Nghiên cứu áp dụng mô hình MIKE FLOOD để khoanh vùng nguy cơ ngập lụt cho thành phố Hà Nội

Nghiên cứu áp dụng mô hình Mike Flood để xác định vùng nguy cơ ngập lụt tại thành phố Hà Nội, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý nước.

• Tác giả: Phùng Đức Chính
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tiền Giang
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Nghiên cứu áp dụng mô hình MIKE FLOOD để khoanh vùng nguy cơ ngập lụt cho địa bàn thành phố Hà Nội
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỒNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. Đặc điểm tự nhiên
• 1.2. Đặc điểm địa hình
• 1.3. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng
• 1.4. Đặc điểm khí tượng, thủy văn
• 1.5. Mạng lưới sông ngòi và các công trình thủy lợi có liên quan đến tiêu thoát nước trên địa bàn Hà Nội
• 1.6. Khái quát tình hình ngập lụt trên địa bàn Hà Nội
• 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP KHOANH VÙNG NGUY CƠ NGẬP LỤT
• 2.1. Cơ sở lý thuyết một số phương pháp khoanh vùng nguy cơ ngập lụt
• 2.2. Một số khái niệm và định nghĩa
• 2.3. Một số phương pháp khoanh vùng nguy cơ ngập lụt
• 2.4. Lựa chọn phương pháp khoanh vùng nguy cơ ngập lụt địa bàn thành phố Hà Nội
• 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MIKE FLOOD
• 3.1. Giới thiệu chung
• 3.2. Các nguyên tắc kết nối trong mô hình MIKE FLOOD
• 3.3. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11
• 3.4. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 21
• 3.5. Cơ sở lý thuyết mô hình NAM
• 4. ÁP DỤNG MÔ HÌNH MIKE FLOOD ĐỂ KHOANH VÙNG NGUY CƠ NGẬP LỤT CHO ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI
• 4.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu
• 4.2. Thiết lập mô hình một chiều MIKE 11
• 4.3. Thiết lập mô hình thủy lực mạng sông
• 4.4. Tính toán các biên đầu vào cho mô hình MIKE 11 bằng mô hình NAM
• 4.5. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11
• 4.6. Thiết lập mô hình hai chiều MIKE 21
• 4.7. Thiết lập miền tính, lưới tính
• 4.8. Thiết lập địa hình miền tính
• 4.9. Tính toán các biên đầu vào cho mô hình MIKE 21 bằng mô hình NAM
• 4.10. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE FLOOD
• 4.11. Hiệu chỉnh mô hình
• 4.12. Kiểm định mô hình
• 4.13. Khoanh vùng nguy cơ ngập lụt khu vực Hà Nội
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô hình MIKE FLOOD và ngập lụt Hà Nội

Mô hình MIKE FLOOD là một công cụ mạnh mẽ trong việc phân tích và dự đoán tình hình ngập lụt. Tại Hà Nội, mô hình này được áp dụng để xác định các khu vực có nguy cơ ngập lụt cao. Với địa hình thấp và trũng, Hà Nội thường xuyên phải đối mặt với các trận mưa lớn gây ngập lụt nghiêm trọng. Việc nghiên cứu và áp dụng mô hình MIKE FLOOD giúp các nhà quản lý có cái nhìn rõ hơn về tình hình ngập lụt, từ đó đưa ra các giải pháp kịp thời nhằm giảm thiểu thiệt hại.

1.1. Đặc điểm địa lý và khí hậu Hà Nội ảnh hưởng đến ngập lụt

Hà Nội nằm ở vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng, với địa hình thấp và trũng. Khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10, với lượng mưa lớn. Những yếu tố này tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành ngập lụt. Theo số liệu từ các trạm khí tượng, lượng mưa trung bình hàng năm tại Hà Nội đạt khoảng 1767,6 mm, với tháng 8 là tháng có lượng mưa lớn nhất.

1.2. Tác động của ngập lụt đến đời sống và kinh tế

Ngập lụt không chỉ gây thiệt hại về tài sản mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Các trận ngập lụt lớn như trận mưa lịch sử từ 30/10 đến 7/11/2008 đã gây ra thiệt hại nặng nề, với hàng chục người chết và hàng triệu đồng thiệt hại. Việc áp dụng mô hình MIKE FLOOD giúp dự đoán và quản lý tốt hơn các tình huống ngập lụt, từ đó bảo vệ an toàn cho người dân.

