuất hiện vào năm 1978 với Hmax = 7,83 m ngày 29/IX tiếp đến là trận lũ năm 2002, Hmax = 7,7 m ngày 21/ IX

1.3.2.5 Lưu lượng lũ và tổng lượng lũ

Từ số liệu quan trắc những trận lũ xảy ra thời kỳ 1960 đến 2015 cho thấy: Trên dòng chính sông Cả tại Cửa Rào lưu lượng lũ lớn nhất trung bình nhiều năm đạt 2.192 m3/s Lũ lớn nhất là vào năm 1973 với lưu lượng đỉnh lũ đạt là 5.698

m3/s Biến động dòng chảy lũ khá lớn, trong khi lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất xuất hiện năm 1973 với 5.690 m3/s thì năm có xuất hiện đỉnh lũ lớn nhất năm nhỏ nhất là

634 m3/s ngày 4/VII/1998 Tháng IX/1978 lũ lớn nhất tại Cửa Rào chỉ ở mức trung bình Lưu lượng lớn nhất tại Cửa Rào là 2.560 m3/s Tổng lượng lũ 7 ngày lớn nhất

là 734.106 m3 chiếm 24% tổng lượng lũ 7 ngày tương ứng tại Dừa và 14,6% tổng lượng lũ 7 ngày lớn nhất tại Yên Thượng

Bên sông Hiếu tại Nghĩa Khánh trận lũ tháng IX/1978 có tổng lượng lũ 7 ngày khá lớn đạt 800.106m3 chiếm 26,1% tổng lượng lũ tại Dừa[4], 15,9% tổng lượng lũ

7 ngày tại Yên Thượng Thành phần lượng lũ ở khu giữa từ Cửa Rào, Nghĩa Khánh tới Dừa chiếm tỷ lệ 49,9% lượng lũ 7 ngày tại Dừa và 30,5% lượng lũ 7 ngày lớn nhất ở Yên Thượng

Tại Mường Xén, lũ lớn nhất đạt 2.050 m3/s năm 2005; tổng lượng lũ 3 ngày

lớn nhất đạt 265 103m3, 5 ngày lớn nhất đạt 336 103m3và 7 ngày lớn nhất đạt 387

103m3 (Bảng 1.5)

Tại Dừa lưu lượng lũ lớn nhất đạt 10.200 m3/s ngày 28/IX/1978; năm có lưu lượng lũ nhỏ nhất đạt 862 m3/s ngày 4/VII/1998; lượng lũ 3 ngày lớn nhất đạt 1.959 103m3, 5 ngày lớn nhất đạt 2.731 103m3và 7 ngày lớn nhất đạt 3.088 103m3 (Bảng 1.5)

Trên sông Hiếu tại Quỳ Châu, lưu lượng lũ trung bình đạt 1.470 m3/s Lưu lượng lũ lớn nhất tại Quỳ Châu xảy ra vào 14/X/1988 với Qmax = 2.870m3/s Tại Nghĩa Khánh lưu lượng lũ lớn nhất đạt 5.750 m3/s năm 1960

Bảng 1.5 : Giá trị đỉnh lũ thực đo lớn nhất tại một số vị trí trên sông Cả [4]

TT Trạm Sông/ Diện

tích (km2)

Năm lũ lớn nhất

6 Hòa Duyệt La/1.880 1960 3.880 2,06 910 1.436 1.785

Hạ du sông Cả, nước lũ không chỉ phụ thuộc vào lũ dòng chính sông Cả mà còn phụ thuộc vào nước lũ sông La

Sông La là hợp lưu giữa hai sông nhánh Ngàn Phố và Ngàn Sâu Xét về thứ tự xuất hiện lưu lượng nước lũ lớn nhất, tại Sơn Diệm trên sông Ngàn Phố mực nước

lũ lớn nhất xảy ra vào năm 2002 Trên sông Ngàn Sâu tại Hòa Duyệt xảy ra vào năm 1960

1.3.2.6 Quá trình lũ và biên độ lũ

Quá trình lũ của lũ lớn trên lưu vực sông Cả là khá phức tạp gồm cả lũ đơn, lũ kép tùy thuộc vào đặc điểm mưa và từng sông nhánh khác nhau, dạng lũ cũng khác nhau

Trên sông Cả, tại Dừa những năm lũ lớn nhất: 1963, 1973, 1978, 1980 và

1988, những trận lũ lớn đều là lũ kép, trong đó lũ năm 1978 là lũ lớn nhất

Tại Nam Đàn, đôi khi cũng xảy ra trận lũ kép như trận lũ tháng IX/1978, chủ yếu là lũ một đỉnh

