Chương I TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về các nghiên cứu rủi ro ngập lũ. Một số nghiên cứu dự báo lũ trên thế giới Trên thế giới việc nghiên cứu, áp dụng các mô hình thủy văn, thủy lực cho các mục đích trên đã được sử dụng khá phổ biến; nhiều mô hình đã được xây dựng và áp dụng cho dự báo hồ chứa, dự báo lũ cho hệ thống sông, cho công tác qui hoạch phòng lũ. Một số mô hình đã được ứng dụng thực tế trong công tác mô phỏng và dự báo dòng chảy cho các lưu vực sông có thể được liệt kê ra như sau: Viện Thủy lực Đan Mạch (Danish Hydraulics Institute, DHI) xây dựng phần mềm dự báo lũ bao gồm: Mô hình NAM tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa; Mô hình Mike 11, Mike 21 tính toán thủy lực, dự báo dòng chảy trong sông và cảnh báo ngập lụt.
Phần mềm này đã được áp dụng rất rộng rãi và rất thành công ở nhiều nước trên thế giới. Trong khu vực Châu Á, mô hình đã được áp dụng để dự báo lũ lưu vực sông Mun-Chi và Songkla ở Thái Lan, lưu vực sông ở Bangladesh, và Indonesia. Hiện nay, công ty tư vấn CTI của Nhật Bản đã mua bản quyền của mô hình, thực hiện những cải tiến để mô hình có thể phù hợp với điều kiện thuỷ văn của Nhật Bản. Wallingford kết hợp với Hacrow đã xây dựng phần mềm iSIS cho tính toán dự báo lũ và ngập lụt.
Phần mềm bao gồm các môđun: Mô hình đường đơn vị tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa; mô hình iSIS tính toán thủy lực, dự báo dòng chảy trong sông và cảnh báo ngập lụt. Phần mềm này đã được áp dụng khá rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới, đã được áp dụng cho sông Mê Kông trong chương trình Sử dụng Nước do ủy hội Mê Kông Quốc tế chủ trì thực hiện. ở Việt Nam, mô hình iSIS được sử dụng để tính toán trong dự án phân lũ và phát triển thủy lợi lưu vực sông Đáy do Hà Lan tài trợ. Trung tâm khu vực, START Đông Nam á (Southeast Asia START Regional Center) đang xây dựng "Hệ thống dự báo lũ thời gian thực cho lưu vực sông Mê Kông".
Hệ thống này được xây dựng dựa trên mô hình thủy văn khu vực có thông số phân bố, tính toán dòng chảy từ mưa. Hệ thống dự báo được phân 5 thành 3 phần: thu nhận số liệu từ vệ tinh và các trạm tự động, dự báo thủy văn và dự báo ngập lụt. Thời gian dự kiến dự báo là 1 hoặc 2 ngày. Viện Điện lực (EDF) của Pháp đã xây dựng phần mềm TELEMAC tính các bài toán thuỷ lực 1 và 2 chiều.
TELEMAC-2D là phần mềm tính toán thủy lực 2 chiều, nằm trong hệ thống phần mềm TELEMAC. TELEMAC-2D đã được kiểm nghiệm theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của Châu Âu về độ tin cậy; mô hình này đã được áp dụng tính toán rất nhiều nơi ở Cộng hòa Pháp và trên thế giới. Ở Việt Nam, mô hình đã được cài đặt tại Viện Cơ học Hà Nội và Khoa Xây dựng - Thuỷ lợi - Thuỷ điện, Trường Đại học Kỹ thuật Đà nẵng và đã được áp dụng thử nghiệm để tính toán dòng chảy tràn vùng Vân Cốc- Đập Đáy, lưu vực sông Hồng đoạn trước Hà Nội, và tính toán ngập lụt khu vực thành phố Đà Nẵng. Trung tâm kỹ thuật thủy văn (Mỹ) đã xây dựng bộ mô hình HEC-1 để tính toán thủy văn, trong đó có HEC-1F là chương trình dự báo lũ từ mưa và diễn toán lũ trong sông.
Mô hình đã được áp dụng rất rộng rãi trên thế giới. ở Châu Á, mô hình đã được áp dụng ở Indonesia, Thái Lan. Mô hình cũng đã được áp dụng để tính toán lũ hệ thống sông Thu Bồn ở Việt Nam. Gần đây, mô hình được cải tiến và phát triển thành HMS có giao diện đồ hoạ thuận lợi cho người sử dụng.
Trong một nghiên cứu về hệ thống dự báo lũ cho sông Maritsa và Tundzha, Roelevink và cộng sự đã kết hợp sử dụng mô đun mưa - dòng chảy Mike 11-NAM và mô đun thủy lực Mike 11-HD để tiến hành dự báo. Các mô hình này đã được hiệu chỉnh sử dụng số liệu các trận lũ năm 2005 và 2006. Kết quả từ hai mô hình này được kết hợp sử dụng với phần mềm FloodWatch để kết xuất ra mực nước dự báo và các cảnh báo tại các điểm xác định. Kết quả cho thấy rằng, số liệu đầu vào quyết định độ lớn của thời gian dự kiến.
Kết quả sẽ chính xác hơn nếu thời gian dự kiến ngắn và ngược lại. Trong nghiên cứu này cũng đã sử dụng chức năng cập nhật mực nước và lưu lượng tính toán theo mực nước và lưu lượng thực đo tại các vị trí biên đầu vào. Một số nghiên cứu dự báo lũ ở Việt Nam Một số mô hình thủy lực đã được áp dụng có hiệu quả để diễn toán dòng chảy trong hệ thống sông và vùng ngập lụt ở nước ta. Mô hình SOGREAH đã được 6 áp dụng thành công trong công tác khai thác, tính toán dòng chảy tràn trong hệ thống kênh rạch và các ô trũng; Mô hình MASTER MODEL ứng dụng trong nghiên cứu qui hoạch cho vùng hạ lưu sông Cửu Long vào năm 1988; Mô hình MEKSAL được xây dựng vào năm 1974 để tính toán sự phân bố dòng chảy mùa cạn và xâm nhập mặn trong vùng hạ lưu các sông; Mô hình VRSAP đã được áp dụng cho việc tính toán dòng chảy lũ và dòng chảy mùa cạn cho vùng đồng bằng; Mô hình SAL và mô hình KOD đã có những đóng góp đáng kể trong việc tính toán lũ và xâm nhập mặn đồng bằng cửa sông; Mô hình DHM đã được áp dụng thành công trong tính toán nguy cơ ngập lụt hạ lưu lưu vực Thu Bồn - Vũ Gia, và nghiên cứu thủy lực hạ lưu sông Hồng trong trường hợp giả sử vỡ đập Hoà Bình, Sơn La v.
Một số nghiên cứu dự báo lũ tiêu biểu đối với lưu vực sông Hồng - Thái Bình: - Đề tài "Nghiên cứu xây dựng công cụ tính toán và dự báo dòng chảy lũ thượng lưu hệ thống sông Hồng" (Lê Bắc Huỳnh, TT DBKTTVTƯ) Hình 1. Sơ đồ lưới trạm dự báo thượng lưu sông Hồng (Nguồn:TTQGDBKTTVTW) 7 Thành quả: Đã xây dựng được hệ thống dự báo thủy văn cho các lưu vực sông Đà, Thao, Lô, vận hành hồ chứa Hoà Bình và diễn toán lũ về hạ lưu đến trạm Sơn Tây, Hà Nội. Đề tài đã tạo dựng được nền tảng cho việc áp dụng mô hình thủy văn để dự báo lũ, kết quả tính toán của đề tài khá tốt và đã được TTDBKTTVTƯ bổ sung và đưa vào dự báo tác nghiệp. Cần nghiên cứu tiếp: (1) Đề tài có tính nghiên cứu cơ bản, chưa thành một công nghệ hoàn chỉnh để dùng vào dự báo tác nghiệp; (2) vì thiếu số liệu phía Trung Quốc cho nên đã phải xử lý biên trên bằng phương pháp hồi qui, vì thế có hạn chế về độ chính xác; (3) số liệu dùng trong tính toán và hiệu chỉnh mô hình là đến năm 1996, cần được cập nhật số liệu; (4) hơn nữa, nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở dự báo thủy văn đến các trạm Sơn Tây và Hà Nội chưa có khả năng áp dụng cho cả hệ thống sông Hồng-Thái Bình.
