Nghiên cứu ứng dụng mô hình Mike 11 – GIS dự báo lũ và cảnh báo ngập lụt cho lưu vực sông Lại Giang tỉnh Bình Định

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN NGỌC TUYẾN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 – GIS DỰ BÁO LŨ VÀ CẢNH BÁO NGẬP LỤT CHO LƢU VỰC SÔNG LẠI GIANG TỈNH BÌNH ĐỊNH Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 60440224 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐẶNG THANH MAI PGS.TS TRẦN NGỌC ANH Hà Nội – 2016 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến hai thầy cô hướng dẫn TS Đặng Thanh Mai PGS.TS.Trần Ngọc Anh bảo hướng dẫn hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn thầy cô cán khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học tận tình giảng dạy kiến thức, giúp đỡ, tạo điều kiện thời gian, sở vật chất suốt thời gian học tập nhà trường Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Đồng Bằng Bắc Bộ nơi công tác tạo điều kiện mặt thời gian Các đồng nghiệp Phòng Quản lý mạng lưới trạm Dự báo chia sẻ công việc để thân có điều kiện hoàn thành khóa học Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, người bên cạnh tạo điều kiện tốt động viên giúp đỡ suốt trình học tập Do thời gian kinh nghiệm hạn chế nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót, mong góp ý thầy cô bạn để luận văn hoàn thiện Học Viên Nguyễn Ngọc Tuyến MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ LŨ LỤT LƢU VỰC SÔNG LẠI GIANG 11 1.1.Đặc điểm chung lƣu vực sông Lại Giang 11 1.2.Điều kiện địa hình mặt đệm[2] 12 1.2.1 Địa hình 12 1.2.2 Mặt đệm thổ nhƣỡng 13 1.3 Mạng lƣới khí tƣợng thủy văn 14 1.3.1 Mạng lƣới sông suối 14 1.3.2 Mạng lƣới trạm quan trắc khí tƣợng thủy văn 15 1.4 Nguyên nhân hình thành số đặc điểm chế độ mƣa – lũ[2] 16 1.4.1 Bão áp thấp nhiệt đới 16 1.4.2 Đặc điểm mƣa hình thời tiết gây mƣa 17 1.4.3.Đặc điểm chung chế độ dòng chảy lũ 22 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC MÔ HÌNH VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DỰ BÁO LŨ 26 2.1.Tình hình nghiên cứu mô hình thủy văn, thủy lực giới Việt Nam[1] 26 2.1.1 Một số nghiên cứu dự báo lũ giới 26 2.1.2 Một số nghiên cứu dự báo lũ Việt Nam 27 2.2 Một số phƣơng pháp dự báo lũ đƣợc áp dụng lƣu vực sông Lại Giang 28 2.3 Lựa chọn mô hình 28 2.3.1 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE NAM[4] 29 2.3.2 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11 – GIS[4]Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE – GIS DỰ BÁO LŨ VÀ CẢNH BÁO NGẬP LỤT LƢU VỰC SÔNG LẠI GIANG Error! Bookmark not defined 3.1 Tài liệu khí tƣợng thủy văn Error! Bookmark not defined 3.2 Ứng dụng mô hình Mike NAM cho lƣu vực sông Lại GiangError! Bookmark not defined 3.2.1.Thiết lập mô hình Mike NAM Error! Bookmark not defined 3.2.2 Hiệu chỉnh kiểm định mô hình Error! Bookmark not defined 3.3 Ứng dụng mô hình thủy lực Mike 11 – GIS tính toán thủy lực lƣu vực sông Lại Giang Error! Bookmark not defined 3.3.1 Chuẩn bị tài liệu địa hình Error! Bookmark not defined 3.3.2.Xây dựng mạng thủy lực chiều sôngError! Bookmark not defined 3.3.3.Kết nối liệu biên cho mô hình thủy lực chiều thiết lập mô hình MIKE GIS Error! Bookmark not defined 3.4 Hiệu chỉnh kiểm định mô hình MIKE 11 – GISError! Bookmark not defined 3.4.1 Hiệu chỉnh MIKE 11 Error! Bookmark not defined 3.4.2 Kiểm định MIKE 11 Error! Bookmark not defined 3.4.3 Kết kiểm định mô hình MIKE 11 – GIS Error! Bookmark not defined 3.5.