Ứng dụng mô hình telemac 2d nghiên cứu thoát nước mưa trên đường phố lưu vực tân hóa lò gốm khi xảy ra mưa tại chỗ có cường độ lớn

HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN VĨNH TOÀN ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TELEMAC 2D NGHIÊN CỨU THOÁT NƯỚC MƯA TRÊN ĐƯỜNG PHỐ LƯU VỰC TÂN HÓA – LÕ GỐM KHI XẢY RA MƯA TẠI CHỖ CÓ CƯỜNG ĐỘ LỚN LUẬN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN VĨNH TOÀN

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TELEMAC 2D NGHIÊN CỨU THOÁT NƯỚC MƯA TRÊN ĐƯỜNG PHỐ LƯU VỰC TÂN HÓA – LÕ GỐM KHI XẢY RA MƯA TẠI CHỖ CÓ CƯỜNG ĐỘ LỚN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN THỐNG

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG

Tp HCM, ngày… tháng… năm 2015

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1………

2.………

3………

4………

5………

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRẦN VĨNH TOÀN Giới tính : Nam / Nữ 

Ngày, tháng, năm sinh : 11-03-1988 Nơi sinh : Quảng Nam Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

1 TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY LỰC TELEMAC 2D NGHIÊN CỨU THOÁT NƯỚC MƯA TRÊN ĐƯỜNG PHỐ LƯU VỰC KÊNH TÂN HÓA - LÕ GỐM KHI XẢY RA MƯA Ở CHỖ CÓ CƯỜNG ĐỘ LỚN

2 NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN:

- Nghiên cứu điều kiện tự nhiên , kinh tế - xã hội của lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

- Mô phỏng hiện trạng ngập ở lưu vực bằng mô hình TELEMAC 2D

- Dựa vào kết quả mô phỏng mô hình thủy lực của lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm qua các trường hợp xảy ra mưa cực trị khác nhau để đưa ra được độ sâu ngập, thời gian ngập

- Phân tích , đề xuất phương án giải quyết ngập hợp lý nhất

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07 / 07 / 2014

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: / / 2015

5 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN THỐNG

Tp Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 07 năm 2015

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ

từ giáo viên hướng dẫn – PGS TS Nguyễn Thống, gia đình, các đồng nghiệp của tôi làm việc tại Trung tâm Điều hành chương trình chống ngập nước thành phố

Tôi xin gửi lời cám ơn đặc biệt tới thầy, gia đình và các đồng nghiệp Đồng thời, tôi xin chân thành cám ơn các bạn học viên thuộc lớp Cao học ngành Tài nguyên nước

2013 đã hỗ trợ tôi hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cám ơn tới bạn bè – những người đã luôn cổ động, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 07 năm 2015

Người thực hiện

Trần Vĩnh Toàn

đã đưa ra được bản đồ ngập dựa trên kết quả mô phỏng khi xảy ra mưa cực trị

Kết quả mô phỏng , nghiên cứu cũng đưa ra các nhận xét về tình hình ngập lụt cho lưu vực và từ đó có các phương án đề xuất để nhằm giảm bớt ngập lụt cho lưu vực như : xây dựng hồ điều tiết, nâng cao nền cho các lưu vực có địa hình trũng thấp, xây dựng cống kiểm soát triều,v.v…

ABSTRACT

Currently, the ongoing flooding issue due to rain at Tan Hoa – Lo Gom Basin caused a lot of serious impacts on many aspects and has not been solved yet Thus, my research content can predict the flooding hazards from the developments of flooding simulation results in Tan Hoa – Lo Gom Basin under the impact of extrenum rains The caculation domains is simulated by the 2D Telemac Hydrodymanic model by the surface flow equation systems in two dimesions under horizontal surface equations The caculation results shows the affected range by flooding in city due to extrenum rains through the characteristic of inundation depth and duration From the simulation results, Tan Hoa –

Lo Gom Basin is impacted in severity when extreme rainfall occurs, the route Ba Hom,

Ba Cat, An Duong Vuong are frequently affected and have the average inundation depth of about 0,2 m, inundation duration from 4-8 hours depended on the topography

of the basin This research also provides the correlation graphs between rain and rain durarion, from that we can forewarn the inundation depth and duration for Tan Hoa –

Lo Gom basin

Moreover, the research content can show additional simulation results of the Tan Hoa –

Lo Gom Basin when high tides The simulation results showed Tan Hoa – Lo Gom Basin is highly influenced by tides, especially the downstream where have the low terrain and many canals

From the simulation results, the study also have many valuable comments about inundation situations for the basin and from that to propose the alternatives to reduce flooding in the basin, reservoirs contructions, tide sluices contructions

The simulation results and the correlation graph presented in this study will be the basis for warnings about the Basin vulnerable due to intense rain and flooding risk assessment that makes more good sense on people and property in the basin, contributing to improving flood management strategies in Hochiminh city

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ

Họ và tên : Trần Vĩnh Toàn

MSSV : 13200121

Khóa : 2013

Nghành : Xây Dựng Công Trình Thủy

Hiện tôi là học viên cao học của lớp Xây Dựng Công Trình Thủy khóa

2013, Trường Đại học Bách khoa, đại học Quốc gia Tp HCM Tôi xin cam đoan trước nhà trường kết quả luận văn cao học với đề tài “Ứng dụng mô hình thủy lực Telemac 2D nghiên cứu thoát nước trên đường phố lưu vực kênh Tân Hóa – Lò Gốm khi xảy ra mưa có cường độ lớn” là hoàn toàn do chính tôi nghiên cứu thực hiện với sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Thống Tôi không sao chép nội dung luận văn của bất kỳ ai trên phương diện cũng như kênh thông tin nào Tôi sẽ chịu mọi trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình Nếu như có bất kỳ phát hiện nào liên quan đến gian lận bản quyền, sao chép thông tin từ các công trình nghiên cứu của các tác giả khác, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước nhà trường và chịu mọi sự kỷ luật theo quy định

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 7tháng 07 năm 2015

Người thực hiện

TRẦN VĨNH TOÀN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, CÁC ĐỒ THỊ v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT viii

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

1.2.1 Mục tiêu của đề tài 2

1.2.2 Nội dung nghiên cứu 3

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

1.3.1 Phương pháp luận 3

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu 4

1.4 CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ ĐƯỢC NGHIÊN CỨU 4

1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU 6

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC TH – LG 7

2.1 TỔNG QUAN LƯU VỰC NGHIÊN CỨU 7

2.1.1 Lịch sử hình thành 7

2.1.2 Địa hình 8

2.1.3 Khí tượng 9

2.1.4 Thủy văn 10

2.1.5 Địa chất 10

2.1.6 Hệ thống kênh rạch và cống thoát nước hiện hữu 11

2.2 KHÁI NIỆM NGẬP LỤT VÀ TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ NGẬP KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 14

