Nghiên cứu xây dựng bản Đồ ngập lụt khu vực tỉnh tiền giang

Nghiên cứu xây dựng bản Đồ ngập lụt khu vực tỉnh tiền giang Nghiên cứu xây dựng bản Đồ ngập lụt khu vực tỉnh tiền giang

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Một số khái niệm

Hình 1.1 Một số hình ảnh miêu tả khái niệm lũ, lụt [2]

Nước lũ do mưa (hay băng, tuyết ở những nước vùng vĩ độ cao) sinh ra nên mùa lũ thường đi đôi với mùa mưa Mùa lũ ở Bắc bộ từ tháng 5-6 đến tháng 9-10, Bắc Trung bộ từ tháng 6-7 đến tháng 10-11, Trung và Nam Trung bộ: tháng 10-12, Tây

9 nguyên: tháng 6-12, Nam bộ: tháng 7-12 Tuy vậy, đầu mùa mưa cũng có thể có lũ sớm, như lũ “tiểu mãn”, thường xảy ra vào “tiết tiểu mãn” (tháng 5) hàng năm ở vùng núi phía bắc nước ta Song mùa lũ hàng năm cúng biến động cùng với mùa mưa, thậm chí sớm muộn 1-2 tháng so với trung bình nhiều năm

Lũ lụt là hiện tượng thuỷ văn đặc biệt nguy hiểm, nhất là lũ quét Trong một số trường hợp nó có sức tàn phá khủng khiếp và trở thành thảm hoạ tự nhiên, như trận lũ quét năm 1998 ở thị xã Lai châu (cũ) đã xoá sổ cả bản Mường Lay và khu vực thị xã Lũ thường xảy ra ở vùng núi, nơi có địa hình đồi núi cao chen kẽ với thung lũng và sông suối thấp Vào các tháng mùa mưa có các trận mưa lớn, cường độ mạnh, nước mưa tích luỹ nhanh, nếu đất tại chỗ đã no nước thì nước mưa đổ cả vào dòng chảy, dễ gây ra lũ.

Tổng quan về nghiên cứu ảnh hưởng của lũ, ngập lụt

1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới việc nghiên cứu, áp dụng các mô hình thủy văn, thủy lực cho việc mô phỏng ảnh hưởng của lũ, ngập lụt đã được sử dụng khá phổ biến; nhiều mô hình đã được xây dựng và áp dụng cho dự báo hồ chứa, dự báo lũ trên các hệ thống sông, phục vụ cho công tác qui hoạch phòng lũ Một số mô hình đã được ứng dụng thực tế trong công tác mô phỏng và dự báo dòng chảy cho các lưu vực sông có thể được liệt kê ra như sau:

Các phần mềm mô phỏng thủy lực như phần mềm dự báo lũ của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) với mô hình NAM tính toán dòng chảy từ mưa và mô hình MIKE 11 dự báo dòng chảy trong sông và ngập lụt; phần mềm ISIS của Wallingford và Hacrow với mô hình tính toán dòng chảy từ mưa và mô hình dự báo dòng chảy trong sông và ngập lụt đã được ứng dụng hiệu quả ở nhiều quốc gia trên thế giới, bao gồm Thái Lan, Bangladesh và Kenya.

10 trên thế giới, đã được áp dụng cho sông Mê Kông trong chương trình Sử dụng Nước do ủy hội Mê Kông Quốc tế chủ trì thực hiện [57] Ở Việt Nam, mô hình iSIS được sử dụng để tính toán trong dự án phân lũ và phát triển thủy lợi lưu vực sông Đáy do

Trung tâm khu vực, START Đông Nam Á (Southeast Asia START Regional

Center) đang xây dựng “Hệ thống dự báo lũ thời gian thực cho lưu vực sông Mê

Hệ thống Kông dự báo thủy văn và ngập lụt bằng mô hình thủy văn khu vực, tính toán dòng chảy từ mưa Hệ thống gồm ba thành phần: thu thập dữ liệu (vệ tinh, trạm tự động), dự báo thủy văn và dự báo ngập lụt Thời gian dự báo dự kiến là 1-2 ngày.

Viện Điện lực (EDF) của Pháp đã xây dựng phần mềm TELEMAC tính các bài toán thuỷ lực 1 và 2 chiều [51]-[52], [61] TELEMAC-2D là phần mềm tính toán thủy lực 2 chiều, nằm trong hệ thống phần mềm TELEMAC TELEMAC-2D đã được kiểm nghiệm theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của Châu Âu về độ tin cậy; mô hình này đã được áp dụng tính toán rất nhiều nơi ở Cộng hòa Pháp và trên thế giới Ở Việt Nam, mô hình đã được cài đặt tại Viện Cơ học Hà Nội và Khoa Xây dựng - Thuỷ lợi

- Thuỷ điện, Trường Đại học Kỹ thuật Đà nẵng và đã được áp dụng thử nghiệm để tính toán dòng chảy tràn vùng Vân Cốc - Đập Đáy [26], lưu vực sông Hồng đoạn trước Hà Nội [47], và tính toán ngập lụt khu vực thành phố Đà Nẵng

Trung tâm kỹ thuật thủy văn (Mỹ) đã xây dựng bộ mô hình HEC-1 để tính toán thủy văn, trong đó có HEC-1F là chương trình dự báo lũ từ mưa và diễn toán lũ trong sông Mô hình đã được áp dụng rất rộng rãi trên thế giới Ở Châu Á, mô hình đã được áp dụng ở Indonesia, Thái Lan Mô hình cũng đã được áp dụng để tính toán lũ hệ thống sông Thu Bồn ở Việt Nam [27] Gần đây, mô hình được cải tiến và phát triển thành HMS có giao diện đồ hoạ thuận lợi cho người sử dụng

Trong một nghiên cứu về hệ thống dự báo lũ cho sông Maritsa và Tundzha [54], đã kết hợp sử dụng mô đun mưa - dòng chảy MIKE 11-NAM và mô đun thủy lực MIKE 11-HD để tiến hành dự báo Các mô hình này đã được hiệu chỉnh sử dụng số liệu các trận lũ năm 2005 và 2006 Kết quả từ hai mô hình này được kết hợp sử dụng

11 với phần mềm FloodWatch để kết xuất ra mực nước dự báo và các cảnh báo tại các điểm xác định Kết quả cho thấy rằng, số liệu đầu vào quyết định độ lớn của thời gian dự kiến Kết quả sẽ chính xác hơn nếu thời gian dự kiến ngắn và ngược lại Trong nghiên cứu này cũng đã sử dụng chức năng cập nhật mực nước và lưu lượng tính toán theo mực nước và lưu lượng thực đo tại các vị trí biên đầu vào

Vidyapriya và Ramalingam (2019) [40], đã áp dụng mô hình hóa lũ lụt thủy lực bằng phần mềm MIKE URBAN đã được ứng dụng tại Ấn Độ cho thành phố Chennai, nơi gặp phải vấn đề nghiêm trọng liên quan đến ngập lụt đô thị Nghiên cứu này đã phát triển một phương pháp luận để mô phỏng toàn diện các quá trình ngập lụt bằng cách sử dụng các mô hình thủy động lực học 1D Bằng cách cho phép giải pháp đồng thời các quá trình lượng mưa và dòng chảy, thoát nước đô thị và lũ lụt, phương pháp này có thể được sử dụng để ước tính rủi ro ngập lụt tiềm ẩn của bất kỳ hệ thống thoát nước được thiết kế nào Mô hình được phát triển sau đó đã được trình diễn trên Chennai 2005 trong các điều kiện của các cơn bão thiết kế 5 năm, 10 năm, 25 năm và

50 năm Sau khi hiệu chuẩn, mô hình ghép nối 1D-2D có thể được tích hợp với hệ thống giám sát trực tuyến và Internet để phát triển mô hình thời gian thực cho dự báo thủy văn và hỗ trợ quyết định

Trong những năm gần đây, một trong những mô hình được ứng dụng nhiều trong công tác dự báo lũ ở Việt Nam là mô hình thủy lực MIKE 11, có thể kể đến một số nghiên cứu được áp dụng như:

Mai Văn Khiêm và cs (2019) [3]: “Nghiên cứu khả năng đáp ứng của hệ thống thoát nước trên địa bàn TP.HCM trong điều kiện biến đổi khí hậu” với những mục tiêu cơ bản là: Đánh giá diễn biến mưa trong thời gian gần đây dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, sự xuất hiện của các giá trị mưa vượt tần suất thiết kế trên địa bàn TP.HCM; ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã thiết lập mô hình Mike Flood nhằm xây dựng bản đồ ngập lụt ở Quận 1 trong điều kiện hiện tại và tương lai do tác động của biến đổi khí hậu

Nghiên cứu của Nguyễn Việt Hưng và cộng sự (2021) đã đánh giá tác động và thiệt hại về kinh tế - xã hội do ngập lụt, xây dựng bản đồ thiệt hại phục vụ chống ngập và quy hoạch đô thị Nghiên cứu của Đinh Xuân Ngọc và cộng sự (2013) đã sử dụng mô hình SWMM mô phỏng thoát nước đô thị Huế để xác định bộ thông số thủy văn - thủy lực hợp lý, xây dựng bản đồ cảnh báo nguy cơ ngập úng Cả hai nghiên cứu đều góp phần nâng cao khả năng ứng phó với ngập lụt ở các đô thị.

