Luận văn nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông ba

MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH SÁCH CÁC BẢNG .iii DANH SÁCH CÁC HÌNH iv LỜI CẢM ƠN iv MỞ ĐẦU .v CHƯƠNG 1.ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN NGẬP LỤT 1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN LƯU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1.1 Điều kiện tự nhiên 1.1.2.Đặc điểm mạng lưới sông ngòi 13 1.1.3.Đặc điểm khí tượng – khí hậu 18 1.1.4.Đặc điểm thủy văn 25 1.2.ĐIỀU KIỆN KINH TẾ XÃ HỘI 27 1.2.1.Đặc điểm dân sinh kinh tế 27 1.2.2.Đặc điểm kinh tế .27 1.3.TÌNH HÌNH NGẬP LỤT HẠ LƯU SÔNG BA 28 1.3.1.Tình hình ngập lụt .28 1.3.2.Thiệt hại ngập lụt 28 1.3.3.Hiện trạng công trình phòng chống lũ tiêu úng 30 1.3.4.Mục tiêu phòng chống lũ lưu vực 31 1.3.5.Phương án quy hoạch phòng chống lũ .32 CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 34 2.1.TỔNG QUAN CHUNG 34 2.1.1.Khái niệm đồ ngập lụt 34 2.1.2.Các phương pháp xây dựng đồ ngập lụt 34 2.2.TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH THỦY VĂN, THỦY LỰC TÍNH TOÁN NGẬP LỤT 35 2.2.1.Các mô hình mưa dòng chảy: 35 2.2.2.Mô hình thủy lực: 36 2.2.3.Lựa chọn mô hình diễn toán .42 i 2.2.4.Cơ sở lý thuyết mô hình 43 2.2.5.Các bước triển khai mô hình .59 2.3.GIỚI THIỆU QUY TRÌNH XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 59 2.3.1.Khái niệm hệ thống thông tin địa lý 60 2.3.2.Các phương pháp GIS xây dựng đồ ngập lụt [1, 2, 3] 61 CHƯƠNG 3.XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 63 3.1 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU 63 3.1.1 Tài liệu địa hình .63 3.1.2.Tài liệu thủy văn 67 3.1.3.Tài liệu điều tra vết lũ .68 3.2.ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY LỰC TÍNH TOÁN NGẬP LỤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU .69 3.2.1.Mô hình mưa rào dòng chảy NAM 69 3.2.2.Mô hình EFDC 74 3.2.3.Kết mô trình ngập lụt mô hình EFDC .80 3.3.TÍNH TOÁN NGẬP LỤT THEO TẦN SUẤT 1%, 2%, 5% VÀ 10% 87 3.4.XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 91 3.4.1 Quy trình chuyển kết mô hình EFDC sang GIS xây dựng đồ ngập lụt 91 3.4.2.Kết xây dựng đồ ngập lụt 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO .110 ii DANH SÁCH CÁC BẢNG iii DANH SÁCH CÁC HÌNH LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ khoa học: “Nghiên cứu xây dựng đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Ba” hoàn thành vào tháng 12 năm 2012 hướng dẫn TS Huỳnh Thị Lan Hương Tác giả xin bày tỏ cám ơn chân thành tới TS Huỳnh Thị Lan Hương tận tình hướng dẫn suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận văn này, qua tác giả bày tỏ cảm ơn chân thành tới PGS TS Nguyễn Hữu Khải có định hướng bước đầu tác giả bắt đầu thực luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới thầy, cô giáo khoa Khí tượng – Thủy văn – Hải dương học giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho tác giả trình học tập nghiên cứu luận văn Trong khuân khổ luận văn, thời gian điều kiện hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp quý báu độc giả đồng nghiệp Tác giả iv MỞ ĐẦU i Đặt vấn đề Từ xưa tới lũ lụt mối đe dọa hàng đầu gây nhiều thiệt hại người Cùng với tăng trưởng ngành kinh tế phát triển xã hội, đòi hỏi công tác quản lý, phòng chống thiên tai đặc biệt lũ lụt nhằm đảm bảo mức độ an toàn ngày cao hạn chế đến mức thấp thiệt hại Trong trình phát triển kinh tế - xã hội, việc khai thác tổng hợp tài nguyên nước cho mục đích khác hệ thống sông thuộc miền Trung nói chung lưu vực sông Ba nói riêng đem lại giá trị to lớn cải xã hội đóng vai trò quan trọng cho ngành kinh tế tỉnh như: du lịch, công nghiệp, thủy lợi, lượng, thủy sản, nông nghiệp Sông Ba sông lớn miền trung Trung Bộ Việt Nam với tổng diện tích lưu vực 14.132 km nằm địa phận tỉnh Gia Lai, ĐakLak Phú Yên Hàng năm, mùa lũ, nước sông Ba dồn từ thượng lưu gây ngập lụt nghiêm trọng cho hạ lưu sông Ba Lũ gây ngập lụt, thiệt hại lớn người tài sản lưu vực Mưa lũ gây chết người, nhà cửa bị ngập, bị sập, công trình hạ tầng sở trường học, bệnh viện bị hư hỏng, đường sá cầu cống công trình thuỷ lợi bị sạt lở, bị vỡ bồi lấp Diện tích đất trồng trọt bị ngập lâu ngày làm cho v lúa, hoa màu loại trồng khác bị chết gây thất thu Theo thống kê số năm gần cho thấy tình hình lũ lụt lưu vực ngày nghiêm trọng với mức độ thiệt hại có xu ngày tăng: Lũ năm 1990 thiệt hại 21,6 tỷ đồng; Lũ năm 1992 thiệt hại 51,5 tỷ đồng; Lũ năm 1993 thiệt hại 394 tỷ đồng; Lũ năm 1995 thiệt hại 17 tỷ đồng; Lũ năm 1999 thiệt hại 50 tỷ đồng Năm 2009, lưu lượng nước sông Ba Trung Tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn tỉnh Phú Yên đo gần 15.000 m3/s làm hạ du ngập trắng, thiệt hại nặng cho vùng hạ du lưu vực sông Ba [6] Do tính chất nghiêm trọng lũ vùng hạ lưu sông Ba, đồng thời quy hoạch phòng chống lũ riêng cho lưu vực chưa xây dựng nên việc cần thiết phải xây dựng sở khoa học thực tiễn nhằm đưa phương án phòng chống lũ bảo vệ cho vùng hạ lưu sông Ba đồng thời phục vụ phát triển kinh tế xã hội vùng Nhằm mục tiêu giảm thiểu thiệt hại lũ lụt gây ra, đề xuất phương án phòng chống thông qua cảnh báo khả diện tích ngập lụt ứng với trận lũ khác nhau, nghiên cứu tiên hành: “ Nghiên cứu xây dựng đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Ba” Kết nghiên cứu sở quy hoạch phòng chống lũ cho khu vực làm tài liệu tham khảo cho nhà hoạch định sách định địa phương ii Ý nghĩa đồ ngập lụt Bản đồ ngập lụt công cụ trực quan cho phép nắm bắt khả ngập lụt dự báo diễn biến mực nước vị trí đặc trưng khu vực ngập Điều cần thiết cho nhà quản lý định xử lý tình khẩn cấp Bản đồ ngập lụt nhằm: Cho biết trước diện tích ngập, mức ngập điểm vùng ngập biết cấp mực nước lũ điểm chốt Đánh giá nguy thiệt hại hàng năm việc phân tích chi phí - lợi ích dự án công trình phòng chống ngập lụt Tạo sở