Mô phỏng ngập lụt hạ du sông ba khi xét đến tác động của biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng

Với những diễn biến bất thường về thời tiết do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nước biển dâng thì việc nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đối và mực nước biển dâng đối với ngập lụ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



NGUYỄN VĂN LƯU

MÔ PHỎNG NGẬP LỤT HẠ DU SÔNG BA KHI XÉT ĐẾN TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ MỰC NƯỚC BIỂN DÂNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số: 60.58.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

CÔNG TRÌNH THỦY

Đà Nẵng – Năm 2018

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ HÙNG

Phản biện 1: PGS.TS NGUYỄN THỐNG Phản biện 2: TS VÕ NGỌC DƯƠNG

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

kỹ thuật xây dựng công trình thủy họp tại Trường Đại học Bách khoa vào

ngày 21 tháng 6 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

 Thư viện Khoa Xây dựng Thủy Lợi – Thủy điện, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

đổi khí hậu cho thấy lượng

mưa sẽ tập trung vào mùa

mưa và giảm vào mùa khô

Mưa lớn tập trung sẽ làm gia

tăng lũ lụt vào mùa mưa

Nhìn lại năm 2016 sẽ thấy

tính bất thường của thời tiết

ngày càng gay gắt, xảy ra trên

khắp cả nước Đặc biệt ở các tỉnh Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên mưa lũ đến muộn nhưng lại dồn dập, lũ chồng lũ kéo dài nhiều ngày, vào những tháng cuối năm 2016 đã xảy ra 5 trận lũ liên tiếp gây thiệt hại lớn về tài sản và người trong khu vực

Với những diễn biến bất thường về thời tiết do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nước biển dâng thì việc nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đối và mực nước biển dâng đối với ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba là cần thiết Do đó, tôi chọn đề tài “MÔ PHỎNG NGẬP LỤT VÙNG HẠ DU SÔNG BA KHI XÉT ĐẾN TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ MỰC NƯỚC BIỂN DÂNG”

Hình 1: Bản đồ lưu vực sông Ba

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là:

- Đề tài này nghiên cứu mô phỏng ngập lụt vùng hạ du sông Ba khi xét đến biến đổi khí hậu theo kịch bản Biến đổi khí hậu và nước biển dâng cho Việt Nam của bộ Tài Nguyên Môi Trường năm 2016;

- Trên cơ sở đó đề xuất được các định hướng ứng phó với BĐKH cho thành phố Tuy Hòa, góp phần thực hiện Kế hoạch hành động của tỉnh Phú Yên

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế;

- Phương pháp xử lý thống kê, phân tích tổng thể;

- Phương pháp nghiên cứu lý luận;

- Sử dụng phương pháp mô hình toán: ứng dụng mô hình MIKE phục vụ cho công tác nghiên cứu

5 Ý nghĩa thực tiễn đề tài

Các kết quả của Luận văn có thể được sử dụng như cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc hoạch định các chính sách liên quan tới BĐKH và cho các hoạt động quy hoạch, quản lý xây dựng cơ sở hạ tầng cho phù hợp với BĐKH của chính quyền và cộng đồng địa phương

Chương 1 – TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LŨ LỤT

hạ du là nguyên nhân làm tăng thêm ngập lũ ở hạ du Sông Ba

1.1.2 Thiệt hại do ngập lụt

Mỗi năm khi mùa mưa bão về, lũ đã gây ngập lụt, thiệt hại khá lớn về người và tài sản trên lưu vực Mưa lũ gây chết người, nhà cửa

bị ngập, bị sập, các công trình hạ tầng cơ sở như trường học, bệnh viện bị hư hỏng, đường sá cầu cống, công trình thuỷ lợi bị sạt lở, bị

vỡ và bồi lấp Diện tích đất trồng trọt bị ngập lâu ngày làm cho lúa, hoa màu và các loại cây trồng khác bị thất thu

1.2 Tính hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài

Trái đất hiện nay đang ở trong thời kỳ biến đổi khí hậu, những trận lũ lớn xuất hiện ngày càng nhiều, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và của Đối với các nước phát triển việc nghiên cứu về lũ lụt thường gắn với quản lý tài nguyên, môi trường theo lưu vực sông Đối với các nước đang phát triển việc dự báo, cảnh báo lũ lụt còn gặp nhiều khó khăn, các nghiên cứu này chủ yếu phục vụ cho công tác phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai

