ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY VĂN ĐÔ THỊ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT THÀNH PHỐ HÀ NỘI VÀ HỆ THỐNG DỰ BÁO NGẬP LỤT THỜI GIAN THỰC CHO LƯU VỰC KIM NGƯU. LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- ĐINH THỊ HƯƠNG THƠM ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY VĂN ĐÔ THỊ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT THÀNH PHỐ HÀ NỘI VÀ HỆ THỐNG DỰ BÁO NGẬP LỤ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

ĐINH THỊ HƯƠNG THƠM

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY VĂN ĐÔ THỊ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT THÀNH PHỐ HÀ NỘI VÀ HỆ THỐNG DỰ BÁO NGẬP

LỤT THỜI GIAN THỰC CHO LƯU VỰC KIM NGƯU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

ĐINH THỊ HƯƠNG THƠM

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY VĂN ĐÔ THỊ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT THÀNH PHỐ HÀ NỘI VÀ HỆ THỐNG DỰ BÁO NGẬP

LỤT THỜI GIAN THỰC CHO LƯU VỰC KIM NGƯU

Chuyên ngành: Thủy văn học

Mã số: 60440224

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN QUANG HƯNG

Hà Nội – 2016

LỜI CẢM ƠN

Với tấm lòng chân thành nhất, em xin chân thành cảm ơn tới:

 Tiến sỹ Nguyễn Quang Hưng, thầy hướng dẫn khoa học cho luận văn của em, những điều đạt được trong luận văn này là những kiến thức quý báu mà thầy đã tận tình chỉ dẫn em trong thời gian qua

 Quý thầy cô trong trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc biệt là quý thầy cô trong Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, quý thầy cô trong Phòng Đào tạo sau Đại học đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành chương trình Cao học và luận văn tốt nghiệp

 Gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, ủng hộ hết sức sâu sắc trong thời gian qua Đặc biệt cảm ơn gia đình, những người luôn bên cạnh động viên để em vững tâm và phấn đấu học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

 Lãnh đạo, đồng nghiệp tại Đài Khí tượng thủy văn khu vực Đồng bằng Bắc

Bộ đã tạo điều kiện cho em trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Trong quá trình làm luận văn do giới hạn về thời gian cũng như hạn chế về số liệu thực đo nên không tránh được những thiếu sót Vì vậy, tác giả rất mong được những ý kiến đóng góp quý báu của các Thầy cô và những người quan tâm

TÁC GIẢ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5

1.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 5

1.1.1 Điều kiện tự nhiên 5

1.1.2 Đặc điểm địa hình 6

1.1.3 Đặc điểm địa chất 6

1.1.4 Đặc điểm khí hậu 7

1.1.5 Mạng lưới sông ngòi, hồ điều hòa 10

1.2 Tình hình ngập úng 14

1.3 Các số liệu thu thập 20

1.4 Các nghiên cứu trước đây sử dụng mô hình mô phỏng ngập lụt đô thị 24

1.4.1 Trên Thế giới 24

1.4.2 Trong nước 30

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT MÔ HÌNH 36

2.1 Lý thuyết mô hình 36

2.1.1 Mô hình MIKE URBAN 36

2.2.2 Mô hình MIKE OPERATIONS 39

2.2 Các bước thực hiện mô hình 41

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY VĂN ĐÔ THỊ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT THÀNH PHỐ HÀ NỘI VÀ HỆ THỐNG DỰ BÁO NGẬP LỤT

THỜI GIAN THỰC CHO LƯU VỰC KIM NGƯU 43

3.1 Thiết lập mô hình cho hệ thống thoát nước Hà Nội 44

3.1.1 Xây dựng mô hình toán 44

3.1.2 Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình 49

3.2 Xây dựng bản đồ ngập lụt 8 quận nội thành Hà Nội 57

3.3 Xây dựng hệ thống dự báo ngập lụt thời gian thực cho lưu vực Kim Ngưu 62

3.3.1 Thiết lập mô hình mô phỏng ngập lụt lưu vực sông Kim Ngưu 62

3.3.2 Lắp đặt 5 trạm đo mực nước tự động 64

3.3.3 Xây dựng công nghệ và thiết lập hệ thống dự báo úng ngập thời gian thực cho lưu vực Kim Ngưu 65

3.3.4 Vận hành hệ thống 67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC 79

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Vị trí khu vực Hà Nội 5

Hình 2: Hình minh họa hồ trong khu vực nghiên cứu 13

Hình 3: Một số hình ảnh trận mưa năm 2001 tại Hà Nội 15

Hình 4: Một số hình ảnh trận mưa năm 2003 tại Hà Nội 16

Hình 5: Một số hình ảnh trận mưa năm 2008 tại Hà Nội 17

Hình 6: Một số hình ảnh trận mưa năm 2012 tại Hà Nội 18

Hình 7: Một số hình ảnh trận mưa năm 2013 tại Hà Nội 19

Hình 8: Các trạm đo mưa thuộc khu vực nghiên cứu 21

Hình 9: Sơ đồ hệ thống thủy lực 23

Hình 10: Quy hoạch thoát nước khu vực nội thành Hà Nội (JICA, 1995) 31

Hình 11: Sơ đồ tính toán mưa – dòng chảy 36

Hình 12: Sơ đồ tính toán dòng chảy trong hệ thống thoát nước 1 chiều 37

Hình 13: Sơ đồ kết hợp mô hình 1 chiều và 2 chiều 38

Hình 14: Sử dụng GIS xử lý số liệu địa hình 39

Hình 15: Giao diện quản lý của DIM 40

Hình 16: Sơ đồ khối các bước thực hiện trong mô hình MIKE URBAN 41

Hình 17: Sơ đồ khối các bước thực hiện trong mô hình MIKE OPERATIONS 42

Hình 18: Khu vực nghiên cứu hệ thống thoát nước Hà Nội 43

Hình 19: Hình ảnh Nodes trong MIKE URBAN 44

Hình 20: Hình ảnh nhập Links trong MIKE URBAN 45

Hình 21: Trắc dọc tuyến cống 45

Hình 22: Hình ảnh nhập số liệu lưu vực trong MIKE URBAN 46

Hình 23: Sơ đồ tính toán mạng lưới trong MIKE URBAN 47

Hình 24: Thông số trận mưa năm 2012 làm đầu vào cho mô hình 48

Hình 25: Độ sâu ngập lớn nhất trận mưa ngày 17-18/8/2012 50

Hình 26: Trắc dọc tuyến đường Phạm Ngọc Thạch khi xảy ra mưa ngày

17-18/8/2012 51

Hình 27: So sánh kết quả thực đo và tính toán tại một số vị trí trên hệ thống trận lũ năm 2012 51

Hình 28: Trắc dọc tuyến đường Phạm Ngọc Thạch khi xảy ra trận mưa ngày 8-9/8/2013 53

Hình 29: Độ sâu ngập lớn nhất trận mưa ngày 8-9/8/2013 54

Hình 30: So sánh kết quả thực đo và tính toán tại một số vị trí trên hệ thống trận lũ tháng 8 năm 2013 56

Hình 31: Bản đồ ngập lụt 8 quận nội thành Hà Nội năm 2012 59

Hình 32: Bản đồ ngập lụt 08 quận nội thành Hà Nội năm 2013 60

Hình 33: Sơ đồ tính toán mạng lưới lưu vực sông Kim Ngưu trong MIKE URBAN 63 Hình 34: Biên đầu vào cho lưu vực Kim Ngưu 63

Hình 35: Hình ảnh trạm đo mực nước tự động trên lưu vực sông Kim Ngưu 64

Hình 36: Vị trí 5 trạm đo mực nước 65

Hình 37: Cấu trúc hệ thống MIKE OPERATIONS 65

Hình 38: Trang web quản lý số liệu của 5 trạm đo mực nước tự động 66

Hình 39: Hình ảnh ngập lụt lưu vực Kim Ngưu lúc 2h ngày 25/5/2016 67

Hình 40: Kết quả độ sâu ngập trận mưa ngày 25/05/2016 68

Hình 41: Mực nước tại 5 trạm đo mực nước tự động thuộc lưu vực Kim Ngưu ngày 25/5/2016 69

