“Nghiên cứu ứng dụng Mô hình toán thủy văn vào dự báo dòng chảy lũ sông Ba”

Yêu cầu thực tế của công tác phũng chống lụt báo trên hệ thống sông đòi hỏi phải nghiên cứu ứng dụng các mô hình thủy văn, thủy lực nhằm mô phỏng, tính toán và dự báo kịp thời quá trình

M Ở ĐẦU

Sông Ba là một trong những con sông lớn ở miền trung Trung Bộ Việt Nam với

tổng diện tích lưu vực 14132 kmP

2 P

nằm trên địa phận 4 tỉnh Gia Lai, Đak Lak, Kon Tum và Phú Yên Hàng năm, về mùa lũ, nước sông Ba dồn từ thượng lưu về gây

ngập lụt nghiêm trọng cho hạ lưu sông Ba Theo thống kê một số năm gần đây cho

thấy tình hình lũ lụt trên lưu vực ngày càng nghiêm trọng với mức độ thiệt hại có xu

thế ngày càng tăng:

Địa hình lưu vực sông Ba biến đổi khá phức tạp, bị chia cắt mạnh mẽ bởi sự chi

phối của dãy Trường Sơn Lưu vực sông Ba có dạng chữ L, phình rộng ở trung lưu

và thu hẹp ở hai đầu thượng và hạ lưu Hệ thống sông phần thượng lưu có độ cao

lớn, trung lưu ngắn, phần đồng bằng thấp trũng Các sông suối thuộc lưu vực sông

Ba thường sâu, độ dốc sông suối lớn Lưu vực sông thường xuyên chịu ảnh hưởng

của nhiều cơn bão, áp thấp nhiệt đới đổ bộ và bị chi phối mạnh mẽ bởi các hình thế

thời tiết gây mưa lớn như hội tụ nhiệt đới, không khí lạnh nên hàng năm thường xảy

ra lũ lớn với nhiều trận lũ ác liệt, mức độ thiệt hại về kinh tế xã hội vô cùng nghiêm

trọng

Trong điều kiện hiện nay, kinh tế phát triển càng mạnh thì sự tác động của lũ lụt đối với các thành phần kinh tế càng lớn, chính vì vậy càng đòi hỏi chất lượng của công tác dự báo phải ngày càng được nâng cao Yêu cầu thực tế của công tác phũng

chống lụt báo trên hệ thống sông đòi hỏi phải nghiên cứu ứng dụng các mô hình

thủy văn, thủy lực nhằm mô phỏng, tính toán và dự báo kịp thời quá trình lũ, đánh giá được tác động của sự thay đổi điều kiện tự nhiên, môi trường, khí hậu đến chế

độ dòng chảy và quá trình lũ Do vậy, việc tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu

ứng dụng Mô hình toán thủy văn vào dự báo dòng chảy lũ sông Ba” có ý nghĩa

khoa học và thực tiễn được học viên lựa chọn nghiên cứu hy vọng sẽ góp phần vào nâng cao chất lượng của các bản tin dự báo lũ, kịp thời phục vụ công tác phòng

chống và giảm nhẹ thiên tai cho vùng kinh tế xã hội quan trọng này của Miền Trung

2 M ỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Luận văn được thực hiện nhằm mục đích:

Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán thuỷ văn, thuỷ lực vào lập phương án dự báo lũ cho vùng hạ lưu của lưu vực sông Ba phục vụ cho công tác phòng chống

giảm nhẹ thiên tai, làm cơ sở cho tiếp tục nghiên cứu lập quy trình quản lý vận hành

hệ thống các hồ chứa sau này

Nâng cao khả năng của học viên vận dụng các kiến thức đã học vào nghiên

cứu và giải quyết một vấn đề cụ thể của thực tế trên cơ sở vận dụng phương pháp

luận, các phương pháp tính toán và công nghệ hiện đại

3 CÁCH TI ẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

a Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ứng dụng:

• Đối tượng: Nghiên cứu dòng chảy lũ và dự báo lũ

• Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống sông Ba đặc biệt là vùng hạ lưu

b Phương pháp nghiên cứu, công cụ sử dụng

- Kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học và công nghệ hiện có trên

thế giới và trong nước Kế thừa các nghiên cứu khoa học, các dự án liên quan trên lưu vực sông Ba

• Phương pháp phân tích tổng hợp nguyên nhân hình thành

• Phương pháp phân tích thống kê

• Phương pháp mô hình toán

• Phương pháp chuyên gia

+ Công c ụ sử dụng

Khai thác, sử dụng phần mềm Map info và mô hình Mike – Nam, Mike 11 mô

phỏng và dự báo lũ

4 K ẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC

Tổng quan về lưu vực sông Ba: Điều kiện tự nhiên, điều kiện khí hậu, thủy văn, điều kiện dân sinh kinh tế, nhất là những đặc điểm hình thành lũ trên lưu vực sông

