(Luận văn) nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp tiêu úng, thoát lũ sông phan – cà lồ

O V ỆN V O OT O Ọ T TƢ N T Ủ N U NV M V NV TR N Ổ N U O N T Ị N U ỆT M N lu an N ÊN ỨU Ơ SỞ O Ọ V Ề XUẤT Ả P ÁP T ÊU ÚN , T OÁT LŨ SÔN P N LỒ n va p ie gh tn to w oa nl huyên ngành: Thủy văn học d M s : 62440224 nf va an lu lm ul TÓM TẮT LU N ÁN T N SĨ Ị LÝ z at nh oi z m co l gm @ an Lu n va Hµ néi - 2014 ac th si ơng trình hồn thành tại: TƢ NG THỦ V N V VIỆN KHOA HỌ N ỔI KHÍ H U Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS TS Lã Thanh Hà oàng Minh Tuyển PGS TS lu Phản biện 1: PGS TS Ngô Lê Long an n va Trƣờng ại học Thủy lợi tn to Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Thanh Sơn gh Trƣờng ại học p ie Phản biện 3: TS Nguyễn iên Dũng hí tƣợng Thủy văn qu c gia d oa nl w Trung tâm hoa học Tự nhiên hoa học giờ, ngày tháng năm z at nh oi lm ul Vào hồi hí tƣợng Thủy văn iến đổi khí hậu: nf va Viện an lu Luận án đƣợc bảo vệ hội đồng chấm luận án cấp Viện họp z hí tƣợng Thuỷ văn iến đổi khí hậu n va hoa học an Lu - Thƣ viện Viện m - Thƣ viện Qu c gia Việt Nam co l gm @ ó thể tìm hiểu luận án thƣ viện: ac th si MỞ ẦU L lựa chọn đề tài Sông Phan – Cà Lồ (PCL) sông nhánh sông Cầu chảy qua địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc TP Hà Nội, theo nhà thủy văn, thủy lợi sơng đặc thù hệ thống sơng ngịi Việt Nam vì: 1) N mang dấu ấn lịch sử sông phân chậm lũ nước ta; 2) Là sơng có độ uốn khúc lớn nhất; 3) Tuy sông không lớn chảy qua dạng địa hình miền núi, trung du đồng bằng; 4) Lưu vực sơng có tốc độ thị hóa vào loại mạnh mẽ nước ta; 5) Là khu vực tưới, tiêu phức tạp Vào năm đầu kỷ 20 (năm 1918-1919) để bảo vệ Thành phố lu Hà Nội khỏi trận lũ lớn hệ thống sông Hồng, sông Phan – Cà Lồ an dùng làm nơi phân chậm lũ Nhưng hiệu phân chậm lũ không cao mà n va gây ngập lụt nên sau cửa phân lũ bịt kín nên sơng Cà Lồ khơng to tn cịn nối với sơng Hồng Sơng Phan - Cà Lồ trở thành lưu vực sơng có dạng khép ie gh kín với cửa đ vào sông Cầu p Những năm gần đây, thiên tai bão lũ xảy với tần số cường độ ngày w tăng dẫn đến tình hình úng ngập khu vực n i riêng toàn lưu oa nl vực sông Phan – Cà Lồ ngày nhiều Bên cạnh đ , lưu vực sông Phan - Cà d Lồ nằm vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ Do vậy, để đảm bảo phát triển lu nf va an kinh tế - xã hội theo định hướng bền vững lưu vực, vấn đề tiêu úng, thoát lũ t ng thể lưu vực sông trở nên cấp bách hết lm ul Trước bối cảnh đ , đề tài luận án “Nghiên cứu sở khoa học đề xuất z at nh oi giải pháp tiêu úng, thoát lũ sông Phan- Cà Lồ” lựa chọn nhằm tiếp cận giải vấn đề tiêu úng, thoát lũ t ng thể lâu dài lưu vực sông Phan- Cà Lồ Mục tiêu phƣơng pháp nghiên cứu luận án z gm @ Mục tiêu nghiên cứu luận án là: l - Xác lập sở khoa học thực tiễn nhằm làm rõ tính đặc thù m co lưu vực sông Phan - Cà Lồ để phân tích ngun nhân hình thành diễn biến an Lu ngập úng; - ề xuất giải pháp tiêu úng lũ sơng Phan - Cà Lồ phục vụ phát n va triển kinh tế - xã hội bảo vệ môi trường theo hướng phát triển bền vững lưu ac th si vực sông n p pn n u