Hình 42: Hình ảnh ngập lụt lưu vực Kim Ngưu lúc 6 giờ sáng ngày 28/8/2016 70

Hình 43: Kết quả độ sâu ngập trận mưa ngày 28/08/2016 71

Hình 44: Mực nước tại 5 trạm đo mực nước tự động thuộc lưu vực Kim Ngưu ngày 28/8/2016 72

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Đặc trưng lượng mưa nhiều năm (1971 - 2014) 8

Bảng 2: Đặc trưng bốc hơi nhiều năm (1971 - 2014) 8

Bảng 3: Đặc trưng nhiệt độ nhiều năm (1971 - 2014) 9

Bảng 4: Đặc trưng độ ẩm trung bình nhiều năm (1971 - 2010) 10

Bảng 5: Đặc trưng mực nước trung bình tại trạm Hà Nội 11

Bảng 6: Kết quả độ sâu ngập lớn nhất hiệu chỉnh mô hình Mike Urban tại một số vị trí điển hình năm 2012 52

Bảng 7: Kết quả độ sâu ngập lớn nhất kiểm định mô hình Mike Urban tại một số vị trí điển hình năm 2013 54

Bảng 8: Bảng tổng kết số lượng đối tượng đưa vào mô hình MIKE URBAN cho toàn bộ hệ thống thoát nước Hà Nội 57

Bảng 9: Vị trí chi tiết 05 điểm lắp đặt trạm đo mực nước 64

Bảng 10: So sánh kết quả ngập tại một số điểm ngập trận mưa ngày 25/5/2016 68

Bảng 11: So sánh với kết quả ngập thực đo với kết quả mô phỏng 71

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Hiện nay, tại các thành phố lớn, dân số ngày càng tăng nhanh, tốc độ đô thị hóa chóng mặt dẫn đến quỹ đất tự nhiên ngày càng bị thu hẹp thay vào đó là diện tích đất đai bị bê tông hóa Rất nhiều sông hồ bị lấp, kênh mương thì bị lấn chiếm, các nhà cao tầng mọc lên san sát thay thế các khu đất trống làm giảm diện tích thoát nước tự nhiên cũng như khả năng thấm, thời gian nước chảy tràn trên bề mặt

Có thể nhận thấy hệ thống thoát nước nội thành Hà Nội là hệ thống cũ, không được thiết kế theo kịp quy hoạch sử dụng đất mới của Thành phố, thêm vào

đó các công trình xây dựng trên địa bàn góp phần không nhỏ vào tình trạng xuống cấp của hệ thống thoát nước do vật liệu xây dựng không được quản lý đúng tiêu chuẩn, rơi xuống đường, lấp hố ga thu nước Đồng thời, các dự án cải tạo hệ thống thoát nước khu vực nội thành tiến độ còn chậm do nhiều nguyên nhân Kết hợp với những trận mưa lớn do Biến đổi khí hậu gây ra, những năm gần đây Hà Nội liên tiếp đối mặt với những trận ngập trên diện rộng, gây ảnh hưởng không nhỏ đến hoạt động kinh tế xã hội, nhất là khu vực nội đô

Trận mưa lịch sử xảy ra vào cuối tháng 10/2008 với tổng lượng mưa phổ biến từ 350 - 550 mm trên toàn thành phố Hà Nội đã có nhiều điểm bị ngập úng dài

từ 100-300 mét, sâu trên dưới 1m đã gây nên tình trạng ngập úng lớn, làm thiệt hại

về kinh tế lên đến 3.000 tỷ đồng Gần đây có trận mưa lớn đêm ngày 24/5/2016, lượng mưa tại Hà Nội đạt 150,3mm trong vòng 12 tiếng khiến cho rất nhiều tuyến đường trên địa bàn Hà Nội ngập từ 30 – 50cm và dài gần 1km, ảnh hưởng lớn đến cuộc sống của nhân dân

Để giải quyết các vấn đề về ngập lụt đô thị, có hai phương pháp, đó là phương pháp công trình và phương pháp phi công trình Phương pháp công trình là đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng, phương pháp phi công trình là tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có, áp dụng các công nghệ tiên tiến để quản lý, vận hành Tuy nhiên

2

phương pháp phi công trình là phương pháp tốn ít chi phí, vận hành nhanh nên được

áp dụng rộng rãi trong các đô thị hiện nay

Trước tình hình đó, việc xây dựng, mô phỏng hệ thống thoát nước để cảnh báo ngập lụt trên địa bàn Hà Nội là rất cần thiết Các thông tin, kết quả và các bản

đồ sẽ cho nhà quản lý một cái nhìn tổng thể về tình hình ngập trên địa bàn Hà Nội trước mỗi trận mưa lớn Từ đó, các cơ quan chức năng và người dân sẽ đưa ra các phương án giải quyết tốt nhất để hạn chế thiệt hại do ngập lụt gây ra

2 Mục tiêu

Mục tiêu chính của Đề tài là tính toán mô phỏng hệ thống thoát nước khu vực Hà Nội và ứng dụng thiết lập hệ thống dự báo ngập lụt thời gian thực lưu vực Kim Ngưu Các mục tiêu cụ thể như sau:

+ Thu thập số liệu, nghiên cứu áp dụng mô hình (MIKE URBAN) để mô phỏng hệ thống thoát nước khu vực Hà Nội

+ Ứng dụng xây dựng các bản đồ ngập lụt cho 8 quận nội thành Hà Nội + Xây dựng hệ thống cảnh báo ngập lụt thời gian thực lưu vực sông Kim Ngưu

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Trong luận văn áp dụng cho đối tượng và phạm vi nghiên cứu như sau: + Đối tượng nghiên cứu là hiện tượng ngập lụt đô thị Hà Nội

+ Giới hạn phạm vi nghiên cứu: Khu vực thành phố Hà Nội

+ Các số liệu sử dụng để hiệu chỉnh, kiểm định mô hình: Số liệu mưa, số liệu khảo sát vết ngập khu vực Hà Nội của 2 trận mưa lớn năm 2012 và 2013

+ Số liệu mưa, mực nước, số liệu khảo sát vết ngập của trận mưa ngày 25/5/2016 và ngày 28/8/2016 để mô phỏng hệ thống cảnh báo úng ngập thời gian thực lưu vực Kim Ngưu

3

+ Trong luận văn, hệ thống thoát nước Hà Nội là hệ thống phức tạp, bao gồm

cả hệ thống chung, riêng và nửa riêng, tuy nhiên nghiên cứu chỉ xét đến nước mưa, lượng nước thải sinh hoạt và công cộng

4 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu áp dụng trong luận văn bao gồm:

a) Phương pháp kế thừa

Nghiên cứu tiếp thu và sử dụng có chọn lọc kết quả nghiên cứu và thành tựu khoa học công nghệ của các tác giả trong và ngoài nước đã nghiên cứu về những vấn đề có liên quan đến luận văn

b) Phương pháp điều tra thu thập và đánh giá

Điều tra thu thập tài liệu, khảo sát và nghiên cứu thực tế, phân tích đánh giá

và tổng hợp tài liệu để từ đó rút ra các cơ sở khoa học và khả năng ứng dụng vào thực tiễn

c) Phương pháp phân tích tổng hợp

Việc nghiên cứu tiêu thoát nước có liên quan đến nhiều yếu tố như kỹ thuật, kinh tế, xã hội , có tác động rộng rãi đến cuộc sống của cộng đồng trên địa bàn rộng lớn vì vậy việc phân tích tổng hợp là cần thiết đối với nghiên cứu này

d) Phương pháp sử dụng mô hình toán thủy văn, thủy lực

Ứng dụng mô hình toán vào nghiên cứu tiêu thoát nước là yêu cầu cần thiết bởi mô hình toán có những thế mạnh trong việc giải quyết các bài toán hệ thống, mạng lưới…Các mô hình toán được sử dụng trong luận văn bao gồm gói phần mềm thương mại của DHI gồm MIKE URBAN, MIKE OPERATIONS Ngoài ra còn sử dụng phần mềm DIM để sử lý số liệu