Ứng dụng mô hình Mike 11 – GIS dự báo lũ cảnh báo ngập lụt lƣu vực sông Lại Giang Error! Bookmark not defined 3.5.1.Cơ sở khoa học đánh giá phƣơng án dự báoError! Bookmark not defined 3.5.2.Xây dựng quy trình tiến hành dự báo Error! Bookmark not defined 3.5.3 Dự báo thử nghiệm Error! Bookmark not defined Số liệu mƣa đƣợc khai thác từ mô hình số trị ECMWF: Error! Bookmark not defined 3.5.4 Kết dự báo thử nghiệm Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Bảng thống kê trạm khí tƣợng thủy văn lƣu vực sông Lại Giang 15 Bảng 2: Số bão áp thấp nhiệt đới trung bình đổ trực tiếp ảnh hƣởng trực tiếp tới Bình Định 17 Bảng 3: Một số đặc trƣng mƣa năm[2] 18 Bảng 4: Lƣợng mƣa năm ứng với tần suất[2] 18 Bảng 5: Tần suất xuất lƣợng mƣa tháng 100mm[2] 21 Bảng 6: Phân bố lƣợng mƣa mùa[2] 22 Bảng 7: Mực nƣớc cao trạm[2] 22 Bảng 8: Tần suất tính toán mực nƣớc cao năm trạm (cm)[2] 23 Bảng 9: Đặc trƣng cƣờng suất, biên độ lũ trạm[2] 23 Bảng 10: Lƣu lƣợng lớn trạm[2] 24 Bảng 11: Tần suất lƣu lƣợng đỉnh lũ, môdun đỉnh lũ[2] 24 Bảng 12 Đánh giá kết hiệu chỉnh Error! Bookmark not defined Bảng 13: Bộ thông số mô hình Error! Bookmark not defined Bảng 14: Đánh giá kết kiểm định Error! Bookmark not defined Bảng 15: Bảng tính diện tích ngập Error! Bookmark not defined Bảng 16: Bảng tính độ sâu ngập Error! Bookmark not defined Bảng 20: Tiêu chuẩn xếp loại chất lƣợng phƣơng án dự báoError! Bookmark not defined Bảng 17: Tiêu chuẩn đánh giá chất lƣợng lần dự báo.Error! Bookmark not defined Bảng 18: Bảng sai số cho phép vị trí trạm Bồng SơnError! Bookmark not defined Bảng 19: Bảng kết dự báo Error! Bookmark not defined Bảng 20: Bảng tính diện tích ngập thử nghiệm Error! Bookmark not defined DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Bản đồ lƣu vực sông Lại Giang 11 Hình 2: Bản đồ địa hình lƣu vực sông Lại Giang 13 Hình 3: Bản đồ lƣu mạng lƣới trạm khí tƣợng thủy văn lƣu vực sông Lại Giang 16 Hình 4: Bản đồ phân bố lƣợng mƣa năm tỉnh Bình Định[2] 20 Hình 5: Cấu trúc thẳng đứng mô hình NAM Error! Bookmark not defined Hình 6: Sơ đồ sai phân hữu hạn điểm ẩn Abbott Error! Bookmark not defined Hình 7: Sơ đồ sai phân điểm ẩn Abbott mặt phẳng x ̴ tError! Bookmark not defined Hình 8: Các lƣu vực phận hệ thống sông Lại Giang Error! Bookmark not defined Hình 9: Sơ đồ phân bố trạm mƣa Error! Bookmark not defined Hình 10: Sơ đồ trình hiệu chỉnh thông số mô hìnhError! Bookmark not defined Hình 11: Đƣờng trình lƣu lƣợng tính toán thực đo trạm An Hòa mùa lũ năm 2007 Error! Bookmark not defined Hình 12: Đƣờng trình lƣu lƣợng tính toán thực đo trạm Ân Thạnh mùa lũ năm 2007 Error! Bookmark not defined Hình 13: Đƣờng lũy tích tổng lƣợng trạm An Hòa mùa lũ năm 2007Error! Bookmark not defined Hình 14: Đƣờng lũy tích tổng lƣợng trạm Ân Thạnh mùa lũ năm 2007 Error! Bookmark not defined Hình 15: Đƣờng trình lƣu lƣợng tính toán thực đo