lựa chọn phối hợp biện pháp phòng lụt ngập úng Trợ giúp thực phân vùng quản lý sử dụng đất khu vực thường xuyên vi ngập úng Tạo sở nghiên cứu biện pháp phòng ngập xây dựng Thiết kế vận hành công trình khống chế ngập úng Việc thiết kế vận hành công trình khống chế ngập hồ chứa, trạm bơm phải dựa vào nhiều tài liệu nghiên cứu, tính toán thuỷ văn, thuỷ lực đồ ngập lụt tài liệu thiếu Quy trình Vận hành hồ chứa có ảnh hưởng lớn đến ngập lụt vùng hạ lưu, điều cần đánh giá đầy đủ iii Mục tiêu, phương pháp: Mục tiêu : Xây dựng đồ ngập lụt ảnh hưởng trận lũ thực năm 2009 đồ ngập lụt ứng với tần suất lũ đặc trưng nhằm trợ giúp cho việc hoạch định hoạt động kinh tế - xã hội trong khu vực hạ lưu sông Ba Phương pháp Hiện giới có phương pháp sử dụng để xây dựng đồ ngập lụt, là: a Xây dựng đồ ngập lụt dựa vào điều tra trận lũ lớn thực tế xảy b Xây dựng đồ ngập lụt dựa vào việc mô mô hình thủy văn, thủy lực Luận văn sử dụng phương pháp thứ 2, tập trung vào ứng dụng mô hình thủy văn, thủy lực kết hợp với sở liệu GIS để xây dựng đồ ngập lụt iv Bố cục luận văn bao gồm Mở Đầu CHƯƠNG 1: Điều kiện tự nhiên xã hội khu vực nghiên cứu liên quan đến ngập lụt CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết xây dựng đồ ngập lụt CHƯƠNG 3: Xây dựng đồ ngập lụt khu vực nghiên cứu vii Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo viii CHƯƠNG ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN NGẬP LỤT 1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN LƯU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1.1 Điều kiện tự nhiên a Vị trí địa lý Lưu vực sông Ba nằm miền Trung Trung Bộ Việt Nam có hình dạng chữ L Phạm vi lưu vực : 12035’ đến 14038’ vĩ độ Bắc 108000’ đến 109055’ kinh độ Đông Phía Bắc giáp lưu vực sông Trà Khúc; Phía Nam giáp lưu vực sông Cái sông Sêrêpôk; Phía Tây giáp lưu vực sông Sêsan sông Sêrêpôk; Phía Đông giáp lưu vực sông Kône, sông Kỳ Lộ biển Đông Diện tích tự nhiên toàn lưu vực 14.132 km2 nằm địa phận hành 15 huyện, thị thuộc tỉnh Gia Lai, Đak Lăk Phú Yên bao gồm hầu hết diện tích đất đai huyện K‘bang, An Khê, KonchRô, Mưang Yang, A Yunpa, K.Rông Pa, K.Rông H Năng, Mưa Rak, Sơn Hoà, sông Hinh, Tuy Hoà thị xã Tuy Hoà phần diện tích huyện Chư Sê, Ea H Leo, Krông Buk, Eaka Tổng diện tích nông nghiệp 352.811 [6] Phú Yên tỉnh thuộc duyên hải Nam Trung Bộ, phía Bắc giáp tỉnh Bình Định, phía Nam giáp tỉnh Khánh Hòa, phía Tây giáp tỉnh Gia Lai Đắc Lắc, phía Đông giáp Biển Đông Diện tích tự nhiên toàn tỉnh 5.045km2 giới hạn tọa độ 12039’ 10’’ đến 13045’20’’ độ vĩ bắc, 108039’45’’ đến 109029’20’’ độ kinh Đông Có đường Quốc lộ 1A đường sắt Bắc Nam chạy qua, có sân bay Đông Tác, cảng biển Vũng Rô Đặc biệt phía Tây giáp ranh với vùng Tây Nguyên rộng lớn, nối liền quốc lộ 25, tỉnh lộ 645 hưởng chung nguồn nước sông Ba Phía Đông giáp Biển Đông với nhiều loài hải sản phong phú, trữ lượng lớn, đánh bắt quanh năm Bờ biển Phú Yên