4

5 Nội dung luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn gồm 3 chương:

- Chương 1: Tổng quan

- Chương 2: Lý thuyết mô hình

- Chương 3: Ứng dụng mô hình thủy văn đô thị xây dựng bản đồ ngập lụt thành phố

Hà Nội và hệ thống dự báo thời gian thực cho lưu vực Kim Ngưu

5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

1.1.1 Điều kiện tự nhiên

Hà Nội nằm ở đồng bằng Bắc bộ có vị trí từ 20°53' đến 21°23' vĩ độ Bắc và

105°44' đến 106°02' kinh độ Đông, tiếp giáp với các tỉnh: Thái Nguyên, Vĩnh Phúc

ở phía bắc; phía nam giáp Hà Nam và Hoà Bình; phía đông giáp các tỉnh Bắc Giang, Bắc Ninh và Hưng Yên; phía tây giáp tỉnh Hoà Bình và Phú Thọ Hà Nội nằm ở phía hữu ngạn sông Đà và hai bên sông Hồng, vị trí và địa thế thuận lợi cho một trung tâm chính trị, kinh tế, vǎn hoá, khoa học và đầu mối giao thông quan trọng của Việt Nam

a) Toàn bộ khu vực Hà Nội b) Khu vực 8 quận nội thành Hà Nội

Hình 1: Vị trí khu vực Hà Nội

6

1.1.2 Đặc điểm địa hình

Đại bộ phận diện tích Hà Nội nằm trong vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng với độ cao khu vực nội thành từ 3 đến 10m so với mặt biển Còn lại chỉ có khu vực đồi núi ở phía bắc và phía Tây Bắc của huyện Sóc Sơn thuộc rìa phía nam của dãy núi Tam Đảo có độ cao từ 20m đến trên 400m với đỉnh Chân Chim cao nhất là 462m

Địa hình của Hà Nội thấp dần từ bắc xuống nam và từ tây sang đông Điều này được phản ánh rõ nét qua hướng dòng chảy tự nhiên của các dòng sông chính thuộc địa phận Hà Nội Dạng địa hình chủ yếu của Hà Nội là đồng bằng được bồi đắp bởi các dòng sông với các bãi bồi hiện đại, bãi bồi cao và các bậc thềm Xen giữa các bãi bồi hiện đại và các bãi bồi cao còn có các vùng trũng với các hồ, đầm (dấu vết của các lòng sông cổ) Riêng các bậc thềm chỉ có ở phần lớn huyện Sóc Sơn và ở phía bắc huyện Đông Anh, nơi có địa thế cao trong địa hình của Hà Nội Ngoài ra, Hà Nội còn có các dạng địa hình núi và đồi xâm thực tập trung ở khu vực đồi núi Sóc Sơn với diện tích không lớn lắm

1.1.3 Đặc điểm địa chất

Khu vực Hà Nội, bị lấp đầy bởi các thành tạo trẻ gắn kết yếu và bở rời, bao gồm cát kết, bột kết, sét bột kết, sét kết, cuội kết tuổi Neogen Chúng có bề dày đến vài ba trăm mét và nằm không chỉnh hợp lên trên các thành tạo cổ hơn đã gắn kết hoàn toàn Phần trên của các thành tạo Neogen là cuội kết, cát kết, bột kết, sét bột kết, sét kết với xi măng gắn kết là sét, vì thế chúng rất dễ trở nên rời rạc khi rơi vào trạng thái không tải trọng và mất nước Phủ lên trên các thành tạo Neogen là các thành tạo Đệ tứ Chúng bao gồm cuội, tảng, sỏi, cát hạt thô ở phần dưới và chuyển dần sang cát hạt vừa, hạt mịn ở phần giữa và cát hạt mịn, cát pha, sét pha, sét, bùn cát, bùn sét, bùn hữu cơ và đất lấp ở phần trên.Tổng bề dày tầng đất gắn kết yếu và

bở rời lên đến 500-600 m Riêng bề dày của tầng đất bở rời lên đến 80-100 m theo

xu hướng tăng dần từ phía bắc 60-65 m (Đông Anh) lên đến 70-75 m (Ngô Sĩ Liên, Thành Công) và đạt 80-90 m ở phía nam (Hạ Đình, Pháp Vân)

7

Tính đa dạng và phức tạp của cột địa tầng cũng tăng dần từ phía bắc xuống phía nam Tại Sóc Sơn, Đông Anh, các loại bùn và đất sét yếu vắng mặt trong cột địa tầng Ở vùng Gia Lâm, chúng xuất hiện ở độ sâu từ 6 đến 12 m, nhưng phân bố không rộng rãi Trong khi đó ở phía nam Sông Hồng, các loại đất yếu như sét dẻo chảy, bùn cát, bùn sét, bùn hữu cơ phân bố rộng rãi ở độ sâu từ 6 đến 22 m (Ngô Sĩ Liên, Thành Công, Hạ Đình, Pháp Vân)

Các tính chất địa kỹ thuật của các thành tạo bở rời ở khu vực Hà Nội cũng thay đổi theo hướng bắc-nam Ở các vùng Sóc Sơn, Đông Anh lớp sét nằm ngay dưới lớp đất lấp, đất trồng bề dày chỉ giới hạn trong khoảng 2-3 m Dưới lớp sét là lớp cát chứa nước Holocen Lớp sét có độ ẩm tự nhiên W = 29-30%, giới hạn dẻo Wd = 29-30%, giới hạn chảy Wch = 39-44%, hệ số rỗng e < 1, góc ma sát có giá trị 14-15o, trong khi đó càng xuống phía nam, bề dày lớp sét tăng, nhưng hàm lượng hạt sét giảm và có xu hướng chuyển dần sang sét pha hoặc là một tập các lớp mỏng sét pha, cát pha chứa tàn tích thực vật Dưới lớp sét là lớp bùn cát, bùn sét, bùn hữu cơ Những tính chất cơ bản của lớp sét ở trung tâm và phía nam thấp hơn

so với phía bắc, độ ẩm tự nhiên W = 35-40%, giới hạn dẻo Wd = 29-35%, giới hạn chảy Wch = 45-55%, hệ số rỗng e > 1, góc ma sát trong có giá trị 5-10o, lực dính kết thấp C = 0,13-0,25 kg/cm2

Nhìn chung, lớp sét nằm dưới lớp đất trồng hoặc đất lấp

ở vùng phía bắc thành phố có tính xây dựng cao hơn so với chính lớp sét đó ở phía nam thành phố

1.1.4 Đặc điểm khí hậu

a) Lượng mưa

Khu vực Hà Nội có lượng mưa khá lớn, trung bình năm khoảng 1671 mm (trạm Láng) đến 2025mm (trạm Ba Vì) Lượng mưa năm lớn nhất đo được tại trạm Láng là 2625 mm, tại Ba Vì là 2904 mm và tại Sơn Tây là 2867 mm Lượng mưa năm nhỏ nhất đo được tại trạm Láng là 962 mm, tại Ba Vì là 1325mm, tại Sơn Tây

là 1115 mm

Ba Vì

TB 26,4 34,1 54,6 103,0 274,0 305,3 355,9 341,8 238,4 209,0 62,9 19,5 2025 Max 93,4 226 191,3 242,7 594,8 559,8 807 636,3 605,1 551,1 387 105,1 2904 Min 3,2 3,7 7 17,1 89,3 76,9 93 25,3 78,3 9,4 0 0 1325

Sơn Tây

TB 20,1 24,6 43,0 98,7 225,2 277,3 322,0 307,2 241,2 163,3 57,1 19,4 1799 Max 88,3 87,7 164,9 282 516,5 532,8 940,6 730,3 611 483,6 418,1 114,7 2876 Min 0 3,3 5,1 13,3 65,8 74,1 106,6 46 18 0 0 0 1115

Ba Vì

TB 57,3 53,8 60,6 68,0 91,7 96,7 94,6 77,5 77,3 81,0 74,9 71,6 905,0 Max 84,8 82,2 97,3 97,2 144,8 152,3 143,7 112,7 104,0 135,4 120,8 107,0 1104,5 Min 26,6 31,9 41,5 48,0 60,2 61,5 58,4 47,3 51,5 48,5 45,9 45,7 681,7