Phan Hoàng Vũ và cộng sự (2019) [6]: Xây dựng bản đồ nguy cơ ngập lụt cho quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ đã sử dụng mô hình Mike Urban mô phỏng 1D và 2D overland cho các kịch bản tính toán ngập theo các trận mưa và con triều thiết kế từ đó xây dựng bản đồ ngập lụt cho khu vực thành phố Cần Thơ

Thu thập và xữ lý dữ liệu

Thu thập và xử lý số liệu là một công việc rất quan trọng Mục đích của thu thập số liệu (từ các tài liệu đề tài có trước, số liệu từ các cơ quan chuyển môn, quản lý nhà nước địa phương…) để làm cơ sơ lý luận khoa học hay luận cứ chứng minh giả thuyết hay các vấn đề mà nghiên cứu đã đặt ra Mặt khác, cũng để phục vụ tính toán và nhằm nâng cao mức độ chính xác trong mô hình

Trong phần này thực hiện các nội dung: Thu thập chuỗi số liệu cũ và số liệu mới nhất được cập nhật, tiến hành xử lý, phân tích, chuyển đổi số liệu Bên cạnh đó còn tổng hợp từ các dự án, đề án trước đó đã triển khai tại tỉnh Tiền Giang như: Đề tài “Xây dựng mô hình toán học tích hợp và phần mềm đánh giá xâm nhập mặn vùng ĐBSCL”, mã số B2018-VNCCCT-02 do Viện nghiên cứu cao cấp về Toán chủ trì thực hiện

2.1.1.1 Số liệu khí tượng thủy văn a) Thu thập số liệu lượng mưa

Số liệu lượng mưa được thu thập bao gồm các trạm Ba Tri, Cái Bè, Chợ Gạo,

Gò Công, Mỹ Tho, Phú Mỹ, Vĩnh Long

Từ năm 1985 đến nay, mạng lưới và chất lượng tài liệu khí tượng và đo mưa do Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Bộ quản lý, số liệu liên tục, chất lượng tài liệu tốt, tin cậy có thể phục vụ cho tính toán

Bảng 2.1 Danh sách các trạm đo mưa

TT Tên trạm Vị trí Loại trạm Thời gian quan trắc

10°14’47” B Trạm Khí tượng 2000-2021 b) Thu thập số liệu mực nước

Số liệu mực nước được thu thập bao gồm các trạm Thuỷ văn trên dòng chính sông Cửu Long và Trạm ven biển

Bảng 2.2 Danh sách các trạm thuỷ văn trên các dòng chính

Bảng 2.3 Danh sách các trạm thuỷ văn ven biển

45 c) Thu thập số liệu lưu lượng

Bảng 2.4 Danh sách các trạm đo lưu lượng

2.1.1.2 Thu thập số liệu khác a) Thu thập số liệu bản đồ

Đồ án đã thu thập được Bản đồ hiện trạng sử dụng đất vùng Đồng bằng sông Cửu Long từ nguồn của sở Tài nguyên Môi trường các tỉnh và Bộ Tài nguyên Môi trường cung cấp.

Hình 2.1 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất vùng ĐBSCL

Hình 2.2 Bản đồ DEM vùng Đồng bằng sông Cửu Long

Thu thập dữ liệu địa hình: Số liệu địa hình tại khu vực dự án chỉ đáp ứng được một phần nhu cầu thiết lập của mô hình nên nhóm nghiên cứu tham khảo nhiều nguồn số liệu khác nhau như của Tedi South, Viện Khí tượng Thủy văn, nguồn số liệu địa hình toàn cầu của GEBCO… Các số liệu địa hình chính được sử dụng bao gồm:

Dữ liệu địa hình khu vực ven biển từ Trà Vinh đến Vũng Tàu được lấy từ kết quả khảo sát bình đồ tỉ lệ 1:50.000 thực hiện vào năm 2018 bởi Tổng cục Biển và Hải đảo.

Dữ liệu địa hình trên bờ được thu thập từ bản đồ tỷ lệ 1:5.000 của Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố Riêng tại Đồng bằng sông Cửu Long, dữ liệu được thu thập từ các thành phố trực thuộc tỉnh với tỷ lệ 1:2.000 và các khu vực ngoài thành phố với tỷ lệ 1:5.000.

- Dữ liệu địa hình biển toàn cầu của GEBCO với độ phân giải 0,5’

Hình 2.3 Minh họa 1 khu vực của bản đồ địa hình (phiên hiệu F-49-50-A-c-1)

Hình 2.4 Bản đồ địa hình toàn cầu

Khu vực nghiên cứu sử download 08 mảnh bản đồ khác nhau, với định dạng các file dưới dạng GeoTIFF với hệ tọa độ địa lý lat/long Mỗi mảnh down về có kích thước 1°×1°, dung lượng của mỗi file vào khoảng 25M b) Thu thập dữ liệu báo cáo

Kế thừa từ mô hình toàn đồng bằng sông Cửu Long và được cập nhật bổ sung theo các dự án đề tài nghiên cứu khoa học từ 2010 đến 2016 của Viện Quy hoạch

Thủy lợi Miền Nam, Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, số liệu đo đạc của Đài KTTV Tiền Giang, số liệu đo đạc và thu thập của Đề tài “Xây dựng mô hình toán học tích hợp và phần mềm đánh giá xâm nhập mặn vùng ĐBSCL”, mã số B2018-

VNCCCT-02 do Viện nghiên cứu cao cấp về Toán chủ trì thực hiện c) Dữ liệu công trình

❖ Hệ thống công trình đê sông, bờ bao Đến năm 2019, toàn tỉnh Tiền Giang đã xây dựng khoảng 19 tuyến đê bao ven biển và ven sông lớn, với tổng chiều dài 177.373,50m, bề rộng mặt đê trung bình 4,5m Nhiều tuyến đê sông, đê cục bộ và khu vực sau khi xây dựng đưa vào khai thác sử dụng đến nay cao trình hiện trạng và bề rộng mặt đê đã giảm so với thiết kế Bên cạnh đó, hiện tượng sạt lở bờ sông dẫn đến nhiều tuyến đê bao bị sạt lở mái đê, thân đê và hành lang bảo vệ của hầu hết các tuyến đê sông, đê cục bộ ngày càng bị thu hẹp, thậm chí sạt lở sát chân đê, do đó hàng năm phải thực hiện biện pháp lăn đê vào trong Đường hành lang chân đê 2 phía sông và phía đồng đều có kết cấu bằng đất

Bảng 2.5 Danh mục hệ thống công trình đê sông, bờ bao tại tỉnh Tiền Giang [9]

Vị trí (liên xă/xã - huyện) Điểm đầu Điểm cuối L (m) B(m)

