ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI ANH KIỆT XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT LƢU VỰC SÔNG LẠI GIANG, TỈNH BÌNH ĐỊNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴN[.]
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI ANH KIỆT XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT LƢU VỰC SƠNG LẠI GIANG, TỈNH BÌNH ĐỊNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI ANH KIỆT XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT LƢU VỰC SƠNG LẠI GIANG, TỈNH BÌNH ĐỊNH Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60.58.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS Võ Ngọc Dƣơng Đà Nẵng - Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Bùi Anh Kiệt ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài: Mục đích nghiên cứu: Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Nội dung nghiên cứu: Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu: Ý nghĩa thực tiễn đề tài: Cấu trúc luận văn: CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ TÌNH HÌNH HÌNH NGẬP LỤT LƢU VỰC SƠNG LẠI GIANG 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu 1.1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 1.1.2 Điều kiện khí tượng, thủy văn 1.1.3 Tài nguyên thiên nhiên 1.2 Điều kiện kinh tế xã hội 10 1.2.1 Tình hình dân sinh kinh tế 10 1.2.2 Cơ sở hạ tầng 14 1.3 Tổng quan lưu vực sông Lại Giang 15 1.3.1 Đặc điểm khí tượng thủy văn lưu vực sơng Lại Giang 15 1.3.2 Đặc điểm kinh tế xã hội lưu vực sông Lại Giang 17 1.3.3 Tình hình ngập lụt lưu vực sơng Lại Giang 17 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 20 2.1 Tổng quan chung 20 2.1.1 Khái niệm đồ ngập lụt 20 2.1.2 Các phương pháp xây dựng đồ ngập lụt 20 2.1.3 Tổng quan mô hình thuỷ văn, thuỷ lực 21 2.2 Giới thiệu mơ hình MIKE SHE 23 2.2.1 Tổng quan mơ hình MIKE SHE 23 2.2.2 Kết tính tốn mơ hình MIKE SHE cho lưu vực sơng Lại Giang 24 2.3 Cơ sở lý thuyết mơ hình thủy lực 27 2.3.1 Cơ sở lý thuyết MIKE FLOOD 27 iii 2.3.2 Cơ sở lý thuyết MIKE 11 30 2.3.3 Cơ sở lý thuyết MIKE 21 32 2.4 Giới thiệu quy trình xây dựng đồ ngập lụt kết hợp công cụ GIS 33 2.4.1 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý (GIS) 34 2.4.2 Xây dựng, quản lý sở liệu 34 2.4.3 Xây dựng đồ ngập lụt công nghệ GIS 35 CHƢƠNG XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 36 3.1 Xây dựng mô hình thủy lực 36 3.1.1 Xây dựng mơ hình thủy lực chiều 36 3.1.2 Xây dựng mơ hình thủy lực chiều 38 3.1.3 Thiết lập mơ hình mơ MIKE FLOOD 40 3.2 Hiệu chỉnh kiểm định mô hình 41 3.2.1 Hiệu chỉnh mơ hình 42 3.2.2 Kiểm định mơ hình 43 3.3 Xây dựng đồ ngập lụt ứng với trường hợp 44 3.3.1 Bản đồ ngập lụt ứng với tần suất lưu lượng 0,1% 46 3.3.2 Mô kịch ngập lụt ứng với tần suất lưu lượng 0,5% 48 3.3.3 Mô kịch ngập lụt ứng với tần suất lưu lượng 1% 50 3.3.4 Mô kịch biến đổi khí hậu tương ứng với giai đoạn tương lai 2016-2035 với kịch phát thải RCP4.5 52 3.3.5 Mô kịch biến đổi khí hậu tương ứng với giai đoạn tương lai 2016-2035 với kịch phát thải RCP8.5 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC TÍNH TỐN 70 iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Học viên: Bùi Anh Kiệt Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60.58.02.02 