Luận Văn Thạc Sĩ: Ứng Dụng Mô Hình DHM Mô Phỏng Ngập Lụt Hạ Lưu Sông La Ngà

Luận văn thạc sĩ HUS nghiên cứu ứng dụng mô hình DHM để mô phỏng diễn biến ngập lụt hạ lưu sông La Ngà, cung cấp giải pháp quản lý hiệu quả.

• Tác giả: Lương Hồ Nam
• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng Minh Tuyển
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình DHM Mô Phỏng Diễn Biến Ngập Lụt Hạ Lưu Sông La Ngà
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC MÔ HÌNH MÔ PHỎNG NGẬP LỤT
• 1.1. HIỆN TƢỢNG NGẬP LỤT VÀ MÔ PHỎNG NGẬP LỤT
• 1.2. Mô phỏng ngập lụt, mục đích tính toán mô phỏng ngập lụt
• 2. CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ ĐẶC ĐIỂM DÂN SINH- KINH TẾ LƢU VỰC SÔNG LA NGÀ
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DHM MÔ PHỎNG DIỄN BIẾN NGẬP LỤT HẠ LƢU SÔNG LA NGÀ
• 3.1. TÍNH TOÁN XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐẦU VÀO
• 3.2. HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH
• 3.3. CÁC PHƢƠNG ÁN TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG NGẬP LỤT
• 3.4. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG DIỄN BIẾN NGẬP LỤT
• 3.5. MỘT SỐ NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ VỀ MÔ HÌNH DHM VÀ ĐẶC ĐIỂM LŨ LỤT HẠ LƢU SÔNG LA NGÀ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô hình DHM trong mô phỏng ngập lụt sông La Ngà

Mô hình DHM (Diffusion Hydrodynamic Model) là một công cụ quan trọng trong việc mô phỏng diễn biến ngập lụt tại các khu vực hạ lưu sông La Ngà. Mô hình này giúp các nhà nghiên cứu và quản lý nắm bắt được quy trình ngập lụt, từ đó đưa ra các biện pháp phòng chống hiệu quả. Việc áp dụng mô hình DHM không chỉ giúp dự đoán chính xác mức độ ngập lụt mà còn hỗ trợ trong việc quy hoạch và quản lý tài nguyên nước.

1.1. Đặc điểm của mô hình DHM trong nghiên cứu ngập lụt

Mô hình DHM được thiết kế để mô phỏng các hiện tượng thủy động lực học trong môi trường nước. Đặc điểm nổi bật của mô hình này là khả năng mô phỏng dòng chảy một chiều và hai chiều, giúp phân tích chính xác diễn biến ngập lụt trong các khu vực khác nhau.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng mô hình DHM

Việc sử dụng mô hình DHM mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng dự đoán chính xác diễn biến ngập lụt, hỗ trợ trong việc lập kế hoạch phòng chống lũ lụt, và cung cấp thông tin cần thiết cho các quyết định quản lý tài nguyên nước.

II. Vấn đề và thách thức trong mô phỏng ngập lụt hạ lưu sông La Ngà

Mô phỏng ngập lụt tại hạ lưu sông La Ngà đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm sự biến đổi khí hậu, sự phát triển đô thị và các yếu tố tự nhiên khác. Những yếu tố này có thể làm thay đổi đáng kể diễn biến ngập lụt, gây khó khăn trong việc dự đoán và quản lý.

2.1. Tác động của biến đổi khí hậu đến ngập lụt

Biến đổi khí hậu dẫn đến sự gia tăng tần suất và cường độ của các trận mưa lớn, làm tăng nguy cơ ngập lụt tại hạ lưu sông La Ngà. Điều này đòi hỏi các mô hình phải được cập nhật thường xuyên để phản ánh chính xác tình hình thực tế.

2.2. Ảnh hưởng của phát triển đô thị đến ngập lụt

Sự phát triển đô thị không kiểm soát có thể làm giảm khả năng thoát nước tự nhiên, dẫn đến tình trạng ngập úng. Việc nghiên cứu và mô phỏng cần xem xét các yếu tố này để đưa ra giải pháp hiệu quả.

III. Phương pháp mô phỏng ngập lụt bằng mô hình DHM

Phương pháp mô phỏng ngập lụt bằng mô hình DHM bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc thu thập dữ liệu đầu vào đến việc xử lý và phân tích kết quả. Mô hình này sử dụng các phương trình thủy động lực học để mô phỏng dòng chảy và diễn biến ngập lụt.

3.1. Quy trình thu thập và xử lý dữ liệu

Quy trình này bao gồm việc thu thập dữ liệu khí tượng, thủy văn và địa hình. Dữ liệu này sau đó được xử lý để đưa vào mô hình DHM, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả mô phỏng.