TT Vàm Láng, Kiểng Phước, Tân Điền, Tân Thành - huyện Gò Công Đông

Tân Điền - huyện Gò Công Đông Đê Dự phòng

Công Đông Đê dự phòng

Tân Phước, Gia Thuận, Kiểng Phước,

Cống Vàm Tháp Tỉnh lộ 871 16.500 4 - 5

Tân Thành, Tăng.Hòa, Phước Trung - huyện

Cầu tạm Bà Tiên - xã Phú Đông

07 Kinh Nhiếm Phú Thạnh - huyện

Tân Phú Đông ĐH 84E Tỉnh lộ 877 2.659 4,0

Tân Phú - huyện Tân Phú Đông Tỉnh lộ 877 Rạch Lồ Ổ 5.000 4,0

Nhiếm 1, 2 và 2 tuyến đê cặp kênh liên thông

Tán Phú, Phú Thạnh - huyện Tân Phú Đông Kinh Nhiểm Tân Xuân - Tân

10 Bình Ninh Hòa Định, Bình Ninh

Cầu Hòa Định Cống Vàm

11 Long Hải Long Bình, Bình Tân - huyện Gò Công Tây

Cống Sáu Thoàn Tỉnh lộ 877 9.880 3,5 - 5

Bình Tân - huyện Gò Công Tây Tỉnh lộ 877 Tỉnh lộ 877 3.700 3,0

Bình Tân - huyện Gò Công Tây, Phước Trung - huyện Gò Công Đông

Tỉnh lộ 877 Cửa rạch Long

Bình Xuân, Bình Đông, Tân Trung - thị xã Gò Công

Vàm Gò Công Cống Vàm Tháp 18.941 4 - 6

Tân Trung, Bình Đông, Bình Xuân - thị xã Gò Công

Cống Gò Công Vàm Gò Công 12.500 4 - 5

16 Long Chánh Long Chánh - thị xã

Cống Gò Gừa Cống Gò Công 2.836 4 - 5

Công Đồng Sơn, Bình Phú - huyện Gò Công Tây, Bình Xuân - thị xã Gò

Cống Số 4 Cống Gò Gừa 15.683 3 - 4

18 Sông Tra Đồng Sơn - huyện Gồ

Tân Thuận Bình, Quơn Long - huyện Chợ Gạo, Đồng Sơn - huyện Gò Công Tâv

Cầu Đôi Đê Tây Kênh

❖ Hệ thống công trình đê biển: Hệ thống đê biển đã được từng bước đầu tư xây dựng nâng cấp, dài khoảng 22,4km, mặt đê đã được cứng hóa, rộng từ 4-7m cơ bản có thể chống bão cấp 9, triều cường tần suất 5% bảo vệ sản xuất và ổn định đời sống khu vực ven biển

Bảng 2.6 Hệ thống công trình đê biển tại tỉnh Tiền Giang [9]

TT Tuyến đê Lý trình

Chiều dài (m) Điểm đầu Điểm cuối Địa điểm

Cao trình đỉnh đê b mặt b đáy

TT Vàm Láng, Kiểng Phước, Tân Điền, Tân Thành

2.1.2.1 Xử lý số liệu mưa làm dữ liệu đầu vào của mô hình

Số liệu mưa các trạm Ba Tri, Cái Bè, Gò Công Đông, Mỹ Tho, Phú Mỹ, Vĩnh Long từ năm 2000 đến năm 2021 đưa về file dạng timeseries phục vụ làm dữ liệu đầu vào và có dạng như hình dưới:

2.1.2.2 Xử lý số liệu mực nước

Nguồn số liệu mực nước đáng tin cậy là số liệu mực nước triều từng giờ tại khu vực Tiền Giang từ bảng thủy triều các năm do Trung tâm Hải văn phát hành

Nguồn số mực nước toàn cầu như nguồn số liệu mực nước của HYCOM hay số liệu mực nước thủy triều toàn cầu từ ERS 1 và TOPEX/POSEIDON

Hình 2.5 Dao động mực nước bề mặt biển của HYCOM

Số liệu mực nước các trạm Cai Lậy, Cao Lãnh, Hòa Bình, Long Định, Mộc Hóa,

Mỹ Tho, Mỹ Thuận, Tân Châu, Trường Xuân (trạm đo mực nước trên các dòng chính) Ngoài ra còn có hai trạm Vàm Kênh và Vũng Tàu (hai trạm đo mực nước ven biển) từ năm 1995 đến năm 2021 dạng file excel được đưa xử lý và đưa về file dạng timeseries và dạng dfs0 phục vụ làm dữ liệu đầu vào tính toán, hiệu chỉnh kiểm định mô hình thủy lực Hình dưới là biều mẫu các trạm đo mực nước sau khi đã xử lý

Giới thiệu bộ công cụ mô hình MIKE

MIKE 11 là công cụ lập mô hình động lực, một chiều và thân thiện với người sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giản và phức tạp Với môi trường đặc biệt thân thiện với người sử dụng, linh hoạt và tốc độ, MIKE 11 cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch [[44]]

Mô-đun mô hình thủy động lực (HD) là một phần trọng tâm của hệ thống lập mô hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô-đun bao gồm Dự báo lũ, Tải khuyếch tán, Chất lượng nước và các mô-đun vận chuyển bùn lắng không có cố kết Mô-đun MIKE11-HD giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo tính liên tục và động lượng (momentum), nghĩa là phương trình Saint Venant Các ứng dụng liên quan đến mô-đun MIKE11-HD bao gồm: Dự báo lũ và vận hành hồ chứa; Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ; Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát bề mặt; Thiết kế các hệ thống kênh dẫn; Nghiên cứu sóng triều và dâng nước do mưa ở sông và cửa sông

Phương trình cơ bản của mô hình để tính toán cho trường hợp dòng không ổn định là phương trình liên tục và phương trình động lượng với các giả thiết chất lỏng không nén được và đồng nhất, dòng chảy chủ yếu là một chiều, độ dốc đáy nhỏ, các thông số mặt cắt ngang ít biến động theo chiều dọc, phân bố áp suất thuỷ tĩnh cho phương trình liên tục (bảo toàn khối lượng) và phương trình động lượng (bảo toàn động lượng)

Công thức tính lưu lượng của dòng chảy là Q = A.q, trong đó Q là lưu lượng (m³/s), A là diện tích mặt cắt (m²), q là lưu lượng nhập lưu trên một đơn vị chiều dài dọc sông (m³/s) Hệ số Chezy C và hệ số sửa chữa động lượng α là các hệ số phụ thuộc vào trạng thái dòng chảy và hình dạng kênh Bán kính thủy lực R được xác định bằng tỷ số diện tích mặt cắt A và chu vi tiếp xúc ướt P của dòng chảy.

Phương trình truyền tải - khuếch tán:

∂x) = −AKC + C 2 q (2.3) Trong đó A là diện tích mặt cắt (m 2 ); C là nồng độ (kg/m 3 ); D là hệ số phân tán; q là lưu lượng nhập lưu trên một đơn vị chiều dài dọc sông (m 3 /s); K là hệ số phân hủy sinh học (chỉ được sử dụng khi các hiện tượng hay quá trình xem xét có liên quan đến các phản ứng sinh hóa)

Mô hình MIKE 21FM (MIKE 21 Flow Model FM) là mô hình thủy lực hai chiều thuộc họ phần mềm MIKE, được xây dựng và phát triển bởi Viện Thủy Lực Đan Mạch (DHI) từ cuối những năm 90 [45] Mô hình MIKE 21FM đã có mặt tại Việt Nam vào tháng 11 năm 2005 qua con đường chuyển giao công nghệ giữa DHI và Viện Quy hoạch Thủy Lợi MIKE 21 là một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng do Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI) xây dựng và phát triển, được ứng dụng để mô phỏng các biến động 2 chiều của mực nước và dòng chảy trong hồ, cửa sông, vịnh, khu vực ven và ngoài biển

MIKE 21 Flow Model FM bao gồm các modul sau: Modul thuỷ lực (HD); Modul truyền tải (ST); Modul sinh thái (EL) Modul thuỷ lực là thành phần quan trọng nhất trong toàn kết cấu của mô hình MIKE 21 Flow Model FM, cung cấp các đặc trưng cơ bản về thuỷ động lực cho modul truyền tải và modul sinh thái

MIKE 21 FM là phần mềm kỹ thuật chuyên nghiệp để tính toán dòng chảy, sóng, vận chuyển trầm tích và sinh thái học trong sông, hồ, cửa sông, vịnh, các vùng biển ven bờ và biển ngoài khơi MIKE 21 FM cung cấp môi trường thiết kế hoàn chỉnh và có hiệu quả cho các ứng dụng kỹ thuật, quản lý tổng hợp vùng bờ và lập kế hoạch Sự kết hợp giữa giao diện đồ họa dễ sử dụng với kỹ thuật tính toán có hiệu quả đã tạo ra một công cụ hữu ích cho các nhà quản lý cũng như nhà thiết kế công trình trên toàn thế giới