trạm An Hòa mùa lũ năm 2008 Error! Bookmark not defined Hình 16: Đƣờng lũy tích tổng lƣợng trạm An Hòa mùa lũ năm 2008Error! Bookmark not defined Hình 17: Gán tọa độ cho mảnh đồ kí hiệu AL01Error! Bookmark not defined Hình 18: Nhập điểm độ cao dƣới dạng text MapInfo Error! Bookmark not defined Hình 19: Dữ liểu điểm đƣợc gán kèm thuộc tính điểm độ cao.Error! Bookmark not defined Hình 20: Dữ liệu điệm độ cao đƣợc khoanh vùng.Error! Bookmark not defined Hình 21: Bản độ địa hình lòng sông Lại Giang Error! Bookmark not defined Hình 22: Bản đồ DEM lƣu vực sông Lại Giang Error! Bookmark not defined Hình 23: Mắt cắt tọa độ (932,511.85; 1,597,781.14).Error! Bookmark not defined Hình 24: Dữ liệu text mặt cắt (932,511.85; 1,597,781.14).Error! Bookmark not defined Hình 25: Sơ đồ tính toán thủy lực chiều Error! Bookmark not defined Hình 26: Sơ đồ mạng sông tính toán mô hình MIKE 11 – HDError! Bookmark not defined Hình 27: Tích hợp mở rộng mặt cắt sông, xây dựng mạng thủy lựcError! Bookmark not defined Hình 28: Mặt cắt mô hình thủy lực chiều Error! Bookmark not defined Hình 29: Ghép nối MIKE-NAM MIKE-HD Error! Bookmark not defined Hình 30: Kết nối mô hình Mike 11 GIS Error! Bookmark not defined Hình 31: Mực nƣớc tính toán thực đo trạm Bồng Sơn trận lũ 11/2007 Error! Bookmark not defined Hình 32: Bộ thông số mô hình thủy lực Error! Bookmark not defined Hình 33: Mực nƣớc tính toán thực đo trạm Bồng Sơn trận lũ 10/2008 Error! Bookmark not defined Hình 34: Kết tính ngập lụt trận lũ năm 2007 Error! Bookmark not defined Hình 35: Bản đồ ngập thử nghiệm Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài luận văn Trong năm gần đây, với biến đổi bất thƣờng khí hậu, thời tiết gây trận lũ lớn đặc biệt lớn làm thiệt hại ngƣời, ảnh hƣởng nghiêm trọng đến đời sống, sản xuất nhân dân, phát triển xã hội Cũng nhƣ nhiều lƣu vực khác, lƣu vực sông Lại Giang chịu ảnh hƣởng nhiều từ biến đổi bất thƣờng lũ lụt gây Để giảm thiểu thiệt hại lũ gây ra, biện pháp quan trọng phải nâng cao công tác dự báo, nghĩa sản phẩm dự báo phải có độ xác cao, nhanh chóng, kịp thời thuận tiện nhằm tham mƣu, giúp cho cấp lãnh đạo quan ban ngành liên quan nhƣ nhân dân chủ động ứng phó có mƣa lũ xảy để hạn chế thiệt hại đến mức thấp Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn việc cần dự báo, quy hoạch phòng chống lũ lƣu vực sông Lại Giang, luận văn chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mô hình Mike 11 – GIS dự báo lũ cảnh báo ngập lụt cho lưu vực sông Lại Giang tỉnh Bình Định” để thực 2.Mục tiêu luận văn Xây dựng phƣơng án dự báo lũ cảnh báo ngập lụt cho lƣu vực sông Lại Giang trƣớc 12 – 24h, đáp ứng nhu cầu dự báo tác nghiệp; đƣa giải pháp kịp thời nhằm chủ động ứng phó; giảm thiểu thiệt hại ngập lụt gây mùa mƣa - lũ 3.Phƣơng pháp nghiên cứu Luận văn có sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu sau: - Phƣơng pháp xác suất thống kê: Phục vụ thu thập, xử lý số liệu tài liệu liên quan, đánh giá kết dự báo - Phƣơng pháp mô hình toán: Sử dụng mô hình toán thủy văn thủy lực nhƣ Mike NAM, Mike 11 GIS để mô dòng chảy lũ phục vụ dự báo cảnh báo - Phƣơng pháp hệ thống thông tin địa lý: Phục vụ chuẩn