Mô Hình MIKE URBAN Ứng Dụng Mô Phỏng Ngập Lụt Tại Quận 1 TP. Hồ Chí Minh

• Tác giả: Lê Lương Kỳ Tường
• Người hướng dẫn: T.S. Cấn Thu Văn
• Trường học: Trường Đại Học Tài Nguyên Và Môi Trường TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Sư Thủy Văn
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình MIKE URBAN Mô Phỏng Ngập Lụt Quận 1 TP. Hồ Chí Minh
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.2. Đặc điểm địa hình
• 1.3. Đặc điểm khí tượng – thủy văn
• 1.4. Đặc điểm kinh tế - xã hội
• 1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VÀ LỰA CHỌN MÔ HÌNH MÔ PHỎNG TIÊU THOÁT ĐÔ THỊ
• 2.1. TỔNG QUAN MÔ HÌNH HIỆN NAY
• 2.1.1. Tổng quan mô hình toán
• 2.1.2. Các mô hình trên thế giới
• 2.1.3. Lựa chọn mô hình MIKE URBAN
• 2.2. LÝ THUYẾT MÔ HÌNH
• 2.2.1. Phương pháp mô hình MIKE URBAN
• 2.2.2. Phương trình cơ bản MIKE URBAN
• 2.2.3. Điều kiện đầu vào mô hình MIKE URBAN
• 2.2.4. Điều kiện biên mô hình MIKE URBAN
• 2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ MÔ HÌNH
• 3.1. DỮ LIỆU PHỤC VỤ MÔ HÌNH
• 3.1.1. Dữ liệu mạng lưới thoát nước
• 3.1.2. Dữ liệu bản đồ
• 3.2. THIẾT LẬP MÔ HÌNH
• 3.2.1. Số hóa dữ liệu
• 3.2.2. Phân chia lưu vực thu nước
• 3.2.3. Kết hợp hệ thống
• 3.3. HIỆU CHỈNH MÔ HÌNH
• 3.4. KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH
• 3.5. TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THEO MƯA THIẾT KẾ
• 3.5.1. Kết quả tính toán theo trận mưa thiết kế với chu kì xuất hiện lại 2 năm
• 3.5.2. Kết quả tính toán theo trận mưa thiết kế với chu kì xuất hiện lại 20 năm
• 3.6. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 3.6.1. Theo kết quả trận mưa thực tế
• 3.6.2. Theo kết quả trận mưa thiết kế
• 3.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Ngập Lụt Quận 1 Thực Trạng Nguyên Nhân Chính

Tình trạng ngập lụt đô thị không chỉ là vấn đề riêng của Việt Nam và TP. Hồ Chí Minh, mà còn là thách thức của nhiều đô thị trên thế giới, đặc biệt là ở các nước đang phát triển với tốc độ đô thị hóa nhanh chóng. Ngập lụt gây ra những tác động tiêu cực đến sinh hoạt của người dân, ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế và gây ô nhiễm môi trường sống. Quận 1, trung tâm của TP. Hồ Chí Minh, cũng không tránh khỏi tình trạng này. Việc nghiên cứu, tính toán ngập lụt đô thị tại đây là vô cùng quan trọng để tìm ra nguyên nhân và giải pháp giảm thiểu thiệt hại. Đã có nhiều hệ thống dự báo và cảnh báo ngập lụt được xây dựng, nhưng cần những giải pháp cụ thể hơn để giải quyết triệt để vấn đề này. Cần phải xác định các nút thắt của hệ thống tiêu thoát nước, tạo cơ sở khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo.

1.1. Vị trí địa lý và đặc điểm tự nhiên Quận 1

Quận 1 nằm ở vị trí trung tâm của TP. Hồ Chí Minh, được xem là khu vực sầm uất nhất. Quận giáp với nhiều quận khác như Bình Thạnh, Quận 2, Quận 4, Quận 5 và Quận 3. Với diện tích 7,71 km², quận 1 có vị trí quan trọng về giao thông thủy bộ, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế - xã hội. Hệ thống kênh rạch Bến Nghé - Thị Nghè đóng vai trò quan trọng trong việc thoát nước và vận chuyển hàng hóa. Tuy nhiên, đặc điểm địa hình thấp, cao độ chỉ từ 2-6m so với mực nước biển, khiến quận dễ bị ngập khi mưa lớn hoặc triều cường.