II. Vấn đề ngập lụt tại Hà Nội và thách thức quản lý

Ngập lụt tại Hà Nội là một vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt trong mùa mưa. Các nguyên nhân chính bao gồm mưa lớn, vỡ đê và úng nội đồng. Hệ thống thoát nước hiện tại chưa đáp ứng đủ nhu cầu, dẫn đến tình trạng ngập lụt kéo dài. Việc quản lý nước và quy hoạch đô thị cần được cải thiện để giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt.

2.1. Nguyên nhân chính gây ngập lụt tại Hà Nội

Nguyên nhân chính gây ngập lụt tại Hà Nội bao gồm lượng mưa lớn trong thời gian ngắn, sự phát triển đô thị không đồng bộ và hệ thống thoát nước chưa hoàn thiện. Các trận mưa lớn thường gây ra tình trạng ngập úng tại nhiều khu vực, đặc biệt là những nơi có địa hình thấp.

2.2. Thách thức trong quản lý ngập lụt

Quản lý ngập lụt tại Hà Nội gặp nhiều thách thức, bao gồm việc thiếu cơ sở dữ liệu chính xác về tình hình ngập lụt, sự phối hợp giữa các cơ quan chức năng còn hạn chế và thiếu các giải pháp dài hạn. Cần có sự đầu tư mạnh mẽ vào hệ thống thoát nước và quy hoạch đô thị để giảm thiểu rủi ro ngập lụt.

III. Phương pháp áp dụng mô hình MIKE FLOOD trong nghiên cứu

Mô hình MIKE FLOOD được áp dụng để phân tích và dự đoán tình hình ngập lụt tại Hà Nội. Phương pháp này bao gồm việc xây dựng cơ sở dữ liệu, thiết lập mô hình một chiều MIKE 11 và mô hình hai chiều MIKE 21. Qua đó, các nhà nghiên cứu có thể đánh giá được mức độ nguy cơ ngập lụt tại từng khu vực.

3.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu cho mô hình

Cơ sở dữ liệu được xây dựng từ các số liệu khí tượng, thủy văn và địa hình. Việc thu thập và xử lý dữ liệu chính xác là rất quan trọng để mô hình hoạt động hiệu quả. Các thông số như lượng mưa, lưu lượng dòng chảy và độ cao địa hình được sử dụng để thiết lập mô hình.

3.2. Thiết lập mô hình MIKE 11 và MIKE 21

Mô hình MIKE 11 được sử dụng để mô phỏng dòng chảy một chiều, trong khi mô hình MIKE 21 mô phỏng dòng chảy hai chiều. Cả hai mô hình đều cần được hiệu chỉnh và kiểm định để đảm bảo tính chính xác. Việc áp dụng mô hình này giúp dự đoán chính xác hơn về tình hình ngập lụt tại Hà Nội.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu từ mô hình MIKE FLOOD cho thấy các khu vực có nguy cơ ngập lụt cao tại Hà Nội. Những thông tin này rất hữu ích cho các nhà quản lý trong việc lập kế hoạch ứng phó với ngập lụt. Việc khoanh vùng các khu vực nguy cơ giúp các cơ quan chức năng có thể triển khai các biện pháp phòng ngừa kịp thời.

4.1. Kết quả khoanh vùng nguy cơ ngập lụt

Kết quả khoanh vùng cho thấy các khu vực như nội thành và các vùng trũng có nguy cơ ngập lụt cao. Mô hình đã chỉ ra các điểm nóng cần được chú ý trong mùa mưa. Thông tin này giúp các nhà quản lý có thể đưa ra các biện pháp ứng phó kịp thời.

4.2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn

Kết quả nghiên cứu từ mô hình MIKE FLOOD đã được ứng dụng vào thực tiễn trong việc lập kế hoạch quản lý ngập lụt. Các cơ quan chức năng đã sử dụng thông tin này để cải thiện hệ thống thoát nước và quy hoạch đô thị, từ đó giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng mô hình MIKE FLOOD để xác định nguy cơ ngập lụt tại Hà Nội đã cho thấy hiệu quả rõ rệt. Việc sử dụng mô hình này không chỉ giúp dự đoán tình hình ngập lụt mà còn hỗ trợ các nhà quản lý trong việc lập kế hoạch ứng phó. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và cải tiến mô hình để đáp ứng tốt hơn với các tình huống ngập lụt phức tạp.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong quản lý ngập lụt

Nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao nhận thức về nguy cơ ngập lụt tại Hà Nội. Các thông tin từ mô hình MIKE FLOOD giúp các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan hơn về tình hình ngập lụt, từ đó đưa ra các quyết định chính xác hơn.

