Ứng dụng mô hình mike flood đánh giá ngập lụt tại lưu vực nam nhiêu lộc thành phố hồ chí minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN PHƯƠNG ĐÔNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE FLOOD ĐÁNH GIÁ NGẬP LỤT TẠI LƯU VỰC NAM NHIÊU LỘC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HCM, NĂM 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN PHƯƠNG ĐƠNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE FLOOD ĐÁNH GIÁ NGẬP LỤT TẠI LƯU VỰC NAM NHIÊU LỘC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Chuyên ngành: Kỹ thuật cấp thoát nước Mã số: 8580213 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐẶNG MINH HẢI TS NGUYỄN THỊ MÙI TP.HCM, NĂM 2021 LỜI CAM ĐOAN Học tên: Nguyễn Phương Đông MSHV: 191801037 Lớp: 27CTN11-CS2 Chuyên ngành: Kỹ thuật cấp nước Tơi xin cam đoan nội dung, số liệu, kết nêu luận văn trung thực khơng chép cơng trình nghiên cứu khác Các liệu, số liệu tham khảo, trích dẫn cụ thể Nếu có vi phạm vấn đề quyền, đạo văn tơi hồn toàn chịu trách nhiệm./ Tác giả luận văn Nguyễn Phương Đơng i LỜI CẢM ƠN Trong q trình nghiên cứu để hồn thiện luận văn gặp khơng khó khăn cơng tác thu thập tài liệu, tìm hiểu, thu thập kiến thức thực tế Nhưng với tận tình thầy khoa Tài ngun nước – Trường ĐH Thủy Lợi sở 2, TP.HCM tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận văn Trân trọng cám ơn Thầy cô hướng dẫn PGS.TS Đặng Minh Hải, TS Nguyễn Thị Mùi người hướng dẫn khoa học tận tình hướng dẫn để tơi hồn thành luận văn “Ứng dụng mơ hình Mike Flood đánh giá ngập lụt lưu vực Nam Nhiêu Lộc Thành phố Hồ Chí Minh” Đặc biệt xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quan mà tơi có điều kiện gặp gỡ, khảo sát chuyên gia lĩnh vực Cấp thoát nước có liên quan đóng góp thơng tin vô quý báu ý kiến xác đáng để tơi hồn thành nghiên cứu Cuối cùng, gởi lời cảm ơn đến gia đình, Vợ con, bạn bè, lãnh đạo đồng nghiệp quan, đứng sau ủng hộ thời gian theo học hồn thành nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VI DANH MỤC BẢNG BIỂU IX DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ X MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu giới 1.2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu nước 1.3 Giới thiệu khu vực nghiên cứu 12 1.3.1 Vị trí địa lý 12 1.3.2 Đặc điểm địa hình 13 1.3.3 Đặc điểm khí tượng – thủy văn 13 1.4 Hiện trạng ngập lụt nguyên nhân 15 1.4.1 Hiện trạng ngập lụt 15 1.4.2 Nguyên nhân ngập 18 KẾT LUẬN CHƯƠNG 20 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THIẾT LẬP MƠ HÌNH MIKE FLOOD CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU 21 2.1 Tổng quan số mơ hình hóa 21 2.1.1 Mơ hình thủy văn 21 2.1.2 Mô hình thủy lực 24 2.1.3 Mơ hình ngập lụt đô thị 26 2.2 Cơ sở lựa chọn mơ hình Mike Flood 27 2.2.1 Lý thuyết hoạt động mơ hình Mike Flood 27 2.2.1.1 Các phương trình mơ hình .29 2.2.1.2 Lý thuyết sở liệu hệ thống nước mơ hình 29 2.2.1.3 Lý thuyết liệu điều kiện biên sử dụng mô hình 34 2.2.2 Cơ sở lựa chọn Mike Flood 36 2.3 Cơ sở liệu đầu vào cho mô hình 40 2.3.1 Dữ liệu hệ thống thoát nước 