3.2. Các bước áp dụng mô hình DHM

Các bước áp dụng mô hình DHM bao gồm thiết lập lưới tính, hiệu chỉnh mô hình và kiểm định kết quả. Mỗi bước đều cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo mô hình hoạt động hiệu quả.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của mô hình DHM

Kết quả nghiên cứu từ mô hình DHM đã chỉ ra những diễn biến ngập lụt cụ thể tại hạ lưu sông La Ngà. Những thông tin này không chỉ giúp nâng cao nhận thức về nguy cơ ngập lụt mà còn hỗ trợ trong việc lập kế hoạch phòng chống lũ lụt.

4.1. Diễn biến ngập lụt theo các kịch bản khác nhau

Mô hình DHM cho phép mô phỏng diễn biến ngập lụt theo nhiều kịch bản khác nhau, từ đó giúp các nhà quản lý đưa ra các biện pháp ứng phó phù hợp với từng tình huống cụ thể.

4.2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn

Kết quả từ mô hình DHM có thể được sử dụng để xây dựng bản đồ ngập lụt, từ đó hỗ trợ trong việc quy hoạch và quản lý tài nguyên nước, cũng như nâng cao khả năng ứng phó với thiên tai.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của mô hình DHM

Mô hình DHM đã chứng minh được hiệu quả trong việc mô phỏng ngập lụt tại hạ lưu sông La Ngà. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu và cải tiến mô hình để đáp ứng tốt hơn với các thách thức trong tương lai.

5.1. Đánh giá hiệu quả của mô hình DHM

Đánh giá hiệu quả của mô hình DHM là cần thiết để xác định những điểm mạnh và điểm yếu của mô hình, từ đó có những điều chỉnh phù hợp.

5.2. Hướng phát triển mô hình trong tương lai

Hướng phát triển mô hình DHM trong tương lai cần tập trung vào việc tích hợp công nghệ mới và dữ liệu lớn để nâng cao độ chính xác và khả năng dự đoán của mô hình.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông La Ngà có tổng diện tích tự nhiên 4.170 km2 với chiều dài dòng chính 272 km, bắt nguồn từ cao nguyên Lâm Đồng ở độ cao 1.300 m và đổ vào hệ thống sông Đồng Nai. Khu vực hạ lưu thuộc địa bàn hai huyện Tánh Linh và Đức Linh (tỉnh Bình Thuận) với diện tích thung lũng trên 340 km2 là vựa lúa trọng điểm của địa phương nhưng thường xuyên phải đối mặt với hiểm họa lũ lụt nghiêm trọng. Trung bình mỗi năm khu vực này chịu ảnh hưởng từ 3 đến 4 đợt thiên tai lớn. Điển hình là trận lũ lịch sử cuối tháng 7 đầu tháng 8 năm 1999 với lưu lượng đỉnh lũ tại trạm Tà Pao đạt 834 m3/s, làm ngập sâu từ 0,8 m đến hơn 1,5 m trên diện rộng, khiến 35 người thiệt mạng, làm ngập 5.128 ngôi nhà và buộc 709 hộ dân phải sơ tán khẩn cấp.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là sự chuyển tiếp địa hình đột ngột từ vùng đồi núi cao 1.000 - 1.500 m xuống vùng lòng chảo bằng phẳng 105 - 120 m, kết hợp đặc tính thắt hẹp tại hai đầu Tà Pao và Phú Hiệp khiến khả năng thoát lũ tự nhiên bị suy giảm nghiêm trọng. Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là ứng dụng mô hình thủy động lực học sóng khuếch tán DHM để mô phỏng định lượng không gian và thời gian ngập lụt ứng với các cấp lũ có chu kỳ lặp lại khác nhau, đồng thời đánh giá tác động thủy lực của công trình tuyến đê bao bờ hữu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào đoạn hạ lưu trọng điểm dài khoảng 60 km từ trạm thủy văn Tà Pao đến trạm thủy văn Phú Hiệp trên chuỗi số liệu quan trắc 38 năm từ năm 1978 đến năm 2016. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc nâng cao độ chính xác dự báo ngập lụt, hỗ trợ chính quyền địa phương giảm thiểu đến 30% thiệt hại kinh tế và bảo vệ tính mạng cho hơn 245.000 người dân trong vùng dự án.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng mô hình thủy động lực học sóng khuếch tán (Diffusion Hydrodynamic Model - DHM) kết hợp dòng chảy 1 chiều trong lòng dẫn và dòng chảy 2 chiều trên bãi ngập tràn bờ. Về mặt lý thuyết, chuyển động dòng nước trong mạng lưới sông chính được mô tả bằng hệ phương trình Saint-Venant đầy đủ gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng 1 chiều. Khi mực nước sông vượt quá cao trình bờ tự nhiên, dòng tràn mặt phẳng được mô phỏng bằng hệ phương trình sóng khuếch tán 2 chiều, trong đó các thành phần gia tốc đối lưu và quán tính cục bộ được giản lược để tập trung vào sự cân bằng giữa độ dốc mặt nước và độ dốc ma sát đáy.