Sơn Tây

TB 54,0 48,6 51,6 56,3 76,3 78,2 80,6 65,6 65,1 70,9 66,2 62,4 775,8 Max 105,0 74,9 74,9 79,1 111,8 114,5 128,4 86,3 87,3 105,5 115,4 90,7 962,1 Min 24,1 26,2 35,9 38,2 37,1 50,9 39,2 41,3 42,9 31,4 39,8 45,3 591,4

9

Lượng bốc hơi trung bình năm ở trạm Láng đo được là 979,6 mm, ở Ba Vì là

905 mm, ở Sơn Tây là 775,8 mm Các tháng có lượng bốc hơi lớn nhất trong năm là các tháng trong mùa hè và đầu mùa đông (V-XII), lượng bốc hơi trung bình tháng ở trạm Láng từ 83,6 – 98,5mm, tại Ba Vì là 71,6 – 96,7mm Các tháng có lượng bốc hơi ít nhất là tháng I - IV, lượng bốc hơi trung bình tháng tại trạm Láng từ 56,5 - 70,3 mm và tại Ba Vì từ 53,8 - 68,0 mm Các tháng có lượng bốc hơi lớn nhất là VI-VII, lượng bốc hơi trung bình tháng từ 97 - 99 mm

C

- Mùa đông từ tháng XI đến tháng IV năm sau có nhiêt độ trung bình tháng tại Láng từ 16,6C đến 23,8oC và tại Ba Vì từ 16,1C đến 20,8oC Nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối tại Láng là 2,7oC và tại Ba Vì là 2,8o

Ba Vì

TB 16,1 17,2 20,0 23,8 27,0 28,6 28,6 28,2 27,0 24,4 20,8 17,5 23,3 Max 22,6 24,3 26,7 30,5 33,3 34,6 34,9 34,6 33,4 30,4 27,6 24,4 28,8 Min 10,5 11,6 14,4 18,8 22,6 24,6 24,6 24,3 23,1 19,1 15,1 10,1 19,9

Sơn Tây

TB 16,3 17,3 20,1 23,8 27,0 28,7 28,8 28,3 27,2 24,7 21,3 17,9 23,5 Max 22,9 24,4 26,6 30,3 33,6 34,5 35,3 34,8 33,2 32,5 28,2 26,4 29,0 Min 10,7 10,4 15,2 18,9 22,8 24,8 24,9 24,4 23,2 19,8 15,7 11,3 20,2

10

d) Độ ẩm

Độ ẩm không khí trung bình năm tại Hà Nội là 83% và tại Ba Vì là 84% Thời kỳ cuối mùa hè đến đầu mùa Đông (XI-XII) là thời kỳ tương đối khô, độ ẩm trung bình tháng tại Hà Nội chỉ 80% và tại Ba Vì chỉ 81% Thời kỳ từ tháng III-IV

do thời tiết ẩm ướt, có mưa phùn nên độ ẩm trung bình tháng đạt cao nhất trong năm đạt 87% tại Hà Nội và Ba Vì, biên độ độ ẩm trong ngày chỉ từ 20-30% Các tháng giữa mùa mưa độ ẩm tương đối lớn, trung bình từ 83-84% tại Hà Nội và Ba Vì

Bảng 4: Đặc trưng độ ẩm trung bình nhiều năm (1971 - 2010)

Ba Vì

TB 85 86 87 87 84 82 83 85 84 83 81 81 84 Min TB 69 71 73 72 67 66 67 68 65 63 60 60 67

Sơn Tây

TB 84 85 87 88 84 83 84 86 85 83 81 81 84 Min TB 68 71 73 73 67 66 67 69 66 63 61 62 67

1.1.5 Mạng lưới sông ngòi, hồ điều hòa

a) Mạng lưới sông ngòi

Khu vực Hà Nội có hệ thống sông, hồ khá dày đặc Hệ thống sông hồ của khu vực Hà Nội thuộc hệ thống sông Hồng - sông Thái Bình gồm các sông chính chảy qua là sông Hồng, sông Nhuệ, sông Đáy, sông Tích; ngoài ra còn có các con sông nhỏ khác như sông Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét và rất nhiều hồ lớn nhỏ khác nhau

 Sông Hồng

Sông Hồng bắt đầu từ dãy Ngụy Sơn ở độ cao l.776m thuộc huyện Nhị Đô, tỉnh Vân Nam, Trung Quốc; chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam vào Việt Nam

từ Nghi Tàm đến Thanh Trì gọi là đê Cơ Xá, độ cao mặt đê tại Hà Nội là 14 km

Bảng 5: Đặc trưng mực nước trung bình tại trạm Hà Nội

12

trung bình 1,52m, lớn nhất là 3,46m Lưu lượng dòng nhỏ nhất mùa khô là 4,08m3/s đến 17,44m3/s Chiều dày lớp bùn càng xa thượng lưu càng dày (cầu Noi 0,48m; cầu Hà Đông 0,87m) Thành phần bùn chủ yếu là bột sét, hệ số thấm của lớp bùn từ 0,012 m/ng (cầu Hà Đông) đến 0,0149 m/ng (cầu Noi)

 Sông Đáy

Bắt nguồn từ sông Hồng tại Hát Môn chảy theo hướng từ Bắc xuống Nam qua các huyện Hoài Đức, Đan Phượng, Chương Mỹ, Thanh Oai, Ứng Hòa sau đó chảy sang tỉnh Hà Nam qua xã Phú Dư với chiều dài trên địa bàn thành phố Hà Nội khoảng 110 km Chiều rộng trung bình lòng sông từ 75m - 200m, chiều sâu trung bình vào mùa mưa 14,8m; mùa khô 5,0m - 7,0m Lưu lượng lớn nhất vào mùa mưa đạt 798m3/s; mùa khô 1,01m3/s, đây là con sông đóng vai trò quan trọng trong vấn

đề xả lũ

 Sông Tích

Bắt nguồn từ các dãy núi thấp phía Tây Nam Ba Vì, chảy theo hướng Bắc - Nam và đổ vào sông Đáy ở Ba Thá Sông Tích có 25 nhánh sông suối cấp 1 Lòng sông Tích bé với độ rộng trung bình 20,0m - 30,0m; độ sâu trung bình từ 4,0 - 5,0m nhưng thềm sông khá rộng, trung bình khoảng 2 - 3km, nơi rộng nhất có thể lên tới

5 - 6km

 Sông Tô Lịch

Sông có chiều rộng nhất là 25,5m; nhỏ nhất là 4,7m; trung bình từ 10 -15 m Trước kia sông có chiều dày lớp nước từ 1 - 1,5m và chiều dày lớp bùn khá lớn từ 0,43 - 1,32m, nhưng gần đây sông được cải tạo nên chiều dày lớp bùn nhỏ đi và chiều dày lớp nước tăng lên Dọc hai bờ sông có rất nhiều cống nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp xả trực tiếp vào sông khoảng 25000m3/ng khiến nước ô nhiễm nghiêm trọng

Nước thải công nghiệp chứa các hợp chất hữu cơ, hydrocarbon, hợp chất hữu

cơ dùng làm thuốc sâu, dầu mỏ, các chất độc hại như phenol, cyanur và các chất vô

13

cơ như axit, kiềm, ammoniac, sulfua hydro, các kim loại nặng (Mn,As, Zn,Hg, Pb,

Pb, Cu…) Hệ số thấm lớp bùn đáy sông phân tích thay đổi từ 0,0106 ÷ 0,023 m/s Lưu lượng mùa khô từ 2,339 ÷ 4,143 m3/s

14

1.2 Tình hình ngập úng

Hàng năm cùng với tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa trên địa bàn thành phố rất nhanh, hệ thống các công trình tiêu thoát nước tại một số nơi đã quy hoạch không theo kịp nhịp độ phát triển kinh tế trong vùng làm cho tình hình ngập úng xảy ra ngày càng nghiêm trọng hơn