Phương trình động lượng tương ứng theo thành phần x và y:

∂z) + v s S (2.6) Trong đó t: Thời gian; x, y, z: Tọa độ đề các; 𝜂: Cao độ bề mặt; d: Độ sâu; h 𝜂 + d: tổng độ sâu; u, v, w: thành phần tốc độ theo phương x, y, z; f = 2Ω sin ∅: thông số Coriolis (𝛺: tốc độ góc quay, và ∅: vĩ độ địa phương); g: Gia tốc trọng trường; 𝜌: mật độ; vt: Tốc độ nhiễu theo phương thẳng đứng; 𝑝 𝑎 : Áp suất khí quyển; 𝜌 0 : Mật độ tham chiếu; S: Độ lớn lưu lượng nguồn; us, vs: Tốc độ

Trong đó A: Xoáy nhớt theo phương nằm ngang; Trạng thái biên mặt và đáy đối với u, v và w được tính theo:

Trong đó (τ sx , τ sy ) (τ bx , τ by ) là thành phần ứng suất gió bề mặt và ứng suất đáy

Độ sâu thủy triều tổng h có thể được ước tính từ trạng thái thủy động lực học ở mặt biển Mặc dù tốc độ có thể xác định từ phương trình mô men và phương trình liên tục, nhưng công thức hoàn chỉnh hơn có thể thu được bằng cách tích hợp phương trình liên tục theo phương thẳng đứng.

∂y = hS + P̅ − E̅ (2.9) Trong đó: 𝑃̅, 𝐸̅ là tốc độ bốc hơi và mưa, 𝑢̅, 𝑣̅ tốc độ trung bình theo độ sâu Chất lỏng được xem là không nén được Vì vậy, mật độ 𝜌 không phụ thuộc vào áp suất mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ T và độ mặn s qua công thức trạng thái: ρ ρ(T, s) Ứng suất nội tại Tij (nhớt phần tử và nhớt rối) bao gồm ma sát do nhớt, do xoáy và bình lưu vi phân Các giá trị này được các định bằng công thức nhớt rối dựa trên gradient vận tốc trung bình tính theo độ sâu

MIKE FLOOD là một hệ thống mô hình thủy lực kết nối giữa mô hình một chiều MIKE Urban, MIKE 11 và mô hình MIKE 21 lưới chữ nhật hoặc MIKE 21FM lưới phi cấu trúc Mô hình MIKE Flood là sự kết hợp giữa những đặc điểm tốt nhất của mô hình 1 chiều và mô hình 2 chiều Những khó khăn của mô hình 1 chiều trong mô phỏng dòng chảy tràn bãi và vùng cửa sông, ven biển được mô phỏng tốt trong mô hình 2 chiều Việc mô phỏng các công trình và vận hành công trình chưa được mô phỏng rõ ràng trong mô hình thủy lực 2 chiều thì trong mô hình 1 chiều hoàn toàn mô phỏng tốt

❖ Kết nối MIKE 11 và MIKE 21 bằng MIKE FLOOD

Mô hình MIKE 11 và MIKE 21 có những ưu điểm vượt trội trong việc mô phỏng dòng chảy 1 chiều trong mạng lưới sông phức tạp (MIKE 11) và có thể mô phỏng bức tranh 2 chiều của dòng chảy tràn trên bề mặt đồng ruộng (MIKE 21)

58 Đối với MIKE 11, sẽ rất khó khăn để mô phỏng dòng chảy tràn nếu không biết trước một số khu chứa và hướng chảy, không mô tả được trường vận tốc trên mặt ruộng hoặc khu chứa, còn trong MIKE 21, nếu muốn vừa tính toán dòng tràn trên bề mặt ruộng, vừa muốn nghiên cứu dòng chảy chủ lưu trong các kênh dẫn thì cần phải thu nhỏ bước lưới đến mức có thể thể hiện được sự thay đổi của địa hình trong lòng dẫn mà hệ quả của nó là thời gian tính toán tăng lên theo cấp số nhân Để kết hợp các ưu điểm của cả mô hình 1 và 2 chiều đồng thời khắc phục được các nhược điểm của chúng, MIKE FLOOD cho phép kết nối 2 mô hình MIKE 11 và MIKE 21 trong quá trình tính toán, tăng bước lưới của mô hình (nghĩa là giảm thời gian tính toán) nhưng vẫn mô phỏng được cả dòng chảy trong lòng dẫn và trên mặt ruộng hoặc ô chứa cũng như mô phỏng được quá trình thủy văn thủy lực qua hệ thống công trình

Với việc sử dụng MIKE FLOOD, phiên bản 2014 có sự kết hợp giữa chia lưới tam giác với lưới chữ nhật rất thuận lợi cho mô phỏng hệ thống đường giao thông và đê Ngoài ra hệ thống công trình cầu, cống, đập tràn, cũng đã được đưa vào mô hình hai chiều nên càng thuận lợi hơn trong việc mô phỏng phù hợp với thực tế Đây là công đoạn cuối cùng trong việc xây dựng mô hình thủy lực và tràn bãi Tuy nhiên, việc kết nối giữa hai mô hình thủy lực 1 chiều và 2 chiều ở trên với nhau không thật sự đơn giản Các bước xây dựng như sau:

- Nhập mô hình thủy lực 1 chiều và 2 chiều vào mô hình MIKE Flood

Thiết lập mô hình

Mô hình MIKE 11 được thiết lập với ranh giới trên tại các trạm thủy văn Tân Châu và Châu Đốc, ranh giới dưới tại các cửa sông chính và cửa sông phía Đông và phía Tây hệ thống sông Cửu Long Mô hình MIKE 21 sử dụng lưới tính phi cấu trúc mô phỏng địa hình cho khu vực tỉnh Tiền Giang, kết nối với mạng sông trong MIKE 11 thông qua công cụ MIKE FLOOD.

3.1.1 Thiết lập sơ đồ thủy lực mạng sông

Hình 3.1 Sơ đồ mạng lưới thủy lực

3.1.2 Thiết lập tài liệu địa hình, số liệu mặt cắt ngang

Luận văn đã thực hiện thu thập được bản đồ địa hình vùng Đồng bằng sông Cửu Long từ nguồn của sở Tài nguyên môi trường các tỉnh và Bộ Tài nguyên Môi trường cung cấp Dữ liệu mặt cắt ngang sông: thu thập các đề tài và Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Bộ Các dữ liệu trên đã được chuẩn hóa định dạng và đưa vào trong mô hình để tính toán

Dữ liệu mặt cắt: Tài liệu mặt cắt sông bao gồm 926 mặt cắt, được kế thừa từ mô hình toàn ĐBSCL và được cập nhật bổ sung theo các dự án đề tài nghiên cứu khoa học từ 2010 đến 2016 của Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam, Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, số liệu đo đạc của Đài KTTV Tiền Giang, số liệu đo đạc và thu thập của Đề tài Xây dựng mô hình toán học tích hợp và phần mềm đánh giá xâm nhập mặn vùng ĐBSCL, mã số B2018-VNCCCT-02 do Viện nghiên cứu cao cấp về Toán chủ trì thực hiện

Hình 3.2 Hệ thống mặt cắt ngang sông/kênh vùng đồng bằng sông Cửu Long

Xây dựng mô hình 2 chiều tính toán mức độ ngập lụt tỉnh Tiền Giang sử dụng bản đồ khác nhau, với định dạng tính toán, phạm vi tính toán, độ chi tiết địa hình, độ phân giải lưới tính và xu thế phù hợp bản chất vật lý của các quá trình thủy động lực vùng ven bờ Miền quan tâm là khu vực tỉnh Tiền Giang, bao gồm trên cạn và dưới biển Phía khu vực ngoài biển, miền tính được mở rộng về cả hai phía bắc và nam của khu vực dự án nhằm mục đích giảm ảnh hưởng của các biên Khu vực trên cạn, miền tính bao phủ toàn bộ tỉnh Tiền Giang theo phạm vi hành chính của tỉnh