5.2. Hướng phát triển nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục phát triển và cải tiến mô hình MIKE FLOOD để đáp ứng tốt hơn với các tình huống ngập lụt. Việc tích hợp công nghệ mới và dữ liệu lớn sẽ giúp nâng cao độ chính xác của mô hình, từ đó hỗ trợ hiệu quả hơn trong công tác quản lý ngập lụt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỒNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1. Đặc điểm tự nhiên 1. Vị trí địa lý Thành phố Hà Nội nằm ở phía tây bắc của vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng có tọa độ từ 20°53' đến 21°23' vĩ độ Bắc và 105°44' đến 106°02' kinh độ Đông, phía Bắc giáp tỉnh Thái Nguyên, phía Đông giáp tỉnh Bắc Giang và Bắc Ninh, phía Đông Nam giáp tỉnh Hưng Yên, phía Nam và Tây Nam giáp tỉnh Hòa Bình, phía Tây Bắc giáp tỉnh Vĩnh Phúc.

Sau đợt mở rộng địa giới hành chính vào tháng 8 năm 2008, Hà Nội có diện tích tự nhiên khoảng 3.344,7 km² gồm: thị xã (thị xã Sơn Tây), 10 quận nội thành (Ba Đình, Cầu Giấy, Tây Hồ, Đống Đa, Hai Bà Trưng, Thanh Xuân, Long Biên, Hoàng Mai, Hoàn Kiếm, Hà Đông) và 18 huyện ngoại thành (Đông Anh, Sóc Sơn, Thanh Trì, Từ Liêm, Gia Lâm, Ba Vì, Đan Phượng, Hoài Đức, Phúc Thọ, Thạch Thất, Quốc Oai, Thanh Oai, Chương Mỹ, Thường Tín, Phú Xuyên, Ứng Hòa, Mỹ Đức và Mê Linh). Đặc điểm địa hình Địa hình Hà Nội thấp dần theo hướng từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông với ba phần tư diện tích tự nhiên là đồng bằng, nằm ở hữu ngạn sông Đà, hai bên sông Hồng và chi lưu các sông khác. Phần diện tích đồi núi chủ yếu nằm ở các huyện Sóc Sơn, Ba Vì, Quốc Oai, Mỹ Đức, với các đỉnh như Ba Vì cao 1.281 m, Da Dê (thuộc dãy núi Ba Vì) cao 707 m, núi Hàm Lợn hay còn gọi là núi Chân Chim (huyện Sóc Sơn) cao 462 m, Thiên Trù (huyện Mỹ Đức) cao 378 m. Tiếp giáp với vùng núi cao là một vùng đồi núi thấp chạy dài từ chân núi Ba Vì xuống đến Chương Mỹ.

Tính phân bậc của địa hình đồi gò không rõ ràng, gồm những bậc có độ cao 200-150m, 150-100m, 100-50m, 50-20m và nhỏ hơn 25m. Địa hình vùng đồng bằng không phức tạp, song cũng không hoàn toàn bằng phẳng. Các huyện phía Nam là một vùng đất trũng tiếp liền với cánh đồng chiêm trũng Hà Nam và Nam Định (Hình 1. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Bản đồ địa hình Hà Nội 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng 1) Địa chất Các thành tạo địa chất trên địa bàn Hà Nội gồm các đá biến chất, trầm tích, trầm tích phun trào và trầm tích bở rời có tuổi từ Protezozoi đến hiện đại. Theo các tài liệu địa chất từ trước đến nay, lịch sử phát triển địa chất Hà Nội được chia làm 3 giai đoạn lớn: giai đoạn Neoproterozoi – Cambri sớm, giai đoạn paleozoi giữa và giai đoạn Neogen. Trong giai đoạn Neoproterozoi – Cambri sớm, khu vực Hà Nội trải qua chế độ địa máng, hình thành các thành tạo phun trào và lục địa nguyên – cacbonat.

Đến paleozoi giữa, chế độ địa máng này kết thúc, diễn ra các quá trình uốn nếp, granit hóa, các trầm tích bị biến chất thành các phiến đá thạch anh, quariz và đá hoa để hình thành vỏ lục địa cổ. Vào Neogen, do sự tái hoạt động mạnh mẽ của các đứt gãy sâu sông Lô toàn vùng đã hình thành cấu trúc dạng khối tảng. Dọc các đứt gãy diễn ra quá trình tách dãn tạo địa hình lún chìm, nước biển lấn sâu vào lục địa để lắng đọng hệ tầng Vĩnh Bảo. Đến Đệ Tứ các quá trình lún chìm và nâng cao diễn ra có tính chu kỳ dẫn đến biển tiến vào đầu Holocen muộn cùng với quá trình lắng đọng trầm tích với những kiểu nguồn gốc khác nhau để hình thành các hệ tầng Hà Nội, Vĩnh Phúc, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình.