dài 198km chạy từ Cù Mông đến Vũng Rô, bên núi bên biển với nhiều bãi tắm đẹp, cấu trúc đặc biệt xen kẽ nhiều đầm, vịnh, vũng, mũi điển đầm Cù Mông, đầm Ô Loan, Vũng Rô vịnh Xuân Đài vị trí thuận lợi để phát triển du lịch nuôi trồng hải sản (hình 1) 10 Hình 41 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba ứng với thời điểm ngập lụt lớn tháng 10/2003 97 98 Hình 42 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba ứng với thời điểm ngập lụt lớn tháng 11/2009 99 100 Hình 43 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba_Ứng với tần suất 1% 101 102 Hình 44 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba_Ứng với tần suất 2% 103 104 Hình 45 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba_Ứng với tần suất 5% 105 106 Hình 46 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba_Ứng với tần suất 10% 107 Nhận xét: Các kết mô trình lũ sông trình ngập lụt khu vực nghiên cứu cho thấy, kết tính toán phù hợp với thực đo Mặc dù số liệu kiểm chứng diện tích ngập lụt theo kết so sánh điều tra vết lũ thực đo tính toán cho thấy triển vọng độ tin cậy chấp nhận thông số mô hình việc mô diện tích ngập lụt, vốn yếu tố quan trọng xây dựng đồ ngập lụt Các tính toán cho thấy mô hình EFDC xây dựng luận văn áp dụng cho thực tế cảnh báo lũ cho hạ lưu lưu vực sông Ba Bộ đồ xây dựng cho trận lũ năm 2009 trận lũ thiết làm sở cho việc quy hoạch phòng chống lũ, quy hoạch sử dụng đất quy hoạch phát triển kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu nói riêng tỉnh Phú Yên nói chung 108 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận So với số mô hình thủy văn, thủy lực khác cho thấy mô hình EFDC cho phép tính toán đồng thời hệ thống với đầy đủ thuộc tính đặc trưng lưu vực Qua phân tích tình hình lũ lụt vùng hạ lưu sông Ba nói lũ trầm trọng Kết tính toán thủy lực cho thấy, lũ vụ 10/1993 (là lũ có lưu lượng lớn Củng Sơn đạt 20700 m 3/s) xảy có khoảng gần 22612 đất tự nhiên bị ngập lũ chiếm tới 52% diện tích đất tự nhiên ô ngập vùng hạ lưu, có khoảng 110485 bị ngập sâu nước từ 2m trở lên, 4178 bị ngập sâu m trở lên Còn lũ 11/2009 có khoảng 18300 bị ngập lũ Đặc biệt khu vực TP.Tuy Hòa bị ngập có lũ Những năm gần đây, hoạt động hồ chứa phía thượng lưu làm cho tình hình lũ lụt trở nên phức tạp khó kiểm soát 10/2010 vừa qua làm TP.Tuy Hòa ngập sâu nước Với thông số hiệu chỉnh kiểm định, cho ta kết tương đối xác lượng, dạng lũ thời gian xuất Vì sử dụng cho việc mô phỏng, cảnh báo lũ cho vùng hạ lưu sông Ba Vùng nghiên cứu thuộc hạ lưu sông Ba, vùng thường xuyên bị ngập úng tác động mưa lớn bão hàng năm gây ảnh hưởng thiệt hại đến đời sống dân sinh kinh tế Để góp phần giảm thiểu nguy ảnh hưởng lũ lụt luận văn xây dựng đồ cảnh báo ngập lụt mô hình thủy động lực học kết hợp với công cụ GIS hướng tiếp cận đại cho kết khả quan Luận văn tổng quan phương pháp thành lập đồ nói chung phương pháp GIS để xây dựng đồ nói