2.2.1 Khái niệm ngập lụt 14

2.2.2 Tiêu chí đánh giá ngập khu vực TPHCM 14

2.3 HIỆN TRẠNG MƯA TRÊN ĐƯỜNG PHỐ 15

2.4 BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐỐI VỚI NGẬP LỤT ĐÔ THỊ 18

2.4.1 Các kịch bản biến đổi khí hậu đối với TP HCM 18

2.4.2 Tác động của Biến đổi khí hậu đến ngập lụt đô thị 20

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT & THIẾT LẬP MÔ HÌNH 22

3.1 CƠ SỞ LỰA CHỌN MÔ HÌNH THỦY LỰC THOÁT NƯỚC MƯA 22

3.1.1 Giới thiệu các mô hình thoát nước mưa 22

3.1.2 Chọn lựa mô hình thủy lực tính toán 25

3.2 TỔNG QUAN MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC HỌC TELEMAC 2D 26

3.2.1 Giới thiệu mô hình TELEMAC 2D 26

3.2.2 Cơ sở lý thuyết của mô hình TELEMAC 2D 28

3.2.3 Phương trình dòng chảy mặt hai chiều ứng dụng trong mô hình TELEMAC 2D 29

3.2.4 Các tập tin trong dữ liệu mô hình TELEMAC 2D 31

3.3 THIẾT LẬP MÔ HÌNH 32

3.3.1 Cơ sở tính toán 32

3.3.2 Sơ đồ lưới tính 34

3.3.3 Điều kiện biên 37

CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CÁC KỊCH BẢN TÍNH TOÁN 38

4.1 THIẾT LẬP CÁC KỊCH BẢN TÍNH TOÁN 38

4.2 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ KỊCH BẢN 1 38

4.2.1 Lượng mưa 38

4.2.2 Kết quả mô phỏng Kịch bản 1 40

4.3 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ KỊCH BẢN 2 53

4.3.1 Lượng mưa 53

4.3.2 Kết quả mô phỏng Kịch bản 2 54

CHƯƠNG 5 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN GIẢM NGẬP CHO LƯU VỰC TH – LG 68

5.1 Các phương án giảm ngập cho lưu vực TH - LG 68

5.2 Đề xuất phương án hồ điều tiết thoát nước mưa lưu vực TH - LG 69

5.2.1 Cơ sở thiết kế hồ điều tiết 69

5.2.2 Thiết kế 1 hồ điều tiết lớn cho lưu vực TH - LG 72

5.2.3 Thiết kế 4 hồ điều tiết nhỏ cho lưu vực: 76

5.2.4 Đánh giá kết quả 2 phương án HĐT 83

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

6.1 KẾT LUẬN 84

6.2 KIẾN NGHỊ 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

PHỤ LỤC 89

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Danh mục hệ thống thoát nước được cải tạo và nâng cấp trong lưu vực

TH – LG 13Bảng 2.2 Tiêu chí đánh giá ngập 14Bảng 2.3 Thống kê số lần xuất hiện của những trận mưa có vũ lượng vượt quá ngưỡng cho trước, trạm Tân Sơn Hòa TP HCM 16Bảng 2.4 Thống kê số trận mưa gây ngập từ năm 2008 - 2014 16Bảng 4.1 Lượng mưa theo từng thời đoạn của các trận mưa từ 100 ÷ 200 mm/3h 38

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, CÁC ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Nhiều tuyến đường bị ảnh hưởng do mưa kéo dài 1

Hình 2.1 Bản đồ vị trí khu vực TH – LG trong khu vực đô thị TP HCM 8

Hình 2.2 lượng mưa trận lớn nhất hàng năm tại trạm Tân Sơn Hòa 15

Hình 2.3 Bản đồ khu vực ngập mưa và triều dọc theo lưu vực TH – LG 17

Hình 2.4 Bản đồ nguy cơ ngập TP HCM ứng với kịch bản MNBD 0,5m 19

Hình 3.1 Lưới tính toán tại biên hạ lưu 34

Hình 3.2 Cao độ địa hình khu vực nghiên cứu 36

Hình 4.1 Biểu đồ các trận mưa thiết kế 39

Hình 4.2 Kết quả độ sâu ngập lưu vực TH-LG với vũ lượng 150 mm/3h 40

Hình 4.3 Kết quả ngập ở khu vực thượng lưu kênh TH – LG lúc 11h 41

Hình 4.4 Kết quả ngập ở khu vực thượng lưu lúc 15h 42

Hình 4.5 Kết quả vận tốc dòng chảy tại khu vực thượng lưu 43

Hình 4.6 Biểu đồ độ sâu ngập tại tuyến đường Đồng Đen 43

Hình 4.7 Kết quả ngập ở khu vực Đầm Sen lúc 11h 44

Hình 4.8 Kết quả ngập ở khu vực Đầm Sen lúc 15h 45

Hình 4.9 Kết quả vận tốc dòng chảy tại khu vực Đầm Sen 46

Hình 4.10 Biểu đồ độ sâu ngập tuyến đường Hòa Bình 46

Hình 4.11 Kết quả ngập ở khu vực Hậu Giang lúc 11h 47

Hình 4.12 Kết quả ngập ở khu vực Hậu Giang lúc 15h 48

Hình 4.13 Kết quả vận tốc dòng chảy tại khu vực Hậu Giang 49

Hình 4.14 Biểu đồ ngập tại tuyến đường Hậu Giang 49

Hình 4.15 Kết quả ngập ở khu vực hạ lưu lúc 11h 50

Hình 4.16 Kết quả ngập ở khu vực hạ lưu lúc 15h 51

Hình 4.17 Kết quả vận tốc dòng chảy tại khu vực hạ lưu 52

Hình 4.18 Biểu đồ độ sâu ngập tuyến đường An Dương Vương 52

Hình 4.19 Biểu đồ phân bố mưa theo thời gian cho từng trận mưa 150 mm 53

Hình 4.20 Kết quả độ sâu ngập lưu vực TH-LG với vũ lượng 150 mm/2h 54

Hình 4.21 Kết quả ngập ở khu vực thượng lưu lúc kết thúc mưa 55

Hình 4.22 Kết quả ngập ở khu vực thượng lưu lúc 15h 56

Hình 4.23 Kết quả vận tốc dòng chảy tại khu vực thượng lưu 57

Hình 4.24 Biểu đồ độ sâu ngập tại tuyến đường Đồng Đen 57

Hình 4.25 Kết quả ngập ở khu vực Đầm Sen lúc kết thúc mưa 58

Hình 4.26 Kết quả ngập ở khu vực Đầm Sen lúc 15h 59

Hình 4.27 Kết quả vận tốc dòng chảy tại khu vực Đầm Sen 60

Hình 4.28 Biểu đồ độ sâu ngập tuyến đường Hòa Bình 60

Hình 4.29 Kết quả ngập ở khu vực Hậu Giang lúc kết thúc trận mưa 61

Hình 4.30 Kết quả ngập ở khu vực Hậu Giang lúc 15h 62

Hình 4.31K ết quả vận tốc dòng chảy tại khu vực Hậu Giang 63

Hình 4.32 Biểu đồ ngập tại tuyến đường Hậu Giang 63

Hình 4.33 Kết quả ngập ở khu vực hạ lưu lúc kết thúc trận mưa 64

Hình 4.34 Kết quả ngập ở khu vực hạ lưu lúc 15h 65

Hình 4.35 Kết quả vận tốc dòng chảy tại khu vực hạ lưu 66

Hình 4.36 Biểu đồ độ sâu ngập tuyến đường An Dương Vương 66

Hình 5.1 Cống kiểm soát triều Nhiêu Lộc Thị Nghè 68

Hình 5.2 Trạm Bơm Nguyễn Hữu Cảnh 68

Hình 5.3 Vị trí hồ điều tiết trong hệ thống thoát nước 69

Hình 5.4 Mặt bằng và trắc dọc hồ điều tiết điển hình 70

Hình 5.5 Vị trí và phối cảnh công trình hồ điều tiết Brindas 71

Hình 5.6 Vị trí công viên Đầm Sen trong lưu vực TH – LG 72

Hình 5.7 Kết quả độ sâu ngập lưu vực TH – LG khi có 1 hồ điều tiết lớn 73

Hình 5.8 Kết quả so sánh về độ sâu ngập và vận tốc dòng chảy tại khu vực Đầm Sen lúc 11h trong 2 trường hợp có và không có hồ điều tiết 74

Hình 5.9 Kết quả so sánh về độ sâu ngập và vận tốc dòng chảy tại khu vực Đầm Sen lúc 15h trong 2 trường hợp có và không có hồ điều tiết 75