Nếu so sánh lũ xảy ra giữa dòng chính sông Cả với lũ xảy ra trên sông La thì thấy rằng lũ lớn xảy ra với đỉnh có dạng lũ kép trên sông Cả ít hơn, đồng thời đỉnh

lũ xuất hiện cũng không nhọn và rõ ràng so với lũ trên sông La Chúng đều có điểm giống nhau là đỉnh sau cao hơn đỉnh trước nhiều, độ dốc nhánh lên gần như thẳng đứng Thời gian lũ lên là 13 h trong khi thời gian lũ xuống 100 h Thời gian duy trì trận lũ các vùng khác nhau, ở miền núi thời gian lũ khoảng từ 3 đến 5 ngày, hạ lưu

thời gian lũ có thể kéo dài đến 17 ngày và được minh họa ở hình 1.4 :

Tại Dừa trên sông Cả Tại Mường Xén trên sông Cả

như trận lũ tháng VIII/2007 trên sông Ngàn Sâu, tại trạm Chu Lễ và Hòa Duyệt có cường suất lũ lên lớn nhất đều trên 2 m/h

Kết quả thống kê cho thấy biên độ lũ lên trên dòng chính sông Cả cũng nhỏ hơn so với bên sông La

Nhận xét:

Qua nghiên cứu ở trên cho thấy, sông Cả cùng với sông Mã là hai lưu vực lớn nhất và ảnh hưởng rất quan trong đến phát triển kinh tế xã hội trên khu vực Bắc Trung Bộ

Luận văn đã nghiên cứu được đặc điểm lũ trên lưu vực sông Cả mà nguyên nhân chính là do mưa lớn quyết định, bên cạnh đó với đặc điểm địa hình của lưu vực sông như là một mặt hứng nước với đỉnh là dãy núi Trường Sơn, nghiêng và thấp dần

ra biển, khoảng cách không lớn nên mỗi khi có mưa lớn thì rất dễ xảy ra lũ lớn

Việc nghiên cứu dự báo lũ phục vụ vận hành hồ chứa hoặc tác động từ vận hành

hồ chứa đến lũ hạ du trên thế giới và Việt Nam đang là hướng đi tiếp cận được nhiều nhà khoa học và cơ quan chuyên môn quan tâm Với lưu vực sông Cả tiếp cận như trên cũng rất được coi trọng Từ việc phân tích những nghiên cứu liên quan đã có thì trong nghiên cứu này, luận văn muốn nhằm đến xây dựng phương án dự báo lũ đến

hồ chứa bằng việc ứng dụng một số mô hình thủy văn, tính toán vận hành hồ, từ đó sẽ đánh giá lựa chọn mô hình dự báo phù hợp Đồng thời ứng dụng mô hình thủy lực để diễn toán lũ về hạ lưu và dự báo thử nghiệm theo mô hình được lựa chọn Những mô hình thủy văn được ứng dụng sẽ được trình bày trong chương tiếp theo

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1.1 Phương pháp tiếp cận

Tiếp cận thực tế: Dựa trên kết quả thu thập, khảo sát thực địa chi tiết để nắm bắt rõ các đặc điểm địa hình, địa mạo, địa chất, thủy văn từ đó xác định phạm vi vùng nghiên cứu

Tiếp cận từ các kết quả nghiên cứu trước đó: Từ các công trình nghiên cứu,

dự án xây dựng phương án dự báo, cảnh báo lũ, bản đồ ngập lụt tại các lưu vực sông Việc thu thập, khai thác, sử dụng và thừa kế tối đa các tài liệu, công trình đó

sẽ giúp làm giảm khối lượng công việc

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu

1 Phương pháp thu thập điều tra và khảo sát thực địa

Để tiến hành xác định vùng chịu ảnh hưởng của lũ lụt gây nên; đặc điểm lưu vực sông Cả

2 Phương pháp phân tích

Phân tích, đánh giá, kế thừa các kết quả số liệu nghiên cứu đã có liên quan đến xây dựng phương án dự báo lũ trên lưu vực sông Cả

3 Phương pháp chuyên gia

Trao đổi, học tập, lấy ý kiến từ các chuyên gia về phương pháp đánh giá, tính toán để xây dựng phương án dự báo lũ phục vụ vận hành hồ chứa

4 Phương pháp mô hình toán

Áp dụng mô hình toán thủy văn mưa - dòng chảy, mô hình thuỷ lực để tính toán dự báo lũ cho lưu vực nghiên cứu

2.1.3 Mô hình toán thuỷ văn

Trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay có nhiều mô hình toán thủy văn, thủy lực được sử dụng rộng rãi các mô hình thủy văn thường dùng như: các mô hình lũ đơn vị (HEC-HMS), đến các mô hình nhận thức (TANK, SSARR, NAM…), các

mô hình thủy lực một chiều như VRSAP, HEC- RAS, MIKE11… Mỗi mô hình có

điểm mạnh và điểm yếu riêng phụ thuộc vào khu vực nghiên cứu, điều kiện và mục tiêu áp dụng vì vậy việc lựa chọn mô hình phù hợp là rất cần thiết

Lưu vực sông Cả có diện tích lớn, nhiều nhánh và hợp lưu sông tạo thành, gồm cả phần lưu vực có độ dốc lớn, phần đồng bằng thấp chịu ảnh hưởng của thủy triều Vì vậy việc áp dụng một mô hình đơn lẻ cho toàn bộ lưu vực sông Cả sẽ không thể giải quyết được các vấn đề cần thiết trong nghiên cứu xây dựng phương