Trong những năm gần đây, trước sự biến đổi bất thường của thời tiết đã xuất hiện mưa lớn kéo dài, lượng mưa vượt quá tần suất thiết kế Mặc dù các công trình thủy lợi đã hoạt động hết công suất cùng với sự phối hợp chặt chẽ của công tác chỉ đạo phòng chống lũ lụt nhưng tình trạng ngập úng vẫn diễn ra trên diện rộng Diện tích ngập úng lớn nhất là các năm 2006, 2008, nguyên nhân chủ yếu là bão hoặc áp thấp gây mưa lớn trên diện rộng, mưa vượt tần suất thiết kế Như vậy, diện tích ngập úng hằng năm trên địa bàn thành phố vẫn lớn Đặc biệt là khu vực Tả Đáy, diện tích ngập của khu vực này trong những năm gần đây xấp xỉ 60.000 ha

Dưới đây là một số thống kê về tình hình ngập úng xảy ra tại các lưu vực sông trên địa bàn thành phố:

 Trận ngập úng lịch sử xảy ra bắt đầu từ ngày 9/XI/1984 Mưa kéo dài nhiều ngày nhưng không liên tục, lượng mưa 2 ngày lớn nhất đạt tới 575 mm Tổng lượng mưa toàn trận đo được 614,4 mm và cường độ mưa lớn nhất là 137 mm/giờ Trận mưa đã làm cho 45% diện tích toàn thành phố bị ngập úng Độ sâu ngập úng phổ biến 30-50cm, có nơi ngập sâu trên 1m Thời gian ngập kéo dài 7 - 8 ngày làm tê liệt nhiều hoạt động kinh tế - văn hoá - xã hội, các phương tiện giao thông bị đình trệ kể cả sân bay quốc tế Nội Bài

 Trong thời gian từ ngày 01 đến 03/VIII/2001 ở Hà Nội đã xảy ra mưa lớn Đêm ngày 01 và rạng sáng 02/VIII, trận mưa diễn ra liên tục trong vòng hơn 06 giờ đồng hồ gây ngập úng ở hơn 70 điểm, độ sâu ngập phổ biến 0,5 - 1 m Khi lượng nước ngập còn chưa kịp tiêu thoát thì đêm ngày 02 sáng ngày 03/VIII một trận mưa lớn lại trút xuống Hà Nội làm cho tình trạng ngập úng càng trở nên nghiêm trọng hơn Lượng mưa đo được hơn 207 mm Theo thống kê sơ bộ đến hết ngày 03 trên

15

toàn địa bàn thành phố Hà Nội có tới gần 100 điểm bị ngập, có nơi độ sâu ngập tới xấp xỉ 1m như phố Nguyễn Khuyến, Nguyễn Lương Bằng, Tôn Đức Thắng, khu Thành Công v.v Do tình trạng ngập úng có tính chất cục bộ như vậy nên hầu hết mọi hoạt động trong thành phố đều bị ngưng trệ đặc biệt là hệ thống phương tiện giao thông

Hình 3: Một số hình ảnh trận mưa năm 2001 tại Hà Nội

 Trận mưa to trên diện rộng xảy ra vào ngày 24 đến 25/V/2003 làm nhiều vùng dân cư ở nội thành bị ngập úng nặng nề như: khu vực Giáp Bát, bến xe phía Nam, khu Tân Mai, tập thể Kim Liên, Ngọc Khánh, Văn Chương v.v Ngoài ra trong năm 2003 trên địa bàn thành phố còn nhiều điểm úng ngập do địa hình trũng, không có hệ thống cống, thiếu ga thu Những khu vực thường bị ngập như ngã tư

Bà Triệu - Nguyễn Du; Nguyễn Lương Bằng, Thái Thịnh; Ngã Tư Sở - Láng;

16

Nguyễn Khuyến, Khâm Thiên, Nguyễn Trãi, Nguyễn Công Trứ - Ngô Thì Nhậm, Hoàng Mai, Thanh Nhàn, Minh Khai, Lạc Trung, Trần Đăng Ninh

Trận ngập năm 2003 đã làm cho phần lớn diện tích thành phố bị ngập úng

Độ sâu ngập úng phổ biến 30 - 50 cm, có nơi ngập sâu trên 1 m Thời gian ngập kéo dài làm tê liệt nhiều hoạt động kinh tế - văn hoá - xã hội, các phương tiện giao thông bị đình trệ gây nhiều thiệt hại đến đời sống của người dân thành phố

Hình 4: Một số hình ảnh trận mưa năm 2003 tại Hà Nội

 Trận mưa lịch sử xảy ra vào tháng XI/2008 với tổng lượng mưa phổ biến từ

350 - 550 mm đã gây nên tình trạng ngập úng lớn, kéo dài tại Hà Nội, làm thiệt hại

về kinh tế lên đến 3.000 tỷ đồng Trong đó, số người chết là 22 người; số hộ dân phải di dời lên đến 13.982 hộ; tổng số diện tích lúa, hoa màu, cây công nghiệp bị ngập úng là 78.665 ha và mất trắng là 58.074 ha; tổng số trâu bò, lợn và gia cầm bị chết là 6193 con; diện tích nuôi trồng thủy sản bị vỡ là 13.402 ha làm thiệt hại 46.820 tấn Ngoài ra, còn thiệt hại rất lớn về hệ thống thông tin liên lạc, đường giao thông, các phương tiện giao thông, các thiết bị trang máy móc bị hư hỏng

17

Hình 5: Một số hình ảnh trận mưa năm 2008 tại Hà Nội

 Năm 2012: Tại khu vực Hà Nội đã có mưa rất to do ảnh hưởng của rãnh áp thấp có trục đi qua Cụ thể, sáng nay, lượng mưa đo được tại pháo đài Láng (Hà Nội) là 65mm, khu vực Hà Đông (Hà Nội) mưa rất to lên tới 114mm Mưa lớn khiến nhiều tuyến phố ở Hà Nội lại rơi vào tình trạng ngập úng

Theo thống kê của Công ty Thoát nước Hà Nội vào sáng 18-8-2012, trên địa bàn thành phố xuất hiện hàng loạt điểm úng ngập gồm: ngã tư Hồ Tùng Mậu - Xuân Thủy, đường Phạm Văn Đồng, Trần Bình, Phan Văn Trường, Nguyễn Đức Cảnh, Trương Định, Giải Phóng, Thái Hà, Thái Thịnh, Ngọc Khánh, Trường Chinh, Lê Trọng Tấn, Vũ Trọng Phụng, Quan Nhân với độ ngập sâu từ 0,15-0,3m

Tại khu vực các tuyến phố Phạm Văn Đồng, Trần Bình, Phan Văn Trường, Quan Nhân, Vũ Trọng Phụng, Hoàng Mai, Thanh Đàm, Vĩnh Hưng ngập phổ biến ở

18

mức 0,15 - 0,2m Các tuyến phố đang triển khai các công trình thi công làm ảnh hưởng hệ thống thoát nước như Liễu Giai, Đội Cấn, Vĩnh Tuy… cũng bị ngập trên diện rộng

Dọc đường Phạm Hùng, tình trạng tắc nghẽn kéo dài từ trưa đến tối vì một số đoạn ngập nặng Ngập nặng nhất là con đường giao ngay bên cao ốc Keangnam Theo kết quả đo đạc, mực nước lúc cao nhất đạt từ 50-60 cm

Hình 6: Một số hình ảnh trận mưa năm 2012 tại Hà Nội

 Trận mưa lớn năm 2013: Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn Trung ương cho biết, nguyên nhân của đợt mưa lớn trên diện rộng này là do ảnh hưởng của hoàn lưu vùng áp thấp suy yếu từ bão số 6 kết hợp với đới gió đông nam hoạt động mạnh

và phát triển từ tầng thấp lên đến mực 5.000m

19

Tại Hà Nội, một số trạm đo được lượng mưa lớn như Láng 127mm, Hoài Đức và Hà Đông 102mm, nhiều tuyến phố, đặc biệt là các tuyến phố nội thành, bị ngập úng nặng.Lượng mưa đo được trên thực tế cao hơn nhiều so với lượng mưa ghi nhận tại các trạm khí tượng Theo thông tin từ Công ty TNHH Thoát nước Hà Nội thì tính đến 14 giờ chiều ngày 08 tháng 8, tổng lượng mưa trên địa bàn thành phố là 180mm, riêng tại Long Biên lên tới 220mm