1.2. Kinh tế Xã hội và ảnh hưởng ngập lụt đến đời sống

Quận 1 là trung tâm hành chính, văn hóa, dịch vụ và thương mại của TP. Hồ Chí Minh. Hệ thống giao thông thuận tiện giúp quận phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, tình trạng ngập lụt gây ra không ít khó khăn cho hoạt động kinh tế và sinh hoạt của người dân. Ngập úng làm gián đoạn giao thông, ảnh hưởng đến hoạt động kinh doanh, gây ô nhiễm môi trường và tiềm ẩn nguy cơ dịch bệnh. Theo [nguồn tài liệu gốc], doanh thu dịch vụ - thương mại của quận đạt trên 350 tỷ đồng vào năm 2015, nhưng có thể bị ảnh hưởng đáng kể bởi tình trạng ngập lụt.

1.3. Thách thức về hệ thống thoát nước hiện tại

Hệ thống thoát nước hiện tại của quận 1 chưa đáp ứng được yêu cầu thoát nước trong điều kiện mưa lớn và triều cường. Tình trạng ngập lụt vẫn diễn ra thường xuyên ở nhiều tuyến đường. Việc cải thiện và nâng cấp hệ thống thoát nước là vô cùng cần thiết để giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt gây ra. Các giải pháp cần tập trung vào việc tăng cường khả năng thoát nước của hệ thống, cải tạo các kênh rạch và xây dựng các công trình kiểm soát lũ.

II. Mô Hình MIKE URBAN Giải Pháp Phân Tích Ngập Lụt Hiệu Quả

Mô hình MIKE URBAN là một công cụ mạnh mẽ để mô phỏng và phân tích hệ thống thoát nước đô thị. Nó cho phép mô phỏng các quá trình thủy lực phức tạp trong hệ thống cống, kênh rạch và các công trình thoát nước. Với khả năng mô phỏng dòng chảy, tính toán lưu lượng và mực nước, MIKE URBAN giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định chính xác trong việc quản lý và cải thiện hệ thống thoát nước. Việc áp dụng mô hình MIKE URBAN cho quận 1 sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về khả năng thoát nước của hệ thống hiện tại và đề xuất các giải pháp phù hợp.

2.1. Tổng quan về mô hình MIKE URBAN và ứng dụng trên thế giới

MIKE URBAN là một phần mềm mô phỏng hệ thống thoát nước đô thị được phát triển bởi DHI (Danish Hydraulic Institute). Nó được sử dụng rộng rãi trên thế giới để phân tích, thiết kế và quản lý hệ thống thoát nước. MIKE URBAN tích hợp nhiều module khác nhau, cho phép mô phỏng dòng chảy, chất lượng nước và các quá trình khác trong hệ thống. Mô hình này đã được áp dụng thành công ở nhiều thành phố lớn trên thế giới để giải quyết các vấn đề về ngập lụt và ô nhiễm nguồn nước.

2.2. Ưu điểm của MIKE URBAN so với các mô hình khác

So với các mô hình khác như HEC-RAS hay SWMM, MIKE URBAN có nhiều ưu điểm vượt trội trong việc mô phỏng hệ thống thoát nước đô thị phức tạp. MIKE URBAN cho phép mô phỏng chi tiết hệ thống cống, kênh rạch và các công trình thoát nước, đồng thời tích hợp dữ liệu GIS để quản lý và hiển thị kết quả một cách trực quan. Khả năng mô phỏng dòng chảy không ổn định trong hệ thống cống và kênh hở giúp MIKE URBAN đánh giá chính xác khả năng thoát nước của hệ thống.

2.3. Cơ sở lý thuyết và các phương trình cơ bản của MIKE URBAN

MIKE URBAN dựa trên các phương trình thủy lực cơ bản để mô phỏng dòng chảy trong hệ thống thoát nước. Các phương trình này bao gồm phương trình Saint-Venant cho dòng chảy trong kênh hở và phương trình Darcy-Weisbach cho dòng chảy trong cống. Mô hình cũng sử dụng các phương pháp số để giải các phương trình này và mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy trên bề mặt lưu vực. Việc hiểu rõ cơ sở lý thuyết của MIKE URBAN giúp người dùng áp dụng mô hình một cách hiệu quả và chính xác.