Hình 5.10 Vị trí 4 hồ điều tiết trong lưu vực TH – LG 77

Hình 5.11 Kết quả độ sâu ngập lưu vực TH – LG khi có 4 hồ điều tiết nhỏ 78

Hình 5.12 Kết quả so sánh về độ sâu ngập tại khu vực thượng lưu theo 2 trường hợp thiết kế HĐT lúc 11h và 15h 79Hình 5.13 Biểu đồ độ sâu ngập tại tuyến đường Đồng Đen 79Hình 5.14 Kết quả so sánh về độ sâu ngập tại khu vực Đầm Sen theo 2 trường hợp thiết kế HĐT lúc 11h và 15h 80Hình 5.15 Biểu đồ độ sâu ngập tại tuyến đường Hòa Bình 81Hình 5.16 Kết quả so sánh về độ sâu ngập tại khu vực Hậu Giang theo 2 trường hợp thiết kế HĐT lúc 11h và 15h 82Hình 5.17 Biểu đồ độ sâu ngập tuyến đường Hậu Giang 82Hình 5.18 Biểu đồ độ sâu ngập tuyến đường An Dương Vương 83

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

TP HCM : Thành phố Hồ Chí Minh

TH – LG : Tân Hóa - Lò Gốm

TTCN : Trung tâm điều hành Chương trình chống ngập nước

Thành phố Hồ Chí Minh BĐKH : Biến đổi khí hậu

MNBD : Mực nước biển dâng

HĐT : hồ điều tiết

Chương 1 Mở đầu

Thành phố Hồ Chí Minh (TP HCM) nằm ở hạ lưu lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai và giáp với Biển Đông, địa hình khá bằng phẳng nhưng có dạng thấp từ Bắc xuống Nam và từ Đông sang Tây (Điều kiện tự nhiên, 2011) Với điều kiện địa hình như vậy, thành phố thường xuyên bị ảnh hưởng ngập lụt do tác động trực tiếp của mưa lớn, triều cường và xả lũ từ các hồ chứa thượng lưu Điều này thường xuyên gây thiệt hại trực tiếp và gián tiếp về kinh tế - xã hội cho thành phố, đặc biệt

ở các khu đô thị hóa, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến cuộc sống người dân và sự phát triển kinh tế trong khu vực

Trong những năm gần đây, tình hình mưa bão trên khu vực thành phố Hồ Chí Minh (TP HCM) diễn ra phức tạp Theo các trạm đo các trận mưa lớn diễn ra dày đặc hơn với trữ lượng năm sau cao hơn năm trước 0,8 mm Lượng mưa hàng năm đã là 1.900 mm Nếu trước năm 1971 chưa xuất hiện cơn mưa nào đến 100

mm, nhưng từ năm 1972 đến năm 1991 đã xuất hiện 4 trận mưa vượt qua con số này Trong thời gian ngắn từ 1992 – 2002 đã xuất hiện 4 trận mưa Đặc biệt, gần đây ngày 20/06/2015 do ảnh hưởng áp thấp nhiệt đới, trên địa bàn thành phố HCM

đã xuất hiện cơn mưa kéo dài từ 13h – 18h khiến cho một số tuyến đường trên địa bàn thành phố bị ngập nặng

Hình 1.1 Nhiều tuyến đường bị ảnh hưởng do mưa kéo dài

Cũng trong thời gian vừa qua ảnh hưởng của đô thị hóa và biến đổi khí hậu thể hiện ngày càng rõ nét Mực nước tại trạm Phú An liên tiếp xuất hiện đỉnh lịch sử

Chương 1 Mở đầu

1,58 m vào các năm 2008 và 2011, triều dâng cao làm hệ thống thoát nước của lưu vực bị ngập hoàn toàn và không có khả năng thoát nước Bên cạnh đó, khi các cơn mưa có cường độ lớn xuất hiện nhiều hơn, dẫn tới có khả năng các đập thủy điện ở thượng lưu phải đặt trong tình trạng báo động và có thể xả lũ để tránh vỡ đập

Trong trường hợp mưa bão kéo dài, lượng nước xả lũ lớn từ sông Đồng Nai, sông Sài Gòn đổ về phía hạ lưu làm cho mực nước triều dâng cao Hệ thống thoát nước ngầm của TP HCM sẽ bị ngập hoàn toàn và không có khả năng thoát nước Lúc này nếu xuất hiiện các trận mưa tại chỗ có cực trị thì mặt đường sẽ đảm nhận nhiệm vụ thoát nước cho lưu vực

Trong trường hợp bất lợi trên xảy ra, các bên liên quan cần phải có sự nắm bắt một cách chính xác những vùng có nguy cơ bị ngập nặng và những tuyến đường

có lượng nước mưa tập trung tạo thành dòng chảy lớn đổ về hạ lưu Từ đó, các chiến lược quản lý rủi ro ngập lụt cho TP HCM sẽ được xây dựng để cảnh báo sớm cho người dân kịp thời ứng phó cũng như giảm nhẹ thiệt hại do ngập lụt gây ra trên địa bàn thành phố

Do do, đề tài nghiên cứu “Ứng dụng mô hình thủy lực TELEMAC 2D nghiên cứu thoát nước trên đường phố lưu vực kênh Tân Hóa – Lò Gốm khi xảy ra mưa có cường độ lớn” là cần thiết Đề tài sẽ mang tính khởi đầu trong việc quy hoạch không gian điều tiết thoát nước mưa cho các đô thị đang trong quá trì đô thị hoá nhanh, góp phần quản lý ngập lụt bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu như hiện nay

1.2.1 Mục tiêu của đề tài

1 Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực TELEMAC 2D vào bài toán thoát nước mưa trên đường phố khi xảy ra mưa có cường độ lớn, lưu vực tính toán là Tân Hóa – Lò Gốm (TH – LG)

2 Đánh giá khả năng thoát nước bởi mặt đường và kênh rạch của lưu vực khi hệ thống thoát nước ngầm bị ảnh hưởng bởi triều

Chương 1 Mở đầu

3 Đánh giá khả năng ảnh hưởng đến ngập lụt của mưa đối với lưu vực bao gồm: lượng mưa tại lưu vực, thời gian thoát nước tại lưu vực, phạm vi ngập lụt, độ sâu và thời gian ngập

4 Đề xuất các giải pháp công trình, phi công trình để giảm bớt tình hình ngập lụt cũng như các biện pháp cảnh báo sớm khi xảy ra mưa cường độ lớn

1.2.2 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được các mục tiêu của đề tài, các nội dung đề tài cần thực hiện bao gồm:h-

1 Nghiên cứu điều kiện tự nhiên-kinh tế-xã hội của lưu vực TH – LG

2 Mô phỏng lưới tính toán ở lưu vực bằng mô hình BLUE KENUE

3 Thiết lập mô hình thủy lực TELEMAC 2D của lưu vực TH-LG để mô phỏng chế độ thuỷ lực trong lưu vực khi xảy ra mưa cực trị trong nhiều trường hợp khác nhau về lượng mưa và thời gian mưa

4 Phân tích, đề xuất phương án giải quyết ngập lụt thích hợp

Chương 1 Mở đầu

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu sẽ được thực hiện để đạt được những mục tiêu

và nội dung nghiên cứu trên:

a Phương pháp thu thập thông tin

Các thông tin được thu thập từ các nghiên cứu liên quan, các báo cáo, số liệu

từ các Sở, Cục, Ủy ban nhân dân liên quan đến nghiên cứu:

- Điều kiện tự nhiên (địa hình, địa chất, khí tượng thủy văn,v.v ) của lưu vực TH – LG theo Báo cáo của Dự án cải tạo kênh Tân Hóa – Lò Gốm