Hình 7: Một số hình ảnh trận mưa năm 2013 tại Hà Nội

Tại thời điểm mưa, nước dồn về mạnh nên đã xảy ra úng ngập tại 22 vị trí như ngã ba Phan Bội Châu – Lý Thường Kiệt, trước số 1 Liễu Giai, trước 343 Đội Cấn, Trần Bình, Phan Văn Trường, Huỳnh Thúc Kháng, Nguyễn Khuyến, Thái Hà, Ngọc Lâm, Cầu Chui, Quan Nhân, Vũ Trọng Phụng… với mức độ từ 0,15 – 0,3m

20

Tại đường Phạm Văn Đồng (khu vực không có hệ thống thoát nước) nước ứ đọng trên mặt đường tại một số đoạn sâu 0.1m Tại đường Nguyễn Xiển (hệ thống thoát nước có nhiều bùn đất) vẫn xảy ra úng ngập với mức độ sâu từ 0.15-0.3m

 Nhận xét: Mức độ ngập lụt tại thành phố Hà Nội ngày càng nghiêm

trọng hơn cả về diện tích và độ sâu ngập Mặc dù thành phố đã thực hiện rất nhiều phương án chống ngập như: Xây dựng, điều chỉnh hệ thống thoát nước, tu bổ, nạo vét hệ thống, tăng cường các trạm bơm tiêu thoát nước, nhưng vẫn không đáp ứng được với quá trình đô thị hóa hiện nay Kết hợp với Biến đổi khí hậu gây ra những trận mưa lớn vào mùa mưa nên tình trạng ngập lụt thành phố Hà Nội mỗi khi có mưa lớn xảy ra không được cải thiện, thậm chí còn tăng lên Gây ảnh hưởng lớn đến đời sống của nhân dân Vì vậy, việc mô phỏng toàn bộ hệ thống thoát nước nhằm xây dựng bản đồ ngập lụt và cảnh báo ngập lụt kịp thời cho khu vực nội thành Hà Nội là rất cần thiết trong mỗi mùa mưa

1.3 Các số liệu thu thập

Số liệu, tài liệu được sử dụng trong luận văn đều được thu thập tại các cơ quan có chức năng, nhiệm vụ cung cấp số liệu, nguồn số liệu, tài liệu rõ ràng Các tài liệu, số liệu điều tra thực địa được thu thập theo đúng quy trình, quy phạm Bên cạnh đó, thông tin từ các nguồn thông tin đại chúng cũng được sử dụng như một kênh thông tin tham khảo nhằm đa dạng hóa kết cấu thông tin, kết quả thực hiện luận văn sát thực với thực tế quản lý, điều hành Các số liệu được thu thập dựa trên yêu cầu cụ thể của phương pháp tiếp cận xây dựng mô hình mô phỏng ngập lụt, bao gồm:

a) Số liệu khí tượng, thủy văn

Về tài liệu mưa được thu thập từ Đài Khí tượng thủy văn khu vực Đồng bằng Bắc Bộ, bao gồm:

- Số liệu mưa giờ những năm có mưa lớn, ngập lụt nghiêm trọng tại 04 trạm khí tượng thuộc khu vực nghiên cứu: Sơn Tây, Ba Vì, Láng , Hà Đông

21

- Số liệu mưa tại các trạm đo mưa nằm trong thuộc khu vực nghiên cứu: Phú Lãm, Thanh Trì,Vĩnh Quỳnh, Xuân Đỉnh, Đại Mỗ, Cầu Diễn, Di Trạch, Phú Cường, Láng Thượng, Thanh Lương, Phúc Tân, Định Công, Tả Thanh Oai, Mễ Trì, Quan Hoa (Cầu Giấy), Tây Hồ, Thượng Cát

Hình 8: Các trạm đo mưa thuộc khu vực nghiên cứu

Ngoài ra, các tài liệu khí tượng đã sử dụng còn có số liệu nhiệt độ trung bình ngày và trung bình tháng, bốc hơi trung bình ngày và trung bình tháng tại các trạm khí tượng thuộc khu vực nghiên cứu

Về số liệu nghiên cứu, các đặc trưng dòng chảy tại các trạm thủy văn khu vực nghiên cứu được thu thập bao gồm:

- Số liệu lưu lượng giờ những năm có mưa lớn, ngập lụt nghiêm trọng tại các trạm thủy văn thuộc khu vực nghiên cứu,

b) Số liệu về cơ sở hạ tầng, hệ thống thoát nước, sử dụng đất

- Hiện trạng hệ thống đường giao thông khu vực nghiên cứu,

- Hiện trạng hệ thống các công trình thủy lợi, hệ thống thoát nước (cống, kênh mương, đập, hồ điều hòa, trạm bơm) khu vực nghiên cứu,

- Hiện trạng khai thác và sử dụng đất khu vực nghiên cứu,

- Hiện trạng cơ sở hạ tầng khu vực nghiên cứu

23

Hình 9: Sơ đồ hệ thống thủy lực d) Tài liệu, số liệu về qui hoạch, KTXH

- Quy hoạch tổng thể phát triển KTXH; qui hoạch định hướng phát triển không gian đô thị thành phố Hà Nội đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030

24

- Các quy hoạch thành phần có liên quan (nông nghiệp, công nghiệp, thủy lợi, xây dựng, giao thông ) thành phố Hà Nội đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030

e) Số liệu về ngập lụt

- Số liệu điều tra khảo sát vết lũ năm 2012 (hơn 100 vết lũ)

- Số liệu khảo sát, điều tra vết lũ tương ứng trận mưa lớn năm 2013 (60 vết

lũ thuộc 8 quận nội thành Hà Nội)

- Tài liệu, số liệu về tình hình thiệt hại do lũ lụt xảy ra thuộc khu vực nghiên cứu

Để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình, các vết lũ trong các trận ngập do mưa lớn trong quá khứ được sử dụng Các vết lũ này bao gồm các tài liệu quan trắc do Công ty TNHH MTV Thoát nước Hà Nội, Chi cục Thủy lợi Hà Nội cung cấp Vết

lũ cho Công ty TNHH MTV Thoát nước Hà Nội cung cấp chỉ bao gồm các quan trắc mực nước ngập lớn nhất trong trận lũ mà không có đường quá trình ngập trong khi các tài liệu của Chi cục Thủy lợi Hà Nội cung cấp số liệu quan trắc 3 lần/ngày tại các công trình thủy lợi do đơn vị này quản lý Khái niệm vết lũ sử dụng trong luận văn là các vị trí quan trắc ngập lụt, thường là quan trắc giá trị ngập lớn nhất Mặt khác, nhằm so sánh các giá trị tính toán và đo đạc qua mỗi trận ngập

1.4 Các nghiên cứu trước đây sử dụng mô hình mô phỏng ngập lụt đô thị

1.4.1 Trên Thế giới

Có thể nói rằng việc giải quyết vấn đề tiêu thoát nước cho đô thị có từ ngàn năm trước Đến những năm 1850 ở các thành phố của Anh đã có những công trình cống tiêu thoát nước rất lớn như Bazalgette ở Luân Đôn Khoảng những năm 1950-

1960 có bước tiến về kỹ thuật công trình là hệ thống phân tách nước mưa và nước thải sinh hoạt và công nghiệp Từ những năm 1970 đã hình thành các cơ quan quản

lý nhà nước về tiêu thoát nước đô thị và thành lập những tổ chức nghiên cứu kỹ thuật công trình tiêu thoát nước đô thị như UDFCD của thành phố Denver bang

25

Colorado thành lập năm 1969, cơ quan quản lý của Anh và Wale thành lập năm

1974

Đến những năm 1980 nhờ phát triển công nghệ phần cứng, phần mềm vi tính

mô phỏng hệ thống tiêu thoát nước đã làm tăng hiệu quả kinh tế của các công trình tiêu thoát nước và sáng tỏ nhiều vấn đề kỹ thuật Đến những năm 1990 thì vấn đề quản lý chất lượng nước thải được quan tâm giải quyết và cơ cấu tổ chức ngành nước và môi trường nước ở nhiều nơi được cải tổ

Dưới đây là một số nghiên cứu mô phỏng ngập lụt trên thế giới:

1 Danish Hydraulic Institute, Agern Allé 5, 2970 Hørsholm, Đan Mạch Surface Water Modelling Center, Nhà 15A, Rd 35, Gulshan, Dhaka, Bangladesh -