Ba Đây sẽ là cơ sở cho những lý luận khi áp dụng mô hình nghiên cứu dự báo lũ cho trạm thủy văn Ba và đánh giá khả năng ứng dụng mô hình trong công tác dự báo lũ cho lưu vực tính toán

5 N ỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN

Ngoài lời mở đầu và kết luận, Luận văn gồm có 4 chương:

Chương 1 Tổng quan các phương pháp dự báo dòng chảy lũ

Chương 2 Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Ba

Chương 3 Về nghiên cứu dự báo lũ trên sông Ba

Chương 4 Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo dòng chảy lũ hạ lưu sông Ba

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO DÒNG CHẢY

hoả” Lịch sử đã ghi lại nhiều trận lũ lụt gây thiệt hại to lớn về người và của trên nhiều hệ thống sông lớn trên thế giới như trên sông Trường Giang (Trung Quốc) năm 1932, 1998 Ở Việt Nam trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình trong những

thập kỉ gần đây đã có một số trận lũ gây vỡ đê hàng loạt và kèm theo thiệt hại về nhiều mặt như trận lũ năm 1945,1971 Tình hình lũ lụt đang ngày càng trở nên nghiêm trọng và trở thành vấn đề ngày càng bức thiết với tất cả các quốc gia trên

thế giới

Dự báo thủy văn là xác định trạng thái tương lai ứng với khoảng thời gian

dự kiến xác định của hiện tượng thủy văn Nhu cầu về dự báo ngày càng tăng lên cùng với sự phát triển kinh tế và sử dụng nguồn nước, quản lý tài nguyên nước Dự báo thủy văn còn đặc biệt quan trọng để giảm thiểu thiên tai như lũ hoặc hạn hán ở

mọi cấp trong một quốc gia

Dự báo và cảnh báo thủy văn phục vụ nhiều mục đích, nó thay đổi từ dự báo các sự kiện xảy ra trong thời gian rất ngắn như lũ quét, đến nhận định cả mùa lũ, năm, nhiều năm, về khả năng cung cấp nước tưới trong nông nghiệp, sản xuất điện

hoặc giao thông thủy nội địa

Dự báo thuỷ văn rất cần cho phòng tránh lũ lụt có tác dụng không phải chỉ ở

ột vị trí cần quan tâm mà còn đối với cả một triền sông, một vùng kinh tế xã hội

Dự báo thuỷ văn giúp cho các ngành kinh tế sử dụng, khai thác nguồn nước được chủ động đạt hiệu ích cao, giúp cho thi công các công trình trên sông tránh được rủi ro, sự cố

Dự báo lũ tốt giúp cho việc điều phối lực lượng phòng tránh lũ, các biện pháp phân lũ, chậm lũ, chủ động hạn chế thiệt hại

Dự báo thuỷ văn ra đời và phát triển khá nhanh chóng, từ những phương tiện đơn giản, đến nay cùng với kỹ thuật hiện đại đã có những tiến bộ lớn

Các y ếu tố cơ bản của dự báo thủy văn

• T ổng lượng dòng chảy trong một thời khoảng xác định (thường là thời kỳ

dòng chảy cao và thời kỳ dòng chảy thấp, dòng chảy trận lũ, dòng chảy 5, 10 ngày, tháng, mùa, năm; đặc trưng dự báo có thể là lượng dòng chảy trung bình cả thời kỳ)

• Quá trình lưu lượng hoặc mực nước trên sông: các đặc trưng mực nước, lưu

lượng nước diễn biến theo thời gian

• Đỉnh lũ (mực nước và lưu lượng lớn nhất) và thời gian xảy ra trong trận lũ

hay mùa lũ; các đặc trưng khác của dòng chảy lũ: tình hình ngập lụt

• Quá trình dòng ch ảy (mực nước và lưu lượng) của hồ: Diễn biến các đặc

trưng mực nước (trung bình, lớn nhất, thấp nhất) trên hồ trong một thời kỳ nào đó

• Các y ếu tố chất lượng nước như: nhiệt độ, độ đục, DO, BOD, [1, 2]

Các đặc trưng của dự báo thủy văn

• Yếu tố dự báo: Là các đặc trưng thuỷ văn cần được dự báo như mực nước, lưu lượng nước