Trở lực lòng dẫn và bề mặt bãi ngập được xác định thông qua công thức Manning với hệ số nhám n1 trong lòng sông dao động từ 0,030 đến 0,040 và hệ số nhám n2 trên bãi tràn từ 0,045 đến 0,070 tùy theo hiện trạng thảm phủ. Các khái niệm nền tảng bao gồm: sóng khuếch tán (Diffusion Wave), dòng chảy tràn mặt (Overland Flow), điều kiện biên thủy lực (Hydraulic Boundary Conditions), và liên kết thủy lực động 1D-2D qua cấu trúc biên mềm hoặc công trình đê đập tràn. Mô hình đã được cải tiến để tích hợp thêm thành phần quán tính dọc sông và mô tả hình học mặt cắt lòng dẫn thực tế thay vì giả định hình chữ nhật đơn giản.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu sử dụng trong mô hình gồm bản đồ số độ cao DEM được trích xuất từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000 hệ tọa độ VN-2000 do Bộ Tài nguyên và Môi trường thành lập năm 2006, kết hợp hệ thống 21 mặt cắt ngang đo đạc thực tế dọc tuyến sông 60 km. Chuỗi số liệu khí tượng thủy văn đồng bộ giai đoạn 1978 - 2016 tại 3 trạm thủy văn (Tà Pao, Võ Xu, Phú Hiệp) và 3 trạm đo mưa (Mê Pu, La Ngâu, Đông Giang) được Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Trung Bộ cung cấp.

Cỡ mẫu không gian của miền tính được chia thành 1.621 ô lưới vuông có kích thước đồng nhất 500 m x 500 m, bao trùm tổng diện tích ngập lụt 405 km2. Phương pháp chia lưới ô vuông đều được lựa chọn nhằm tối ưu hóa sự cân bằng giữa độ chính xác hình học của các công trình đê điều và thời gian xử lý dữ liệu số trị. Phương pháp giải số trị áp dụng sơ đồ sai phân hiện tăng cường (enhanced explicit finite difference scheme) để xác định đồng thời trường lưu lượng và mực nước tại từng bước thời gian.

Lý do lựa chọn mô hình DHM thay vì các mô hình 2 chiều đầy đủ phức tạp là nhờ mã nguồn mở linh hoạt, thời gian chạy tính toán nhanh, ít đòi hỏi tài nguyên máy tính lớn nhưng vẫn mô tả chính xác cơ chế dòng tràn trên bề mặt thung lũng lòng chảo. Quá trình hiệu chỉnh mô hình được tiến hành dựa trên trận lũ lịch sử năm 1999 và kiểm định độc lập với trận lũ năm 2005.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Mô phỏng thủy động lực học đã lượng hóa các đặc trưng ngập lụt tại hạ lưu sông La Ngà với những kết quả then chốt sau:

Thứ nhất, năng lực truyền tải của lòng dẫn tự nhiên đoạn qua trung tâm thị trấn Võ Xu rất kém. Khi lưu lượng vượt ngưỡng 200 m3/s, nước sông bắt đầu tràn bờ tự nhiên. Tại cấp báo động I (mực nước 119,0 m, lưu lượng 250 m3/s), ngập lụt bắt đầu xuất hiện cục bộ. Khi đạt cấp báo động II (mực nước 120,0 m, lưu lượng 300 m3/s), độ sâu ngập tại các bãi trũng đạt trên 0,5 m. Ở cấp báo động III (mực nước 121,0 m, lưu lượng 500 m3/s), độ sâu ngập trung bình dao động từ 0,5 m đến 1,2 m.

Thứ hai, kết quả mô phỏng trận lũ năm 1999 (đỉnh lũ 834 m3/s, cao trình đỉnh tại Tà Pao đạt 122,12 m) cho thấy diện tích ngập cực đại đạt xấp xỉ 142 km2, tương đương trên 35% diện tích tự nhiên của toàn thung lũng. Sai số giữa mực nước tính toán và số liệu thực đo tại trạm Võ Xu chỉ chênh lệch từ 0,08 m đến 0,14 m (sai số tương đối dưới 8%), khẳng định độ tin cậy rất cao của mô hình.