Khóa: 2016-2018 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt: Việc nghiên cứu lũ lụt mưa lũ gây lưu vực sông Lại Giang cần thiết Để đánh giá tác động lũ lụt, nghiên cứu thực cách mô ngập lụt sông Lại Giang ứng với tần suất lũ, từ sử dụng phần mềm ArcGis xây dựng đồ ngập lụt Kết nghiên cứu thể khu vực bị ngập, diện tích ngập, chiều sâu ngập khu vực nghiên cứu Kết nghiên cứu cung cấp cho quyền địa phương quan quản lý thiên tai địa bàn tỉnh thông tin cần thiết để chủ động đối phó giảm thiểu thiệt hại lũ lụt lưu vực sơng Lại Giang Từ Khố: Ngập lụt; Sơng Lại Giang; tần suất; Mike-Flood BUILD A MAP OF THE FLOODED LAI GIANG RIVER BASIN, BINH DINH PROVINCE Abstract: The research on floods caused by heavy rain in a Lai Giang river is an important issue that needs to be identified To access the effects of floods, the study was conducted by using ArcGis software - to simulate for flood frequencies, and then building flood maps The study obtained has been indicated for flood area, inundation area, and the depth distribution of flood backwater The results of these initial analyses are used to provide for Local Government and Provincial Disaster Management Authority, to actively respond to flood disasters, as well as preventing and minimizing flood risk from Lai Giang River basin Từ Khoá: flood; Lai Giang River; frequency; Mike-Flood v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT BĐKH : Biến đổi khí hậu DHI : Viện thủy lực Đan Mạch MIKE SHE : Mơ hình mưa – dịng chảy (DHI) MIKE 11 : Mơ hình thủy lực chiều thuộc mơ hình MIKE MIKE 21 : Mơ hình thủy lực chiều thuộc mơ hình MIKE MIKE FLOOD: Mơ hình thủy lực chiều thuộc mơ hình MIKE R : Hệ số tương quan R2 : Hệ số NASH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các đặc trưng nhiệt độ khu vực nghiên cứu Bảng 1.2 Các đặc trưng độ ẩm khơng khí trung bình khu vực nghiên cứu Bảng 1.3 Số nắng bình quân ngày tháng năm Bảng 1.4 Vận tốc gió bình qn tháng năm Bảng 1.5 Lượng bốc đo ống Piche Zpic (mm) Bảng 1.6 Lượng bốc mặt nước Znc (mm) Bảng 1.7 Dân số trung bình tỉnh theo đơn vị huyện 11 Bảng 1.8 Tỷ suất sinh thô, tỷ suất chết thô tỷ lệ tăng dân số phân theo thành thị , nông thôn 11 Bảng 3.1 Các số mơ hình MIKE 11 sau hiệu chỉnh 42 Bảng 3.2 Bộ thông số hệ số nhám Maning (n) 43 Bảng 3.3 Các số mô hình MIKE 11 sau kiểm định 43 Bảng 3.4 Thống kê diện tích ngập với tần suất lũ 0.1% 47 Bảng 3.5 Thống kê diện tích ngập với tần suất lũ 0.5% 49 Bảng 3.6 Thống kê diện tích ngập với tần suất lũ 1% 51 Bảng 3.7 Thống kê diện tích ngập với tần suất lũ kịch RCP4.5 55 Bảng 3.8 Bảng tổng hợp tình hình ngập có biến đổi khí hậu, kịch RCP4.5 56 Bảng 3.9 Thống kê diện tích ngập ứng với kịch RCP8.5 61 Bảng 3.10 Bảng tổng hợp tình hình ngập có biến đổi khí hậu, kịch phát thải RCP8.5 62 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Bản đồ hành tỉnh Bình Định Hình 1-2 Bản đồ phân bố sơng ngịi trạm khí tượng thủy văn tỉnh Bình Định9 Hình 1-3 Bản đồ lưu vực sơng Lại Giang 15 Hình 2-1 Minh họa phương pháp sử dụng luận văn 21 Hình 2-2: Các ứng dụng kết nối tiêu chuẩn 28 Hình 2-3: Một ứng dụng kết nối bên 29 Hình 2-4: Một ví dụ kết nối cơng trình 29 Hình 2-5 Lưới tính toán đoạn kênh 32 Hình 3-1: Sơ đồ mạng