hóa, xử lý liệu đầu vào( địa hình, DEM, đồ ngập lũ .) cho lƣu vực sông Lại Giang Hình 3: Bản đồ lƣu mạng lƣới trạm khí tƣợng thủy văn lƣu vực sông Lại Giang 1.4 Nguyên nhân hình thành số đặc điểm chế độ mƣa – lũ[2] Nhƣ phân tích trên, nguyên nhân sinh lũ lƣu vực sông Lại Giang mƣa Theo quan trắc nhiều năm trận lũ lớn lƣu vực thƣờng xuất với bão áp thấp nhiệt đới đổ trực tiếp vào Bình Định tỉnh lân cận bão gặp không khí lạnh từ Bắc bán cầu di chuyển xuống gây mƣa, lũ lớn Tuy nhiên, dải hội tụ nhiệt đới kết hợp với không khí lạnh loại hình thời tiết thƣờng gây mƣa lũ lớn 1.4.1 Bão áp thấp nhiệt đới Xoáy thuận nhiễu động khí với khí áp giảm từ rìa vào trung tâm (tâm có trị số khí áp thấp nhất) Trong xoáy thuận, gió thổi ngƣợc chiều kim đồng hồ (đối với Bắc Bán Cầu), thổi thuận chiều kim đồng hồ (đối với Nam Bán Cầu) hội tụ từ rìa vào trung tâm Xoáy thuận đƣợc chia làm loại: Xoáy thuận nhiệt đới xoáy thuận ngoại nhiệt đới Tham gia vào chuyển động xoáy thuận nhiệt đới khối không khí nóng - ẩm khổng lồ, phạm vi chiều ngang từ 200 - 2000km, phạm vi thẳng đứng từ mặt đất lên 10km Mùa bão Bình Định (trong có lƣu vực sông Lại Giang) đƣợc xác định từ tháng 09 đến tháng 12 hàng năm, nhiều tháng 10 tháng 11, nhƣng có năm từ tháng 06 có bão đổ (bão số ngày 12/06/2004, bão số ngày 30/06/1978 đổ vào Bình Định) Bảng 2: Số bão áp thấp nhiệt đới trung bình đổ trực tiếp ảnh hƣởng trực tiếp tới Bình Định (số liệu thống kê từ năm 1954-2010) Tháng 10 11 12 Năm Đổ bộ(TT) 0,00 0,06 0,00 0,00 0,02 0,18 0,24 0,02 0,52 Ảnh hƣởng(TT) 0,00 0,10 0,00 0,00 0,12 0,31 0,39 0,06 0,98 Từ bảng cho thấy, tháng 11, bão áp thấp nhiệt đới có nhiều khả ảnh hƣởng đến Bình Định nhất, sau tháng 10, hai tháng 09 12 có khả nhƣ 1.4.2 Đặc điểm mƣa hình thời tiết gây mƣa 1.3.2.1 Chế độ mƣa a/ Lƣợng mƣa trung bình nhiều năm Phân phối không gian lƣợng mƣa Bình Định không đồng Lƣợng mƣa năm trung bình đo đạc đƣợc nơi nhiều mƣa mƣa chênh lệch lớn đạt 2422mm b/ Sự biến động lƣợng mƣa năm Lƣợng mƣa năm lớn gấp 3-4 lần lƣợng mƣa năm nhỏ nhất, có nơi gấp lần lƣợng mƣa năm nhỏ Bảng 3: Một số đặc trƣng mƣa năm[2] (Đơn vị: mm) Mƣa trung Năm mƣa Năm xuất Năm mƣa Năm xuất bình năm lớn nhỏ (2) (3) (4) Bồng Sơn 2180 3492 1998 1219 1982 Hoài Nhơn 2026 3490 1981 1014 1982 Hoài Ân 2222 3422 1998 1541 1982 An Hòa 3033 4907 1998 1663 1982 Trạm (1) (5) (6) c/ Số ngày mƣa trung bình nhiều năm Nhìn chung địa điểm, số ngày mƣa trung bình năm trạm khí tƣợng, thủy văn thƣờng cao điểm đo mƣa khác khoảng 35 - 45 ngày, trung bình hàng tháng cao - ngày Bảng 4: Lƣợng mƣa năm ứng với tần suất[2] (Đơn vị: mm) Tần suất P % Trạm Bồng Sơn X Cv 0,2 0,5 10 20 25 50 75 85 90 95 311 287 260 250 213 180 164 15 140 21 46 80 Cs Hoài Nhơn Hoài Ân An Hòa 302 275 245 234 195 3 312 292 261 151 213 443 404 361 346 292 8 163 148 183 170 5 248 228 13 125 20 85 26 16 153 22 29 22 21 199 30 57 33 0,2 0,7 0,2 1,0 4 0,2 0,8 5 Hình 4: Bản đồ phân bố lƣợng mƣa năm tỉnh Bình Định[2] Bảng 5: Tần suất xuất lƣợng mƣa tháng 100mm[2] (Đơn vị: P%) Trạm An Hòa Hoài Ân Hoài Nhơn Bồng Sơn I 39 14 14 18 II 14 III 11 11 11 IV 18 14 V 75 50 36 43 VI 75 46 36 54 VII 46 21 21 18 VIII 61 