Một số mô hình thủy văn tính toán ngập lụt trên thế giới: Ltank, Hec-HMS, MIKE NAM,…

Một số mô hình thủy lực tính tán ngập lụt trên thế giới: RAS, họ mô hình MIKE,…

Hec-1.2.2 Các nghiên cứu ở trong nước

Khoảng 15 năm trở lại đây các mô hình về thủy văn, thủy lực

đã được ứng dụng mạnh mẽ trên các lưu vực sông trong cả nước Đặc biệt trong khoảng 5 năm trở lại đậy việc xây dựng các bản đồ ngập lụt phục vụ công tác phòng chống lụt bão cho địa phương đã được nhiều tỉnh triển khai

Một số công trình và đề tài nghiên cứu của các tác giả trong nước:

Công ty cổ phần sông Ba (2013) [11], đã xây dựng bản đồ ngập lụt sông Ba

Năm 2010, Hà Văn Khối [4], tính toán sơ bộ về vai trò chống

lũ hạ du của hồ chứa A Vương và xem xét khả năng giao thêm nhiệm

vụ chống lũ hạ du cho các hồ chứa trên sông Vu Gia – Thu Bồn Năm 2011, Ngô Lê Long đã áp dụng mô hình MIKE 11 [7],

mô phỏng hệ thống liên hồ chứa sông Srêpook với mục đích cắt giảm

lũ cho hạ du

Năm 2012, Tô Thúy Nga, Lê Hùng [12], mô phỏng lại trận lũ năm 2009 và đánh giá ảnh hưởng của việc xả lũ hồ A Vương đến ngập lụt hạ du

Năm 2013, Đặng Thanh Mai, Vũ Đức Long, Vũ Văn Hiếu [8],

đã xây dựng công nghệ giám sát, cảnh báo, dự báo lũ, ngập lụt và điều tiết hồ chứa cho hệ thống sông Ba

Nhìn chung các công trình nghiên cứu ở Việt Nam sử dụng mô hình mô phỏng là công cụ chủ yếu để vận hành quản lý hồ chứa, cũng như dự báo lũ lụt

Chương 2 – ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, XÃ HỘI

Địa hình lưu vực sông Ba

biến đổi khá phức tạp, bị chia cắt

mạnh mẽ bởi sự chi phối của dãy

Trường Sơn Có thể chia lưu vực

sông Ba thành 5 tiểu vùng địa

hình sau:

- Vùng núi cao: Chiếm

60% diện tích lưu vực Độ cao

bình quân từ 600m ÷ 800m

- Vùng thung lũng: Từ An

Khê đến Phú Túc Cao độ phổ

biến ở thung lũng An Khê 400m

÷ 500m, ở thung lũng Cheo Reo

150m ÷ 200m và ở Phú Túc

100 m ÷ 150 m

- Vùng cao nguyên: có cao độ phổ biến từ 300 m ÷ 500m

- Vùng gò đồi: Chủ yếu là vùng An Khê, Sơn Hoà, hạ du sông Hinh, sông Krông H’năng

Hình 2.1: Bản đồ lưu vực sông Ba

- Vùng đồng bằng: Tập trung ở hạ du sông Ba, chủ yếu là khu vực sau hồ thủy điện Sông Ba Hạ đến Tuy Hòa có cao độ 5m ÷ 10m

2.1.3 Mạng lưới sông ngòi

Các sông nhánh lớn nhất là: Ia Yun, Krông H’năng và sông Hinh đều nằm bên ở hữu ngạn:

a Sông Ia Yun

Ia Yun có diện tích lưu vực là 2950 km2, chiều dài 175 km, chảy theo hướng Bắc Nam đến Chư Sê và Tây Bắc - Đông Nam

b Sông Krông H’Năng

Krông H’năng có diện tích lưu vực là 1840 km2, chiều dài 130

km Do địa hình phức tạp nên hướng chảy của sông gần như hình vòng cung: Đoạn đầu theo hướng Bắc Nam, sau đó chuyển sang hướng Tây Bắc - Đông Nam rồi lại chảy ngược lên gần như hướng Nam Bắc để nhập vào sông Ba

c Sông Hinh

Sông Hinh có diện tích lưu vực 1040 km2, chiều dài 88 km, chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc, đến xã Sơn Thành thì nhập vào sông Ba