40 iii 2.3.2 Dữ liệu địa hình 41 2.3.3 Dữ liệu mưa-triều 43 2.3.3.1 Xác định mơ hình mưa thiết kế 45 2.3.3.2 Xác định triều thiết kế 48 2.3.4 Dữ liệu thực đo ngập lụt 49 2.4 Thiết lập mơ hình Mike Flood cho khu vực nghiên cứu 50 2.4.1 Thiết lập mơ hình thủy lực Mike 11 50 2.4.1.1 Dữ liệu biên mực nước 50 2.4.1.2 Dữ liệu mặt cắt 50 2.4.1.3 Điều kiện biên: 51 2.4.1.4 Điều kiện ban đầu: .52 2.4.2 Thiết lập mơ hình Mike Urban 53 2.4.3 Thiết lập mô hình MIKE FLOOD 56 KẾT LUẬN CHƯƠNG 59 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 60 3.1 Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình thủy lực 61 3.1.1 Kết hiệu chỉnh 61 3.1.2 Kết kiểm định 62 3.2 Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình Mike Flood 62 3.2.1 Hiệu chỉnh mơ hình 62 3.2.2 Kiểm định mơ hình 67 3.3 Kết mô ngập lụt theo kịch 69 3.3.1 Kết mô ngập lụt theo kịch thiết kế 69 3.3.2 Kết mô theo trường hợp tổ hợp mưa, triều thiết kế 76 3.4 Đề xuất giải pháp giảm ngập 79 3.4.1 Thiết lập kỹ thuật sinh thái 79 3.4.2 Kết tính tốn giải pháp giảm ngập 82 KẾT LUẬN CHƯƠNG 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 KẾT LUẬN 88 iv KIẾN NGHỊ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bản đồ vị trí địa lý lưu vực Nam Nhiêu Lộc – Thành phố Hồ Chí Minh .12 Hình 1.2 Bản đồ địa hình lưu vực Nam Nhiêu Lộc 13 Hình 1.3 Tình trạng ngập lụt TP.Hồ Chí Minh 19 Hình 1.4 Biểu đồ thống kê số vị trí ngập mưa triều TP.HCM từ năm 20152020 .19 Hình 2.1 Cấu trúc mơ hình Mike NAM .22 Hình 2.2 Cấu trúc mơ hình TANK đơn 24 Hình 2.3 Mơ hình dịng chảy mơ hình HEC – RAS .25 Hình 2.4 Cấu trúc mơ hình Mike Urban .28 Hình 2.5 Cấu trúc mơ hình Mike Flood .28 Hình 2.6 Hố ga Mike Urban - Mouse 30 Hình 2.7 Mơ hình nước chảy hố ga 31 Hình 2.8 Mặt cắt ngang cống khai báo mơ hình 32 Hình 2.9 Dịng chảy ống cống 32 Hình 2.10 Phân loại loại lưu vực phương pháp Time – Area Method (A) 35 Hình 2.11 Hình dạng đường cong T-A ứng với lưu vực .35 Hình 2.12 Bản đồ hệ thống thoát nước lưu vực Nam Nhiêu Lộc .41 Hình 2.13 Bản đồ giao thơng lưu vực Nam Nhiêu Lộc 42 Hình 2.14 Bản đồ dân cư lưu vực Nam Nhiêu Lộc 42 Hình 2.15 Bản đồ địa hình luu vực Nam Nhiêu Lộc (DEM 5mx5m) từ công nghệ Lidar .43 Hình 2.16 Trận mưa thực tế ngày 26/9/2016 trạm Tân Sơn Hịa 44 Hình 2.17 Trận mưa thực tế ngày 15/9/2015 trạm Tân Sơn Hịa 44 Hình 2.18 Con triều thực tế ngày 26/9/2016 trạm Phú An 45 Hình 2.19 Con triều thực tế ngày 15/9/2015 trạm Phú An 45 Hình 2.20 Đường cong IDF mưa trạm Tân Sơn Hịa điều kiện 48 Hình 2.21 Minh họa giao diện phần mềm FFC phụ vụ tính tốn mực nước triều thiết kế 49 Hình 2.22 Sơ đồ khối trình thực từ mơ hình Mike Flood 50 Hình 2.23 Mặt cắt ngang kênh Đơi 51 Hình 2.24 Mặt cắt ngang kênh C 51 Hình 2.25 Vị trí trạm mực nước khu vực TP.HCM .52 Hình 2.26 Sơ đồ thủy lực mạng sơng Sài Gòn – Đồng Nai 53 Hình 2.27 Bản đồ số hóa hệ thống nước lưu vực Nam Nhiêu Lộc Mike URBAN 54 Hình 2.28 Bảng thơng số tiểu lưu vực vị trí nhập Q thải .55 Hình 2.29 Thiết lập hệ số Q thải cho lưu vực Nam Nhiêu Lộc giao diện mdb Mike Urban 56 Hình 2.30 Bản đồ phân vùng tiểu lưu vực nước Mike URBAN .56 vi Hình 2.31 Bản đồ kết hợp hệ thống thoát nước lưu vực Nam Nhiêu Lộc Mike URBAN 56 Hình 2.32 Liên kết mơ hình Mike Flood lưu vực Nam Nhiêu Lộc 57 Hình 2.33 Chi tiết liên kết mơ hình Mike 11, Mike Urban Mike 21 module Mike Flood 58 Hình 3.1 Mực nước trạm Phú An tháng sau hiệu chỉnh .61 Hình 3.2 Mực nước trạm Nhà Bè tháng sau hiệu chỉnh .61 Hình 3.3 Mực nước trạm Phú An tháng sau kiểm định 62 Hình 3.4 Mực nước trạm Nhà Bè tháng sau kiểm định 62 Hình 3.5 Kết lưu lượng lớn tiểu lưu vực sau hiệu chỉnh 63 Hình 3.6 Kết mực nước cao tuyến cống 63 Hình 3.7 Kết mực nước cáo hầm ga 63 Hình 3.8 Biểu đồ trắc dọc mực nước ngập đoạn đường Mai Thị Lựu 64 Hình 3.9 Đường Mai Thị Lựu ngập trận mưa chiều ngày 26/9/2016 kết mơ hình (a), hình ngập thực tế (b) .64 Hình 3.10 Biểu đồ trắc dọc mực nước ngập đoạn đường tháng .65 Hình 3.11 Đường tháng ngập trận mưa chiều ngày 26/9/2016 kết mơ hình (a), hình ngập thực tế (b) .65 Hình 3.12 Biểu đồ trắc dọc mực nước ngập đoạn đường Tô Hiến Thành 66 Hình 3.13 Đường Tơ Hiến Thành ngập trận mưa ngày 26/9/2016 kết mơ hình (a), hình ngập thực tế (b) .66 Hình 3.14 Tương quan độ sâu ngập từ số liệu thực đo số liệu tính tốn từ mơ hình 67 Hình 3.15 Kết lưu lượng lớn trên lưu vực sau kiểm định 67 Hình 3.16 Trắc dọc mực nước cao tuyến cống đường Tô Hiến Thành trận mưa ngày 15/09/2015 68 Hình 3.17 Đường Tơ Hiến Thành ngập trận mưa chiều ngày 15/9/2015 kết mô hình (a), hình ngập thực tế (b) 68 Hình 3.18 Trắc dọc mực nước cao tuyến cống đường Mai Thị Lựu trận mưa ngày 15/09/2015 .69 Hình 3.19 Đường Mai Thị Lựu ngập trận mưa chiều ngày 15/9/2015 kết mơ hình (a), hình ngập thực tế (b) .69 Hình 3.20 Kết ngập lụt lưu vực Nam Nhiêu Lộc TH1 70 Hình 3.21 Kết ngập đường Mai Thị Lựu TH1 .70 Hình 3.22 Kết ngập đường tháng TH1 71 Hình 3.23 Bản đồ ngập lụt lưu vực Nam Nhiêu Lộc trường hợp triều cao (TH1) .71 Hình 3.24 Kết ngập lụt lưu vực Nam Nhiêu Lộc TH2 72 Hình 3.25 Kết ngập đường Mai Thị Lựu TH2 .72 Hình 3.26 Kết ngập đường tháng TH2 73 vii Hình 3.27 Bản đồ ngập lụt lưu vực Nam Nhiêu Lộc trường hợp triều thấp mưa thiết kế chu kỳ 10 năm (TH2) 73 Hình 3.28 Kết ngập lụt lưu vực Nam Nhiêu Lộc TH3 74 Hình 3.29 Kết ngập đường Mai Thị Lựu TH3 .74 Hình 3.30 Kết ngập đường tháng TH3 75 Hình 3.31 Bản đồ ngập lụt lưu vực Nam Nhiêu Lộc trường hợp triều thiết kế mưa thiết kế chu kỳ 10 năm (TH3) .75 Hình 3.32 Biểu đồ thống kê diện tích ngập qua kịch mô .79 Hình 3.33 Thiếp lập kỹ thuật bề mặt thấm MIKE URBAN .80 Hình 3.34 Giao diện thiết lập thông số ô trữ nước sinh học MIKE URBAN .81 Hình 3.35 Giao diện thiết lập hồ điều tiết giữ trữ nước mưa mơ hình MIKE URBAN 81 Hình 3.36 Kết thiết lập 03 kỹ thuật sinh thái cho lưu vực Nam Nhiêu Lộc mơ hình MIKE URBAN 82 Hình 3.37 Kết so sánh lưu lượng chảy tràn lưu vực áp dụng KTST không áp dụng .83 Hình 3.38 Bản đồ ngập lưu vực Nam Nhiêu Lộc trường hợp không áp dụng KTST 84 Hình 3.39 Bản đồ ngập lưu vực Nam Nhiêu Lộc trường hợp áp dụng KTST (KB1) 84 Hình 3.40 Bản đồ sử dụng đất lưu vực Nam Nhiêu Lộc 85 Hình 3.41 