Thứ ba, phân tích các kịch bản lũ thiết kế cho thấy diện ngập tăng phi tuyến tính theo chu kỳ lặp lại. Ứng với lũ tần suất 10%, diện tích ngập đạt 118 km2; lũ tần suất 5% đạt 135 km2; và lũ tần suất 1% làm ngập tới 168 km2 với độ sâu ngập lớn nhất vượt quá 2,2 m tại các xã vùng trũng Gia An, Đức Tân và Vũ Hòa.

Thứ tư, khi đưa phương án công trình đê ngăn lũ bờ hữu vào mô hình tính toán cho trận lũ tần suất 5%, diện tích ngập lụt tại khu vực dân cư và đồng ruộng bờ hữu giảm mạnh 28%, bảo vệ an toàn cho khoảng 3.200 ha đất canh tác lúa, nhưng làm mực nước lòng sông dâng cao thêm từ 0,15 m đến 0,35 m do lòng thoát lũ bị thu hẹp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng ngập lụt nghiêm trọng là do đặc thù địa mạo thung lũng sông La Ngà có hình dạng lòng chảo trũng thấp (cao độ 105 - 120 m), bao bọc bởi đồi núi cao, trong khi lượng mưa trung bình năm rất lớn đạt khoảng 2.700 mm và 90% lượng mưa tập trung dồn dập vào mùa lũ từ tháng 5 đến tháng 11. Đoạn hạ lưu từ Tà Pao đến Phú Hiệp có độ dốc đáy sông nhỏ, dòng chảy uốn khúc quanh co và bị nghẽn cục bộ tại cửa ra Phú Hiệp khiến nước lũ thoát chậm và lưu lại trên đồng ruộng từ 5 đến 7 ngày.

So sánh với các nghiên cứu áp dụng mô hình MIKE FLOOD trên lưu vực sông Thu Bồn hay sông Trà Khúc, mô hình DHM cho kết quả tương đồng về ranh giới ngập nhưng tiết kiệm hơn 40% thời gian thiết lập dữ liệu và chạy mô phỏng. Toàn bộ kết quả diễn biến ngập lụt được trực quan hóa qua hệ thống bản đồ số tích hợp GIS và các bảng phân loại diện tích ngập theo 4 cấp độ sâu (dưới 0,5 m; 0,5 - 1,0 m; 1,0 - 1,5 m; trên 1,5 m). Diễn biến thời gian ngập được thể hiện chi tiết thông qua các biểu đồ quá trình mực nước Z(t) và lưu lượng Q(t) tại các mốc thời gian giờ thứ 115, 140 và 250, cung cấp bức tranh toàn diện phục vụ việc xây dựng kịch bản ứng phó khẩn cấp.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chủ động phòng chống thiên tai và giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt cho hạ lưu sông La Ngà, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược:

Thứ nhất, xây dựng hoàn thiện tuyến đê bao kết hợp đường giao thông cứu hộ bờ hữu sông La Ngà với cao trình đỉnh đê bảo đảm ngăn chặn an toàn trận lũ tần suất 5%, bảo vệ trực tiếp 100% diện tích sản xuất nông nghiệp trọng điểm (khoảng 45.600 ha) và các khu dân cư tập trung tại huyện Đức Linh. Dự án cần được Ủy ban nhân dân tỉnh Bình Thuận chỉ đạo Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn lập phương án kỹ thuật và triển khai hoàn thành trong giai đoạn 2020 - 2025.

Thứ hai, hiện đại hóa mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn bằng cách lắp đặt thêm ít nhất 05 trạm đo mưa tự động và 02 trạm quan trắc mực nước tự động tại các vị trí xung yếu (Đông Giang, Mê Pu, Gia An). Tích hợp phần mềm mô hình DHM vào hệ thống cảnh báo sớm thời gian thực nhằm kéo dài thời gian dự kiến trước lũ lên tối thiểu 12 đến 24 giờ. Cơ quan chủ trì thực hiện là Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Trung Bộ, hoàn thành trong giai đoạn 2021 - 2023.

Thứ ba, chuyển đổi cơ cấu mùa vụ nông nghiệp và quy hoạch không gian thoát lũ. Ủy ban nhân dân hai huyện Tánh Linh và Đức Linh cần chỉ đạo các xã điều chỉnh lịch thời vụ, kết thúc thu hoạch vụ lúa Hè Thu trước ngày 31 tháng 7 hàng năm để tránh đỉnh lũ lớn thường xuất hiện vào tháng 8 và tháng 9, giúp giảm hơn 70% nguy cơ thiệt hại mùa màng.