2.1.4 Khí hậu

Lưu vực sông Ba đại bộ phận nằm ở phía Tây dải Trường Sơn, chỉ có phần nhỏ ở hạ lưu nằm phía sườn Đông Trường Sơn Do đó lưu vực sông Ba chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của hai kiểu khí hậu gió mùa Đông Trường Sơn và Tây Trường Sơn khá rõ rệt

Khí hậu Tây Trường Sơn: Từ tháng V đến tháng X có các trận mưa giông với một lượng mưa khá phong phú tạo cho phần lớn lưu vực một mùa mưa ẩm dịu mát Từ tháng XI đến tháng VI năm sau là mùa khô ít mưa gây tình trạng thiếu nước nghiêm trọng

Khí hậu Đông Trường Sơn: Hàng năm từ tháng IX đến tháng XII mưa lớn kết hợp bão từ biển Đông gây ra mùa mưa lũ chính vụ

2.1.5 Thủy văn

Lưu vực sông Ba có sự biến động về mùa khá phức tạp Ngay tại vị trí một trạm đo có năm mùa lũ đến sớm hơn hoặc muộn hơn hai đến ba tháng tạo nên mùa lũ hàng năm dài ngắn khác nhau, có năm chỉ có 2 - 3 tháng mùa lũ nhưng cũng có năm tới 5 - 6 tháng mùa lũ Điều này thể hiện tính chất mùa không ổn định trên lưu vực

2.2 Đặc điểm xã hội

Lưu vực sông Ba nằm trong phạm vi ranh giới hành chính của

21 huyện thị thuộc 3 tỉnh Tây Nguyên: Kon Tum, Gia Lai, ĐaKlak

và một tỉnh duyên hải miền Trung Trung Bộ là Phú Yên

Cơ cấu phát triển kinh tế từ trước đến nay vẫn lấy Nông - Lâm nghiệp là chính cho nên giá trị GDP trong nông nghịêp vẫn chiếm tỷ trọng cao trong tổng giá trị các ngành

2.3 Tác động của biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu mà biểu hiện chính là sự nóng lên toàn cầu và mực nước biển dâng đã tạo nên các hiện tượng thời tiết cực đoan tiết hiện nay Đây là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ 21 vì biến đổi khí hậu đang ảnh hưởng trực tiếp đến

hệ sinh thái, tài nguyên môi trường và cuộc sống của con người

2.4 Các hồ chứa trên lưu vực sông Ba

Hiện nay, trên lưu vực sông Ba chưa quy hoạch xây dựng một

hồ chứa có dung tích dành riêng phòng chống lũ cho hạ du Các hồ chứa đã xây dựng trên hệ thống sông Ba chỉ quy định vận hành phối hợp, kết hợp giảm lũ cho hạ du theo “Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực Sông Ba đã được Thủ tướng phê duyệt tại Quyết định số 1077/QĐ-TTg, ngày 7 tháng 7 năm 2014”

Hình 2.2: Bản đồ lưu vực sông Ba Hạ, Sông Hinh, Krông H’năng, Ayun Hạ và An Khê –Ka Nak

Sau khi xem xét lưu vực phụ trách của các hồ chứa nêu trên,

do thời gian có hạn và điều kiện thu thập số liệu còn hạn chế, nên trong luận văn này chỉ giới hạn tập trung nghiên cứu đánh giá trong phạm vi lưu vực của 2 hồ chứa có diện tích lưu vực lớn và ảnh hưởng trực tiếp, quyết định đến ngập lụt vùng hạ lưu sông Ba, đó là: Hồ sông Ba Hạ và hồ sông Hinh

Chương 3 – TÍNH TOÁN THỦY VĂN, THIẾT LẬP

MÔ HÌNH THỦY LỰC MÔ PHỎNG NGẬP LỤT SÔNG BA

3.1 Trình tự các bước thiết lập mô hình thủy lực

Các bước thiết lập mô hình:

- Bước 1: Tính toán dòng chảy lũ đến các hồ chứa;

- Bước 2: Tính toán điều tiết lũ các hồ chứa;

- Bước 3: Tính toán lũ nhập lưu các sông hạ du sông Ba;

- Bước 4: Tính toán lũ nhập lưu sông Bàn Thạch;

- Bước 5: Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

3.2 Tính toán dòng chảy lũ

3.2.1 Tính toán dòng chảy lũ đến các hồ chứa

Luận văn chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của BĐKH (cụ thể là lượng mưa tăng) đến ngập lụt sông Ba Vì vậy trong quá trình tính toán ta sử dụng công thức kinh nghiệm Xô-kô-lốp-sky để tính toán đỉnh lũ:

Bảng 3.1: Kết quả tính toán lưu lượng lũ của các hồ chứa

Tp

T

H H

3.2.2 Tính toán điều tiết lũ hồ chứa

Tính toán điều tiết lũ dựa trên nguyên lý cân bằng nước và phương trình biểu thị lưu lượng qua công trình xả lũ

Hình 3.3: Quá trình lũ đến và lưu lượng xã tại tuyến hồ chứa

3.2.3 Tính toán lũ nhập lưu hạ du sông Ba và lũ sông Bàn Thạch

Hình 3.6: Bản đổ phân chia lưu vực hạ du sông Ba

Hình 3.7: Bản đổ phân chia lưu vực sông Bàn Thạch Bảng 3.5: Thông số chính lưu vực hạ du sông Ba

Bảng 3.11: Kết quả tính toán lũ nhập lưu hạ du sông Ba

Bảng 3.12: Kết quả tính toán lũ sông Bàn Thạch

3.2.4 Tính toán lũ khi kể đến biến đổi khí hậu

Bảng 3.13: Biến đổi lượng mưa mùa đông so với thời kỳ cơ sở theo kịch bản BĐKH của Bộ TNMT năm 2016 tại Phú Yên

Đơn vị (%)

Bảng 3.14: Kết quả tính toán lưu lượng đến các hồ chứa khi xét đến

Bảng 3.16: Kết quả tính toán lưu lượng các lưu vực sông Bàn Thạch

3.3 Tính toán mực nước triều

Tuy Hòa không có trạm quan trắc mực mức nước triều nên số liệu triều ở cửa ra sông Đà Rằng được tính toàn chuyển đổi từ số liệu quan trắc mực nước triều tại Quy Nhơn

Bảng 3.17: Mực nước biển dâng theo kịch bản BĐKH của Bộ TNMT

năm 2016 tại Phú Yên

3.4 Xây dựng mô hình thủy lực

3.4.1 Mô hình MIKE 11

Hệ thống mạng lưới sông để xây dựng cấu trúc mô hình MIKE

11 của hạ lưu sông Ba bao gồm:

- Đoạn sông từ sau đập Sông Ba Hạ đến cửa ra Sông Đà Rằng;

- Đoạn sông từ sau đập Sông Hinh đến nhập lưu sông Ba;

- Sông Bàn Thạch;

- Kết nối hạ du sông Ba với sông Bàn Thạch và sông Hinh;

- Kết nối hạ du sông Ba với 9 lưu vực con thông qua 9 nút kết nối;

- Biên dưới là đường quá trình triều cường tại cửa ra sông Đà Rằng

3.4.2 Mô hình MIKE 21

Tọa độ các điểm (x, y, z) phục vụ xây dựng bản đồ cao độ số (DEM) được số hóa trích xuất từ bản đồ địa chính 1/10.000 Lưới phần từ hữu hạn được sử dụng để rời rạc hóa khu vực tính toán

3.4.3 Mô hình MIKE Flood

Việc kết nối giữa mô hình 1 – 2 chiều trong mô hình MIKE FLOOD nhằm tạo ra sự trao đổi nước trong sông và trên bãi ngập lũ thông qua các liên kết giữa mô hình MIKE 11 và mô hình MIKE 21