2) Thổ nhưỡng Trên địa bàn Hà Nội có bốn loại đất chính: đất phù sa trong đê, đất phù sa ngoài đê, đất bạc màu và đất đồi núi. Đất phù sa trong đê là loại đất màu mỡ do các hệ thống sông bồi đắp từ hàng nghìn năm trước có độ pH từ 6÷7, hàm lượng mùn và chất dinh dưỡng khá cao, thích hợp với nhiều loại cây trồng. Đất phù sa ngoài đê là loại đất rất màu mỡ, tập trung chủ yếu ở các bãi bồi ven sông và các bãi giữa sông. Hàng năm chúng được bồi đắp khi lũ về.

11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nhóm đất bạc màu phát triển chủ yếu trên đất phù sa cổ tập trung nhiều ở hai huyện Đông Anh và Sóc Sơn. Đây là loại đất chua, nghèo dinh dưỡng, thành phần cơ giới nhẹ, rời rạc khi khô cạn, kết dính khi gặp nước. Nhóm đất đồi núi tập trung chủ yếu ở các huyện Ba Vì, Sóc Sơn, Thạch Thất, Quốc Oai, Chương Mỹ, Mỹ Đức, và thị xã Sơn Tây. Trong đó khu vực đất đồi núi tập trung chủ yếu ở các huyện Ba Vì, Mỹ Đức, Sóc Sơn, phổ biến là đất feralit với tầng đất mỏng, thích hợp trồng rừng phòng hộ, cây công nghiệp dài ngày và cây dược liệu.

Khu vực đất gò đồi tập trung chủ yếu ở các huyện còn lại, phổ biến là đất feralit lẫn với nhóm bạc màu và feralit phát triển trên đá trầm tích. Đặc điểm khí tượng, thủy văn 1) Đặc điểm khí tượng Hà Nội nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa nóng ẩm có mùa Hè nóng ẩm, mưa nhiều với nền nhiệt độ không khí cao và mùa Đông lạnh, ít mưa với nền nhiệt độ không khí tương đối thấp. Theo chuỗi số liệu quan trắc các trạm khí tượng Hà Nội (trạm Láng) và Hà Đông từ năm 1971 đến 2009, đặc điểm chính của khí tượng Hà Nội như sau: Nhiệt độ Nhiệt độ trung bình năm ở trạm Láng là 23.70C và ở Hà Đông là 23. Nhiệt độ trung bình các tháng mùa hè (V-X) ở trạm Láng là 27.80C và ở Hà Đông là 27.

Nhiệt độ trung bình các tháng mùa đông (XI-XII,I-IV) ở Hà Nội là 19.6 0C và ở Hà Đông là 19. Nhiệt độ trung bình tháng tại các trạm (1961-2010) Đơn vị: 0C Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Láng 16.4 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Độ ẩm Độ ẩm không khí trung bình năm tại Láng là 82% và tại Hà Đông là 85%. Thời kỳ cuối mùa hè đến đầu mùa Đông (XI-XII) là thời kỳ tương đối khô, độ ẩm trung bình tháng tại Láng chỉ 78% và tại Hà Đông từ 82%. Thời kỳ từ tháng II-III là thời kỳ ẩm ướt do có mưa phùn nên đây là các tháng có độ ẩm trung bình cao nhất trong năm, tại Láng độ ẩm đạt 86%, tại Hà Đông độ ẩm đạt 89%.

Biên độ độ ẩm trong ngày chỉ từ 20-30%, các tháng giữa mùa mưa độ ẩm tương đối lớn, trung bình từ 82-84% tại Hà Nội và 87% tại Hà Đông (Bảng 1. Độ ẩm trung bình tháng tại các trạm (1961-2010) Đơn vị: % Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Láng 80.4 Nắng Số giờ nắng trung bình năm ở Hà Nội là 1562 giờ: Mùa Hè (V-X) có số giờ nắng trung bình tháng từ 163,6 – 189,7 giờ. Mùa Đông có số giờ nắng trung bình tháng từ 47,2 – 138,6 giờ. Tháng II-III có nhiều ngày trời âm u, mưa phùn đây là các tháng có số giờ nắng ít nhất trong năm, chỉ từ 47,2 - 54,2 giờ/tháng.