- Chi tiết tại khu vực ven bờ, khu vực có khả năng ngập: 100-200m;

Hình 3.3 Miền tính và địa hình khu vực nghiên cứu

3.1.4 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu

Các số liệu biên về mực nước được thu thập từ các số liệu đo đạc thực tế và các số liệu thu thập, tính toán dự báo theo mô hình dự tính toàn cầu về mực nước

Dữ liệu mực nước tại biên phía biển của mô hình dòng chảy và mực nước MIKE21 FM được trích xuất từ kết quả dự báo triều trên quy mô toàn cầu của bộ chương trình MIKE với độ phân giải 0,25 o kinh vĩ Đây là bộ dữ liệu tốt được nhiều cơ quan sử dụng ở nước ta và các nước trên thế giới Việc mô phỏng lại với miền tính lớn để trích ra cho các biên của bài toán nhằm đảm bảo độ phân giải cao theo không gian cho bài toán Ngoài ra, các kịch bản tính toán mực nước thiết kế, các thông số mực nước đầu vào được thống kê và tính toán trên cơ sở số liệu mực nước thực đo tại trạm Vũng Tàu và trạm Vàm Kênh Do gặp điều kiện không có đủ số liệu để xây dựng trường ban đầu trên toàn miền sát nhất với thực tế Để xử lý vấn đề này, trong luận đã tiến hành chạy “warm up” mô hình, giúp mô hình đạt tới trạng thái gần nhất với thực tế, đảm bảo độ chính xác về kết quả tính toán

Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

3.2.1.1 Hiệu chỉnh mô hình kết nối 1-2D

Sau khi xây dựng được sơ đồ mạng lưới tính toán, việc hiệu chỉnh các thông số đặc trưng chính như hệ số nhám, các hệ số thủy lực, thời gian và bước thời gian tính toán được thực hiện bằng phương pháp thử dần Trong đó hệ số nhám Manning (M) được phân ra nhiều đoạn sông như khu vực lòng bãi, khu vực dân cư và đất canh tác khác nhau được xây dựng trên bản đồ sử dụng đất cho khu vực Từ các tài liệu địa hình hiện trạng của hệ thống, các tài liệu về mực nước, lượng mưa đo được trong trận lũ xảy ra từ ngày 15/07/2000 đến ngày 02/12/2000 và trận lũ từ ngày 17/07/2018 đến ngày 13/12/2018 tại trạm Mỹ Tho, Hòa Bình, Vàm Kênh để hiệu chỉnh

Bảng 3.1 Hệ số Nash giai đoạn hiệu chỉnh

Trạm Trận lũ hiệu chỉnh Hệ số Nash

Hình 3.5 Hiệu chỉnh trận lũ 15/7/2000-12/12/2000 trạm Mỹ Tho

Hình 3.6 Hiệu chỉnh trận lũ 15/7/2000-12/12/2000 trạm Hòa Bình

Hình 3.7 Hiệu chỉnh trận lũ 15/7/2000-12/12/2000 trạm Vàm Kênh

Hình 3.8 Hiệu chỉnh trận lũ 16/7/2018-13/12/2018 trạm Mỹ Tho

Hình 3.9 Hiệu chỉnh trận lũ 16/7/2018-13/12/2018 trạm Hòa Bình

Hình 3.10 Hiệu chỉnh trận lũ 16/7/2018-13/12/2018 trạm Vàm Kênh

3.2.1.2 Kiểm định mô hình kết nối 1-2D

Sau khi hiệu chỉnh mô hình và dò tìm bộ thông số tối ưu, tác giả đã tiến hành kiểm định mô hình bằng trận lũ từ ngày 15/7/2011 đến 12/12/2011 Kết quả kiểm định mô hình được thể hiện trên bảng 3.2 và hình 3.10-3.12, cung cấp thông tin đánh giá độ chính xác và hiệu quả của mô hình.

Bảng 3.2 Hệ số Nash giai đoạn kiểm định mô hình

Trạm Trận lũ kiểm định Hệ số Nash

Hình 3.11 Kiểm định trận lũ 15/7/2011-12/12/2011 trạm Mỹ Tho

Hình 3.12 Kiểm định trận lũ 15/7/2011-12/12/2011 trạm Hòa Bình

Hình 3.13 Kiểm định trận lũ 15/7/2011-12/12/2011 trạm Vàm Kênh

Trong bài toán này, luận văn đã sử dụng các số liệu dòng chảy, mực nước được thu thập từ Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Bộ đã thực hiện việc đo đạc trong thực tế do trong một dự án mà Đài đã trên địa bàn tỉnh Tiền Giang để phục vụ cho việc hiệu chỉnh mô hình Ngoài ra, các hệ số hiệu chỉnh mô hình còn được tham khảo từ các khoảng giá trị do nhà sản suất đề xuất Quá trình này được thử dần với những tham số mô hình trong phạm vi cho phép và tiếp cận gần đúng phù hợp với đặc trưng khu vực tính toán

Hình 3.14 và 3.15 thể hiện các kết quả so sánh về biến trình mực nước thực đo và tính toán Các kết quả tính toán hiệu chỉnh tại cả hai trạm đều cho kết quả rất tốt

Về độ lớn mực nước triều, tại trạm Vũng Tàu, chênh lệch giữa tính toán và thực đo khá nhỏ, lớn nhất khoảng 0,2 - 0,4m; trong khi đó, trạm Vàm Kênh cho kết quả chênh lệch độ lớn mực nước triều không lớn Về pha triều, kết quả tính toán mô phỏng rất tốt pha triều của số liệu thực đo tại cả hai trạm Các chỉ số đánh giá sai số gồm hệ số tương quan R 2 , Nash, RMSE tại hai trạm đều trong khoảng giá trị rất tốt Kết quả chi tiết được trình bày trong bảng 3.3

Hình 3.14 Mực nước thực đo và tính toán hiệu chỉnh tại trạm Vũng Tàu

Hình 3.15 Mực nước thực đo và tính toán hiệu chỉnh tại trạm Vàm Kênh

3.2.2.2 Kiểm định Để kiểm định mô hình, đã sử dụng số liệu đo đạc tháng 1/1995 và 1/2018 tại khu vực để tiến hành kiểm định mô hình Các kết quả về kiểm định là xu hướng tốt với bộ các thông số hiện nay Có thể thấy rằng mực nước tính toán đã bắt được xu hướng của đường thực đo cả về độ lớn và pha triều Hình 3.16 - 3.19 thể hiện các kết quả so sánh về biến trình mực nước thực đo và tính toán Các kết quả tính toán hiệu chỉnh tại cả hai trạm đều cho kết quả rất tốt Về độ lớn mực nước triều, tại trạm Vũng Tàu và Vàm Kênh, chênh lệch giữa tính toán và thực đo khá nhỏ trong cả hai giai đoạn Về pha triều, kết quả tính toán mô phỏng rất tốt pha triều của số liệu thực đo tại cả hai trạm Các chỉ số đánh giá sai số gồm hệ số tương quan R 2 , Nash, RMSE tại hai trạm đều trong khoảng giá trị rất tốt Kết quả chi tiết được trình bày trong bảng 3.3

Hình 3.16 Mực nước thực đo và tính toán kiểm định tại trạm Vũng Tàu (năm

Hình 3.27 Mực nước thực đo và tính toán kiểm định tại trạm Vàm Kênh (năm

Hình 3.38 Mực nước thực đo và tính toán kiểm định tại trạm Vũng Tàu (năm

Hình 3.49 Mực nước thực đo và tính toán kiểm định tại trạm Vàm Kênh (năm

Bảng 3.3 Bảng đánh giá sai số tính toán

Trạm Vũng Tàu Trạm Vàm Kênh

Các kết quả kiểm định đều rất tốt, khẳng định bộ thông số cho các module thủy lực đã được lựa chọn phù hợp và hoàn toàn có thể tiến hành mô phỏng ảnh hưởng của thủy triều theo các kịch bản cho bộ mô hình đã được thiết lập

Hình 3.20 Thông số nhám hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 1 chiều