Ole Mark - Terry van Kalken - K Rabbi - Jesper Kjelds: A MOUSE GIS study of

the Drainage in Dhaka city&:[20]

Hệ thống thoát nước thành phố Dhaka bao gồm sự kết hợp của ống dẫn khép kín, cống hộp và các kênh mở Các máy bơm với công suất 2,55 m3/s bắt đầu hoạt động khi mực nước ở trong lưu vực đạt 3,8m và dừng lại khi mức nước đạt 1,4m Cửa cống được đóng cửa khi mực nước trong hệ thống sông vẫn còn cao hơn

so với mực nước ở phía thành phố

Dữ liệu mưa lịch sử tháng IX năm 1996 đã được sử dụng làm đầu vào mô hình MOUSE Mực nước liên tục 4 - 5m trên sông ở phía hạ lưu của các cửa cống

đã được giả định, mức độ được dựa trên kinh nghiệm thu được từ nghiên cứu trước đây Cửa cống đã được giả định vẫn mở khi mực nước bên trong khu vực thoát nước cao hơn mực nước trong sông Mực nước bên trong khu vực mô hình ban đầu tại các cửa cống được giả định là 1,5m

Một mô hình mô phỏng được thực hiện cho sự kiện mưa bão tháng X năm

1996 để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng máy bơm lũ tại Shantinagar Năm máy bơm đã được giả định sẽ được cung cấp tại địa điểm Trong thực tế không có hồ / ao trong khu vực, nơi mà nước bơm có thể được lưu trữ Kết quả cho thấy tác động của

26

bơm tại chỗ là chính Sử dụng máy bơm tại Shantinagar Crossing sẽ làm giảm thời gian lũ lụt từ 24 giờ đến 7 giờ tại Crossing Shantinagar Mô phỏng được thực hiện cho mưa bão tháng X năm 1996 Kết quả chỉ ra rằng nạo vét trong những địa điểm chưa hoàn thành cống hộp sẽ làm giảm thời gian lũ lụt tại Shantinagar Crossing từ

24 giờ đến 18 giờ và chiều sâu tối đa của lũ lụt từ 75 cm đến 65 cm

Hệ thống mô hình đã được sử dụng để đánh giá các vấn đề lũ lụt ở thành phố Dhaka Tuy nhiên, những nỗ lực hiện tại để tìm kiếm một giải pháp cho vấn đề ngập úng trong thành phố Dhaka chỉ được coi là điểm khởi đầu, nhiều dữ liệu hơn sẽ được yêu cầu để thực hiện một nghiên cứu chi tiết hơn Kết luận của nghiên cứu là

sử dụng mô hình thủy động lực học MOUSE cùng với GIS sẽ cung cấp một phương pháp hiệu quả về chi phí và thông tin hướng tới việc tìm kiếm một giải pháp tối ưu cho ngập úng thường xuyên trong thành phố Dhaka [19]

2 V Vidyapriya and Dr M Ramalingam - Research Scholar, Director, Institute of Remote Sensing, Anna University, Chennai-25, Tamil Nadu, India:

Flood Modelling using MIKE URBAN Software: An Application to Jafferkhanpet watershed.[ 21]

Mô hình được ứng dụng tại Chennai theo các điều kiện 5 năm, 10 năm, 20 năm và thiết kế 50 năm Xác nhận của mô hình được thực hiện bằng cách sử dụng mực nước lũ quan sát thông qua cuộc khảo sát, hỏi thăm Trong nghiên cứu này, mô hình dòng chảy MOUSE được xây dựng theo mô Model A Nó được giả định: dòng chảy chỉ được tạo ra từ các khu vực không thấm nước, được mô tả bằng các tỷ lệ phần trăm của tổng số lưu vực trong mô hình Dòng chảy thoát nước và dòng chảy kênh được mô hình hóa dựa trên mặt cắt ngang trung bình, phương trình Saint Venant mô tả sự phát triển về chiều sâu nước và lưu lượng

Khu vực nghiên cứu nằm ở phần phía Nam của thành phố Chennai và có diện tích khoảng 2,94 sq.km Thời tiết ở khu vực này chủ yếu là khí hậu lục địa gió mùa, lượng mưa tập trung vào mùa mưa từ tháng X - XII Các dữ liệu khí tượng được cung cấp bởi máy đo mưa tự ghi trong vùng lân cận của khu vực nghiên cứu

27

Zheng năm 2006 Trong tất cả, bốn cơn bão khác nhau 5 năm, 10 năm, 20 năm và thời gian quay trở lại 50 năm được xác định Để mô phỏng càng chính xác, độ phân giải cao 3m của mô hình số độ cao (DEM) được thành lập cho khu vực DEM bao gồm các mức độ khác biệt của đường phố cắt ngang, vị trí và chiều cao của các hố

ga, vỉa hè đường phố Khu vực nghiên cứu được chia thành 150 đơn vị lưu vực, trong đó có 146 kết nối với hố ga tương ứng và 4 kết nối với kênh Yếu tố thủy văn được sử dụng làm điều kiện biên đầu vào Đối với các biên dưới, mực nước quan sát được thực hiện tại đầu ra của kênh đã được xác định Tất cả các cấu trúc thủy lực được giả định tại các điều kiện ban đầu Thời gian mô phỏng là 7 giờ với bước thời gian 1 phút

Hai kịch bản được xem xét để phân tích lũ lụt Một là cống được xây dựng từ năm 1980 và cống mới được dự kiến trong năm 2009 Theo các cơn bão 5 năm, không có lũ lụt tại các nút của các vùng đầu nguồn Jafferkhanpet, Chennai Tuy nhiên, theo các cơn bão 10 năm: lũ lụt tối thiểu là 0,6 m và lũ lụt tối đa là 1,34 m Một lần nữa theo các cơn bão 25 năm: lũ lụt tối thiểu là 0,55 m và lũ lụt tối đa là 2,51 m Và theo những cơn bão 50 năm: lũ lụt tối thiểu là 0,57 m và lũ lụt tối đa là 2,63 m Trong thời gian mô phỏng là 13 giờ, lũ lụt tại các nút tự động tăng lên và sau đó dần dần rút đi sau 24 giờ Kết quả mô phỏng được so sánh với các câu hỏi từ cuộc khảo sát Nói chung, mực nước lũ mô phỏng lớn hơn so với mực nước lũ quan sát Vì vậy, các kết quả mô phỏng cho thấy những cải tiến của thiết kế hệ thống thoát nước là cần thiết [ 20]

3 Chusit Apirumanekul & Ole Mark (2001), Proceeding of 4th DHI Software Conference “Modelling of Urban Flooding in Dhaka City - Bangladesh” [11]

Thành phố Dhaka đang chịu vấn đề ngập úng đô thị nghiêm trọng Thành phố có hệ thống đê vành đai chống lũ trên sông Vào mùa mưa lũ nước sông cao hơn mặt đất đô thị làm cho việc tiêu thoát nước khó khăn Nhóm tác giả ứng dụng

mô hình toán MOUSE mô phỏng hệ thống cống ngầm tiêu nước liên kết với tính

Mô phỏng ngập úng năm 1996: Hệ thống tiêu nước thời kỳ năm 1996 khi

chƣa hoàn thành tuyến cống hộp quan trọng nên các hệ thống tiêu nước còn khó khăn để thu gom nước vào kênh tiêu

Mô phỏng hiện trạng hệ thống tiêu nước: Với hệ thống công trình tiêu thoát

nước năm 1996 và hiện trạng đều cho thấy ngập úng cục bộ trên đường phố Shantinagar với độ sâu ngập 55 cm trong vòng 16 giờ Nguyên nhân ngập được khẳng đinh là do hệ thống cống ngầm và hố ga thoát nước chưa đủ khả năng tiêu thoát nước mưa

Giải pháp chống ngập: Kết quả mô hình cho thấy hệ thống cống ngầm thoát nước chưa hợp lý, xảy ra hiện tượng thắt cổ chai ở khu vực thoát nước làm ngập úng bề mặt đô thị Biện pháp cải tạo đường ống thoát nước hợp lý giảm được úng ngập ở khu vực nghiên cứu