lưới sơng tính tốn MIKE11 36 Hình 3-2: Mặt cắt vị trí đầu sơng Kim Sơn sơng MIKE11 37 Hình 3-3: Thiết lập tốn mơ thủy lực Hydrodynamic 38 Hình 3-4: Lưới tính tốn lưu vực Lại Giang 39 Hình 3-5: Mô chiều vùng bãi lưu vực sông Lại Giang mơ hình chiều 39 Hình 3-6: Thiết lập hệ số nhám Mike21 40 Hình 3-7: Thiết lập kết nối mơ hình Mike Flood 40 Hình 3-8: Sơ đồ kết nối Mike 11 Mike 21 FM 41 Hình 3-9: Sơ đồ chi tiết kết nối bên 41 Hình 3-10: So sánh đường mực nước trạm Bồng Sơn đợt lũ tháng 11/1999 42 Hình 3-11: So sánh đường mực nước trạm Bồng Sơn đợt lũ năm 2007 44 Hình 3-12 Bản đồ ngập lụt ứng với tần suất 0,1% 46 Hình 3-13 Bản đồ thiệt hại ứng với tần suất 0,1% 46 Hình 3-14 Bản đồ ngập lụt ứng với tần suất 0,5% 48 Hình 3-15 Bản đồ thiệt hại ứng với tần suất 0,5% 48 Hình 3-16 Bản đồ ngập lụt ứng với tần suất 1% 50 Hình 3-17 Bản đồ thiệt hại ứng với tần suất 1% 50 viii Hình 3-18 Bản đồ ngập lụt ứng với tần suất 0.1% 52 Hình 3-19 Bản đồ thiệt hại ứng với tần suất 0.1% 52 Hình 3-20 Bản đồ ngập lụt ứng với tần suất 0.5% 53 Hình 3-21 Bản đồ thiệt hại ứng với tần suất 0.5% 53 Hình 3-22 Bản đồ ngập lụt ứng với tần suất 1% 54 Hình 3-23 Bản đồ thiệt hại ứng với tần suất 1% 54 Hình 3-24 Bản đồ ngập lụt ứng với tần suất 0.1% 57 Hình 3-25 Bản đồ thiệt hại ứng với tần suất 0.1% 58 Hình 3-26 Bản đồ ngập lụt ứng với tần suất 0.5% 58 Hình 3-27 Bản đồ thiệt hại ứng với tần suất 0.5% 59 Hình 3-28 Bản đồ ngập lụt ứng với tần suất 1% 59 Hình 3-29 Bản đồ thiệt hại ứng với tần suất 1% 60 18 Hè thu gây thiệt Đơng xn c Tình hình thiên tai Lưu vực sông An Lão (đến t - trận lũ năm lũ sớm chiếm khoảng 4%, lũ muộn chiếm khoảng 9%, cịn lũ vụ chiếm khoảng 87% 19 d Tình hình thiệt hại lũ lƣu vực TT Chỉ tiêu Số người chết Nhà cửa bị sập, trôi, tốc mái Nhà bị ngập Cây trồng bị thiệt hại Các cơng trình thủy lợi bị hư hỏng Kênh mương Đập: - Tạm - Kiên cố Kè (sạt lở) Bờ sông (sạt lở) Trạm bơm Các công trình giao thơng bị hư hỏng 17 tuyến đường vị trí: 13.978 m Cống lũ Các cơng trình cơng cộng Tổng thiệt hại (ƣớc tính) Hồi Ân người 17 4.525 Huyện Hoài Nhơn người 25 291 An Lão 132 390 123 711 336 13.800 m 3.000 m 36.500 m /45200m 128 cái 2.830 m3 14.600 m3 10.814 m3 38 sở 36 tỷ 21.156 m 25 8,5 tỷ 34,5 tỷ 20 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 2.1 Tổng quan chung 2.1.1 Khái niệm đồ ngập lụt Bản đồ nguy ngập lụt loại đồ chuyên đề thể vùng ngập lụt hạ du thời điểm định Bản đồ ngập lụt thể vùng có nguy bị ngập tương ứng với trận lũ khác 2.1.2 Các phƣơng pháp xây dựng đồ ngập lụt Hiện có ba phương pháp thường ứng dụng để xây dựng đồ ngập lụt, là: - Phương pháp truyền thống: xây dựng đồ ngập lụt dựa vào điều tra thủy văn địa hình - Xây dựng đồ ngập lụt dựa vào điều tra trận lũ lớn thực tế xảy - Xây dựng đồ ngập lụt dựa vào việc mô phỏng, tính tốn mơ hình thủy văn, thủy lực Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng việc xây dựng tính tốn diện tích ngập lụt Bản đồ ngập lụt xây dựng theo phương pháp truyền thống thể lại trạng ngập lụt, chưa mang tính dự báo mang ý nghĩa to lớn nhiều mặt cơng tác huy phịng chống lũ lụt làm sở để đánh giá, so sánh nghiên cứu Tuy phương pháp tốn công, nhiều thời gian, không đáp ứng nhu cầu thực tế có điểm người nghiên cứu khơng thể