Bảng 3.4 Bảng thông số mô 2 chiều

TT Tham số mô hình Giá trị

2 Hệ số ma sát gió 0,002366 - 0,002424 (tùy theo vận tốc gió)

3 Hệ số nhớt rối Smagorinsky 0,28

5 Hệ số tỉ lệ khuếch tán ngang 1,00

6 Hệ số ma sát đáy 0,001

7 Lực Coriolis Biến đổi toàn miền

Xây dựng các kịch bản mô phỏng

Các kịch bản được hiểu là các trường hợp giả định có thể xảy ra và bao quát được các đặc điểm nổi bật nhất về thủy lực, cụ thể trong luận văn là bộ kịch bản sẽ bao quát các ảnh hưởng của lũ, mực nước triều và tổ hợp lũ - triều đến khu vực tỉnh Tiền Giang

Trong phạm vi luận văn chỉ thực hiện việc mô phỏng ảnh hưởng của lũ, triều cường và tổ hợp lũ – triều cường gây ngập lụt cho khu vực tỉnh Tiền Giang Do đó các kịch bản được xây dựng theo các yếu tố này với các cấp mực nước Cơ sở, căn cứ để xây dựng kịch bản theo các cấp mực nước dựa theo Quyết định số: 05/2020/QĐ- TTg ngày 31 tháng 01 năm 2020 của Thủ tướng Chính phủ về “Quy định mực nước tương ứng với các cấp báo động lũ trên các sông thuộc phạm vi cả nước”

Bảng 3.5 Bảng tổng hợp các kịch bản mô phỏng

STT Nhóm kịch bản Kịch bản mô phỏng

1 Nhóm kịch bản mô phỏng ảnh hưởng của lũ

Kịch bản ứng với mực nước tại Tân Châu H = 300cm

2 Kịch bản ứng với mực nước tại Tân Châu H = 350cm

5 Nhóm kịch bản mô phỏng ảnh hưởng của thủy triều theo tần suất

Kịch bản mực nước triều tần suất 1%

6 Kịch bản mực nước triều tần suất 2%

Nhóm kịch bản mô phỏng ảnh hưởng tổ hợp lũ – triều

Kịch bản mô phỏng ảnh hưởng ngập lụt của tổ hợp Lũ - Triều với mực nước tại Tân Châu H = 300cm - Mực nước triều ứng với cấp báo động 2

STT Nhóm kịch bản Kịch bản mô phỏng

3.3.1 Các kịch bản mô phỏng ảnh hưởng của lũ sông Cửu Long

Với mục đích chính của luận văn là xây dựng được bản đồ ngập lụt cho tỉnh Tiền Giang Vì vậy để phục vụ xây dựng bản đồ ngập lụt cho khu vực nghiên cứu, sau quá trình hiệu chỉnh, kiểm định mô hình MIKE FLOOD với kết quả bộ thông số đáng tin cậy sử dụng mô hình MIKE FLOOD để mô phỏng các kịch bản ngập lụt Căn cứ vào 3 cấp báo động lũ đối với trạm Tân Châu (Báo động I: 3,5m; báo động II: 4,0m; báo động III: 4,5m) Tiến hành hiệu chỉnh kiểm định với các năm lũ

2000, 2011, 2018 sau đó chạy các kịch bản lũ khác nhau tại Tân Châu ứng với các cấp mực nước khác nhau: 3,0m, 3,5m, 4,0m, 4,5m… Ứng dụng mô hình mô phỏng ngập lụt theo các kịch bản xây dựng trên địa bàn tỉnh Tiền Giang

3.3.2 Các kịch bản mô phỏng ảnh hưởng của thủy triều

Các kịch bản được hiểu là các trường hợp giả định có thể xảy ra và bao quát được các đặc điểm nổi bật nhất về thủy lực, cụ thể là về tác động của thủy triều tới khu vực tỉnh Tiền Giang Các kịch bản về tuần suất được xây dựng dựa trên sự phân tích các trường hợp mô phỏng, mục tiêu nghiên cứu trong luận văn tiến hành phân tích đặc điểm thủy triều, từ đó xây dựng các kịch bản tần suất tương ứng với các mức tần suất 1%, 2%, 5%, 10% được thống kê phân tích theo số liệu mực nước thực đo trong giai đoạn 1980-2021 tại trạm Vàm Kênh Thời gian mô phỏng của mỗi kịch bản là 15 ngày để bao hàm hết một con triều tại khu vực nghiên cứu

3.3.3 Kịch bản mô phỏng ảnh hưởng của tổ hợp lũ - triều cường

Kịch bản lũ kết hợp triều được xây dựng dựa trên sự kết hợp của các kịch bản lũ và kịch bản triều cường Từ đó, lập nên tổ hợp kịch bản lũ với mực nước tại trạm Tân Châu ở các cấp khác nhau như 3,0m, 3,5m, 4,0m, 4,5m , tương ứng với các cấp

81 bảo động 2, 3 được thống kê phân tích theo số liệu mực nước thực đo trong giai đoạn 1980-2021 tại trạm Vàm Kênh Từ tổ hợp các kịch bản như trên mô phỏng ngập lụt cho địa bàn tỉnh Tiền Giang.

Xây dựng bộ bản đồ mô phỏng ngập lụt theo các kịch bản

3.4.1 Các kịch bản mô phỏng ảnh hưởng của lũ sông Cửu Long

Với kịch bản H = 300cm thì tổng diện tích ngập trên khu vực ảnh hưởng khoảng 87,918 ha diện tích ngập ít nhất trong bốn kịch bản Với độ sâu từ 0,2-0,5m ngập nhiều nhất tại hai huyện Cái Bè (18,736 ha), huyện Tân Phước (13,641 ha) và huyện Cai Lậy (7,564 ha) Độ sâu từ 0,5-1m ngập nhiều nhất tại huyện Cái Bè (5,563 ha) và huyện Gò Công Đông (4,316 ha) Độ sâu từ 1-2m ngập nhiều nhất tại hai huyện Gò Công Đông (1,798 ha) và huyện Tân Phú Đông (1,589 ha)

Bảng 3.6 Kết quả mô phỏng diện ngập với kịch bản H300

TỔNG DIỆN TÍCH NGẬP THEO HUYỆN, THỊ XÃ, THÀNH PHỐ (ha)

VII Huyện Gò Công Ðông 4,664 4,316 1,798 10,778

VIII Huyện Gò Công Tây 2,246 461 113 2,820

Hình 3.21 Minh họa bản đồ ngập lụt tỉnh Tiền Giang kịch bản mực nước tại Tân

Theo kịch bản H = 350cm, diện tích ngập lụt ước tính khoảng 90.865 ha, tập trung chủ yếu ở huyện Cái Bè (18.266 ha) với độ sâu 0,2-0,5m Khu vực ngập ít nhất là Thành phố Mỹ Tho (482 ha) và huyện Chợ Gạo (676 ha) Cụ thể, với độ sâu 0,2-0,5m, diện tích ngập lớn nhất ở các huyện Cái Bè, Tân Phước và Cai Lậy; trong khi độ sâu 0,5-1m tập trung tại Cái Bè và Gò Công Đông Huyện Cái Bè cũng ghi nhận diện tích ngập lớn nhất trong phạm vi độ sâu 1-2m.

Gò Công Đông (1,798 ha) và huyện Tân Phú Đông (1,590 ha)

VII Huyện Gò Công Ðông 4664 4317 1798 10779

VIII Huyện Gò Công Tây 2264 462 113 2840

Với kịch bản H = 400cm thì tổng diện tích ngập trên khu vực ảnh hưởng khoảng 97,125 ha, chủ yếu các huyện, thị xã, thành phố ngập với độ sâu ngập từ 0,2-1m Ngập nhiều nhất tại huyện Cái Bè với diện tích khoảng 27,723 ha Với độ sâu từ 0,2-0,5m ngập nhiều nhất tại hai huyện Cái Bè (16,293 ha), huyện Tân Phước (15,501

84 ha) Độ sâu từ 0,5-1m ngập nhiều nhất tại huyện Cái Bè (16,293 ha) và huyện Tân Phước (15,501 ha) Độ sâu từ 1-2m ngập nhiều nhất tại hai huyện Gò Công Đông (1,799 ha) và huyện Tân Phú Đông (1,592 ha)

Với kịch bản mực nước dâng 450 cm, tổng diện tích ngập trên khu vực nghiên cứu là 154.503 ha Huyện Cái Bè có diện tích ngập lớn nhất (28.299 ha), chủ yếu ở độ sâu 0,2-1m Độ sâu ngập từ 0,2-0,5m phổ biến nhất ở huyện Cái Bè (15.809 ha) và Tân Phước (15.888 ha), trong khi độ sâu từ 0,5-1m tập trung ở huyện Cái Bè (12.082 ha).

