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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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.