đo đạc không thu thập số liệu đo đạc Việc xây dựng đồ ngập lụt dựa vào số liệu điều tra, thu thập từ nhiều trận lũ xảy đáng tin cậy nhất, nhiên liệu thông tin điều tra cho trận lũ lớn lại khơng có tính dự báo tương lai, hạn chế nhiều ưu điểm tính ứng dụng đồ ngập lụt thực tế Sử dụng công cụ mô phỏng, mô hình hóa mơ hình thủy văn, thủy lực cần thiết có hiệu nhiều cách tiếp cận đại sử dụng rộng rãi thời gian gần giới Việt Nam kết hợp với lợi phương pháp truyền thống 21 Mặc khác, với phát triển máy tính hệ thống thơng tin, sở liệu, ngày có nhiều ứng dụng phát triển dựa hệ thông tin địa lý (GIS), mà xây dựng đồ ngập lụt ứng dụng quan trọng, mang lại nhiều lợi ích thiết thực thực tiễn cơng tác phịng chống lụt bão giảm nhẹ thiên tai Do luận văn tập trung giới thiệu sử dụng mơ hình thủy lực, sau kết hợp sử dụng phần mềm ArcGis để xây dựng đồ ngập lụt Hình 2-1 Minh họa phương pháp sử dụng luận văn Trong luận văn học viên có tính kế thừa số liệu thủy văn từ mơ hình Mike She tính tốn luận văn “Đánh giá tác động hồ chứa nước Đồng Mít ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến dịng chảy sơng Lại Giang, Bình Định” Võ Hồng Hiệp thực hiện, để làm biên đầu vào tính tốn mơ hình thủy lực 2.1.3 Tổng quan mơ hình thuỷ văn, thuỷ lực a Các mơ hình thuỷ văn • Mơ hình Ltank: PGS.TS Nguyễn Văn Lai đề xuất năm 1986 ThS Nghiêm Tiến Lam chuyển giao diện máy vi tính ngơn ngữ VisualBasic, phiên cải tiến từ mơ hình Tank gốc tác giả Sugawara (1956) Mơ hình tốn mưa rào dịng chảy dựa trình trao đổi lượng ẩm tầng mặt, ngầm lưu vực, bốc ứng dụng tốt cho lưu vực vừa nhỏ • Mơ hình Hec-HMS: mơ hình mưa dịng chảy Trung tâm Thuỷ văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ phát triển từ mơ hình HEC-1, mơ hình có cải tiến đáng kể kỹ thuật tính tốn khoa học thuỷ văn thích hợp với 22 lưu vực sơng vừa nhỏ Là dạng mơ hình tính tốn thuỷ văn dùng để tính dịng chảy từ số liệu đo mưa lưu vực Trong thành phần mô tả lưu vực sông gồm cơng trình thuỷ lợi, nhánh sơng Kết Hec-HMS biểu diễn dạng sơ đồ, biểu bảng tường minh thuận tiện cho người sử dụng Ngoài ra, chương trình liên kết với sở liệu dạng DSS mơ hình thuỷ lực Hec-RAS • Mơ hình NAM: xây dựng 1982 khoa thuỷ văn viện kỹ thuỷ động lực thuỷ lực thuộc đại học kỹ thuật Đan Mạch Mơ hình dựa nguyên tắc bể chứa theo chiều thẳng đứng hồ chứa tuyến tính Mơ hình tính q trình mưa - dịng chảy theo cách tính liên tục hàm lượng ẩm năm bể chứa riêng biệt tương tác lẫn Các mơ hình thuỷ văn cho kết q trình dịng chảy điểm khống chế (cửa lưu vực) tự thân chúng đứng độc lập chưa đủ khả để đưa thơng tin diện tích mức độ ngập lụt mà phải kết hợp với số công cụ khác GIS, biên cho mơ hình thủy động lực 1-2 chiều khác • Mơ hình đường đơn vị (UHM): Được sử dụng để thay cho mơ hình NAM để mơ lũ lụt khu vực, nơi khơng có hồ sơ dịng chảy lũ b Các mơ hình thuỷ lực • Mơ hình Hec-RAS: Trung tâm Thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ xây dựng áp dụng để tính tốn thủy lực cho hệ thống sơng Phiên bổ sung thêm modul tính vận chuyển bùn cát tải khuếch tán Mơ hình HEC-RAS xây dựng để tính tốn dịng chảy hệ thống sơng có tương tác chiều dịng chảy sơng dịng chảy vùng đồng lũ Khi mực nước sông dâng cao, nước tràn qua bãi gây ngập vùng đồng