Gò Công Đông (4,318 ha) Độ sâu từ 1-2m ngập nhiều nhất tại hai huyện Gò Công Đông (1,799 ha) và huyện Tân Phú Đông (1,592 ha)

3.4.2 Các kịch bản mô phỏng ảnh hưởng của thủy triều

3.4.2.1 Các kịch bản về tần suất

Các huyện ven biển chịu ảnh hưởng nặng nề bởi mực nước triều cao, dẫn đến nguy cơ ngập lụt như tại Gò Công Đông, Tân Phú Đông, Cai Lậy Ngược lại, Cai Lậy, Tân Phước không bị ngập do mực nước triều với tần suất 1%, 2%, 5%, 10% Kịch bản mực nước 1% cho thấy Gò Công Đông có diện tích ngập lên tới 9979 ha, trong đó Tân Thanh (2626,5 ha) có diện tích ngập lớn nhất; Tân Phú Đông cũng chịu ảnh hưởng nặng với diện tích ngập 8140 ha, tiêu biểu là Phú Tân (4207,9 ha) Nhìn chung, vùng ven biển, ven sông thường dễ xảy ra ngập lụt do mực nước triều cao.

87 vẫn chịu ảnh hưởng thủy triều có chịu ảnh hưởng bởi ngập lụt tương đối rõ ràng Càng khu vực nội đất liền thì mức độ ảnh hưởng giảm dần và không còn tác động mạnh

Bảng 3.10 Bảng kết ngập lụt tỉnh Tiền Giang ứng với tần suất triều 1% theo cấp huyện

TỔNG DIỆN TÍCH THEO HUYỆN, THỊ XÃ, THÀNH PHỐ (ha)

VII Huyện Gò Công Đông 4187 3505 2287 9979

Hình 3.25 Minh họa bản đồ ngập lụt tỉnh Tiền Giang ứng với tần suất triều 1%

Bảng 3.11 Bảng kết quả ngập lụt tỉnh Tiền Giang ứng với tần suất triều 2% theo cấp huyện

3.4.3 Kịch bản mô phỏng ảnh hưởng của tổ hợp lũ - triều cường

Kết quả tính toán cho thấy, tại kịch bản tổ hợp lũ H = 300cm - mực nước triều ứng với cấp báo động 2, với độ sâu từ 0,2-0,5m ngập nhiều nhất tại huyện Tân Phước (15673,1ha) huyện Cái Bè (14812,0 ha) Độ sâu từ 0,5-1m ngập nhiều nhất tại huyện Cái Bè (14748,1 ha) Độ sâu từ 1-2m ngập nhiều nhất tại hai huyện Gò Công Đông (953,4 ha)

Bảng 3.14 Kết quả mô phỏng diện ngập với kịch bản tổ hợp Lũ H = 300cm - mực nước triều ứng với báo động cấp 2

VIII Huyện Gò Công Tây 890,7 345,6 1236,3

Hình 3.29 Minh họa bản đồ ngập lụt tỉnh Tiền Giang theo kịch bản tổ hợp Lũ H 300cm - mực nước triều ứng với báo động cấp 2

Theo kịch bản tổ hợp lũ H = 300cm, mực nước triều tương ứng cấp báo động 3, độ sâu từ 0,2-0,5m nhấn chìm diện tích lớn nhất là huyện Tân Phước (14922,2ha) và huyện Cái Bè (7460,4ha) Khu vực ngập sâu từ 0,5-1m tập trung nhiều nhất ở huyện Gò Công Đông (7057,8ha) và huyện Tân Phước (5151,2ha) Đối với độ sâu 1-2m, huyện Tân Phú Đông và Gò Công Đông có diện tích ngập sâu lớn nhất lần lượt là 4022,9ha và 4433,8ha.

Bảng 3.15 Kết quả mô phỏng diện ngập với kịch bản tổ hợp Lũ H = 300cm - mực nước triều ứng với báo động cấp 3

VII Huyện Gò Công Ðông 3397,4 5957,8 4433,8 13789

VIII Huyện Gò Công Tây 5806 2350,7 141,3 8298

Hình 3.30 Minh họa bản đồ ngập lụt tỉnh Tiền Giang theo kịch bản tổ hợp Lũ H 300cm - mực nước triều ứng với báo động cấp 3

Theo mô phỏng, kịch bản ngập lụt đánh giá tổ hợp lũ H = 350cm - báo động 2 cho thấy diện tích ngập lớn nhất ở huyện Cái Bè (15293,7 ha) và Tân Phước (14243,4 ha) với độ sâu 0,2-0,5m Ở độ sâu 0,5-1m, huyện Cái Bè vẫn ngập nặng nhất (14134,0 ha) Trong khi đó, ở độ sâu 1-2m, huyện Tân Phú Đông (2126,9 ha) và Gò Công Đông (1344,6 ha) bị ảnh hưởng nhiều nhất.

Bảng 3.16 Kết quả mô phỏng diện ngập với kịch bản tổ hợp Lũ H = 350cm - mực nước triều ứng với cấp báo động 2

VIII Huyện Gò Công Tây 487,2 336,1 116,1 939,4

Hình 3.31 Minh họa bản đồ ngập lụt tỉnh Tiền Giang theo kịch bản tổ hợp Lũ

H50cm - mực nước triều ứng với cấp báo động 2

Khi mực nước đạt đến mức báo động cấp 3 (H = 350 cm), chiều sâu ngập nước từ 0,2-0,5m sẽ ảnh hưởng đáng kể đến huyện Tân Phước (15260,3 ha) và huyện Cái Bè (14809,9 ha) Trong khi đó, độ sâu ngập nước từ 0,5-1m sẽ tập trung nhiều nhất ở huyện Gò Công Đông (6993,7 ha) và huyện Tân Phước (15086,2 ha) Các khu vực ngập sâu từ 1-2m sẽ xuất hiện tại hai huyện không được nêu trong đoạn văn.

Gò Công Đông (4428,2 ha) và huyện Tân Phú Đông (4027,6 ha)

Hình 3.32 Minh họa bản đồ ngập lụt tỉnh Tiền Giang theo kịch bản tổ hợp Lũ H 350cm - mực nước triều ứng với cấp báo động 3

Tại nhóm kịch bản lũ 400cm tại trạm Tân Châu - mực nước triều ứng với cấp báo động 2 cho diện tích ngập 98283,6 ha Với độ sâu từ 0,2-0,5m ngập nhiều nhất tại hai huyện Cái Bè (14062,8 ha), huyện Tân Phước (15467,3 ha) Độ sâu từ 0,5-1m ngập nhiều nhất tại huyện Cái Bè (16053,0 ha) Độ sâu từ 1-2m ngập nhiều nhất tại hai huyện Tân Phú Đông 2133,5 ha) và huyện Gò Công Đông (1346,0 ha)

Tại nhóm kịch bản lũ 400cm tại trạm Tân Châu - mực nước triều ứng với cấp báo động 3 cho diện tích ngập 123349,8 ha Với độ sâu từ 0,2-0,5m ngập nhiều nhất tại hai huyện Cái Bè (13542,0 ha), huyện Tân Phước (15876,0 ha) Độ sâu từ 0,5-1m ngập nhiều nhất tại huyện Cái Bè (16955,1 ha) Độ sâu từ 1-2m ngập nhiều nhất tại hai huyện Tân Phú Đông (2133,5 ha) và huyện Gò Công Đông (1346,0 ha)

Bảng 3.19 Kết quả mô phỏng diện ngập với kịch tổ hợp Lũ H = 400cm - mực nước triều ứng với cấp báo động 3

Nhận xét ngập lụt tỉnh Tiền Giang

3.5.1 Ảnh hưởng của lũ đến ngập lụt tỉnh Tiền Giang (KB 1,2,3,4)

Trên địa bàn tỉnh Tiền Giang, Lũ trên sông Mê Công (dòng chính sông Tiền) có vai trò và ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề ngập lụt trên địa bàn tỉnh Những năm 2000,