- Hệ thống kênh rạch và cống thoát nước hiện hữu của lưu vực TH – LGtheo Báo cáo của Công ty Môi trường Thiên Phước

- Số lượng trận mưa gây ngập tại TH – LG từ năm 2008 – 2014 của TTCN

đó liên kết qua TELEMAC 2D để chạy chương trình tính toán và xuất kết quả

d Phương pháp chuyên gia

Tham khảo ý kiến chuyên gia về phương pháp chạy mô hình TELEMAC 2D

 Áp dụng mô hình lũ lụt trong một khu vực đô thị đông đúc sử dụng phương trình nước nông 2D:

Mã giải quyết các phương trình nước nông 2D bởi một chương trình thứ hai

để cho phép sử dụng một cách rõ ràng và từ đó mô phỏng các tình huống lũ lụt nghiêm trọng tháng 10 năm 1988 ở địa phương đô thị Richelieu của thành phố Pháp của Nîmes (Mignot, E và cộng sự, 2006) Một phép tính tham khảo bằng cách sử

Chương 1 Mở đầu

dụng một mô tả chi tiết của mạng lưới đường phố và các mặt cắt của các đường phố, xem xét khối dân cư không thấm nước và bỏ qua sự tương tác dòng chảy với mạng lưới thoát nước cung cấp một độ cao nước đỉnh trung bình thấp hơn so với các mực nước lũ đo được 0,13 m độ lệch chuẩn giữa độ sâu đo và tính toán là 0,53

m Phân tích độ nhạy của các thông số địa hình và số cho thấy trên toàn cầu, kết quả giữ cùng một mức độ chính xác, phản ánh cả sự ổn định của phương pháp tính toán

và hiệu chỉnh các kết quả Tuy nhiên, thay đổi dòng chảy địa phương do sự thay đổi với các giá trị tham số đáng kể có thể thay đổi độ sâu nước ở địa phương, đặc biệt là khi chế độ dòng chảy địa phương được sửa đổi Hơn nữa, phân phối dòng chảy đến các phần hạ lưu của thành phố có thể được thay đổi tùy thuộc vào thiết lập các thông số được sử dụng Cuối cùng, một sự kiện thứ hai, trận lụt năm 2002, đã được

mô phỏng với mô hình hiệu chuẩn cung cấp kết quả tương tự như tính toán lũ lụt năm 1988 Vì vậy, bài viết cho thấy, sau khi hiệu chuẩn, một mô hình 2D có thể được sử dụng để giúp kế hoạch biện pháp giảm thiểu trong một khu vực đô thị đông đúc

 Tiềm năng và giới hạn của mô hình cho ngập lụt đô thị:

Lũ lụt đô thị là một vấn đề không thể tránh khỏi cho nhiều thành phố trên thế giới Trong nghiên cứu của Mark, O và cộng sự (2004), phương pháp tiếp cận mô hình và nguyên tắc phân tích của lũ lụt đô thị được vạch ra Bài viết cho thấy làm thế nào lũ lụt đô thị có thể được mô phỏng theo mô hình thủy động lực học một chiều kết hợp sự tương tác giữa (i) hệ thống đường ống chôn cất, (ii) các đường phố (với dòng kênh mở) và (iii) các khu vực ngập nước trì trệ Phương pháp tiếp cận mô hình là chung chung trong ý nghĩa là nó xử lý cả lũ lụt đô thị có và không có nước

lũ tràn vào nhà Để hình dung mức độ lũ lụt và tác động, các kết quả mô hình được trình bày dưới dạng các bản đồ ngập lụt sản xuất trong GIS Trong bài báo này, chỉ

có lũ lụt do mưa địa phương được xem xét cùng với các tác động về mức độ lũ lụt,

lũ sâu và thời gian ngập lụt Cuối cùng, bài viết thảo luận về các yêu cầu dữ liệu để xác minh các mô hình lũ lụt đô thị cùng với một phác thảo của một hàm chi phí đơn giản để ước tính chi phí của các thiệt hại lũ lụt

mô phỏng và quan sát cho thấy thỏa thuận hợp lý Đất dường như đóng một vai trò quan trọng trong sự hình thành của dòng chảy ở quy mô của các lưu vực nhỏ dưới kiểm tra: đóng góp của đại diện trung bình 14% tổng khối lượng mỗi sự kiện dòng chảy Đóng góp đất là đặc biệt quan trọng trong các sự kiện lượng mưa đặc trưng bởi một mức độ mực nước ngầm nông, điều này giải thích một phần yếu tố quyết định xu hướng theo mùa của phản ứng lưu vực

Để giải quyết tình trạng ngập lụt, ta có nhiều biện pháp khác nhau Tuy nhiên, trên thực tế do sự biến đổi khí hậu xảy ra dẫn đến ta không biết chính xác được hiện tượng tự nhiên sẽ thay đổi như thế nào trong hiện tại cũng như tương lai

Vì thế muốn tìm được lời giải chính xác và hiệu quả để tìm ra được những nguyên nhân và biện pháp khắc phục vấn đề ngập lụt thì chúng ta cần phải tiến hành nghiên cứu để tìm ra những giải pháp hiệu quả và mang tính khả thi Và mô hình TELEMAC 2D chính là công cụ thật sự cần thiết cho chúng ta hiện nay để có thể

mô phỏng được hiện trạng ngập cũng như thời gian và độ sâu ngập khi xảy ra mưa trên lưu vực Từ đó chúng ta có căn cứ chính xác về số liệu và thời gian để có thể ứng phó kịp thời cũng như đưa ra được các biện pháp hợp lý giúp chúng ta giảm bớt thiệt hại do ngập lụt gây ra

Chương 2 Tổng quan về lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

2.1.1 Lịch sử hình thành

Vào đầu thế kỷ, khu vực TH-LG chỉ là hồ và đầm lầy “Làng Lò Gốm”, ”Hoa Lục” (quận 8) ”Phú Định”, ”Phú Lâm” (quận 6) Khu Phú Giao và đồi Cây Mai (quận 11) đã thuộc khu vực này Làng Lò Gốm là một trong các làng làm tiểu thu công nghiệp nổi tiếng của Sài Gòn xưa Ngoài sản phẩm sành sứ, hoạt động kinh tế chính thứ hai của khu vực này là nông nghiệp Thuyền ghe vận chuyển buôn bán đóng vai trò quan trọng trong khu vực, hàng hóa được vận chuyển đến các vùng khác Điều này chứng tỏ mối liên lạc chặt chẽ của đường xá và kênh rạch giữa khu vực TH – LG và phần còn lại của thành phố

Một số đường chạy dọc theo kênh TH – LG như đường Renault (hiện nay là đường Hậu Giang) hoặc đại lộ Alexandre de Rhodes (hiện nay là đường Hùng Vương), thực ra kênh Lò Gốm là đoạn kênh đào nối với sông Cần Giuộc, trong thời điểm này không có hạ tầng chính trong bờ phía tây của kênh Năm 1954, kênh được nối với hai kênh khác, một nối với chợ lớn bằng kênh Bonnard, kênh kia là Deceinture đi về phía Bắc Cùng với quá trình đô thị hóa, phát triển giao thông bằng đường thủy bị chậm lại Do thương mại phát triển nhanh chóng trong khu vực Sài Gòn chợ lớn, hoạt động tiểu thủ công nghiệp bị đẩy ra khu ngoại ô, các hoạt động kinh tế liên quan đến vận tải bị chậm lại

Đầu những năm 1980, các khu vực bỏ trống dọc theo bờ kênh dần dần bị những người nhập cư lấn chiếm, đa số là từ các tỉnh miền tây Nam Bộ, tất cả dân nhập cư hoặc mua bán đất bất hợp pháp hoặc chiếm đất công Những người đến trước xây dựng những căn nhà ổ chuột ngay trên bờ kênh và những người đến sau thì xây nhà ngay trên mặt kênh