Bản đồ quy hoạch khu vực giảm ngập cho lưu vực Nam Nhiêu Lộc 85 Hình 3.42 Bản đồ ngập lưu vực Nam Nhiêu Lộc trường hợp áp dụng KTST (KB2) 86 viii + Mưa 50%; Triều 5, 10, 20, 50% 118 119 120 PHỤ LỤC 6: BẢN GIẢI TRÌNH CHỈNH SỬA LUẬN VĂN CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN GIẢI TRÌNH SỬA LUẬN VĂN Họ tên học viên: Nguyễn Phương Đông; Mã số học viên: 191801037 Lớp: K27CTN11_CS2; Chuyên ngành: Kỹ thuật cấp thoát nước Tên đề tài luận văn: Ứng dụng mơ hình Mike Flood đánh giá ngập lụt lưu vực Nam Nhiêu Lộc Thành phố Hồ Chí Minh Những nội dung chỉnh sửa luận văn theo yêu cầu Hội đồng: + Sửa nội dung phần (Mục tiêu đề tài, đối tượng phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, Kết dự kiến đạt được) để tránh trùng lặp + Bản đồ hình ảnh nhiều, nên đưa xuống phần phụ lục + Sửa lại tiêu đề mục 2.1 2.2 để trùng khớp với nội dung trình bày + Đối tượng nghiên cứu: mạng lưới nước mưa; Nên sửa thành : mạng lưới tiêu thoát nước lưu vực Nam Nhiêu Lộc (mưa + triều) phạm vi nghiên cứu luận văn nêu : mơ tình trạng ngập lụt xảy mưa triều cường lưu vực Nam Nhiêu Lộc - TP Hồ Chí Minh + Bổ sung Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn vào phần mở đầu + Nên chuyển cách tiếp cận mục đối tượng phạm vi nghiên cứu xuống phía phần Cách tiếp cận (sau phương pháp nghiên cứu) + Mục 1.1 1.2 cần ngắn gọn sơ sài, cần bổ sung thêm trích dẫn TLTK đầy đủ + Học viên nên bổ sung thêm nội dung tiêu đánh giá sai số khác kết tính tốn từ mơ hình giá trí thực đo (ví dụ hệ số tương quan R2 hay Nash, MAE…) + Luận văn có Sơ đồ khối thực q trình phân tích, đánh giá ngập lụt mơ hình Mike Flood (Hình 2.12.), Sơ đồ khối kết nối mô đun mơ hìnhMIKE FLOOD Tuy nhiên cần nói rõ đầu : Diễn tốn q trình ngập lụt độ cao mực nước cống, tác giả đưa đề xuất giải pháp + Viết rõ phần kết luận kiến nghị, theo người nhận xét phần kết luận nêu công việc thực luận văn, cần nêu rõ luận điểm khoa học 121 điểm tác giả Phần kết luận cần nêu rõ kết đạt đề tài luận văn so với mục tiêu đề Đề nghị Hội đồng xác nhận học viên chỉnh sửa luận văn theo ý kiến Hội đồng: + Đã sửa lại nội dung phần Mục tiêu đề tài, đối tượng phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, Kết dự kiến đạt được; (trang 2, 3, 4); + Đã đưa bớt hình ảnh đồ xuống phần phụ lục; + Đã sửa tiêu đề mục 2.2 bổ sung nội dụng mục 2.1 (trang 20, trang 39); + Đã sửa bổ sung phần đối tượng nghiên cứu; + Đã bổ sung phần ý nghĩa khoa học thực tiễn vào phần mở đầu; + Đã chuyển cách tiếp cận mục đối tượng phạm vi nghiên cứu xuống phía phần Cách tiếp cận; + Đã bổ sung nội dung mục 1.1 1.2 (trang 5, 6); + Đã bổ sung tiêu đánh giá sai số hệ số tương quan R2; + Đã sửa bổ sung lại sơ đồ khối mơ hình Mike Flood (hình 2.12); + Đã bổ sung viết lại phần kết luận kiến nghị luận văn; TP.HCM, Ngày 11 tháng 11 năm 2021 NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN (Ký ghi rõ họ tên) Nguyễn Phương Đông CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN 122 PHỤ LỤC 7: BIÊN BẢN HỘI ĐỒNG BẢO VỆ 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132