2011, 2018 đã gây ra ngập lụt rất lớn trên địa bàn tỉnh, các số liệu của những năm này được sử dụng để thiết lập mô hình lũ, từ mô hình đã được hiệu chỉnh và kiểm định đã sử dụng để mô phỏng với các các kịch bản ngập lụt với các cấp mực nước tại trạm Tân Châu (3,0m; 3,5m; 4,0m; 4,5m) với diện tích ngập lụt trên địa bàn tỉnh Tiền Giang khoảng 87948,4 ha với kịch bản ứng với mực nước H = 300cm, diện tích ngập khoảng 90864,9 ha với kịch bản ứng với mực nước H = 350cm, diện tích ngập khoảng 97125,3 ha với kịch bản ứng với mực nước H = 400cm, diện tích ngập khoảng 99010,2 ha với kịch bản ứng với mực nước H = 450cm

Bảng 3.22 Bảng thống kê diện tích bị ngập lụt do lũ

3.5.2 Ảnh hưởng của triều cường đến ngập lụt tỉnh Tiền Giang (KB 5,6,7,8)

Trong nội dung nghiên cứu của luận văn các kịch bản được thiết lập bao gồm 4 kịch bản về tần suất Luận văn đã tiến hành phân tích đặc điểm thủy triều, từ đó xây dựng các kịch bản tần suất tương ứng với các mức tần suất triều theo các cấp báo

101 động 2 và 3 được thống kê phân tích theo số liệu mực nước thực đo trong giai đoạn

1980 - 2019 tại trạm Vũng Tàu Thời gian mô phỏng của mỗi kịch bản là 15 ngày Các kết quả mô phỏng về tần suất mực nước cho thấy: phần lớn các huyện khu vực ven biển đều chịu ảnh hưởng ngập lụt dưới tác động mạnh bởi mực nước triều Các khu vực ven biển, cửa sông - nơi vẫn chịu ảnh hưởng thủy triều bị ngập lụt tương đối rõ ràng Trong khi đó, khu vực nội đất liền thì mức độ ảnh hưởng giảm dần và không còn tác động mạnh Tổng diện tích ngập theo kịch bản về tần suất 1%, 2%, 5%, 10% lần lượt là: 27407ha; 27202 ha; 26509ha, 26057ha Trong đó, huyện Gò Công Đông, huyện Tân Phú Đông, huyện Gò Công Tây là các huyện có diện tích ngập lớn nhất (theo kịch bản tần suất mực nước 1%, huyện Gò Công Đông có diện tích ngập lên tới 9979ha)

Bảng 3.23 Bảng thống kê diện tích bị ngập lụt do triều

3.5.3 Ảnh hưởng của tổ hợp lũ - triều cường đến ngập lụt tỉnh Tiền Giang (KB 9,10,11,12,13,14,16,16)

Với các kịch bản lũ - triều là tổ hợp các kịch bản lũ kết hợp với triều cường được xây dựng dựa trên các kịch bản lũ và các kịch bản triều, từ đó xây dựng tổ hợp kịch bản lũ với mực nước tại trạm Tân Châu với các cấp mực nước khác nhau: 3,0m, 3,5m, 4,0m, 4,5m… tương ứng với mực nước triều cấp báo động 2 và báo động 3

102 được thống kê phân tích theo số liệu mực nước thực đo trong giai đoạn 1980-2019 tại trạm Vũng Tàu Từ tổ hợp các kịch bản như trên, tính toán và mô phỏng ngập lụt cho địa bàn tỉnh Tiền Giang

Với kịch bản tổ hợp lũ H = 300cm - mực nước triều ứng với cấp báo động 2, với độ sâu từ 0,2-0,5m ngập nhiều nhất tại huyện Tân Phước (15673,1ha) huyện Cái

Bè (14812,0 ha) Độ sâu từ 0,5-1m ngập nhiều nhất tại huyện Cái Bè (14748,1 ha) Độ sâu từ 1-2m ngập nhiều nhất tại hai huyện Gò Công Đông (953,4 ha); với kịch bản lũ 450cm tại trạm Tân Châu - mực nước triều ứng với cấp báo động 3 cho diện tích ngập 123476,4 ha Với độ sâu từ 0,2-0,5m ngập nhiều nhất tại hai huyện Cái Bè (13291,0 ha), huyện Tân Phước (15415,7 ha) Độ sâu từ 0,5-1m ngập nhiều nhất tại huyện Cái Bè (17367,1 ha) Độ sâu từ 1-2m ngập nhiều nhất tại hai huyện Tân Phú Đông (4055,9 ha) và huyện Gò Công Đông (4309,8 ha) Nhìn chung, dưới ảnh hưởng tổ hợp của lũ và triều, các huyện Cái Bè, Gò Công Đông, Tân Phú Đông là các huyện chịu ảnh hưởng lớn nhất với phạm vi ngập dưới 1m Trong phạm vi ngập lớn (trên 5m), huyện Gò Công Đông và Tân Phú Đông là huyện có nguy cơ chịu ảnh hưởng nặng nề nhất tại tỉnh Tiền Giang

Bảng 3.24 Bảng thống kê diện tích ngập ứng với các kịch bản lũ triều Đơn vị: ha

Chương 3 là chương chính và là cốt lõi của luận văn, các nôi dung trong chương này giải quyết các vấn đặt ra và cho ra sản phẩm cuối cùng, cụ thể trong chương này đã triển khai thực hiện các nội dung như sau:

- Thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 1-2D mô hình lũ cho kết quả tốt;

Quy trình hiệu chỉnh và kiểm định mô hình triều đã đạt được kết quả rất tốt ở cả hai trạm quan trắc Các chỉ số đánh giá sai số trong quá trình hiệu chỉnh đều nằm trong khoảng giá trị rất tốt, bao gồm hệ số tương quan R2, Nash và RMSE Kết quả kiểm định về pha triều cũng cho thấy mô hình mô phỏng rất tốt pha triều so với số liệu thực đo.

- Xây dựng các kịch bản dùng cho: Mô phỏng do lũ, triều và tổ hơp lũ - triều cụ thể: Nhóm kịch bản mô phỏng ảnh hưởng của lũ; Nhóm kịch bản mô phỏng ảnh hưởng của thủy triều theo tần suất; Nhóm kịch bản mô phỏng của tổ hợp lũ - triều

Bộ bản đồ mô phỏng ngập lụt theo các kịch bản là kết quả chủ chốt của luận văn, bao gồm:- Bộ bản đồ mô phỏng ảnh hưởng của lũ sông Cửu Long- Bộ bản đồ mô phỏng ảnh hưởng của triều ven biển, ven sông- Bộ bản đồ mô phỏng ảnh hưởng của tổ hợp lũ - triều cường

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Thông qua việc thực hiện Luận văn “Nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lụt khu vực tỉnh Tiền Giang” Trong phần kết luận kiến nghị, học viên đưa ra một số kết quả đạt được như sau:

- Đã kết hợp việc sử dụng mô hình MIKE11, MIKE21 và MIKE FLOOD để mô phỏng ngập lụt trên địa bàn tỉnh Tiền Giang theo các kịch bản do ảnh hưởng của lũ thượng nguồn, của triều cường và tổ hợp lũ - triều cường

- Đã mô phỏng chi tiết hai yếu tố bất lợi có nguồn gốc khí tượng thủy văn được xác định gây ngập lụt khu vực tỉnh Tiền Giang, cụ thể:

+ Mô phỏng ảnh hưởng của lũ sông Cửu Long đến Tiền Giang, đặc biệt đến các huyện phía tây của tỉnh với các năm lũ lịch sử trên địa bàn tỉnh (năm 2000, 2011,

2018), với các kịch bản lũ tương ứng với các cấp mực nước tại trạm Tân Châu (3,0m; 3,5m; 4,0m; 4,5m)

Tiêu đề	Nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lụt khu vực tỉnh Tiền Giang
Tác giả	Phạm Hồ Quốc Tuấn
Người hướng dẫn	PGS.TS. Đoàn Quang Trí
Trường học	Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Chuyên ngành	Thủy văn học
Thể loại	Luận văn Thạc sĩ Khoa học
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	120
Dung lượng	8,37 MB