Về vị trí địa lý, lưu vực TH – LG nằm ở phía Tây Nam của TP HCM có tổng diện tích lưu vực là 14 km2 Đây là lưu vực thứ 12 trong tổng số 21 lưu vực của TP.HCM Lưu vực này có kênh Tân Hóa chảy từ hướng Đông Bắc đến khu Tây

Chương 2 Tổng quan về lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

Nam xuyên qua 5 quận: Tân Bình (khu Bàu Cát), quận 11, 6, 8 và Bình Chánh và kết thúc tại kênh Tàu Hũ

Hình 2.1 Bản đồ vị trí khu vực TH – LG trong khu vực đô thị TP HCM 2.1.2 Địa hình

TP HCM nằm trong vùng chuyển tiếp giữa miền Đông Nam Bộ và đồng bằng sông Cửu Long, địa hình thành phố thấp dần từ Bắc xuống Nam và từ Đông sang Tây Vùng cao nằm ở phía Bắc - Đông Bắc và một phần Tây Bắc, trung bình

10 đến 25 m Xen kẽ có một số gò đồi, cao nhất lên tới 32 m như đồi Long Bình ở quận 9 Ngược lại, vùng trũng nằm ở phía Nam - Tây Nam và Đông Nam thành

Chương 2 Tổng quan về lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

phố, có độ cao trung bình trên dưới 1 m, nơi thấp nhất 0,5 m Các khu vực trung tâm, một phần các quận Thủ Đức, quận 2, toàn bộ huyện Hóc Môn và quận 12 có

độ cao trung bình, khoảng 5 tới 10 m

Lưu vực TH – LG chia thành 2 vùng chính Một khu đất chính khá cao bao phủ vùng thượng nguồn của kênh (quận 11 và Tân Bình), phần đất thấp phần lớn nằm ở quận 6 Phần thượng nguồn có địa hình thấp nhô (cao độ 6-8 m trên mực nước biển) Phần phía tây và nam của khu vực Lò Gốm cao độ trên 2 m trong khi đó

có huyện Bình Chánh và quận 8 là hai vùng đất đầm lầy thấp Phần lớn quận 6, 8,

11, cao độ dưới 2 m Đường đồng mức 2 m được xem là ranh giới quan trọng vì mực nước triều của sông dâng lên đến 1,4 m trên mực nước biển Nó được xem là rãnh thu nước và thoát nước rất có hiệu quả cho vùng đất có độ cao trên 2 m nếu dưới 2 m hệ thống thoát nước sẽ bị ảnh hưởng bởi triều

2.1.3 Khí tượng

Khí hậu TP HCM bị ảnh hưởng bởi gió mùa nhiệt đới nên có nhiệt độ cao,

độ ẩm cao, có mây nhiều Các mùa tương tự với khí hậu của Miền Nam vào mùa hè, chịu ảnh hưởng của gió mùa Tây Nam và vào mùa Đông chịu ảnh hưởng của gió mùa Tây Bắc Gió vào mùa hè thường diễn ra vào từ tháng 5 đến tháng 12, 90% lượng nước mưa bình quân đều diễn ra vào mùa này với mức trung bình là 300 mm/m2/tháng, mưa hầu như ngày nào cũng có Nhiệt độ và độ ẩm cao (trung bình

320C, độ ẩm 79,9% ) Gió mùa vào mùa Đông diễn ra từ tháng 1 đến tháng 3, nhiệt

độ thấp (210C vào tháng 1), độ ẩm thấp hơn và có mưa nhiều Lượng mưa lớn nhất thường diễn ra vào tháng 9 và tháng 6, lượng mưa trung bình là 355 mm và 313

mm Mưa thường chảy như trút nước, tốc độ nhanh thường kéo dài 30’ đến 1 giờ Lượng nước mưa tối đa 179 mm kéo dài trong 24 giờ được ghi nhận vào tháng 9/1942 Lượng mưa trong mùa gió mùa vào tháng đông thường 51 mm vào tháng 4

và tháng 9, 4,7 mm vào tháng 2 Từ tháng 12 đến tháng 4 lượng mưa rất hiếm

Về lượng nắng hằng năm trung bình là 6,2 giờ mỗi ngày với lượng nắng tối

đa là 8 giờ trong tháng 12 và tháng 3 và tối thiểu là 5 giờ vào tháng 10 Lượng mây thay đổi trung bình từ 65-80% vào tháng 7,8,9 và 40% vào tháng 2 Sấm sét, giông

Chương 2 Tổng quan về lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

tố thường xảy ra vào mùa mưa, khoảng 6,7 ngày/tháng nhưng hiếm xảy ra trong những tháng còn lại

2.1.4 Thủy văn

Sông rạch thành phố bao gồm một mạng lưới gắn kết với nhau rất phức tạp Mạng lưới kênh rạch khá dày với tổng chiều dài gần 100km trên toàn TP HCM Các con kênh chính là Bến Nghé, Tham Lương, Vàm Thuật, Nhiêu Lộc Thị Nghè, Tàu Hũ, Kênh Đôi, Kênh Tẻ và Tân hóa – Lò Gốm Mạng lưới kênh bị ảnh hưởng rất lớn bởi thủy triều, một số kênh còn bị ảnh hưởng của triều từ nhiều hướng và kết quả là các chất ô nhiễm bị lưu trữ lại trong kênh Thời gian triều cường từ tháng 9 -

12, triều thấp từ tháng 4 - 8 và mực triều trung bình từ tháng 1 - 3

Trong lưu vực TH – LG, triều có thể ảnh hưởng từ hạ lưu lên đến Km +3,57 (đến cầu Tân Hóa) Do không có trạm kiểm soát tại TH – LG, nên không có số liệu

về triều được ghi tại đây Tuy nhiên để tham khảo, chú ý là với sông Sài Gòn có sự khác biệt trung bình là 1,8 m hằng năm giữa triều cao và triều thấp Trong lưu vực

TH – LG cũng có sự khác biệt tương tự

Về mực nước cũng ảnh hưởng theo mùa TP HCM có hai mùa: mùa mưa từ tháng 6 đến tháng 12 còn lại là mùa khô Mực nước khác biệt khoảng 75 cm giữa tháng 9 và tháng 10 (tháng mưa nhiều nhất) và tháng 3 tháng 4 (tháng khô nhất) Vào mùa khô do lượng nước thải chậm, sự nhiễm mặn của sông khá nghiêm trọng Mọi vấn đề thoát nước của kênh liên quan đến vấn đề tác động của triều vì năng suất của triều chỉ còn ở mức 0 trong thời gian triều cường

Do nước kênh rất ô nhiễm so với nước sông, nước kênh Tàu Hũ, trong đó nước kênh TH – LG thải ra không hòa chung với nước sông Sài Gòn Do đó nước ô nhiễm lên và xuống khi bị ảnh hưởng của triều.Vào mùa khô nước từ cầu Tân Hóa lên thượng nguồn rất thấp Phần còn lại của kênh hòa vào sông Cần Giuộc

2.1.5 Địa chất

Đây là vùng đồng bằng hình thành bởi sông Cửu Long và 3 sông nhỏ khác,

là một vùng đồng bằng cỏ bằng phẳng bao gồm đất phù sa nằm phủ lên một lớp đá

Chương 2 Tổng quan về lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

cỏ bị xói mòn Lớp phù sa chia làm 2 phần: phần phù sa cổ nằm trên lớp phù sa mới Cả hai phần lớn quy về Cưu Long Nội thành nằm trên vùng phù sa cổ, trong khi đó ngoại thành nằm trên vùng phù sa mới