bằng, mực nước sông hạ thấp nước chảy lại vào sơng - - 23 • Họ mơ hình MIKE: Viện thủy lực Đan mạch (DHI) xây dựng tích hợp nhiều cơng cụ mạnh, giải toán lĩnh vực tài ngun nước - MIKE 11: mơ hình chiều kênh hở, bãi ven sông, vùng ngập lũ, sơng kênh có kết hợp mơ ruộng mà kết thủy lực ô ruộng "giả chiều" ộng lực học dòng chảy chiều vùng ngập lũ ứng dụng tính toán rộng rãi Việt Nam phạm vi tồn giới Mơ ộng lực học mơ mực nước dịng chảy sơng, vùng cửa sơng, vịnh ven biển Mơ hình mơ dịng chảy khơng ổn định hai chiều ngang lớp dòng chảy - MIKE-Flood sử dụng cần có mô tả hai chiều số khu vực (MIKE 21) nơi cần kết hợp mơ hình chiều (MIKE 11) Trường hợp cần kết nối chiều hai chiều cần có mơ hình vận tốc chi tiết cục (MIKE 21) thay đổi dịng chảy sơng điều tiết cơng trình phức tạp (cửa van, cống điều tiết, cơng trình thúy lợi đặc biệt ) mơ theo mơ hình MIKE 11 Khi mơ hình chiều MIKE 11 cung cấp điều kiện biên cho mơ hình MIKE 21 (và ngược lại) - MIKE 11-GIS sử dụng để xây dựng đồ ngập lụt cho vùng hạ lưu sông MIKE 11-GIS cơng cụ mạnh trình bày biểu diễn mặt khơng gian thích hợp cơng nghệ mơ hình bãi ngập sơng MIKE 11 với khả phân tích khơng gian hệ thống thơng tin địa lý mơi trường ArcGIS MIKE 11-GIS mô diện ngập lớn nhất, nhỏ hay diễn biến từ lúc nước lên lúc nước xuống trận lũ Độ xác kết tính từ mơ hình thời gian tính tốn phụ thuộc nhiều vào độ xác DEM Nó cho biết diện ngập độ sâu tương ứng vùng khơng xác định hướng dịng chảy Do khu vực nghiên cứu liệu địa hình, địa hình lịng sơng chưa có Trong diện tích mơ tả ngập lụt lớn, luận văn học viên sử dụng mơ hình MIKE-FFLOOD mơ hình MIKE để mơ q trình ngập lụt lưu vực sơng Lại Giang, tỉnh Bình Định 2.2 Giới thiệu mơ hình MIKE SHE 2.2.1 Tổng quan mơ hình MIKE SHE Mơ hình tốn vật lý thông số phân bổ mô hệ thống tổng hợp dịng chảy mặt- dịng chảy ngầm lưu vực sơng Mô biến đổi lượng chất 24 hệ thống tài nguyên nước Bao gồm dòng chảy lòng dẫn, dòng chảy tràn bề mặt, dòng chảy ngầm tầng khơng áp, dịng chảy ngầm tầng có áp, dịng chảy tầng ngầm chuyển tiếp tầng có áp tầng khơng áp, bốc từ tầng thảm phủ, truyền chất, vận chuyển bùn cát 2.2.2 Kết tính tốn mơ hình MIKE SHE cho lƣu vực sơng Lại Giang1 a Từ liệu độ cao, liệu sử dụng đất, mạng lưới sơng ngịi kế thừa từ dự án “Xây dựng đồ ngập lụt nước biển dâng tình bão mạnh, siêu bão tỉnh Bình Định” Số liệu khí tượng thủy văn: - Số liệu mưa: Số liệu mưa bình quân ngày dùng tính tốn, có 10 trạm mưa: An Hịa, Hồi Ân, Bồng Sơn, Hồi Nhơn, Vĩnh Kim, Vĩnh Sơn, Phù Mỹ, Ba Tơ, Đức Phổ, Sa Huỳnh Các trạm đo mưa có số liệu tương đối đủ dài, sử dụng số liệu đo mưa trạm từ năm 1995 đến năm 2014 đưa vào mô hình MIKE SHE để tính tốn dịng chảy đến - Số liệu lưu lượng trung bình ngày trạm An Hịa sơng An Lão, số liệu từ năm 1995 đến năm 2009 b Kết hiệu chỉnh: Với sở liệu có, mơ hình chạy vòng năm, từ năm 1995 đến 2002 Dữ liệu dòng chảy trạm An Hòa sử dụng để hiệu chỉnh Kết hiệu chỉnh thể sau: Bảng 2.2 Các số mơ hình MIKE SHE sau hiệu chỉnh Hiệu chỉnh (1996-2002) Thông số Lưu lượng (m3/s) Trạm An Hòa MAE RMSE R R2 (hệ số NASH) 20.2837 38.0119 0.9076 0.8157 Võ Hoàng Hiệp, (2017), “Đánh giá tác động hồ chứa nước Đồng Mít ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến dịng chảy sơng