3.4.4 Hiệu chỉnh mô hình

Hiệu chỉnh: Trận lũ từ: 10h/2/11/2009 đến 7h/9/11/2009 Kiểm định: Trận lũ từ: 1h/3/10/1993 đến 19h/9/10/1993

Để đánh giá mức độ phù hợp giữa giá trị tính toán và thực đo, tác giả sử dụng chỉ số Nash-Sutcliffe (R2) và hệ số tương quan do tính phổ biến cũng như khả năng đánh giá chính xác của chúng

Hình 3.17: Biểu đồ so sánh quá trình mực nước tính toán và thực đo

trạm Củng Sơn trận lũ tháng 11/2009

Hình 3.18: Biểu đồ so sánh quá trình mực nước tính toán và thực đo

trạm Phú Lâm trận lũ tháng 11/2009 Bảng 3.13: Đánh giá sai số mô phỏng trận lũ năm 2009

Hình 3.20: Biểu đồ so sánh quá trình mực nước tính toán và thực đo

trạm Củng Sơn trận lũ tháng 10/1993

Hình 3.21: Biểu đồ so sánh quá trình mực nước tính toán và thực đo

trạm Phú Lâm trận lũ tháng 10/1993 Bảng 3.15: Đánh giá sai số mô phỏng trận lũ năm 1993

Chương 4 – MÔ PHỎNG CÁC KỊCH BẢN NGẬP LỤT HẠ

LƯU SÔNG BA KHI XÉT ĐẾN TÁC ĐỘNG

CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 4.1 Xây dựng các kịch bản mô phỏng

Bảng 4.1: Các kịch bản mô phỏng

Kịch

2 Mô phỏng ngập lụt ứng với tần suất 5% có xét đến BĐKH

và MNBD 2030

3 Mô phỏng ngập lụt ứng với tần suất 5% có xét đến BĐKH

và MNBD 2050

5 Mô phỏng ngập lụt ứng với tần suất 10% có xét đến BĐKH

- Bước 1: Tính toán dòng chảy lũ đến hồ chứa khi xét đến BĐKH;

- Bước 2: Tính toán điều tiết lũ các hồ chứa;

- Bước 3: Chạy mô hình MIKE UHM với thông số đã tính và quá trình mưa 6h mới để tính toán dòng chảy nhập lưu khi xét đến BĐKH;

- Bước 4: Tính toán lại mực nước triều theo tần suất khi xét đến BĐKH;

- Bước 5: Mô phỏng các kịch bản theo mô hình được thiết lập;

- Bước 6: Đưa kết quả mô phỏng vào ArcGis để thống kê diện tích ngập theo từng cao độ ngập

- Bước 7: Đưa kết quả thống kê từ ArsGis lên Google Earth

4.3 Phân tích, đánh giá kết quả và đề xuất giải pháp giảm ngập

4.3.1 Kết quả mô phỏng

Hình 4.11: Mô phỏng cao độ ngập kịch bản 1

Hình 4.12: Mô phỏng cao độ ngập kịch bản 2

Hình 4.13: Mô phỏng cao độ ngập kịch bản 3

Hình 4.14: Mô phỏng cao độ ngập kịch bản 4

và năm 2050 tăng 32,53km2

- Đối với các kịch bản BĐKH ứng với tần suất 10% lượng mưa tăng: Diện tích ngập lụt tăng lớn nhất trong khoảng cao trình từ 0 – 10m: Năm 2030 tăng 31,65 km2

và năm 2050 tăng 47,31km2

b Đánh giá kết quả:

Qua kết quả đã thu được tác giả đưa ra những đánh giá như sau:

- Đối với các kịch bản BĐKH đã cho ra được cao độ ngập cũng như diện tích ngập ứng với các tần suất

- Với kết quả đã đạt được cho ta biết được mức độ ảnh hưởng lũ trong tương lai ứng với các kịch bản BĐKH và mực nước biển dâng

- Với kết quả đã đạt được trong mô phỏng ngập lụt khi xét đến BĐKH và mược nước biển dâng giúp ta có được các giải pháp phù hợp khi thiết kế các công trình phòng chống lũ trong lưu vực, định hướng được vùng ngập, diện tích ngập trong tương lai để có các giải pháp phù hợp giảm thiểu thiệt hại đến mức thấp nhất