Đặc điểm địa chất do đó hình thành dạng chung tam giác gồm đất phù sa không vững chắc và bán vững chắc Một lớp mặt đá cổ nổi lên chừng 15 km phía Đông Bắc TP HCM có phún thạch, núi lửa trầm tích đá nguyên thủy bị biến chất Được báo cáo từ thời cổ đại cổ sinh và đại trung sinh lưu vực TH – LG được bao phủ bởi lớp trầm tích pleisto, thành phần chính là đất cát và đất sét Tại các vùng thấp dọc theo kênh, các lớp hình thành từ việc đô thị hóa nhanh chóng đã được phủ lên mặt

Theo phân tích địa chất của Sở Giao Thông Công Chánh thì toàn lưu vực khá phù hợp để xây dựng các công trình thoát nước mà không cần làm móng đặc biệt Mực nước ngầm từ 0,9-2,2 m sâu vào mùa khô và có thể tăng lên từ 0,15-0,5 m vào mùa mưa Ở khu vực cạn của lưu vực, nước ngầm bị tác động bởi triều, làm ảnh hưởng đến bất kỳ phần xây dựng của hệ thống nào

2.1.6 Hệ thống kênh rạch và cống thoát nước hiện hữu

Do thiếu duy tu, địa hình đất đai thấp, lượng mưa lớn trong một giai đoạn ngắn, triều cao và không đủ hệ thống trị thủy và thoát nước, một số khu vực của TP HCM bị ảnh hưởng bởi ngập lụt Tình trạng ngập lụt kéo dài từ 1-2 ngày trong mùa mưa

Kênh Tân Hóa – Lò Gốm có 3 nhánh kênh chính, bao gồm:

Chương 2 Tổng quan về lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

1 Kênh Tân Hóa, tiêu nước cho phần thượng lưu lưu vực (thuộc quận Tân Bình);

2 Kênh Ông Buông, tiêu nước cho phần trung lưu lưu vực (thuộc quận 11);

3 Kênh Lò Gốm, tiêu nước cho phần hạ lưu lưu vực (quận 6)

Phần hạ lưu của kênh bị ảnh hưởng khá lớn bởi thủy triều và tác động của nước dâng chủ yêu từ sông Sài Gòn và một số đoạn từ sông Vàm Cỏ Đông Ảnh hưởng của thủy triều đối với kênh suốt từ hạ lưu đến tận vùng phụ cận của đường Trịnh Đình Thảo, sau đó độ dốc của kênh trở nên dốc hơn

Ngoài ra một số kênh cũng có ý nghĩa quan trọng như:

1 Kênh Bàu Trâu – Hiệp Tân, tiêu nước ở phía Tây – Bắc lưu vực THLG (quận Tân Bình);

2 Kênh Bà Lài tiêu nước ở khu vực quận 6 về phía Tây kênh Lò Gốm, nhưng hiện thời kênh này bị ngập rác, không còn khả năng tải nước;

3 Kênh Đầm Sen, tiêu nước mưa chảy tràn từ công viên Đầm Sen cùng các vùng lân cận;

4 Kênh Rạch Ngựa, tiêu nước ở phía Tây Nam của khu vực nghiên cứu, nhưng lại không thải vào kênh Lò Gốm

Mạng lưới cống ngầm

Mạng lưới cống ngầm chiếm hầu hết lưu vực Kênh TH - LG (tiết diện chữ nhật và tròn) được vận hành như một hệ thống tiêu thoát nước liên thông nhau, chuyển cả nước mưa chảy tràn lẫn nước thải vào lưu vực kênh

Hệ thống tiêu thoát nước mưa và nước thải được chia ra thành 4 cấp nước t hoát nước khác nhau dựa vào kích thước kênh/cống như sau:

Cấp 1: thường là suối hoặc kênh tự nhiên, được dùng để tiếp nhận nước;

Chương 2 Tổng quan về lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

Cấp 2: là các cống ngầm có đường kính lớn hơn 1000mm và thường nằm sâu dưới đất từ 2-5m, thu gom nước thải từ cống cấp 3 xả vào cống cấp 1;

Cấp 3: những đường ống có đường kính từ 600-800 mm, và một số cống hộp cáo kích thước 400x600mm và 600x800mm Thu gom nước thải từ cống cấp 4 xả vào cống cấp 2;

Cấp 4: là những cống ngầm có đường kính bé hơn 600m được nối trực tiếp từ các hộ gia đình và xả vào cống cấp 3

Hệ thống thoát nước lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm đã đưa vào dự án “ Cải tạo kênh Tân Hóa – Lò Gốm” từ năm 2011 và đến nay dự án đã được hoàn thành Toàn

bộ hệ thống thoát nước đã được thay mới hoàn toàn và đưa vào sử dụng Điều này góp phần làm giảm số điểm ngập lụt trên địa bàn lưc vực TH – LG cũng như toàn thành phố Một số tuyến cống tiêu biểu trong hệ thống thoát nước được cải tạo và nâng cấp trong lưu vực TH – LG được trình bày trong bảng sau

Bảng 2.1 Danh mục hệ thống thoát nước được cải tạo và nâng cấp trong lưu vực

2

Cải tạo HTTN đường Lê

Quang Sung (từ Mai Xuân

Thưởng đến Minh Phụng)

D600

Chiều dài L = 580m Lắp đặt cống tròn D1000, D1500

Chiều dài L = 1120m Lắp đặt cống tròn D1500 - D2000

Cống D400, D1000

Chiều dài L = 1000m Lắp đặt cống hộp [1,6mx1,6m]

5

Cải tạo HTTN đường Kinh

Dương Vương (từ Mũi tàu

Chiều dài L = 3500m Xây dựng cống chính 2 bên đường D1200 - D1500

Chương 2 Tổng quan về lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

6

Cải tạo HTTN đường Tân Hòa

Đông (từ An Dương Vương

1,400

Cống D400, D800

Chiều dài L = 1400m Lắp đặt cống tròn D800

- D1000

7

Cải tạo HTTN đường Hậu

Giang (từ Thăng Long đến

Nhà số 17)

Q.Tân Bình

950

Cống D400, D600

Chiều dài L = 950m Lắp đặt cống tròn D1000, D1200

VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

2.2.1 Khái niệm ngập lụt

Ngập là hiện tượng nước bị động lại ở vùng trũng và không tiêu thoát được

do lượng mưa rơi xuống mặt đất không thoát ra ngoài mà đọng vào một chỗ nhất định, hay do nước sông dâng lên do ảnh hưởng của thủy triều

2.2.2 Tiêu chí đánh giá ngập khu vực TPHCM

Tiêu chí đánh giá ngập tại Thành phố Hồ Chí Minh theo số liệu điều tra của Công ty TNHH Một Thành Viên Thoát nước đô thị và Trung tâm Điều hành chương trình chống ngập nước

Bảng 2.2 Tiêu chí đánh giá ngập

Không ngập Là vị trí tụ nước với độ sâu h ≤ 0,1 m

Điểm ngập nặng Là vị trí nước tụ lại với độ sâu h > 0,3 m và không tiêu thoát

hết trong thời gian t > 120 phút sau khi dứt mưa với diện tích ngập s > 4000 m2 (nếu có một trong ba yếu tố trên nhỏ hơn thì được xem là điểm ngập vừa)

Điểm ngập vừa Là vị trí nước tụ lại với độ sâu 0,15 m ≤ h ≤ 0,3 m, không tiêu

thoát hết trong thời gian 30 ≤ t ≤ 120 phút sau khi dứt mưa

Chương 2 Tổng quan về lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

với diện tích ngập 2000 m2 ≤ s ≤ 4000 m2 Điểm ngập nhẹ Là vị trí nước tụ lại với độ sâu 0,1 m ≤ h ≤ 0,15 m, không tiêu

thoát hết trong thời gian t < 30 phút sau khi dứt mưa với diện tích ngập s < 2000 m2