Lại Giang, Bình Định” Luận văn thạc sĩ khoa học, ĐHBK Đà Nẵng 25 ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH DỊNG CHẢY TẠI TRẠM AN HỊA GIAI ĐOẠN HIỆU CHỈNH TỪ NĂM 1996 ĐẾN 2002 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 1/1/1996 1/1/1997 1/1/1998 1/1/1999 Q Thực đo 1/1/2000 1/1/2001 1/1/2002 Q Mô c Kiểm định mơ hình Tương tự q trình hiệu chỉnh, q trình kiểm định mơ hình chạy năm từ 2002 đến 2009 Kết so sánh thể sau: Bảng 2.3 Các số mơ hình MIKE SHE sau kiểm định Kiểm định (2003-2009) Thơng số Trạm Lưu lượng (m3/s) An Hịa MAE RMSE R R2 (hệ số NASH) 20.0169 37.9525 0.8977 0.7850 ĐƯỜNG Q TRÌNH DỊNG CHẢY TẠI TRẠM AN HỊA GIAI ĐOẠN KIỂM ĐỊNH 1400 1200 1000 800 600 400 200 1/1/2003 1/1/2004 1/1/2005 1/1/2006 Q Thực đo 1/1/2007 Q Kiểm định 1/1/2008 1/1/2009 26 Nhận xét kết hiệu chỉnh kiểm định: Thơng qua so sánh q trình dịng chảy ta thấy khơng có sai khác nhiều giá trị thực đo mô Đồng thời số thống kê hệ số tương quan (R) hệ số Nash sutcliffe (R2) đạt cao (hệ số Nash 0,82 trình hiệu chỉnh 0,78 giai đoạn kiểm định), điều lần thể mức độ tin cậy ứng dụng mơ hình phân bố MIKE-SHE cho mơ dịng chảy lưu vực Qua nhận thấy kết tính tốn (Q~t) Luận văn “Đánh giá tác động hồ chứa nước Đồng Mít ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến dịng chảy sơng Lại Giang, Bình Định” có kết tốt để sử dụng làm số liệu đầu vào để tiến hành thực bước trình Xây dựng đồ ngập lụt lưu vực sông Lại Giang Trong luận văn học viên tiếp tục sử dụng phần mềm MIKE SHE, kế thừa thơng số tính tốn để trích xuất lưu lượng theo 27 2.3 Cơ sở lý thuyết mơ hình thủy lực Mơ hình lựa chọn tính tốn lũ cho lưu vực sơng Lại Giang mơ hình MIKE FLOOD MIKE FLOOD kết hợp với mơ hình chiều MIKE 11 - mơ tả dịng chảy chiều sơng mơ hình hai chiều MIKE 21 - mơ dịng chảy hai chiều ngang bãi tràn Mơ hình MIKE FLOOD thể mức độ ngập lụt theo hướng vận tốc dòng chảy lũ vùng ngập lụt 2.3.1 Cơ sở lý thuyết MIKE FLOOD Mặc dù mơ hình MIKE 11 MIKE 21 có ưu điểm vượt trội việc mơ dịng chảy chiều mạng lưới sơng phức tạp (MIKE 11) mơ chiều dòng chảy tràn bề mặt đồng ruộng (MIKE 21) Tuy nhiên xét riêng lẻ chúng số hạn chế việc mô ngập lụt Đối với MIKE 11, khó khăn để mơ dịng chảy tràn khơng biết trước số khu chứa hướng chảy, không mô tả trường vận tốc mặt ruộng khu chứa, MIKE 21, muốn vừa tính tốn dịng tràn bề mặt ruộng, vừa muốn nghiên cứu dòng chảy chủ lưu kênh dẫn cần phải thu nhỏ bước lưới đến mức thể thay đổi địa hình lịng dẫn mà hệ thời gian tính tốn tăng lên theo cấp số nhân Để kết hợp ưu điểm mơ hình chiều, đồng thời khắc phục nhược điểm chúng, MIKE FLOOD cho phép kết nối mơ hình MIKE 11 MIKE 21 q trình tính tốn, tăng bước lưới mơ hình (nghĩa giảm thời gian tính tốn) mơ dịng chảy lịng dẫn mặt ruộng ô chứa Lưu lượng thoát từ biên MIKE 11 tham gia vào MIKE 21FM với dạng biên lưu lượng dạng điểm bước thời gian n Lưu lượng từ MIKE 11 tác động đến phương trình liên tục với dạng phương trình động lượng MIKE 21 MIKE 11 cần biên mực nước từ MIKE 21 bước thời gian n để tính tốn từ bước n đến n+1 MIKE 21 Để cung cấp lưu lượng cho MIKE 21 bước thời gian n , biên ảo thiết lập với lưu lượng Q n sau chương trình tính lại biên mực nước lưu lượng vị trí kết nối bước thời gian n Q n t g A Hn x Qn