iều tra khảo sát thực địa; phân tích thống kê; mơ h nh h a thủy văn thủy lực kết hợp với công cụ S; chuyên gia tham vấn cộng đồng; phân tích hệ thống i tƣợng phạm vi nghiên cứu luận án ối tượng nghiên cứu luận án tiêu úng lũ lưu vực sơng Phan - Cà Lồ ứng với điều kiện cụ thể theo phương án khác Phạm vi nghiên cứu khơng gian tồn lưu vực sơng Phan - Cà Lồ với t ng diện tích lưu vực 1229 km2 Những đóng góp luận án lu an 1) Làm rõ tính đặc thù lưu vực sông Phan - Cà Lồ tác động n va người ảnh hưởng đến trình hình thành – diễn biến ngập úng lưu vực 2) ề xuất quy trình vận hành tiêu úng thoát lũ khả thi điểm gh tn to tạo sở khoa học để lựa chọn đề xuất giải pháp tiêu úng, thoát lũ phù hợp; p ie kiểm soát nhằm vận hành hệ thống cơng tr nh tiêu úng lũ lưu vực, từ w đ làm sở cho công tác quy hoạch phòng chống lũ t ng thể hệ thống ấu tr c luận án d an lu oa nl sông Phan - Cà Lồ nf va Ngoài phần mở đầu kết luận, luận án bố cục thành Chương: hương 1: T ng quan nghiên cứu tiêu úng, thoát lũ giới lm ul nước hương 2: Phân tích nguyên nhân úng ngập đánh giá khả tiêu úng z at nh oi lũ sơng Phan – Lồ hương 3: ác lập sở khoa học cho việc đề xuất giải pháp tiêu úng, lũ sơng Phan – hương 4: ề xuất giải pháp z tiêu úng lũ sơng Phan – Lồ Lồ gm @ QU N VỀ N Ớ V TRON NƢỚ m 1.1 Tình hình nghiên cứu tiêu, lũ giới co TRÊN T ÊN ỨU T ÊU ÚN , T OÁT LŨ l hƣơng TỔN an Lu Những năm gần đây, lũ lụt ngày tăng tần số lẫn cường độ gây n va thiệt hại nghiêm trọng đến nước giới Lũ lớn điển hình số ac th si quốc gia Trung Quốc, trận lũ 1998 làm 3000 người chết, thiệt hại khoảng 21 tỉ US , lũ lớn sông Lan, trận lụt tháng ương Tử năm 2010 làm 4150 người thiệt mạng; Thái /1995 lưu vực sông Chao Phraya gây ngập 60.000 ha, thiệt hại 11.858 triệu baht, đặc biệt trận lũ lịch sử năm 2011 gây thiệt hại hàng tỉ US ; ăngladesh, trận lụt 1998 làm 738 người chết, t ng thiệt hại 1,0 tỉ USD; Hà Lan, trận lụt lớn năm 1995 gây thiệt hại hàng trăm triệu USD Phòng chống lũ giới tiến tới quản lý t ng hợp c nghĩa bao gồm tất hoạt động lĩnh vực liên quan nhằm giảm thiểu tối đa tác hại lũ Theo quan điểm phòng chống lũ xét từ trước xảy lũ, lũ xảy sau lũ hết lu Các biện pháp công tr nh, phi công tr nh nhiều nước giới an áp dụng Tuỳ theo điều kiện cụ thể vùng cho phát huy tính hiệu n va lớn Phịng chống lũ để hạn chế thiệt hại tới mức thấp tn to mặt kinh tế, xã hội người Do vậy, dùng giải pháp ồng thời tuỳ thuộc vào gh mà phải kết hợp số giải pháp với p ie điều kiện tự nhiên cụ thể tr nh độ phát triển kinh tế, xã hội khoa học công w nghệ quốc gia, lưu vực sông từ đ lựa chọn giải pháp phù hợp oa nl 1.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc d Nghiên cứu tiêu thoát lũ nước ta tập trung nghiên cứu lu an nguyên nhân hình thành, diễn biến lũ lụt sông, ảnh hưởng n đến nf va kinh tế xã hội, giải pháp tiêu thoát lũ nhiều nghiên cứu lũ lụt lm ul thực hệ thống sơng Hồng, sơng Thái Bình, sơng Cửu Long sông lớn miền Trung, đ tập trung nghiên cứu nhiều hệ thống sông z at nh oi Hồng - Thái Bình Nghiên cứu ngập ng lũ lƣu vực sơng Phan- Lồ z Các nghiên cứu