Thứ tư, nạo vét và chỉnh trị cục bộ lòng dẫn tại các vị trí co thắt quanh co, đặc biệt là đoạn qua thị trấn Võ Xu và hạ lưu trạm Phú Hiệp nhằm tăng khả năng thoát lũ thêm 15% đến 20%. Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai và Tìm kiếm cứu nạn tỉnh Bình Thuận phối hợp với Công ty TNHH MTV Khai thác công trình thủy lợi thực hiện định kỳ trước mùa mưa bão năm 2024.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng chính:

Cơ quan quản lý nhà nước và chính quyền địa phương, bao gồm Ủy ban nhân dân tỉnh Bình Thuận, Ủy ban nhân dân các huyện Tánh Linh, Đức Linh và Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai các cấp. Luận văn cung cấp cơ sở khoa học định lượng và bản đồ phân vùng ngập lụt chi tiết để xây dựng phương án di dời dân cư, sơ tán tài sản và lập kế hoạch cứu hộ cứu nạn kịp thời khi có báo động lũ.

Các đơn vị tư vấn thiết kế và kỹ sư công trình thủy lợi, thủy điện. Kết quả tính toán cao trình mực nước và lưu lượng đỉnh lũ thiết kế theo các tần suất 10%, 5%, 1% là tài liệu tham khảo chuẩn xác để tính toán khẩu độ cống, chiều cao đỉnh đê, cầu cống giao thông trên các tuyến đường tỉnh lộ 713, 710 và 336.

Các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học thuộc chuyên ngành Thủy văn học, Quản lý tài nguyên nước, Biến đổi khí hậu và Địa lý tài nguyên. Công trình cung cấp phương pháp luận hoàn chỉnh về việc xử lý số liệu địa hình số DEM và thuật toán giải số trị mô hình 1D-2D kết hợp trong điều kiện chuỗi số liệu thực tế tại Việt Nam.

Các tổ chức phi chính phủ và cơ quan quản lý môi trường hoạt động trong lĩnh vực đánh giá tính dễ bị tổn thương, quản trị rủi ro thiên tai và thích ứng với biến đổi khí hậu tại khu vực Nam Trung Bộ và lưu vực sông Đồng Nai.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình DHM có ưu điểm gì vượt trội so với mô hình thủy lực 1 chiều truyền thống? Mô hình DHM khắc phục triệt để hạn chế của mô hình 1 chiều thuần túy vốn chỉ tính toán dòng chảy trong lòng sông. DHM mô phỏng chính xác trường dòng chảy tràn 2 chiều trên toàn bộ diện tích 405 km2 vùng bãi ngập lòng chảo, giúp xác định rõ ranh giới và độ sâu ngập từng vị trí với sai số mực nước kiểm định dưới 8%.

Ngưỡng lưu lượng nào tại trạm Tà Pao bắt đầu gây ngập lụt vùng hạ lưu sông La Ngà? Khi lưu lượng dòng chảy tại trạm thủy văn Tà Pao vượt quá 200 m3/s đến 250 m3/s (tương ứng cấp báo động I với mực nước 119,0 m), nước sông La Ngà bắt đầu tràn qua bờ tự nhiên gây ngập các vùng đất trũng thấp ven sông thuộc huyện Tánh Linh và Đức Linh.

Xây dựng đê bao bờ hữu có làm gia tăng rủi ro ngập lụt cho khu vực bờ tả không? Có tác động nhất định. Kết quả mô phỏng cho thấy khi xây đê bờ hữu để ngăn lũ tần suất 5%, diện tích ngập bờ hữu giảm 28% nhưng làm không gian thoát lũ bị co hẹp, khiến mực nước đỉnh lũ trong lòng sông chính và vùng trũng bờ tả dâng cao thêm từ 0,15 m đến 0,35 m.

Số liệu địa hình đầu vào của mô hình DHM được xử lý từ nguồn nào? Dữ liệu địa hình được số hóa và xử lý từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000 (hệ tọa độ VN-2000) kết hợp 21 mặt cắt ngang đo đạc thực tế, sau đó chuyển đổi thành mô hình số độ cao DEM thông qua các phần mềm chuyên dụng như MicroStation, Vertical Mapper 2.5 và MapInfo để gán cao trình cho 1.621 ô tính.

Mô hình DHM có khả năng áp dụng cho các lưu vực sông khác tại miền Trung không? Hoàn toàn có thể. Mô hình DHM có cấu trúc thuật toán giải sóng khuếch tán linh hoạt, đặc biệt thích hợp cho các vùng đồng bằng duyên hải hoặc thung lũng miền Trung có lũ lên nhanh, độ dốc lớn và địa hình bãi ngập phức tạp như lưu vực sông Thu Bồn, Trà Khúc, sông Cái Nha Trang hay sông Cà Ty.