4 Justine Hénonin, Beniamino Russo, David Suner Roqueta, Rafael Sanchez – Diezma, Nina Donna Sto Domingo, Franz Thomsen, Ole Mark (28010),

“Urban flood real-time forecasting and modelling: A state-of-the-art review”,

MIKE by DHI conference – Copenhagen [19]

Nghiên cứu đã phân tích hệ thống cảnh báo ngập lụt đô thị thời gian thực cho một số thành phố như: Thành phố Hvidovre (Đan Mạch), Nîmes (Pháp), Bangkok (Thái Lan) và Barcelona (Tây Ban Nha)

- Tại Hvidovre (Đan Mạch): Cảnh báo ngập lụt thời gian thực sử dụng radar

có độ phân giải cao

29

Một hệ thống cảnh báo trực tuyến thời gian thực đã được thiết lập để cung cấp thông tin về nguy cơ ngập lụt của tầng hầm Hệ thống được dựa trên radar thời tiết của khu vực dự báo (LAWR) modul ghi chép lượng mưa và mực nước cho 22 lưu vực đô thị Những hình ảnh radar có độ phân giải cao được lấy ra 5 phút một lần

để xây dựng và cập nhật số liệu dự báo cho các giờ tiếp theo Số liệu dự báo này được sử dụng bởi các hệ thống (DSS) cùng với các dữ liệu lịch sử để tính toán lượng mưa tích lũy cho từng tiểu lưu vực và phát hành một cảnh báo nếu bất kỳ mức quan trọng được xác định trước vượt mức cảnh báo Người dân Hvidovre có thể nhận được tin cảnh báo tự động bởi DSS, bằng tin nhắn SMS và e-mail, hoặc truy cập vào các trang web

- Tại Nîmes (Pháp): Cảnh báo ngập lụt đô thị sử dụng lượng mưa dự báo và

mô hình dự báo thủy văn thời gian thực

Hệ thống Espada dựa trên lượng mưa dự báo tại khu vực từ radar (độ phân giải 1 km2) và một mạng lưới đo 10 điểm đo mưa và 11 điểm đo mực nước Dữ liệu được gửi cách 15 phút đến hệ thống trung tâm, làm đầu vào cho các mô hình lượng mưa-dòng chảy để dự báo lưu lượng dự kiến trong khu vực đô thị với một bản cập nhật cách 30 phút Mỗi kịch bản được liên kết với một mức độ cảnh báo với tổng

số 4 cấp, từ cảnh giác (cấp 1) đến ngập lụt cục bộ gây rủi ro cho người dân (cấp 4) Tùy thuộc vào dự báo và các kịch bản được lựa chọn, mức cảnh báo được ban hành

để khởi động tập hợp các hành động (kế hoạch phòng ngừa, các cuộc gọi điện thoại

30

Một cảnh báo nguy cơ ngập lụt có thể được phát hành qua internet và điện thoại di động WAP Một điểm thú vị của hệ thống Bangkok này là lời cảnh báo là không chỉ dựa trên các kết quả từ các mô hình mà còn về kinh nghiệm địa phương

- Tại Barcelona (Tây Ban Nha): Hệ thống dự báo ngập lụt dựa vào radar và

mô hình mạng lưới thời gian thực

Lượng mưa được lấy từ một radar với độ phân giải 1 km2 và 7 điểm đo mưa Lượng mưa dự báo trong 2 giờ tới Các dữ liệu radar được hiệu chuẩn với các số liệu đo mưa Hệ thống này cũng bao gồm dữ liệu từ 10 cảm biến mực nước Các bước thời gian để thu thập dữ liệu radar là 6 phút trong khi nó là 5 phút cho đồng hồ

đo và cảm biến dữ liệu

Tự động cảnh báo trên màn hình và trên cuộc gọi khi cấp độ của hệ thống vượt ngưỡng trong các cảm biến dự báo lượng mưa hoặc mực nước cảm biến tràn

mô phỏng trong mô hình thoát nước, hoặc sư cố của hệ thống dự báo Các cuộc gọi cảnh báo ATTELNET đã được phát triển bởi CLABSA như một công cụ độc lập để thích ứng với các loại hệ thống cảnh báo khác nhau

Dưới đây là một số nghiên cứu về ngập lụt ở Việt Nam

1 Quy hoạch thoát nước JICA

Năm 1995 quy hoạch tổng thể hệ thống thoát nước Hà Nội do Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA) lập chỉ gói gọn trong 4 quận là: Hoàn Kiếm; Đống Đa; Hai Bà Trưng, Ba Đình và một phần của quận Tây Hồ, Cầu Giấy, Thanh Xuân và Hoàng Mai trên diện tích 135,4km2 thuộc lưu vực sông Tô Lịch Khả năng thoát nước hiện trạng của sông Tô Lịch chỉ vào khoảng 30-35m3/s trong khi công suất

có hàng loạt các cống dưới đê sông Đáy, sông Tích cũng tiêu thoát ra các sông trục bằng tự chảy khi có điều kiện

Hình 10: Quy hoạch thoát nước khu vực nội thành Hà Nội (JICA, 1995)

Công trình đầu mối tiêu của toàn thành phố hiện có 723 công trình (diện tích tiêu thiết kế là 237.245 ha, diện tích cần tiêu là 209.028 ha) nhưng khả năng thực tế các công trình tiêu này chỉ đạt 80% so với diện tích cần tiêu Tuy nhiên toàn bộ hệ thống tiêu ứng với năm có tần suất mưa và mực nước 10% chỉ đạt 60-70%

32

Thành phố Hà Nội đã đầu tư thực hiện dự án thoát nước giai đoạn I: xây dựng trạm bơm Yên Sở và kênh dẫn, cải tạo 04 con sông thoát nước chính trong Thành phố, cải tạo các hồ điều hòa, cải tạo 07 cửa xả lũ và cửa điều tiết Dự án đã nâng cao năng lực quản lý hệ thống thoát nước, trình độ chuyên môn của đội ngũ cán bộ quản lý và trang bị cho Công ty TNHHNN Một thành viên Thoát nước Hà Nội dàn thiết bị nạo vét cơ giới góp phần nâng cao hiệu quả công tác duy trì hệ thống, giải quyết cơ bản thoát nước trong khu vực nội thành Hà Nội cũ gồm các quận Hoàn Kiếm, Ba Đình, Đống Đa, Hai Bà Trưng đáp ứng trận mưa thiết kế 172mm/2ngày

Thành phố cũng đang thực hiện dự án thoát nước giai đoạn II (bao gồm các khu vực thuộc lưu vực sông Tô Lịch diện tích 77,7 km2 và một phần các khu vực lân cận): chống úng cho Thành phố trong phạm vi dự án và vùng lân cận khi có mưa với chu kì 10 năm ứng với lượng mưa 310mm/2ngày đối với sông và mương thoát nước, chu kỳ 5 năm đối với hệ thống cống với lượng mưa 70mm/h; cải thiện môi trường cho lưu vực sông Tô Lịch

2 PGS.TS Trần Thục, TS Hoàng Minh Tuyển, Huỳnh Thị Lan Hương, Đặng Quang Thịnh, Trần Anh Phương – Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10

– Viện khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường: Ứng dụng mô hình Mike 11

GIS tính toán cảnh báo ngập lụt hạ du sông Hương

Trong đó, mô hình MIKE 11 thực hiện các tính toán thuỷ văn, thuỷ lực nhằm đưa ra các giá trị mực nước, lưu lượng tại các tất cả mặt cắt của hệ thống sông, sau

đó những giá trị này được đưa lên bản đồ tương ứng với vị trí trong không gian của mỗi mặt cắt từ đó xác định diện và độ sâu ngập lụt gây ra bởi mỗi trận lũ bằng mô

hình MIKE 11 GIS

Các sông trong sơ đồ tính thủy lực sông Hương bao gồm: sông Bồ, Nham Biều, sông Tả Trạch, Hữu Trạch, sông Hương và vùng đầm phá Tam Giang Các biên trên được sử dụng là các biên lưu lượng lấy tại Dương Hoà (sông Tả Trạch), Bình Điền (Hữu Trạch) và Cổ Bi (sông Bồ) Ba biên dưới được sử dụng là mực