Mưa Ở khu vực Hà Nội mưa phân bố không đều, lượng mưa năm trung bình tại trạm Láng là 1767,6 mm; tại trạm Sơn Tây 1356,0 mm; tại trạm Sóc Sơn là 1356,0 mm. Số ngày mưa xuất hiện trong một năm vào khoảng 130-140 ngày. Mùa mưa kéo dài 6 tháng, từ tháng V đến tháng X. Lượng mưa trong mùa mưa tập trung, chiếm tới 85% lượng mưa cả năm.

Tháng VIII là tháng có lượng mưa lớn nhất dao động trong khoảng từ 300- 350mm với 16-18 ngày mưa. Các tháng VI, VII và IX lượng mưa trung bình tháng dao động trong khoảng từ 250-300mm, với 12-15 ngày mưa (Bảng 1. 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Lượng mưa trung bình tháng các trạm (1961 - 2010) Đơn vị: mm Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Láng 19.0 Lượng mưa năm lớn nhất quan trắc được tại Sơn Tây là 2876.4mm (năm 1980), tại Thạch Thất là 2496.6 mm (năm 1980), tại Hà Đông là 2977.9 (năm 2008), tại Gia Lâm là 2316.2mm (năm 2008), tại Sóc Sơn là 2015.

Từ tháng XI đến tháng IV năm sau là mùa ít mưa (mùa khô). Những tháng đầu mùa đông là thời kỳ ít mưa nhất, mỗi tháng trung bình chỉ có 6-8 ngày có mưa nhỏ. Tháng I là tháng có lượng mưa nhỏ nhất chỉ khoảng 15-20mm và 5-7 ngày mưa. Nửa cuối mùa khô là thời kỳ mưa phùn ẩm ướt.

Tuy lượng mưa không tăng nhiều so với đầu mùa (cũng chỉ khoảng 20-40mm/tháng) song số ngày mưa thì nhiều hơn rõ rệt mỗi tháng có10-15 ngày có mưa. Lượng mưa ở Hà Nội biến động khá mạnh theo mùa và từ năm này qua năm khác. Những năm nhiều mưa nhất, lượng mưa có thể vượt quá 2500mm, những năm ít mưa nhất không quá 1000mm. Chênh lệch lượng mưa giữa năm cực đại và cực tiểu lên tới 1500mm và có thể cao hơn.

Trong những tháng mùa mưa, lượng mưa trung bình đạt khoảng 250-350mm/tháng, nhưng lượng mưa tháng lớn nhất có thể vượt quá 500-800mm và lượng mưa tháng nhỏ nhất không tới 40-50mm. Trong những tháng mùa khô lượng mưa thay đổi từ 3-5mm (năm ít mưa) đến hơn 100mm (năm mưa nhiều), Hình 1. 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phân bố lượng mưa trung Hình 1.

Phân bố lượng mưa trung bình bình tháng trạm Láng (1961-2010) tháng trạm Sơn Tây (1961-2010) Bốc hơi Lượng bốc hơi trung bình năm ở trạm Láng là 61,4 mm, trạm Hà Đông 44, 2 mm. Các tháng có lượng bốc hơi lớn nhất trong năm là các tháng mùa hè và đầu mùa đông (V-XII), lượng bốc hơi trung bình tháng từ 49,3 – 69,0 mm. Các tháng có lượng bốc hơi ít nhất là tháng I-IV, lượng bốc hơi trung bình tháng từ 34,5 – 46,1 mm (Bảng 1. Bốc hơi trung bình tháng tại các trạm (1961 - 2010) Đơn vị: mm Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII TB Láng 49.2 Gió Hướng gió thịnh hành ở khu vực Hà Nội là hướng Đông Nam (mùa hè), với tần suất khoảng 21.91%, tiếp đó là hướng Đông Bắc (mùa đông) chiếm 11.

Các hướng Đông, Đông Đông Bắc, Bắc và Tây Bắc có tần suất từ 5,22 – 6,73%. Tốc độ gió trung bình năm ở Hà Nội là 1. Tốc độ gió trung bình từng tháng biến đổi không nhiều (từ 1. Các tháng từ I-V có tốc độ gió 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] trung bình tháng từ 2.

Các tháng VI-XII có tốc độ gió trung bình tháng là 1. Tốc độ gió lớn nhất trong các tháng từ 15 - 34m/s.