thực với nỗ lực tìm lời giải @ gm việc phòng, chống, khắc phục tác hại ngập úng gây lưu vực l chưa c phương án giải mang tính triệt để tồn lưu vực sơng an Lu Ngun nhân hạn chế do: m co Phan – Cà Lồ từ thượng lưu đến hạ lưu khu vực nhập lưu với sông Cầu - hưa c phối hợp đầu tư nghiên cứu địa phương: Tỉnh Vĩnh va n Phúc đầu tư nghiên cứu phần thượng lưu phần hạ lưu lại Hà Nội thực ac th si Mặt khác, hai huyện S c Sơn ông nh thuộc Hà Nội định hướng phát triển thành khu du lịch sinh thái nên việc giải vấn đề úng ngập chưa quan tâm - Các nghiên cứu trước chưa đề cập tới việc phối hợp vận hành hệ thống cơng trình c lưu vực Các quy hoạch tiêu thoát nước thực dựa lực hoạt động hệ thống công trình tiêu nước đề xuất cải tạo nâng cấp hệ thống tiêu có, cịn mang tính định hướng nhiều - Mặt khác, chế độ dịng chảy sơng phức tạp, ngập úng xảy thường xuyên, quan niệm sông Phan - Cà Lồ sông nhỏ nội tỉnh, lu không ảnh hưởng nhiều đến lưu vực xung quanh nên việc đầu tư nghiên cứu an cho lưu vực sơng cịn hạn chế ƣớng nghiên cứu luận án to - Phân tích làm rõ nguyên nhân gây ngập úng lũ lụt lưu vực; n va 14 gh tn - ánh giá trạng ngập úng lưu vực sông, đặc biệt trận lũ p ie lịch sử 2008 thời gian ngập, diện ngập, phạm vi ngập úng, từ đ đưa hướng w nghiên cứu giải toán ngập úng cho lưu vực; oa nl - Xây dựng lựa chọn phương án tính tốn dựa toán d trạng nguyên nhân gây ngập úng, điều kiện ràng buộc kết hợp với tình lu an hình thực tế thực để giảm thiểu ngập úng lưu vực nf va - Lựa chọn, ứng dụng cơng cụ mơ hình tốn phù hợp việc diễn toán lm ul lũ lưu vực Áp dụng tính tốn theo phương án khác nhau, dựa vào kết tính tốn phân tích đánh giá hiệu phương án, từ đ đề xuất giải z at nh oi pháp tiêu úng cụ thể cho lưu vực sông - ề xuất quy trình vận hành hệ thống tiêu gồm cơng tr nh đầu mối, z hệ thống trạm bơm, cống điều tiết, kênh tiêu thoát nước với trận lũ năm 1978 @ ết luận Chƣơng gm 15 l hương Luận án đánh giá lại t nh h nh lũ lụt nghiên cứu m co c lưu vực sông Phan - Cà Lồ, kết hợp với biện pháp tiêu thoát ngập úng an Lu nước giới nước để từ đ làm sở cho chương lựa chọn giải pháp khoa học phù hợp hiệu tiêu ngập úng va n lưu vực sơng Phan- Cà Lồ ac th si Chƣơng P ÂN T ẢN N N U ÊN N ÂN ÚN T ÊU ÚN LỤT V T ỐT LŨ Ủ SƠN ÁN Á PHAN – LỒ iới thiệu lƣu vực sông Phan - Lồ 2.1 Lưu vực sông Phan - Cà Lồ có t ng diện tích lưu vực 1229 km2 đ lưu vực sông Phan 348 km2, lưu vực sông Cà Lồ 881 km2 Lưu vực bao gồm phần lớn diện tích tự nhiên tỉnh Vĩnh Phúc (gồm huyện Bình Xuyên, Tam ương, TP Vĩnh ên, Vĩnh Tường, Yên Lạc) với diện tích 733 km2 phần lưu vực thuộc Hà Nội (bao gồm thị xã Mê Linh, huyện ông nh S c Sơn) với diện tích 496 km2 22 iện trạng cơng trình tiêu nƣớc lu 1) Về cơng tr nh đầu mối tiêu cho tồn lưu vực theo truyền thống an tiêu tự chảy, với trục tiêu sông Cà Lồ hướng tiêu sông Cầu n va 2) Về cơng tr nh tiêu nước nội đồng, lưu vực sông Phan - tn to Cà Lồ, đến xây dựng nhiều cơng tr nh tiêu nước nội đồng gh Tuy nhiên, tất đảm nhiệm phần nhiệm vụ tiêu thoát nước p ie vùng canh tác bị ngập úng hàng năm lưu vực sông Phan - Cà Lồ w