riêng Xây dựng quy trình thành lập đồ ngập lụt kết hợp tài liệu GIS kết mô từ mô hình thủy động lực học EFDC Luận văn áp dụng thành công mô hình EFDC để tính toán, mô diện ngập, độ sâu ngập trường vận tốc vị trí thuộc hạ lưu lưu vực 109 sông Ba Luận văn xây dựng đồ cảnh báo cho khu vực nghiên cứu với trận lũ tháng 11/2009 trận lũ thiết kế 1%, 2%, 5% 10% đạt kết tốt, sở khoa học cho nhà quản lý có kế hoạch phòng chống lũ phát triển kinh tế xã hội cho khu vực nghiên cứu Những hạn chế  Chưa có điều kiện tham gia nghiên cứu điều tra thực địa;  Số liệu khảo sát bãi tràn hạn chế;  Cao độ đồ DEM chưa hiệu chỉnh thêm xác nên việc mô có sai sót;  Các kết luận đánh giá mang tính tổng quát, chưa sâu sắc chi tiết;  Chưa kiểm định với lũ có lượng lũ nhỏ để đánh giá thông số toàn diện Kiến nghị Cần điều tra, tổng hợp thu thập thêm số liệu bãi ngập, cao độ đồ DEM Xây dựng mộ quy trình vận hành hồ chứa hệ thống cách hợp lý có hiệu nhằm đảm bảo phòng tránh lũ cho hạ lưu Tính toán thêm nhiều trận lũ với phương án khác nhằm tìm thông số đảm bảo mô dự báo tốt Xây dựng mô hình chiều mô cho trận lũ cực lớn nhằm đối phó với khả đập có cố chủ động tránh lũ nhân dân Với “có mặt” hồ hệ thống có khả gây thiếu nước trầm trọng mùa khô, ngược lại tiềm ẩn nguy gây lũ lụt nặng nề hạ lưu Vì cần có quy trình vận hành hồ chứa cho phục vụ tối ưu mục đích sử dụng TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 Tiếng việt Trần Ngọc Anh: xây dựng đồ ngập lụt sông Bến Hải Thạch Hãn tỉnh Quảng Trị.Tạp chí khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 27, số 1S (2011) Hoàng Thái Bình (2009), luận văn thạc sĩ: xây dựng đồ ngập lụt hạ lưu hệ thống sông Nhật Lệ ( Mỹ Trung – Tám Lu – Đồng Hới) Bộ môn tính toán thủy văn – Trường Đại học Thủy Lợi (2004): Bài tập thực hành viễn thám GIS Nguyễn Hữu Khải, Doãn Kế Ruân: Tổ hợp lũ điều tiết lũ liên hồ chưa sông Ba Tạp chí khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội Khoa học Tự nhiên Công nghệ, T.27 số 1S – 2011, tr 151-157 Hà Nội Tổng cục thống kê tỉnh Phú Yên (2010): Niên giám thống kê tỉnh Phú Yên năm 2009 Cấn Thu Văn (2010), luận văn thạc sĩ: Ứng dụng mô hình MIKE-FLOOD tính toán ngập lụt hạ lưu sông Ba Tiếng Anh Craig, P.M., 2009, “Users Manual for EFDC_Explorer: A Pre/Post Processor for the Environmental Fluid Dynamics Code”, Dynamic Solutions, LLC, Hanoi, Vietnam Craig, P.M., 2010, “Hydrodynamics of the Lower Nam Hinboun Floodplain Hydraulic Model”, Dynamic Solutions, LLC, Hanoi, Vietnam Hamrick, J.M., 1992a: A ThreeDimensional Environmental Fluid Dynamics Computer Code: Theoretical and Computational Aspects The College of William and Mary, Virginia Institute of Marine Science Special Report 317, 63 pp Hamrick, J.M., 1996: A User's Manual for the Environmental Fluid Dynamics Computer Code (EFDC) The College of William and Mary, Virginia Institute of Marine Science, Special Report 331, 234 pp 111