46 57 32 IX 100 93 96 89 X 100 96 100 100 XI 100 96 96 100 XII 93 79 68 86 Tháng Qua bảng ta thấy, tất điểm đo từ tháng 09 đến tháng 11 đạt lƣợng mƣa tháng 100mm ứng tần suất P = 86 - 100% 50% vào tháng 12 Mùa mƣa Bình Định kéo dài từ tháng 09 đến tháng 12, mùa khô từ tháng 01 đến tháng 08 b/ Phân bố lƣợng mƣa mùa Trong năm, lƣợng mƣa mùa mƣa định chủ yếu đến lƣợng mƣa năm Bốn tháng mùa mƣa, lƣợng mƣa trung bình nhiều năm khoảng 1200 - 1700mm, riêng vùng núi An Hoà 2180mm chiếm từ 66 - 79% tổng lƣợng mƣa năm Tổng lƣợng mƣa mùa khô khoảng 380 - 850mm, chiếm 21 - 34% lƣợng mƣa năm, vùng núi thƣờng chiếm 28 - 34%, ven biển thƣờng chiếm 21 - 26% lƣợng mƣa năm Bảng 6: Phân bố lƣợng mƣa mùa[2] Yếu tố Tổng lƣợng mƣa Tỷ lệ mùa khô (mm) Trạm % Tổng lƣợng mƣa mùa mƣa (mm) Tỷ lệ % (1) (2) (3) (4) (5) Bồng Sơn 526 24 1654 76 Hoài Nhơn 516 26 1510 74 Hoài Ân 555 25 1667 75 An Hòa 850 28 2182 72 1.4.3.Đặc điểm chung chế độ dòng chảy lũ 1.4.3.1 Mực nƣớc đỉnh lũ a Mực nƣớc cao Mực nƣớc cao đóng vai trò quan trọng việc chủ động điều hành hoạt động kinh tế, trị, xã hội tỉnh công tác quy hoạch thiết kế công trình có nguy chịu ảnh hƣởng độ cao mực nƣớc phòng chống lũ lụt Bảng 7: Mực nƣớc cao trạm[2] Sông Thời gian Hmax Thời gian quan trắc (cm) xuất An Hoà 1981- 2010 2508 03-XII-1999 Bồng Sơn 1976- 2010 952 19-XI-1987 Trạm Lại Giang Bảng 8: Tần suất tính toán mực nƣớc cao năm trạm (cm)[2] P% Hmax 10 25 50 75 90 Cv Tbình Trạm An Cs 2615 25237 2482 2408 2328 2251 2184 2330 0,05 0,15 1069 682 612 766 0,16 0,20 Hoà Bồng 974 926 847 762 Sơn b Cƣờng suất biên độ mực nƣớc lũ Cƣờng suất, biên độ mực nƣớc lũ thay đổi theo dọc sông, phía hạ lƣu cƣờng suất, biên độ mực nƣớc lũ giảm Đối với vùng thƣợng lƣu biên độ lũ lớn khoảng 5,5m với cƣờng suất lũ lớn khoảng 1,50m/giờ, vùng hạ lƣu biên độ lũ lớn khoảng 4,0 – 5,0m với cƣờng suất lũ khoảng 1- 1,50m/giờ Qua thống kê số liệu đo đạc, tổng kết đặc trƣng cƣờng suất biên độ lũ trạm nhƣ sau: Bảng 9: Đặc trƣng cƣờng suất, biên độ lũ trạm[2] Cƣờng suất (cm/h) Sông An Lão Biên độ (cm) Trạm An Hoà T bình Lớn T bình Lớn 76 152 351 550 1.4.3.2 Dòng chảy lũ Dòng chảy lũ đặc trƣng quan trọng nghiên cứu tính toán phòng chống lũ lụt thiết kế công trình Cũng nhƣ mực nƣớc, lƣu lƣợng lớn đóng vai trò quan trọng việc chủ động điều hành hoạt động kinh tế, trị, xã hội tỉnh công tác quy hoạch thiết kế công trình phòng chống lũ lụt Bảng 10: Lƣu lƣợng lớn trạm[2] Sông Thời gian Qmax Thời gian quan trắc (m3/s) xuất 1982- 2003 5880 19-XI-1987 Trạm An Hoà An Lão Bảng 11: Tần suất lƣu lƣợng đỉnh lũ, môdun đỉnh lũ[2] Trạm Tần suất (%) Đặc trƣng dòng chảy Trun g 10 20 bình 6480 5080 4430 3540 2640 1730 5.09 3.99 3.48 2.78 2.06 1.36 Cv Cs 0,80 1,70 Qmax An Hoà (m /s) (19822010) Mmax (m3/s.km2) 1.5 Các trận lũ điển hình tình hình ngập lụt[2] Lƣu vực sông Lại Giang lƣu vực nhỏ, vùng trung lƣu nên có mƣa lớn lũ lên, xuống nhanh thƣờng gây ngập lụt nhiều diện tích khu dân cƣ ven sông, khu vực thị trấn Bồng Sơn Trong thời gian gần đây, tác động biến đổi khí hậu, cƣờng độ mƣa lớn lũ cao xuất ngày thƣờng xuyên lƣu vực sông Lại Giang, gây thiệt hại đáng kể cho dân vùng ngập lụt Nhƣ trận mƣa lũ năm 1996, ảnh hƣởng bão kết hợp với không khí lạnh; trận mƣa lũ đầu tháng 12 năm 1999 (có lƣợng mƣa lớn năm gần đây; trận mƣa lũ tháng 10 năm 2003 trậm mƣa lũ đầu tháng 11 năm 2007 Tài liệu mƣa tháng mùa mƣa lƣu vực Lại Giang ( Phụ lục 1) * Trận lũ lớn năm 1987: Do chịu ảnh hƣởng hoàn lƣu Bão số dải Hội tụ nhiệt đới có trục qua Nam Trung Bộ kết hợp với không khí lạnh tăng cƣờng nên lƣu vực sông Lại Giang có mƣa to đến to, lƣợng mƣa phổ biến từ 300- 460mm Mực nƣớc sông tỉnh xuất lũ vƣợt mức báo động III từ 1,20- 2,00m * Trận lũ lớn năm 1999: Do chịu ảnh hƣởng rìa phía Bắc Áp thấp nhiệt đới kết hợp với đới gió Đông Bắc mạnh nên khu vực tỉnh Bình Định có mƣa to đến to, lƣợng mƣa từ ngày 1- 7/12 phổ biến từ 150- 839mm Mực nƣớc sông tỉnh xuất lũ nhiều đỉnh, đỉnh lũ cao vƣợt mức báo động III từ 0,50- 1,10m * Trận lũ lớn năm 2003: Do chịu ảnh hƣởng không khí lạnh kết hợp với rìa phía bắc dải hội tụ nhiệt đới có trục qua Nam Bộ vùng thấp dải HTNĐ nên lƣu vực sông Lại Giang có mƣa to đến to, lƣợng mƣa từ ngày 14 - 20/10 phổ biến từ 750- 860mm Mực nƣớc sông tỉnh xuất lũ nhiều đỉnh, đỉnh lũ cao vƣợt mức báo động III từ 0,501,10m * Trận lũ lớn năm 2007: Do chịu ảnh hƣởng không khí lạnh tăng cƣờng kết hợp với hoàn lƣu áp thấp nhiệt đới, lƣu vực sông Lại Giang có mƣa to đến to, lƣợng mƣa từ ngày 14 20/10 phổ biến từ 600 - 710mm Mực nƣớc sông tỉnh xuất lũ nhiều đỉnh, đỉnh lũ cao vƣợt mức báo động III từ 0,90 - 1,10m Lƣợng mƣa ngày trận lũ lớn lƣu vực sông Lại Giang ( Phụ lục 2) đặc trƣng trận lũ điển hình lƣu vực sông Lại Giang ( Phụ lục 3) CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC MÔ HÌNH VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DỰ BÁO LŨ 2.1.Tình hình nghiên cứu mô hình thủy văn, thủy lực giới Việt Nam[1] 2.1.1 Một số nghiên cứu dự báo lũ giới Trên giới việc nghiên cứu, áp dụng mô hình thủy văn, thủy lực cho mục đích đƣợc sử dụng phổ biến; nhiều mô hình đƣợc xây dựng áp dụng cho dự báo hồ chứa, dự báo lũ cho hệ thống sông, cho công tác qui hoạch phòng lũ Một số mô hình đƣợc ứng dụng thực tế công tác mô dự báo dòng chảy cho lƣu vực sông đƣợc liệt kê nhƣ sau: Viện Thủy lực Đan Mạch (Danish Hydraulics Institute, DHI) xây dựng phần mềm dự báo lũ bao gồm: Mô hình NAM tính toán dự báo dòng chảy từ mƣa; Mô hình Mike 11 tính toán thủy lực, dự báo dòng chảy sông cảnh báo ngập lụt Phần mềm đƣợc áp dụng rộng rãi thành công nhiều nƣớc giới Trong khu vực Châu Á, mô hình đƣợc áp dụng để dự báo lũ lƣu vực sông Mun-Chi Songkla Thái Lan, lƣu vực sông Bangladesh, Indonesia Wallingford kết hợp với Hacrow xây dựng phần mềm ISIS cho tính toán dự báo lũ ngập lụt Phần mềm bao gồm môđun: Mô hình đƣờng đơn vị tính toán dự báo dòng chảy từ mƣa; mô hình ISIS tính toán thủy lực, dự báo dòng chảy sông cảnh báo ngập lụt Phần mềm đƣợc áp dụng rộng rãi nhiều nƣớc giới, đƣợc áp dụng cho sông Mê Kông chƣơng trình sử dụng nƣớc ủy hội Mê Kông Quốc tế chủ trì thực Ở Việt Nam, mô hình ISIS đƣợc sử dụng để tính toán dự án phân lũ phát triển thủy lợi lƣu vực sông Đáy Hà Lan tài trợ Trung tâm khu vực, START Đông Nam (Southeast Asia START Regional Center) xây dựng "Hệ thống dự báo lũ thời gian thực cho