Phân tích nguyên nhân ng, ngập lƣu vực sơng oa nl Có nhiều nguyên nhân gây úng ngập lưu vực sông, song n i trội có d ngun nhân là: 1) ặc điểm địa h nh, 2) ặc điểm mưa lũ, 3) Lịng dẫn lu nf va úng, lũ trạng an c độ uốn khúc lớn, 4) Ảnh hưởng nước vật sông từ sông Cầu, 5) Khả tiêu lm ul Phƣơng pháp giải toán ng ngập z at nh oi Lưu vực sơng Phan – Cà Lồ có diện tích nhỏ, gồm sơng nhánh c địa hình phức tạp, bao gồm địa hình miền núi, trung du, đồng ể giải tốn tiêu lũ cần kết hợp mơ hình thuỷ văn, thuỷ lực chiều, chiều Từ mục tiêu đặt z lưu vực nghiên cứu, Luận án lựa chọn phần mềm M KE dùng để @ gm tính tốn thủy văn, thủy lực xây dựng đồ ngập lụt lưu vực l Tính tốn thuỷ văn m co Áp dụng công cụ kỹ thuật GIS lưu vực sông Phan – Cà Lồ chia an Lu thành 12 tiểu lưu vực phận Tiến hành hiệu chỉnh kiểm định trạm Phú ường làm sở cho việc tính tốn lưu lượng từ mưa lưu vực khác cụ va n thể: Năm hiệu chỉnh: 1966, 1968, 1969, 1971, 1972; năm kiểm định: Mùa lũ ac th si năm 1973, 1975 Tính tốn thuỷ lực Dựa tài liệu địa hình, mặt cắt sông mạng lưới sông vùng nghiên cứu tiến hành số hố mạng lưới mơ hình MIKE11 Mạng lưới số hoá với 3960 điểm số hoá, 418 mặt cắt tr nh bày H nh 2.1 - iên trên: Quá tr nh lưu lượng trạm phía thượng nguồn cụ thể sơng Phan An Hạ; sông Cầu Tôn cầu Gốc Gạo, sơng Tranh cầu Lắm Pó, sơng Ba Hanh cầu tỉnh lộ 310, sông Cầu trạm thuỷ văn ia ảy; - Biên nhập lưu: Quá tr nh lưu lượng (Q ~ t) 12 tiểu lưu vực; biên lu dưới: Quá trình mực nước (H~ t) trạm Phả Lại; biên kiểm tra: Trạm Mạnh an Tân Lương Phúc n va Kết tính toán hiệu chỉnh (từ 1/V /2006 đến 31/IX/2006) kiểm định mơ tn to hình (từ 1/V /2008 đến 31/IX/2008) hai trạm Mạnh Tân Lương Phúc gh tốt ường tr nh lũ thực đo tính tốn c đồng với hình dạng p ie trị số đỉnh, đ hệ số tương quan 0.9 sai số trị số đỉnh phạm vi 0.01 d oa nl w đến 0.06, hàm mục tiêu N SH nằm giới hạn cho phép (≥ 0.8) nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va Hình 2.1 Các biên mơ hình thuỷ lực sơng Phan – Cà Lồ ac th si Kết toán úng ngập trạng năm 2008 Kết tính tốn ảng 2.1 H nh 2.2 cho thấy, diện tích úng ngập lưu vực sông tập trung độ sâu ngập m (245,394 km 2) Khả tiêu thoát diện tích ngập sau ngày tất cấp độ sâu ngập tr mức cao 20 km2 Kết tính tốn hồn tồn phù hợp với số liệu thống kê t nh hình diễn biến lũ lụt địa bàn tỉnh trận lũ năm 2008 Bảng 2.1 Diện tích ngập theo cấp độ sâu ngập trận lũ cuối tháng X/2008 Tổng diện tích ngập, km2 ấp độ sâu ngập 85.266 (0.5-1.0)m 113.454 >1.0m 245.394 lu 1 16,9 3,56 T ng cộng 27,71 6,42 106 (m3) 1,2 0,1 14,3 6,3 3,4 41,7 2,0 1,9 41,5 (%) 21,25 36,9 86,01 40,15 68,29 182,31 3,7 28,7 48,1 17,0 78,5 41,5 14,3 an Lu thoát 11,37 43,75 22,4 m So với phương án 39,74 lƣu vực co tiêu 7,4 V l lũ So với trạng (%) IV gm Lượng 4,96 III @ (m) 1 15,83 2,85 4,38 13,55 9,55 46,16 25,77 4,91 23,89 19,59 17,58 91,74 3,52 0,31 22,71 14,49 28,89 69,92 106 (m3) So với trạng So với phương án (%) 17,9 66,1 66,6 78,9 60,3 49,7 0,4 18,8 lm ul (%) z at nh oi nf va an lu thoát V 3,07 d tiêu IV 2,67 oa lũ đƣợc III 4,43 1,05 9,23 T ng cộng Lƣợng II