- Đề tài "Ứng dụng một số mô hình thích hợp để dự báo lũ thượng lưu hệ thống sông Thái Bình" (Nguyễn Lan Châu, TT DBKTTVTƯ). Thành quả: Trên cơ sở phân tích các hình thế thời tiết gây mưa và chế độ nước lũ ở thượng lưu sông Thái Bình (sông Cầu, sông Thương, sông Lục Nam), đã nghiên cứu ứng dụng các mô hình TANK, NAM và phương pháp hồi quy bội để tính toán, dự báo quá trình dòng chảy lũ tại Thái Nguyên trên sông Cầu, Phủ Lạng Thương trên sông Thương và Lục Nam trên sông Lục Nam. Kết quả nghiên cứu cho thấy kết quả tính toán và dự báo dòng chảy lũ theo 3 mô hình nêu trên đều cho kết quả tốt. Mô hình đã được TT DBKTTVTƯ bổ sung và đưa vào dự báo tác nghiệp thử nghiệm từ năm 2000.
Cần nghiên cứu tiếp: Cũng tương tự như đề tài ở trên, (1) Đề tài có tính nghiên cứu cơ bản, chưa thành một công nghệ hoàn chỉnh để dùng vào dự báo tác nghiệp; (2) gặp khó khăn trong giải quyết nước vật tại trạm Chũ, và chưa xét hết lượng gia nhập khu giữa, hạ lưu của các trạm tính toán; (3) nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở dự báo thủy văn đến các trạm Thác Bưởi, Cầu Sơn, Chũ và Phả Lại, chưa có khả năng áp dụng cho cả hệ thống sông Hồng-Thái Bình. 8 - Đề tài "Đánh giá khả năng phân lũ sông Đáy và sử dụng lại các khu phân chậm lũ" do 3 cơ quan cùng thực hiện đồng thời (Viện Khí tượng Thủy văn, Trường Đại học Thuỷ lợi, Viện Quy hoạch Thủy lợi). Thành quả: Đề tài đã giải quyết được phần thủy lực hạ lưu của hệ thống sông Hồng - Thái Bình. Xét đến trường hợp vận hành hồ Hoà Bình, Thác Bà, phân lũ sông Đáy và chậm lũ Tam Thanh, Lương Phú, Lương Phú - Quảng Oai.
Đã có tiến hành dự báo thử nghiệm tại Viện Khí tượng Thủy văn, Trường Đại học Thuỷ lợi, Viện Quy hoạch Thủy lợi, tuy nhiên kết quả chưa được đánh giá. Cần nghiên cứu tiếp: (1) Mục tiêu của các đề tài chú trọng vào tính toán mô phỏng lũ để áp dụng cho quy hoạch phòng chống lũ, không chú trọng đến dự báo lũ; (2) Vì đây là mô hình thủy lực không cập nhật được sai số do sự thay đổi địa hình, thay đổi độ nhám lòng sông, cho nên kết quả chưa thể hịên được khả năng dự báo; (3) Không gắn kết với các mô hình thủy văn phía thượng lưu để trở thành một công nghệ dự báo cho toàn hệ thống sông Hồng-Thái Bình Hình 1. Sơ đồ tính toán thủy lực hệ thống sông Hồng – Thái Bình (Nguồn: Viện KH KTTV&MT) 9 - Đề tài "Xây dựng công cụ mô phỏng số phục vụ cho đề xuất, đánh giá và điều hành các phương án phòng chống lũ sông Hồng - Thái Bình" (Viện Cơ học) Thành quả: Đã áp dụng một số các mô hình thủy lực như VRSAP, TL1, TL2, TELEMAC2-D để tính toán thuỷ lực cho hạ lưu hệ thống sông Hồng - Thái Bình, phân lũ sông Đáy và chậm lũ Tam Thanh, Lương Phú, Lương Phú - Quảng Oai. Đề tài đã thử nghiệm các mô hình rất công phu bằng các bài toán mẫu (test cases) để đảm bảo được khả năng áp dụng của các mô hình.