• Nhân t ố dự báo: Là các nguyên nhân sinh ra hoặc ảnh hưởng đến các yếu tố

dự báo mà ta sử dụng để tính ra yếu tố dự báo

• Th ời gian dự kiến: Thời gian dự kiến là khoảng thời gian tính từ thời điểm

quan trắc cuối cùng yếu tố dùng để dự báo, đến thời điểm xuất hiện yếu tố dự báo, [1, 2]

Các h ạn dự báo thủy văn

• D ự báo thủy văn hạn ngắn: Dự báo hạn ngắn là dự báo có thời gian dự kiến

tối đa bằng thời gian tập trung nước trung bình trên lưu vực

• D ự báo thủy văn hạn vừa: là dự báo có thời gian dự kiến dài hơn dự báo hạn

ngắn, nhưng tối đa không quá 10 ngày

• D ự báo thủy văn hạn dài : Dự báo hạn dài là dự báo có thời gian dự kiến lớn

hơn 10 ngày, tháng, mùa, đến 1 năm

• D ự báo hạn siêu dài: Dự báo hạn siêu dài là dự báo có thời gian dự kiến lớn

hơn 1 năm

• D ự báo lũ: Dự báo lũ là sự tính toán trước có cơ sở khoa học các trạng thái

tương lai của tình hình lũ sau một thời gian nhất định với độ chính xác xác định

• C ảnh báo lũ:Cảnh báo lũ là sự thông báo về tình hình lũ được coi là nguy

hiểm có thể xẩy ra; (với độ chính xác cảnh báo có thể thấp hơn dự báo), [1, 2]

M ột số khái niệm khác được sử dụng trong dự báo thủy văn

1 D ự báo đúng: Trị số dự báo được coi là đúng khi sai số dự báo bằng hoặc nhỏ

hơn sai số cho phép (+SR cf R)

2 D ự báo kịp thời: Tin dự báo được coi là kịp thời khi hiệu số giữa thời gian dự

kiến và thời gian có hiệu quả của bản tin vừa bằng tổng số thời gian thu thập số

liệu, phân tích dự báo và truyền tin dự báo hợp lý được Cơ quan quản lý Dự báo Khí tượng Thuỷ văn quy định

3 G ần mức: Trị số dự báo được coi là xấp xỉ hoặc gần mức khi sai số dự báo nằm

trong phạm vi -50% SR cf R ÷ 0

4 X ấp xỉ ở mức hoặc tương đương: Trị số dự báo được coi là xấp xỉ ở mức hoặc

tương đương khi sai số dự báo nằm trong phạm vi ± 50%SR cf R

5 Trên m ức: Trị số dự báo được coi là trên mức, khi sai số dự báo nằm trong phạm

vi từ 0÷+SR cf R

6 Dưới mức: Trị số dự báo được coi là dưới mức khi sai số dự báo nằm trong

phạm vi -SR cf R÷0

7 Lũ lên (hoặc xuống) nhanh: Lũ được coi là lên (hoặc xuống) nhanh khi cường

suất lũ lên (hoặc xuống) vượt quá cường suất lũ lên (hoặc xuống) trung bình nhiều năm tại trạm đang xét

8 Lũ lên (hoặc xuống) chậm: Lũ được coi là lên (hoặc xuống) chậm là lũ có cường

suất lên (hoặc xuống) nhỏ hơn cường suất lũ lên (hoặc xuống) trung bình nhiều năm tại trạm đang xét

9 Dao động nhỏ: Mực nước trong thời gian dự kiến có lên và xuống như một đợt

lũ nhưng biên độ không đáng kể (biên độ lũ lên nhỏ hơn 0,5m)

10 Ít bi ến đổi, ít thay đổi, (hoặc biến đổi chậm , thay đổi chậm): Mực nước có lên

(hoặc xuống) nhưng trong thời gian dự kiến chỉ lên (hoặc xuống) trong phạm vi

nhỏ hơn 0.3m

11 Ch ập chờn: Dùng để nhận xét chung cho một vùng hoặc nhiều sông, nhiều trạm,

mô tả tình hình mực nước có nơi lên, nơi xuống, lúc lên, lúc xuống nhưng không

cách mạnh mẽ trên thế giới cũng như ở Việt Nam với sự hỗ trợ của máy tính điện tử

và sự bùng nổ về công nghệ thông tin, khoa học viễn thám

Nghiên cứu dự báo mưa, lũ trên thế giới hiện nay vẫn là vấn đề nóng các khoa học dự báo, đặc biệt là thế nào để nâng cao chất lượng dự báo (độ chính xác)

và kéo dài thời gian dự kiến

Mô hình toán thủy văn được xem là công cụ mạnh của dự báo – áp dụng cách mô tả là các quy luật vận động của nước trong thiên nhiên bằng hệ thống các phương trình toán học, lôgíc và giải chúng bằng kỹ thuật số trên các máy tính