III. Ứng Dụng MIKE URBAN Mô Phỏng Ngập Lụt Quận 1 Thực Tế

Việc áp dụng mô hình MIKE URBAN vào mô phỏng ngập lụt tại Quận 1 đòi hỏi phải thu thập và xử lý một lượng lớn dữ liệu. Dữ liệu này bao gồm dữ liệu về mạng lưới thoát nước, bản đồ địa hình, dữ liệu khí tượng thủy văn và thông tin về sử dụng đất. Sau khi thu thập dữ liệu, cần thiết lập mô hình và hiệu chỉnh các tham số để đảm bảo mô hình mô phỏng chính xác tình hình thực tế. Mô hình sau đó được sử dụng để mô phỏng các trận mưa khác nhau và đánh giá khả năng thoát nước của hệ thống.

3.1. Thu thập và xử lý dữ liệu đầu vào cho mô hình

Dữ liệu mạng lưới thoát nước bao gồm thông tin về kích thước, hình dạng, độ dốc và vật liệu của các cống và kênh. Bản đồ địa hình cung cấp thông tin về cao độ và độ dốc của bề mặt lưu vực. Dữ liệu khí tượng thủy văn bao gồm lượng mưa, cường độ mưa và các yếu tố khác ảnh hưởng đến quá trình mưa - dòng chảy. Thông tin về sử dụng đất giúp xác định hệ số thấm của bề mặt lưu vực. Tất cả các dữ liệu này cần được thu thập và xử lý cẩn thận để đảm bảo tính chính xác của mô hình.

3.2. Thiết lập và hiệu chỉnh mô hình MIKE URBAN cho Quận 1

Việc thiết lập mô hình MIKE URBAN bao gồm việc số hóa dữ liệu mạng lưới thoát nước, phân chia lưu vực thu nước và kết hợp hệ thống thoát nước. Sau khi thiết lập mô hình, cần hiệu chỉnh các tham số của mô hình để đảm bảo mô hình mô phỏng chính xác tình hình thực tế. Quá trình hiệu chỉnh bao gồm việc so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu quan trắc thực tế và điều chỉnh các tham số cho đến khi kết quả mô phỏng phù hợp với dữ liệu quan trắc.

3.3. Kiểm định và đánh giá độ tin cậy của mô hình

Sau khi hiệu chỉnh mô hình, cần kiểm định mô hình bằng cách sử dụng một bộ dữ liệu khác để đánh giá độ tin cậy của mô hình. Quá trình kiểm định bao gồm việc so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu quan trắc thực tế và đánh giá mức độ phù hợp giữa hai bộ dữ liệu. Nếu kết quả kiểm định đạt yêu cầu, mô hình có thể được sử dụng để mô phỏng các trận mưa khác nhau và đánh giá khả năng thoát nước của hệ thống.

IV. Kết Quả Mô Phỏng Phân Tích Ngập Lụt Dựa Trên Mưa Thiết Kế

Mô hình MIKE URBAN sau khi được thiết lập và hiệu chỉnh sẽ được sử dụng để mô phỏng các trận mưa thiết kế với chu kỳ lặp lại khác nhau. Kết quả mô phỏng cho thấy mức độ ngập lụt tại các khu vực khác nhau của Quận 1 và đánh giá khả năng thoát nước của hệ thống. Phân tích kết quả mô phỏng giúp xác định các điểm nghẽn trong hệ thống thoát nước và đề xuất các giải pháp cải thiện.

4.1. Mô phỏng ngập lụt với các trận mưa thiết kế 2 năm 20 năm

Sử dụng các trận mưa thiết kế với chu kỳ lặp lại 2 năm và 20 năm, mô hình MIKE URBAN mô phỏng tình trạng ngập lụt tại Quận 1. Kết quả cho thấy mức độ ngập lụt tăng lên đáng kể khi sử dụng trận mưa thiết kế với chu kỳ lặp lại 20 năm, cho thấy sự cần thiết phải nâng cấp hệ thống thoát nước để đối phó với các trận mưa lớn.

4.2. Phân tích lưu lượng và mực nước tại các tuyến cống chính

Kết quả mô phỏng cung cấp thông tin về lưu lượng và mực nước tại các tuyến cống chính trong hệ thống thoát nước. Phân tích các kết quả này giúp xác định các đoạn cống bị quá tải và các khu vực có nguy cơ ngập lụt cao. Thông tin này rất quan trọng để lập kế hoạch cải thiện và nâng cấp hệ thống thoát nước.

4.3. Đánh giá mức độ ngập lụt tại các hố ga thu nước

Mô hình MIKE URBAN cũng cung cấp thông tin về mực nước tại các hố ga thu nước. Đánh giá mực nước tại các hố ga giúp xác định các khu vực có khả năng bị ngập lụt cục bộ do hố ga bị tắc nghẽn hoặc không đủ khả năng thu nước. Giải pháp có thể là tăng cường vệ sinh hố ga hoặc xây dựng thêm hố ga.

V. Giải Pháp và Kiến Nghị Giảm Thiểu Ngập Lụt Cho Quận 1

Dựa trên kết quả mô phỏng và phân tích, cần đưa ra các giải pháp và kiến nghị cụ thể để giảm thiểu ngập lụt cho Quận 1. Các giải pháp có thể bao gồm việc nâng cấp hệ thống cống, cải tạo kênh rạch, xây dựng các hồ điều hòa và tăng cường quản lý hệ thống thoát nước. Việc thực hiện các giải pháp này cần được thực hiện một cách đồng bộ và có sự phối hợp giữa các cơ quan chức năng.

5.1. Các giải pháp công trình nâng cấp cống cải tạo kênh rạch

Nâng cấp hệ thống cống bằng cách tăng kích thước cống, thay thế các cống cũ bằng các cống mới có khả năng thoát nước tốt hơn. Cải tạo kênh rạch bằng cách nạo vét bùn đất, mở rộng lòng kênh và xây dựng bờ kè. Việc thực hiện các giải pháp này sẽ giúp tăng cường khả năng thoát nước của hệ thống và giảm thiểu nguy cơ ngập lụt.

5.2. Các giải pháp phi công trình quản lý quy hoạch đô thị

Tăng cường quản lý hệ thống thoát nước bằng cách thường xuyên kiểm tra, bảo trì và nạo vét hệ thống. Quy hoạch đô thị cần xem xét đến yếu tố thoát nước, hạn chế xây dựng trên các khu vực trũng thấp và đảm bảo có đủ diện tích cho các công trình thoát nước. Nâng cao ý thức của người dân về việc bảo vệ hệ thống thoát nước.

5.3. Đề xuất các nghiên cứu tiếp theo và ứng dụng mở rộng

Cần có các nghiên cứu tiếp theo để đánh giá hiệu quả của các giải pháp và đưa ra các giải pháp tối ưu hơn. Nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đến tình trạng ngập lụt. Ứng dụng các công nghệ mới như hệ thống cảnh báo ngập lụt sớm và hệ thống giám sát mực nước tự động. Mở rộng ứng dụng mô hình MIKE URBAN cho các khu vực khác của TP. Hồ Chí Minh.

VI. Kết Luận MIKE URBAN và Tương Lai Quản Lý Ngập Lụt Đô Thị

Ứng dụng mô hình MIKE URBAN vào phân tích ngập lụt tại Quận 1 đã mang lại những kết quả quan trọng. Mô hình giúp chúng ta hiểu rõ hơn về khả năng thoát nước của hệ thống hiện tại, xác định các điểm nghẽn và đề xuất các giải pháp cải thiện. Việc sử dụng mô hình MIKE URBAN là một bước tiến quan trọng trong việc quản lý ngập lụt đô thị một cách khoa học và hiệu quả.

6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu và đánh giá hiệu quả

Nghiên cứu đã thành công trong việc áp dụng mô hình MIKE URBAN để mô phỏng ngập lụt tại Quận 1. Kết quả mô phỏng cho thấy mô hình có khả năng mô phỏng chính xác tình hình ngập lụt thực tế. Phân tích kết quả mô phỏng giúp xác định các khu vực có nguy cơ ngập lụt cao và đề xuất các giải pháp giảm thiểu.

6.2. Bài học kinh nghiệm và những hạn chế cần khắc phục

Việc thu thập và xử lý dữ liệu đầu vào là một thách thức lớn. Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan chức năng để chia sẻ dữ liệu và đảm bảo tính chính xác của dữ liệu. Mô hình MIKE URBAN đòi hỏi người dùng có kiến thức chuyên môn về thủy lực và mô phỏng. Cần có các khóa đào tạo và tập huấn để nâng cao năng lực cho cán bộ quản lý.

6.3. Triển vọng ứng dụng MIKE URBAN trong tương lai

MIKE URBAN có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng vào quản lý ngập lụt đô thị. Mô hình có thể được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các dự án cải thiện hệ thống thoát nước và lập kế hoạch ứng phó với ngập lụt. Kết hợp MIKE URBAN với các hệ thống cảnh báo ngập lụt sớm sẽ giúp giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt gây ra. Việc sử dụng MIKE URBAN sẽ giúp TP. Hồ Chí Minh quản lý ngập lụt một cách chủ động và hiệu quả hơn.