Như chúng tôi đã biết tình trạng ngập diễn ra trên toàn lưu vực mỗi khi có mưa và càng trầm trọng hơn nếu mưa cực trị xuất hiện Vậy nguyên nhân gây ngập cho lưu vực TH – LG là:

- Địa hình thấp

- Nước dồn từ vùng cao (Tân Bình)

- Mực nước triều dâng cao do lượng nước xả lũ lớn từ sông Sài Gòn

- Mưa có cường độ lớn xuất hiện

 Lượng mưa trên khu vực thành phố Hồ Chí Minh:

Hình 2.2 cho thấy số trận mưa có vũ lượng lớn hơn 100mm liên tục gia tăng trong thời gian gần đây Chỉ trong giai đoạn 8 năm từ 2003 đến 2010 số lượng trận mưa có vũ lượng lớn hơn 100mm tương đương với toàn bộ thời gian 50 năm trước

đó Số lần xuất hiện những trận mưa có vũ lượng vượt quá ngưỡng cho trước được trình bày trong Bảng 2.3

Hình 2.2 lượng mưa trận lớn nhất hàng năm tại trạm Tân Sơn Hòa

Vũ lượng mưa trận lớn nhất hàng năm

trạm Tân Sơn Hòa

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Chương 2 Tổng quan về lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

Bảng 2.3 Thống kê số lần xuất hiện của những trận mưa có vũ lượng vượt quá

ngưỡng cho trước, trạm Tân Sơn Hòa TP HCM Thời kỳ

Trận mưa trên 100mm

Trận mưa trên 90mm

Trận mưa trên 80mm

Trận mưa trên 50mm

có mực nước từ 1,50m trở lên ngày càng xuất hiện nhiều hơn (trong 04 năm thực

Chương 2 Tổng quan về lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

hiện chương trình đột phá đã xuất hiện 76 lần, tăng 506,67% so với 15 lần xuất hiện trong 04 năm liền trước)

Tình trạng gia tăng liên tục của mực nước trên sông Sài Gòn cùng với những trận mưa có vũ lượng lớn xuất hiện ngày càng thường xuyên hơn, trong khi hệ thống thoát nước và kiểm soát triều vẫn chưa đủ khả năng đáp ứng đã làm cho tình trạng ngập lụt đô thị ở TP HCM ngày càng trở nên trầm trọng Đặc biệt là, lưu vực

TH – LG vừa chịu tác động của ngập do mưa và triều cường như hình 2.3

Hình 2.3 Bản đồ khu vực ngập mưa và triều dọc theo lưu vực TH – LG

Chương 2 Tổng quan về lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

2.4.1 Các kịch bản biến đổi khí hậu đối với TP HCM

Theo báo cáo của nhiều tổ chức quốc tế như IPCC, ADB, WB, C40, TP HCM nằm trong khu vực dễ bị tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH) và có nguy

cơ hứng chịu những hiện tượng khí hậu cực trị (tổ hợp các yếu tố bất lợi như: bão,

lũ thượng nguồn và mưa lớn vượt tần suất thiết kế) Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường, BĐKH sẽ gây ra các biến động như gia tăng nhiệt độ trung bình, lượng mưa

và diện tích có nguy cơ ngập tại TP HCM Năm 2012, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã công bố kịch bản dự báo tác động của BĐKH đối với khu vực TP HCM giai đoạn 2020 -2100 tương ứng với kịch bản phát thải trung bình (B2) Cụ thể có các thông số dự báo như sau:

Mức tăng nhiệt độ (oC) trung bình năm so với thời kỳ 1980-1999:

Diện tích nguy cơ bị ngập (%) 13,3 14,6 15,8 17,2 18,6 20,1

Tài liệu bản đồ địa hình cho thấy 72% diện tích khu vực đô thị của TP HCM

có cao độ dưới 2,0m so với mực nước biển do đó thành phố sẽ bị ảnh hưởng ngập nặng do mực nước biển dâng Trong thời gian triều cường, nước sẽ tràn vào các con kênh ở khu vực đô thị thấp trũng chưa có hệ thống đê bao gây ra những đợt ngập

Chương 2 Tổng quan về lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

định kỳ tại những khu vực này Hình 2.4 trình bày diện tích bị ngập ứng với kịch bản mực nước biển dâng (MNBD) 0,5m

Hình 2.4 Bản đồ nguy cơ ngập TP HCM ứng với kịch bản MNBD 0,5m

Chương 2 Tổng quan về lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

2.4.2 Tác động của Biến đổi khí hậu đến ngập lụt đô thị

Biến đổi khí hậu đã và đang ảnh hưởng đến hầu hết tất cả lĩnh vực trong đời sống kinh tế - xã hội của thành phố một cách trực tiếp hoặc gián tiếp Vùng ảnh hưởng không gói gọn trong phạm vi thành phố, mà còn tại các tỉnh thành trong khu vực Nam bộ BĐKH làm lượng mưa thay đổi dẫn đến thay đổi về dòng chảy của các sông, tần suất, cường độ và lưu lượng trên các sông Sài Gòn, sông Đồng Nai và trên toàn bộ mạng lưới sông ngòi, kênh rạch của thành phố gây ra ngập lụt Ngoài

ra, BĐKH và đô thị hóa thiếu kiểm soát còn làm tăng hệ số chảy tràn tại các khu vực đô thị, vượt quá năng lực thiết kế của hệ thống thoát nước là nguyên nhân chính gây ngập úng cục bộ

Với kịch bản BĐKH trung bình (B2) hiện nay, hệ thống kiểm soát úng ngập của thành phố chỉ bảo vệ được khoảng 6.196ha, đến 2050 nếu mực nước biển dâng

sẽ làm ngập úng khoảng 23.909ha đất đô thị (chiếm 49% tổng đất đô thị) Bên cạnh

đó, gần một nửa số KCX, KCN sẽ ngập và khoảng 22% các khu công nghiệp sẽ nằm lân cận trong bán kính 1km từ khu vực ngập lụt có thể sẽ bị ảnh hưởng gián tiếp do đình trệ giao thông, thông tin liên lạc và các thiết bị điện Ngoài ra, cường

độ mưa tăng, thời gian mưa tập trung nhiều hơn sẽ kéo theo thành phố bị ngập lụt nhiều hơn dài hơn Bên cạnh đó, do TP HCM có các điều kiện tự nhiên –kinh tế -

xã hội và hiện trạng đô thị hóa khá tương đồng với thành phố Bangkok Thái Lan, nên dưới tác động của BĐKH, khả năng gây vỡ đập hồ chứa trên một bậc thang thủy điện phía thượng nguồn như trường hợp của thành phố Bangkok (2011) là có thể xảy ra và sẽ gây ảnh hưởng ngập rất nghiêm trọng

Xem xét các yếu tố bất định – không chắc chắn trong vấn đề ứng phó với biến đổi khí hậu có thể liệt kê khá nhiều yếu tố, trong đó mỗi yếu tố đều có vai trò nhất định làm cho việc ứng phó với BĐKH trở nên rất phức tạp Thứ nhất là vấn đề lựa chọn, sử dụng các kịch bản BĐKH với các thông số dự báo gồm: mức tăng nhiệt độ TB (oC), mức thay đổi lượng mưa năm (%), mực nước biển dâng (cm) Thực tế các thông số dự báo này sẽ có thể thay đổi nhiều tùy thuộc vào các vấn đề toàn cầu như: mức độ phát triển KTXH, kiểm soát phát thải, tìm kiếm giải pháp sử