Kết luận

Luận văn đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu thông qua những đóng góp nổi bật sau:

• Thiết lập thành công mô hình thủy động lực học sóng khuếch tán DHM trên miền tính 1.621 ô lưới vuông kích thước 500 m x 500 m cho 60 km hạ lưu sông La Ngà.
• Hiệu chỉnh và kiểm định chuẩn xác bộ thông số nhám thủy lực với dữ liệu thực đo của trận lũ lịch sử năm 1999 (đỉnh lũ 834 m3/s) và năm 2005, đạt độ tin cậy cao với sai số mực nước nhỏ hơn 0,15 m.
• Xây dựng bản đồ ngập lụt số trị chi tiết ứng với các cấp lũ thiết kế tần suất 10%, 5% và 1%, xác định diện ngập dao động từ 118 km2 đến 168 km2.
• Định lượng hiệu quả giảm ngập 28% diện tích của phương án xây dựng đê bao bờ hữu, đồng thời cảnh báo mức gia tăng mực nước 0,15 - 0,35 m trong lòng dẫn.
• Cung cấp luận cứ khoa học vững chắc cho công tác quy hoạch phân vùng thoát lũ, bảo vệ an toàn tính mạng và tài sản cho hơn 245.000 cư dân địa phương.

Đóng góp lớn nhất của nghiên cứu là hoàn thiện quy trình ứng dụng mô hình toán thủy lực kết hợp công nghệ GIS để giải quyết bài toán mô phỏng ngập lụt chi tiết tại các vùng thung lũng lòng chảo có mạng lưới đo đạc còn hạn chế. Kế hoạch tiếp theo trong giai đoạn 2024 - 2026 là tích hợp trực tiếp mô hình DHM với dự báo mưa hạn cực ngắn từ mô hình số trị WRF để tự động hóa công tác cảnh báo lũ thời gian thực. Các cơ quan quản lý, viện nghiên cứu và nhà khoa học quan tâm có thể ứng dụng ngay bộ công cụ và kết quả của luận văn vào công tác quy hoạch phòng chống thiên tai và phát triển bền vững kinh tế xã hội tại địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo: Chƣơng 1: Tổng quan về các mô hình mô phỏng ngập lụt Chƣơng 2: Điều kiện địa lý tự nhiên và đặc điểm dân sinh- kinh tế lƣu vực sông La Ngà. Chƣơng 3: Ứng dụng mô hình DHM tính toán mô phỏng diễn biến ngập lụt hạ lƣu sông La Ngà. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn đƣợc hoàn thành dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của PGS. Hoàng Minh Tuyển - Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn và Biến đổi khí hậu.

Học viên chân thành cảm ơn PGS. Hoàng Minh Tuyển cùng các cán bộ Trung tâm Nghiên cứu Thủy văn và Tài nguyên nƣớc đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ học viên hoàn thành luận văn này. Học viên chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo bộ môn Thủy văn, Khoa Khí tƣợng, Thủy văn, Hải dƣơng học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho học viên trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trƣờng. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1.

TỔNG QUAN CÁC MÔ HÌNH MÔ PHỎNG NGẬP LỤT 1. HIỆN TƢỢNG NGẬP LỤT VÀ MÔ PHỎNG NGẬP LỤT 1.Hiện tƣợng ngập lụt Mỗi lƣu vực có đặc điểm về ngập lụt khác nhau, tùy thuộc vào đặc điểm của địa hình, mạng lƣới sông suối, thổ nhƣỡng, thảm phủ thực vật và chế độ mƣa. Mƣa rơi xuống bề mặt lƣu vực, ban đầu bị tổn thất trên các tán lá cây, khi rơi xuống bề mặt lƣu vực bị tổn thất do thấm và điền trũng. Khi lƣợng mƣa lớn hơn lƣợng thấm hoặc cƣờng độ mƣa lớn hơn cƣờng độ thấm thì bắt đầu sự hình thành dòng chảy sƣờn dốc.

Lƣợng nƣớc chảy trên sƣờn dốc tập trung đổ vào các rãnh, khe suối rồi đổ vào sông. Nƣớc trong sông liên tục chảy từ thƣợng nguồn đổ ra biển, khi lƣợng nƣớc đổ vào sông lớn hơn lƣợng nƣớc chảy ra biển thì mực nƣớc trong sông dần dần dâng cao. Cƣờng suất tăng mực nƣớc đến một giới hạn nhất định đƣợc gọi là lũ. Mực nƣớc sông tiếp tục dâng cao và tràn bờ sông chảy sang các bãi ven sông sau đó tràn qua các công trình giao thông, đƣờng, đê vào đồng ruộng, chảy qua các công trình cầu cống, gây ngập các khu dân cƣ, cánh đồng đƣợc gọi là ngập lụt.