lƣu vực sông Mê Kông" Hệ thống đƣợc xây dựng dựa mô hình thủy văn khu vực có thông số phân bố, tính toán dòng chảy từ mƣa Hệ thống dự báo đƣợc phân thành phần: thu nhận số liệu từ vệ tinh trạm tự động, dự báo thủy văn dự báo ngập lụt Thời gian dự kiến dự báo ngày Trung tâm kỹ thuật thủy văn (Mỹ) xây dựng mô hình HEC-1 để tính toán thủy văn, có HEC-1F chƣơng trình dự báo lũ từ mƣa diễn toán lũ sông Mô hình đƣợc áp dụng rộng rãi giới Châu Á, mô hình đƣợc áp dụng Indonesia, Thái Lan Mô hình đƣợc áp dụng để tính toán lũ hệ thống sông Thu Bồn Việt Nam Gần đây, mô hình đƣợc cải tiến phát triển thành HMS có giao diện đồ hoạ thuận lợi cho ngƣời sử dụng Trong nghiên cứu hệ thống dự báo lũ cho sông Maritsa Tundzha, Roelevink cộng kết hợp sử dụng mô đun mƣa - dòng chảy Mike 11-NAM mô đun thủy lực Mike 11-HD để tiến hành dự báo Các mô hình đƣợc hiệu chỉnh sử dụng số liệu trận lũ năm 2005 2006 Kết từ hai mô hình đƣợc kết hợp sử dụng với phần mềm FloodWatch để kết xuất mực nƣớc dự báo cảnh báo điểm xác định Kết cho thấy rằng, số liệu đầu vào định độ lớn thời gian dự kiến Kết xác thời gian dự kiến ngắn ngƣợc lại Trong nghiên cứu sử dụng chức cập nhật mực nƣớc lƣu lƣợng tính toán theo mực nƣớc lƣu lƣợng thực đo vị trí biên đầu vào 2.1.2 Một số nghiên cứu dự báo lũ Việt Nam Một số mô hình thủy lực đƣợc áp dụng có hiệu để diễn toán dòng chảy hệ thống sông vùng ngập lụt nƣớc ta Mô hình SOGREAH đƣợc áp dụng thành công công tác khai thác, tính toán dòng chảy tràn hệ thống kênh rạch ô trũng; Mô hình MASTER MODEL ứng dụng nghiên cứu qui hoạch cho vùng hạ lƣu sông Cửu Long vào năm 1988; Mô hình MEKSAL đƣợc xây dựng vào năm 1974 để tính toán phân bố dòng chảy mùa cạn xâm nhập mặn vùng hạ lƣu sông; Mô hình VRSAP đƣợc áp dụng cho việc tính toán dòng chảy lũ dòng chảy mùa cạn cho vùng đồng bằng; Mô hình SAL mô hình KOD có đóng góp đáng kể việc tính toán lũ xâm nhập mặn đồng cửa sông; Mô hình DHM đƣợc áp dụng thành công tính toán nguy ngập lụt hạ lƣu lƣu vực Thu Bồn - Vũ Gia, nghiên cứu thủy lực hạ lƣu sông Hồng trƣờng hợp giả sử vỡ đập Hoà Bình, Sơn La v.v 2.2 Một số phƣơng pháp dự báo lũ đƣợc áp dụng lƣu vực sông Lại Giang Tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ƣơng Đài KTTV khu vực Nam Trung Bộ, năm qua chủ yếu sử dụng phƣơng pháp dự báo cảnh báo lũ hệ thống sông nhƣ: - Phƣơng pháp tƣơng tự: Dựa phân biệt hình thời tiết tƣơng tự, nguyên nhân gây lũ để phân tích, cảnh báo lũ Phƣơng pháp có bƣớc : + Chọn hình thời tiết tƣơng tự đặc trƣng hệ thống thời tiết dự báo nhƣ vị trí đổ bão, cấp gió, không khí lạnh nhiễu động khác, thời gian xuất hiện, chế độ ẩm, nhiệt + Dựa vào hình thời tiết tƣơng tự dự báo đỉnh lũ theo năm tƣơng tự + Hiệu chỉnh đỉnh lũ dự báo cách so sánh với mƣa thực tế Phƣơng pháp cho phép kéo dài thời gian dự kiến, nhận định chung tình hình lũ có khả diễn lƣu vực sông Tuy nhiên, phƣơng pháp mang tính chất thống kê, kinh nghiệm chƣa có nghiên cứu định lƣợng tiêu dự báo Nhìn chung, công cụ kỹ thuật phục vụ cảnh báo, dự báo lũ đƣợc sử dụng cho hệ thống sông Lại Giang phần lớn lạc hậu, đƣợc xây dựng từ lâu nhƣng chƣa đƣợc đầu tƣ nghiên cứu mức, không phù hợp với điều kiện thực