án dự báo dòng chảy lũ Cụ thể, mục tiêu chính đặt ra cho việc ứng dụng mô hình toán để xây dựng được phương án dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Cả

Vì thế luận văn đã lựa chọn bộ phần mềm MIKE trong đó sử dụng NAM mô hình mưa - dòng chảy để tính toán dòng chảy lũ cho các lưu vực bộ phận, lượng nhập lưu khu giữa trong hệ thống sông Cả, làm biên đầu vào cho mô hình thủy lực;

mô hình MIKE 11 mô hình thủy lực đuợc dùng để diễn toán dòng chảy lũ trên các sông chính và sông nhánh từ thượng lưu đến hạ lưu

2.1.3.1 Mô hình MIKE-NAM

- Cấu trúc mô hình [3], [4]

Mô hình NAM được xây dựng vào khoảng năm 1982 tại khoa Thủy Văn thuộc Trường Đại học kỹ thuật Đan Mạch Mô hình NAM là một hệ thống các diễn đạt bằng công thức toán học dưới dạng định lượng đơn giản thể hiện trạng thái của đất trong chu kỳ thủy văn Nó được sử dụng tốt ở nhiều nơi trên thế giới với các chế độ thủy văn và khí hậu khác nhau như Mantania, Srilanca, Thái Lan,

Ấn Độ Ở Việt Nam, mô hình này đã được nghiên cứu sử dụng trong tính toán dự báo lũ ở nhiều hệ thống sông Cấu trúc của mô hình NAM được xây dựng trên nguyên tắc xếp 5 bể chứa theo chiều thẳng đứng và 2 bể chứa tuyến tính nằm ngang Sơ đồ mô phỏng của mô hình NAM được thể hiện tại hình 2.1 trong đó:

+ Bể tuyết: Giáng thủy sẽ được giữ lại trong bể tuyết khi nhiệt độ dưới 00C, còn nếu nhiệt độ lớn hơn 00C thì nó sẽ chuyển xuống bể chứa mặt Nước ta ở vùng nhiệt đới nên không xét đến bể tuyết

+ Bể chứa mặt: Lượng ẩm trữ trên bề mặt của thực vật cũng như lượng nước

điền trũng trên bề mặt lưu vực được đặc trưng bởi lượng trữ bề mặt Umax đặc trưng

cho giới hạn trữ nước tối đa của bể này Lượng nước U trong bể chứa mặt sẽ giảm

dần do bốc hơi, do thất thoát theo phương nằm ngang Khi lượng nước này vượt quá ngưỡng Umax thì một phần của lượng nước vượt ngưỡng PN sẽ chảy vào suối dưới

dạng dòng chảy tràn, bề mặt phần còn lại sẽ thấm xuống bể sát mặt và bể ngầm

+ Bể sát mặt và bể tầng rễ cây: Bể này thuộc phần rễ cây, là lớp đất mà thực

vật có thể hút nước để thoát ẩm Lmax đặc trưng cho lượng ẩm tối đa mà bể này có

thể chứa Lượng ẩm của bể chứa này được đặc trưng bằng đại lượng L L phụ thuộc

vào lượng tổn thất thoát hơi của thực vật Lượng ẩm này cũng ảnh hưởng đến lượng

nước sẽ đi xuống bể chứa ngầm để bổ sung nước ngầm

+ Bốc thoát hơi: Nhu cầu bốc thoát hơi nước trước tiên là để thỏa mãn tốc độ

bốc thoát hơi tiềm năng của bể chứa mặt Nếu lượng ẩm trong bể chứa mặt nhỏ hơn nhu cầu này thì nó sẽ lấy ẩm từ tầng dễ cây theo tốc độ Ea Trong đó Ea là tỷ lệ với

lượng bốc thoát hơi tiềm năng Ep:

Ea = Ep L / Lmax

+ Dòng chảy mặt: Khi bể chứa mặt tràn nước, U1 ≥ Umax, thì lượng nước vượt ngưỡng PN (PN = U1- Umax) sẽ hình thành dòng chảy mặt và thấm xuống dưới QOF là một phần của PN, tham gia hình thành dòng chảy mặt, nó tỷ lệ thuận với PN và thay đổi tuyến tính với độ ẩm tương đối L/Lmax của tầng rễ cây:

 khi L/Lmax >TOF

0 khi L/Lmax < TOF

Trong đó: CQOF là hệ số dòng chảy mặt (0 ≤ CQOF≤ 1 )

TOF là ngưỡng của dòng chảy mặt (0 ≤ TOF≤ 1) Phần còn lại của PN sẽ thấm xuống dưới Một phần (PN -QOF) thấm xuống dưới này sẽ làm tăng lượng ẩm L của bể chứa tầng rễ cây Phần còn lại sẽ thẩm thấu xuống sâu hơn để bổ xung cho bể chứa tầng ngầm