[3] Như vậy, hiện tượng ngập lụt là do nước lũ chảy trong hệ thống sông dâng cao tràn bờ gây ngập vùng ven sông sau đó lan rộng ra vùng dân cư, đồng ruộng, gây thiệt hại về dân sinh, tài sản, cơ sở hạ tầng, tác động có hại đến môi trường. Do đó, bản chất dòng chảy trong hiện tượng ngập lụt là dòng chảy 1 chiều trong hệ thống sông ban đầu và sau đó là dòng chảy hai chiều trong vùng ngập lụt. Ngoài nƣớc sông dâng cao gây ngập lụt còn có nguyên nhân khác là lƣợng nƣớc chảy trực tiếp từ sƣờn dốc xuống khu dân cƣ, đồng ruộng. Ở các khu đô thị, do lƣợng thấm hạn chế bởi các công trình và hệ thống công trình thoát nƣớc không đáp ứng đƣợc yêu cầu nên khi xảy ra mƣa lớn, lƣợng nƣớc chảy qua các cống rãnh, hố ga, thoát nƣớc ít hơn lƣợng nƣớc mƣa gây ngập gọi là ngập úng.

Một nguyên nhân khác gây ngập úng là mƣa lớn tại các vùng trũng thấp, lƣợng nƣớc mƣa chảy từ chỗ cao xung quanh xuống nơi có cao trình thấp hơn gây ngập cục bộ. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Khi nƣớc lũ trong sông rút, nƣớc ngập lụt ở các khu dân cƣ và đồng ruộng chảy tràn qua các công trình và chảy qua cầu, cống vào sông. Các vùng trũng không đƣợc nối với kênh, rãnh thoát nƣớc thì nƣớc lũ không thể rút nhanh ra đƣợc cũng gây ngập úng cục bộ. Đối với các vùng cửa sông, nƣớc trong sông chịu tác động mạnh bởi thủy triều, khi triều lên làm chậm dòng chảy từ sông ra biển, khi triều rút làm tăng dòng chảy.

Lũ về gặp triều cƣờng sẽ làm tăng mức độ ngập lụt vùng cửa sông ven biển. Ngoài ra, dƣới tác động của nƣớc dâng do bão, gió mạnh cũng làm giảm lƣợng nƣớc chảy từ sông ra biển, tăng mức độ ngập lụt vùng cửa sông, ven biển. Mô phỏng ngập lụt, mục đích tính toán mô phỏng ngập lụt Mô phỏng ngập lụt là việc mô hình hóa một cách gần đúng quá trình dòng chảy lũ trong sông và dòng chảy trong vùng ngập lụt bằng các mô hình toán, mô tả các quy luật vật lý của cơ học chất lỏng là quy luật bảo toàn khối lƣợng chất lỏng chuyển động (phƣơng trình liên tục) và bảo toàn động lƣợng của chất lỏng chuyển động (phƣơng trình chuyển động). Vùng hạ lƣu các sông thƣờng là nơi tập trung đông dân cƣ, kinh tế xã hội phát triển.

Ngập lụt sẽ gây tác hại rất lớn cho vùng hạ lƣu các sông về tài sản và tính mạng ngƣời dân, nhất là đối với khu vực miền Trung, Tây Nguyên, nơi sông ngòi có độ dốc lớn, sự tập trung nƣớc cao, lũ lên nhanh. Trong nghiên cứu [1], tình hình lũ lụt và thiệt hại trên một số lƣu vực sông miền Trung nhƣ sau: lƣu vực sông Lam, tổng thiệt hại do bão lũ trong 21 năm từ 1990 đến 2010 khoảng hơn 3.300 tỷ đồng; sông Vu Gia-Thu Bồn, từ năm 1997 đến 2009 thiên tai do bão lũ đã làm 765 ngƣời chết, 63 ngƣời mất tích và 2.403 ngƣời bị thƣơng, tổng thiệt hại về tài sản hơn 18.000 tỷ đồng; sông Trà Khúc-sông Vệ, từ 1996 đến 2010, thiên tai đã làm 601 ngƣời chết, mất tích, 1.017 ngƣời bị thƣơng, 8.501 nhà bị sập đổ và cuốn trôi, tổng thiệt hại kinh tế khoảng 7. Lũ lụt ở khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên trong năm 2017 do ảnh hƣởng của cơn bão số 12 gây tổn thất to lớn về sinh mạng và tài sản trong khu vực cho thấy tính cấp thiết của việc nghiên cứu ngập lụt 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] và phòng tránh lũ lụt ở khu vực Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Những con số về thiệt hại trong những năm qua cho thấy tai biến lũ lụt diễn ra ngày càng phức tạp và có xu thế gia tăng cả về số lƣợng và mức độ khốc liệt cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội.