Chương 2 Tổng quan về lưu vực Tân Hóa – Lò Gốm

dụng năng lượng sạch,… Ngoài ra còn có yếu tố không chắc chắn khác là: vấn đề

dự báo mức độ đô thị hóa và các kịch bản quy hoạch phát triển đô thị sẽ thường khác so với việc xây dựng, phát triển đô thị thực tế

Do tính phức tạp vốn có của biến đổi khí hậu và do BĐKH là việc xảy ra trong tương lai, hơn nữa tương lai hầu như là không thể dự đoán chính xác nên giải pháp duy nhất là cần cập nhật thường xuyên các số liệu, kịch bản và quan trọng nhất

là làm sao tìm ra giải pháp đối phó với nhiều yếu tố bất định - không chắc chắn Từ thực tiễn kinh nghiệm của các quốc gia quốc gia tiến bộ, phát triển như: Hà Lan,

Mỹ, Nhật, Hàn Quốc đến các quốc gia đang phát triển trong khu vực như Singapore, Thái Lan, Malaysia,…tất cả đều đã hiện đại hóa hệ thống thoát nước một cách đồng

bộ và rất tốn kém tuy nhiên, họ vẫn phải thường xuyên đối phó với vấn đề ngập lụt tại đô thị

Chương 3 Cơ sở lý thuyết & thiết lập mô hình

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT & THIẾT LẬP MÔ HÌNH

- Phạm vi hỗ trợ: mô hình sử dụng cho lưu vực chịu tác động bởi mưa rất hiệu quả, là môi trường tiếp nhận nước tốt, nhưng khả năng hỗ trợ nước ngầm kém,bỏ qua mô phỏng sinh thái khí

- Thế mạnh của mô hình: kích cỡ không giới hạn, dữ liệu đầu vào linh hoạt, hệ điều hành cài đặt dễ dàng, tìm điểm ngập nhanh chóng, giao diện thân thiện, phân tích độ nhạy, có thể hiệu chỉnh được và có thể phân tích lỗi, cung cấp đầy đủ các mô đun SWMM Mô hình có cấu trúc điều khiển thủy lực đơn giản thích hợp với những đặc điểm lúc đóng và lúc mở, có sự hướng dẫn khả năng xử lý trước và sau

- Những hạn chế của mô hình: không mô phỏng quá trình chất lượng nước, khó kết nối với mô hình chất lượng nước khác Không thể mô phỏng những mực nước trong lòng đất

Họ mô hình Mike

Do Viện thủy lực Đan Mạch (DHI) xây dựng được tích hợp rất nhiều các công cụ mạnh, có thể giải quyết các bài toán cơ bản trong lĩnh vực tài nguyên nước Tuy nhiên đây là mô hình thương mại, phí bản quyền rất cao nên không phải cơ quan hay cá nhân nào cũng có điều kiện sử dụng

 Mô hình MIKE 11:

Chương 3 Cơ sở lý thuyết & thiết lập mô hình

Là mô hình một chiều trên kênh hở, bãi ven sông, vùng ngập lũ, trên sông kênh có kết hợp mô phỏng các ô ruộng mà kết quả thuỷ lực trong các ô ruộng là

“giả 2 chiều” MIKE 11 có một số ưu điểm nổi trội so với các mô hình khác như: (i) liên kết với GIS, (ii) kết nối với các mô hình thành phần khác của bộ MIKE ví dụ như mô hình mưa rào-dòng chảy NAM, mô hình thuỷ động lực học 2 chiều MIKE

21, mô hình dòng chảy nước dưới đất, dòng chảy tràn bề mặt và dòng bốc thoát hơi thảm phủ (MIKE SHE), (iii) tính toán chuyển tải chất khuếch tán, (iv) vận hành công trình, (v) tính toán quá trình phú dưỡng…

Hệ phương trình sử dụng trong mô hình là hệ phương trình Saint-Venant một chiều không gian, với mục đích tìm quy luật diễn biến của mực nước và lưu lượng dọc theo chiều dài sông hoặc kênh dẫn và theo thời gian

Mô hình MIKE 11 đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới Tuy nhiên MIKE 11 không có khả năng mô phỏng tràn bãi nên trong các bài toán ngập lụt MIKE 11 chưa mô phỏng một cách đầy đủ quá trình nước dâng từ sông tràn bãi vào ruộng và ngược lại Để cải thiện vấn đề này bộ mô hình MIKE có thêm mô hình thủy lực hai chiều MIKE 21 và bộ kết nối MIKE FLOOD

 MIKE 21 & MIKE FLOOD:

Là mô hình thuỷ động lực học dòng chảy 2 chiều trên vùng ngập lũ đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới Mô hình MIKE21-HD là mô hình thuỷ động lực học mô phỏng mực nước và dòng chảy trên sông, vùng cửa sông, vịnh và ven biển Mô hình mô phỏng dòng chảy không ổn định hai chiều ngang đối với một lớp dòng chảy

MIKE21-HD có thể mô hình hóa dòng chảy tràn với nhiều điều kiện được tính đến, bao gồm:

- Ngập và tiêu nước cho vùng tràn

- Tràn bờ

- Dòng qua công trình thuỷ lợi

Chương 3 Cơ sở lý thuyết & thiết lập mô hình

- Thủy triều

- Nước dâng do bão

Tuy nhiên, MIKE 21 nếu độc lập cũng khó có thể mô phỏng tốt quá trình ngập lụt tại một lưu vực sông với các điều kiện ngập thấp Để có thể tận dụng tốt các ưu điểm và hạn chế những khuyết điểm của cả hai mô hình một chiều và hai chiều trên, DHI đã cho ra đời một công cụ nhằm tích hợp (coupling) cả hai mô hình trên; đó là công cụ MIKE FLOOD

MIKE FLOOD là một công cụ tổng hợp cho việc nghiên cứu các ứng dụng

về vùng bãi tràn và các nghiên cứu về dâng nước do mưa bão Ngoài ra, MIKE FLOOD còn có thể nghiên cứu về tiêu thoát nước đô thị, các hiện tượng vỡ đập, thiết kế công trình thuỷ lợi và ứng dụng tính toán cho các vùng cửa sông lớn

 Mô hình Storm:

Storm (Storgae, Streatment, Overflow, Runoff Model) là mô hình được xây dựng bởi những kỹ sư thủy lợi năm 1973 hợp đồng với trung tâm kỹ thuật thủy văn của hiệp hội kỹ sư quân đội Mỹ Storm được thiết kế để mô hình hóa những lưu vực

đô thị chịu tác động mưa khả năng tính toán những tải và tập trung vào các tham số

về chất lượng nước như chất lơ lững, bồi lắng, nhu cầu oxi, tổng nitrogen, photsphate và các trực khuẩn Storm cũng có khả năng tính xói bề mặt đất, định dung tích trữ và có những tiện ích để kiểm soát chất lượng và khối lượng dòng chảy mặt và xói bề mặt Mô hình mô phỏng liên tục nên cần dư liệu mưa từng giờ để mô phỏng bảy thành phần sau: mưa, dòng chảy mặt, dòng chảy vào mùa khô, sự lắng đọng và làm sạch chất ô nhiễm, xói bề mặt đất, tốc độ xử lý, khả năng trữ của hồ chứa Những chất bẩn, chất ô nhiểm được làm sạch từu lưu vực dòng chảy do mưa Dòng chảy mặt được đưa đến những nơi trữ và những nơi để xử lý đã được tính toán Dòng chảy mặt thừa được xử lý và tính toán sau đó, xem lượng nước thừa đó

là lượng nước thải không được xử lý và trở thành dòng chảy quá tải dẫn vào nơi tiếp nhận

- Đặc điểm của mô hình: mô phỏng lưu vực đô thị chịu tác động bởi mưa