tế yêu cầu Phần lớn công cụ kỹ thuật dạng biểu đồ, thống kê, hầu nhƣ chƣa có mô hình công nghệ đƣợc sử dụng nghiệp vụ cảnh báo, dự báo lũ, ngập lụt hệ thống sông Do vậy, kết cảnh báo, dự báo đa phần phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm dự báo viên nên hiệu cảnh báo dự báo chƣa cao Chƣa có phƣơng án dự báo trình lũ cho hệ thống sông để đáp ứng tốt đầy đủ cho yêu cầu ngày đa dạng, ngày cao phát triển kinh tế xã hội ( Tham khảo: Trung tâm Dự báo khí tƣợng thủy văn Trung ƣơng) 2.3 Lựa chọn mô hình Do tình hình số liệu quan trắc lƣu lƣợng khu vực nghiên cứu hạn chế số liệu mƣa quan trắc lại tƣơng đối sẵn có với mật độ trạm đo dày, cách tiếp cận phù hợp mô khôi phục số liệu lƣu lƣợng từ mƣa mô hình mƣa – dòng chảy (mô hình thủy văn) Trên thực tế có nhiều mô hình khác diễn toán dòng chảy cửa lƣu vực từ mƣa nhƣ TANK, SSARR, WETSPA, mô hình sóng động học, nhiên học viên đề xuất sử dụng mô hình NAM cấu trúc đơn giản, dễ sử dụng, có nhiều ứng dụng thành công Việt Nam đƣợc tích hợp nhƣ mô-đun mô hình MIKE 2.3.1 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE NAM[4] Tên gọi NAM xuất phát từ chữ viết tắt tiếng Đan Mạch "Nedbor Afstromming - Model", nghĩa mô hình mƣa - dòng chảy Mô hình NAM đƣợc xây dựng vào khoảng năm 1982 khoa Thuỷ Văn Viện kỹ thuật thủy động lực thủy lực thuộc trƣờng Đại học kỹ thuật Đan Mạch thuộc loại mô hình thuỷ văn thông số tập trung NAM hệ thống diễn toán dƣới dạng định lƣợng đơn giản thể trạng thái đất chu kỳ thủy văn Mô hình NAM đƣợc sử dụng tốt với chế độ thủy văn khí hậu khác nhiều nơi giới nhƣ Borneo, Mantania, Srilanca, Thái Lan, Ấn Độ Ở Việt Nam, mô hình đƣợc nghiên cứu sử dụng tính toán dự báo lũ nhiều hệ thống sông Hiện mô hình thủy động lực MIKE 11 (do Viện Thủy lực Đan Mạch - DHI xây dựng), NAM đƣợc tích hợp nhƣ môđun nhằm tính toán dòng chảy từ mƣa đƣợc xây dựng nguyên tắc xếp bể chứa theo chiều thẳng đứng (hình 4) bể chứa tuyến tính nằm ngang bao gồm: Bể chứa tuyết tan TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đặng Thị Lan Phƣơng (2012), “Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE bước hoàn thiện công nghệ dự báo lũ sông Hồng – Thái bình”, Luận văn Thạc sĩ kỹ khoa học, ĐH Khoa học Tự nhiên – ĐH Quốc gia Hà Nội Nguyễn Tấn Hƣơng (2006), “Đặc điểm khí hậu thủy văn tỉnh Bình Định”, Báo cáo tóm tắt đặc điểm khí hậu thủy văn tỉnh Bình Định Trung tâm Hải văn – Tổng cục Biển Hải Đảo Việt Nam(2016), ”Bảng Thủy triều 2016 – tập II” Tiếng Anh DHI (2007), MIKE ZERO Software Package, Rainfall-Runoff Parametters ... lƣu vực sông Lại Giang, luận văn chọn đề tài: Nghiên cứu ứng dụng mô hình Mike 11 – GIS dự báo lũ cảnh báo ngập lụt cho lưu vực sông Lại Giang tỉnh Bình Định để thực 2.Mục tiêu luận văn Xây dựng... hình MIKE NAM[4] 29 2.3.2 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11 – GIS[ 4]Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE – GIS DỰ BÁO LŨ VÀ CẢNH BÁO NGẬP LỤT LƢU VỰC SÔNG LẠI GIANG. .. nhiều mô hình đƣợc xây dựng áp dụng cho dự báo hồ chứa, dự báo lũ cho hệ thống sông, cho công tác qui hoạch phòng lũ Một số mô hình đƣợc ứng dụng thực tế công tác mô dự báo dòng chảy cho lƣu vực sông