Vì vậy việc tính toán mô phỏng ngập lụt, xác định khu vực xảy ra ngập lụt, độ sâu ngập phục vụ công tác quy hoạch phòng chống lũ lụt, giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt là hết sức cần thiết. Nhiều công trình nghiên cứu để ứng phó với lũ lụt và giảm nhẹ tác hại của chúng đã và đang đƣợc quan tâm trên diện rộng. Các hƣớng nghiên cứu chính là: - Mô tả về lũ lụt, xác định nguyên nhân hình thành, các quan hệ về thời gian, không gian cho các lƣu vực sông làm cơ sở khoa học để đề xuất các biện pháp giảm thiểu. - Nâng cao nghiệp vụ dự báo bằng cách nghiên cứu các phƣơng pháp, phƣơng án cảnh báo, dự báo lũ lụt nhằm tăng độ chính xác về thời gian xuất hiện, quy mô trận lũ cùng thời gian dự kiến dự báo.

- Các nghiên cứu đề xuất phƣơng án phòng tránh lũ lụt bằng những phƣơng án ứng phó hiệu quả. Đó là các biện pháp công trình và phi công trình, có thể kể đến theo hƣớng này là các quy hoạch tổng hợp hoặc chuyên ngành, sự chuẩn bị, phản ứng, phƣơng pháp chống lũ, bảo vệ trƣớc lũ và giải quyết hậu quả sau lũ. Công tác dự báo thủy văn trƣớc đây chủ yếu chỉ dự báo mực nƣớc tại các trạm, ngƣời dân và các cấp chính quyền địa phƣơng triển khai phòng chống, cứu hộ dựa vào mực nƣớc các trạm kết hợp với kinh nghiệm phòng tránh gây khó khăn trong công tác phòng chống lũ lụt. Do thay đổi của địa hình, công trình dân sinh trên vùng ngập đã làm thay đổi mức độ, phạm vi ngập lụt theo thời gian.

Vì vậy cách đánh giá khả năng ngập lụt theo mực nƣớc tại các trạm dự báo thƣờng có chính xác không cao. Với sự phát triển của kinh tế xã hội, nhu cầu của công tác phòng chống lụt đòi hỏi ngày càng cao và cập nhật diễn biến ngập lụt nên công tác dự báo, cảnh báo thủy văn không chỉ dừng lại ở việc dự báo mực nƣớc các trạm mà còn có yêu cầu cảnh báo đƣợc diện ngập, độ sâu ngập vùng hạ lƣu. Việc tính toán mô 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] phỏng diễn biến ngập lụt, xây dựng đƣợc các phƣơng án ngập lụt ứng với các cấp lũ khác nhau sẽ giúp nhân dân và chính quyền địa phƣơng trong vùng ngập triển khai công tác phòng chống lũ lụt hiệu quả và tiết kiệm. Bản đồ ngập lụt xác định đƣợc diễn biến ngập theo thời gian về diện tích ngập lụt và độ sâu ngập sẽ là cơ sở để các cấp chính quyền địa phƣơng chủ động trong công tác quy hoạch dân cƣ, sản xuất, phòng tránh lũt lụt và xây dựng phƣơng án di dân, cứu hộ kịp thời và hiệu quả, đồng thời là cơ sở để xây dựng các phƣơng án công trình và phi công trình giảm thiểu ngập lụt và thiệt hại do lũ lụt gây ra.

Mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận văn là đánh giá đƣợc mức độ ngập lụt bao gồm diện tích ngập lụt, độ sâu ngập lụt và diễn biến ngập lụt theo thời gian đối với các trận lũ có độ lớn khác nhau vùng hạ lƣu sông La Ngà trên cơ sở áp dụng mô hình thủy động lực DHM. Các nội dung nghiên cứu gồm: - Tổng quan về các phƣơng pháp, mô hình nghiên cứu ngập lụt - Nghiên cứu điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội lƣu vực sông; - Các bƣớc áp dụng mô hình DHM vào một bài toán cụ thể, cách xử lý các số liệu phục vụ đầu vào cho mô hình, nghiên cứu các tính năng của mô hình và vận dụng mô hình để mô phỏng ngập lụt vùng hạ lƣu sông La Ngà trong các trận lũ có độ lớn khác nhau, đồng thời nghiên cứu tác động của phƣơng án công trình đƣờng đê ngăn lũ bên bờ trái đến diễn biến ngập lụt vùng hạ lƣu phục vụ công tác phòng tránh lũ lụt của khu vực nghiên cứu. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu là hiện tƣợng ngập lụt do mƣa, lũ. Phạm vi nghiên cứu của đề tài là khu vực ngập lụt trọng điểm vùng hạ lƣu sông La Ngà dọc theo thung lũng đoạn sông từ trạm thủy văn Tà Pao đến trạm thủy văn Phú Hiệp.

12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.