A.C R (2-5) 28 Trong MIKE FLOOD có loại kết nối sau mơ hình chiều (MIKE 11) chiều (MIKE 21): Kết nối tiêu chuẩn, kết nối bên, kết nối, kết nối công trình, kết nối khơ a Kết nối tiêu chuẩn Trong kết nối này, nhiều lưới MIKE 21 liên kết với đầu phân đoạn sông MIKE 11 Loại kết nối thuận tiện cho việc nối lưới chi tiết MIKE21 với hệ thống mạng lưới sông lớn MIKE 11, nối cơng trình mơ hình MIKE 21 Các cách áp dụng hình 2.2 Hình 2-2: Các ứng dụng kết nối tiêu chuẩn b Kết nối bên Kết nối bên cho phép chuỗi lưới MIKE 21 liên kết vào hai bên đoạn sông, mặt cắt đoạn sơng tồn nhánh sơng MIKE 11 Dòng chảy chảy qua kết nối bên tính tốn cách sử dụng phương trình cơng trình bảng quan hệ Q-H Loại kết nối đặc biệt hữu ích việc tính tốn dịng chảy tràn từ kênh dẫn khu ruộng bãi, nơi mà dòng chảy tràn qua bờ đê bối tính cơng thức đập tràn đỉnh rộng Một ví dụ loại kết nối minh họa hình 2.3 29 Hình 2-3: Một ứng dụng kết nối bên c Kết nối cơng trình (ẩn) Kết nối cơng trình nét loạt cải tiến dự định MIKE FLOOD Kết nối cơng trình lấy thành phần dịng chảy từ cơng trình MIKE 11 đưa chúng trực tiếp vào phương trình động lượng MIKE 21 Q trình ẩn hồn tồn khơng ảnh hưởng đến bước thời gian MIKE 21 Ví dụ loại kết nối minh họa hình 2.4 Hình 2-4: Một ví dụ kết nối cơng trình d Kết nối khô (zero flow link) Một ô lưới MIKE 21 gán kết nối khô theo chiều x khơng có dịng chảy chảy qua phía bên phải ô lưới Tương tự, kết nối khô theo chiều y khơng có dịng chảy chảy qua phía Các kết nối khơ phát triển để bổ sung cho kết nối bên Để chắn dịng chảy tràn MIKE 21 khơng cắt ngang từ bờ sang bờ sông mà không 30 liên kết với MIKE 11, kết nối khơ đưa vào để đóng dịng MIKE 21 Một cách khác để sử dụng kết nối khô gán cho ô lưới đất cao, mà tùy thuộc vào độ phân giải lưới tính chưa mơ tả Kết nối khơ sử dụng để mô tả dải phân cách hẹp đồng ruộng ví dụ đê bối, đường, thay sử dụng chuỗi ô lưới định nghĩa đất cao nên sử dụng chuỗi kết nối khơ Sử dụng kết nối ta dễ dàng liên kết hai mạng lưới tính mơ hình chiều chiều với Khi chạy mô hình, để coupling chúng, MIKE FLOOD cung cấp kiểu coupling sau tùy thuộc vào mục đích sử dụng mơ hình: - Coupling động lực: kết nối chuyển thông tin thủy động lực (cần thiết cho tính tốn MIKE 11 MIKE 21) - Coupling truyền tải chất: kết nối truyền thơng tin liên quan đến q trình vận tải khuyếch tán (cần thiết cho tính toán MIKE 11 MIKE 21) - Coupling động lực truyền tải chất Các lựa chọn người sử dụng dễ dàng lựa chọn thông qua Tải FULL (87 trang): https://bit.ly/3fQM1u2 hộp thoại mơ hình Dự phịng: fb.com/KhoTaiLieuAZ 2.3.2 Cơ sở lý thuyết MIKE 11 MIKE 11 mơ hình mơ q trình động lực học dịng chảy chiều kênh hở, bãi ven sông, vùng ngập lụt MIKE 11 mơ hệ thống sơng rạch phức tạp với chiều dài hàng trăm km tính tốn dòng chảy, chất lượng nước, vận chuyển bùn cát thời gian dài MIKE 11 có khả tính tốn với dịng chảy thay đổi gấp, dịng chảy ảnh hưởng thủy triều, sóng lũ, dịng chảy có lịng dẫn dốc, thay đổi mặt cắt ngang sông, … Tuy nhiên, mơ hình chiều nên khơng mơ xác yếu tố hình thái sông mặt đoạn sông cong, hệ số nhám thay đổi …, yếu tố thủy lực giá trị trung bình mặt cắt ngang, chưa tính dịng chảy tràn bờ, xói bồi lịng dẫn xem xét trung bình, khơng tính xói bồi ngang sơng Hệ phương trình sử dụng mơ hình hệ phương trình Saint - Venant theo khơng gian chiều, với mục đích tìm quy luật diễn biến mực nước lưu lượng dọc theo chiều dài sơng theo thời gian Hệ phương trình gồm phương trình liên tục phương trình động lượng 31 a Hệ phƣơng trình Phương trình liên tục (bảo tồn khối lượng): B h t Q x (2-1) q Phương trình động lượng (bảo tồn động lượng): Q t x Q2 A gA h x g QQ AC R (2-2) Trong đó: - Q: lưu lượng dịng chảy (m3/s) - A: diện tích mặt cắt ướt (m2) - R: bán kính thủy lực - C: hệ số Chezy (C = R ) n Tải FULL (87 trang): https://bit.ly/3fQM1u2 Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ1 (m) ( m / s ) (hệ số Manning M =1/n, C = M R ) - B: bề rộng mặt thoáng - n: hệ số nhám - q: lưu lượng dòng nhập bên - h: độ sâu dòng chảy - (m) (m3/s/m) (m) : hệ số hiệu chỉnh động b Điều kiện ban đầu điều kiện biên - Điều kiện ban đầu: giá trị lưu lượng mực nước tất mặt cắt thời điểm bắt đầu tính tốn t = - Điều kiện biên: giá trị lưu lượng hay mực nước vị trí biên Giá trị biên giá trị số chuỗi liệu dao động theo thời gian c Thuật tốn Hệ phương trình Saint – Venant giải phương pháp sai phân hữu hạn theo sơ đồ ẩn Abbott – Ionescu Lưới tính bao gồm nút tính Q h xen kẽ, lưu lượng Q mực nước h tính bước thời gian hình 4.1, khoảng cách nút tính h khác nhau, vị trí nút tính h đuợc lấy trùng với mặt cắt mạng lưới kênh 32 Q h Q h Q h h Hình 2-5 Lưới tính tốn đoạn kênh Phương trình liên tục (2-1) sai phân theo sơ đồ trung tâm theo không gian (x), sai phân tiến theo thời gian (t) Phương trình động lượng (2-2) sai phân điểm j, bước thời gian n Kết hợp phương trình sai phân phương trình động lượng phương trình liên tục ta thu hệ phương trình theo Q h dạng đường chéo Cùng với điều kiện ban đầu điều kiện biên, phương trình giải để tìm giá trị Q h nút tính 2.3.3 Cơ sở lý thuyết MIKE 21 Mơ hình MIKE 21-FM mơ hình thủy động lực học chiều mơ mực nước, dịng chảy sơng, tràn bờ, cửa sơng Mơ hình giải hệ phương trình Saint – Venant (phương trình liên tục động lượng theo hướng) với lưới tự bao phủ toàn khu vực nghiên cứu Mơ hình MIKE 21-FM cho phép mô chi tiết đặc trưng thủy lực hình thái chiều nên tính dịng chảy tràn bờ, dịng chảy đồng, xói bồi ngang sơng a Hệ phƣơng trình Phương trình liên tục: B h t Q x (2-3) q Phương trình động lượng: hu x hu t huv y fvh gh o hv y huv x fuh gh o x o gh 2 o pa x S xy S xx x hv t h y x y S yx S yy x y hTxx gh 2 o y h pa y o x hTyx x y y sy by o o hTyy sx bx o o hTxy (2-4a) hus S hvs S (2-4b) Trong đó: - h: độ sâu dòng chảy - u, v : vận tốc độ sâu trung bình theo phương x, y (m/s) (m) 7761685 ... THUYẾT XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 2.1 Tổng quan chung 2.1.1 Khái niệm đồ ngập lụt Bản đồ nguy ngập lụt loại đồ chuyên đề thể vùng ngập lụt hạ du thời điểm định Bản đồ ngập lụt thể vùng có nguy bị ngập. .. pháp xây dựng đồ ngập lụt Hiện có ba phương pháp thường ứng dụng để xây dựng đồ ngập lụt, là: - Phương pháp truyền thống: xây dựng đồ ngập lụt dựa vào điều tra thủy văn địa hình - Xây dựng đồ ngập. .. thiểu thiệt hại lũ lụt lưu vực sông Lại Giang Mục đích nghiên cứu: - Ứng dụng phần mềm MIKE (DHI) công nghệ GIS để mô ngập lụt lưu vực sông Lại Giang - Xây dựng đồ ngập lụt sông Lại Giang Đối tƣợng