Kỹ thuật mô hình toán cho phép các nhà nghiên cứu đi sâu xem xét, đánh giá, định lượng nhiều đặc trưng, yếu tố, hiện tượng khá phức tạp của hệ thống ở cả tầm vi mô

và vĩ mô

Từ góc độ nhận thức về đối tượng nghiên cứu là tài nguyên nước và môi trường các mô hình toán thuỷ văn có thể phân biệt theo ba loại như sau:

o Mô hình ngẫu nhiên (Stochacstic model)

o Mô hình tất định (Deterministic model)

o Mô hình tất định-ngẫu nhiên (Deterministic-stochacstic model)

Theo Dawdy (Dawdy D.R -1969) mô hình toán ngẫu nhiên trong thuỷ văn

là một phương pháp tương đối mới Sự khởi đầu của nó có thể tính từ khi Hazen

chứng minh khả năng áp dụng lý thuyết xác suất, thống kê toán học vào phân tích các chuỗi dòng chảy sông ngòi (1914) Năm 1949 Kriski và Menkel đã sử dụng mô hình Marcov để tính toán quá trình dao động mực nước của biển Kaspien (Liên Xô

cũ)

Các mô hình thuỷ văn tất định dựa trên phương pháp toán học và sử dụng máy tính làm công cụ tính toán là cách tiếp cận hiện đại trong tính toán quá trình dòng chảy trên lưu vực và hệ thống sông Việc ra đời các mô hình thuỷ văn tất định

đã mở ra một hướng mới cho tính toán thuỷ văn, góp phần giải quyết các khó khăn

về số liệu thuỷ văn cũng như nâng cao độ chính xác của tính toán cho quy hoạch và thiết kế các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện, khắc phục một số khó khăn mà phương pháp tính toán thuỷ văn cổ điển chưa giải quyết được

Phương pháp mô hình toán tất định ra đời tương đối sớm và dần dần hình thành hai hướng nghiên cứu: hướng mô hình toán dạng hộp đen và hướng mô hình toán dạng hộp xám (hay còn gọi là mô hình nhận thức) Trong mô hình nhận thức còn phân ra mô hình tham số tập trung và mô hình tham số phân bố

Trong mô hình hộp đen lưu vực được coi là một hệ thống động lực Nhìn chung, cấu trúc của các mô hình hộp đen là hoàn toàn không biết trước Mối quan

hệ giữa lượng vào và lượng ra của hệ thống thể hiện thông qua một hàm truyền (hàm ảnh hưởng, hàm tập trung nước …) được xác định từ tài liệu thực đo lượng vào và lượng ra của hệ thống

Mô hình nhận thức ra đời sau mô hình hộp đen, nhưng đã phát triển rất

mạnh mẽ và ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực thủy văn Mô hình tất định nhận

thức xuất phát từ sự hiểu biết về nhận thức một cách rõ ràng từng thành phần của hệ

thống thuỷ văn để tiếp cận hệ thống bằng phương pháp mô phỏng, thí dụ như là mô

phỏng các quá trình tổn thất, quá trình trữ nước, quá trình tập trung dòng chảy trên lưu vực và trong sông, từ đó xây dựng sơ đồ cấu trúc mô hình để tính toán dòng

chảy lưu vực Trong mô hình nhận thức, nếu dựa vào đặc tính biểu thị của các tham

số ta có thể chia mô hình ra loại mô hình tham số tập trung và mô hình tham số phân phối Những mô hình tham số tập trung thường dùng các phương trình vi phân thường để diễn tả mối quan hệ giữa lượng vào và lượng ra của hệ thống chỉ phụ thuộc vào thời gian Vì vậy, trong các mô hình tham số tập trung không xét đến sự phân bố của lượng mưa, dòng chảy, tính chất thấm của đất và các yếu tố thủy văn, khí tượng khác theo không gian, chúng được thay thế bằng những giá trị bình quân theo diện tích, chúng đều là hàm số của thời gian Nói một cách khác, tất cả các đặc

trưng của lưu vực được tập trung về một điểm Trong khi đó các mô hình tham số phân phối mô tả các mối quan hệ giữa những yếu tố của hệ thống mô tả bằng các phương trình vi phân đạo hàm riêng, nghĩa là các phương trình chứa cả biến thời gian và không gian

Trong những thập kỷ gần đây do yêu cầu thực tiễn đã có loại mô hình toán

có cấu trúc tất định-ngẫu nhiên ra đời Những mô hình này được phát triển trên cơ

sở hợp nhất giữa hai loại mô hình trên tạo nên cơ chế hoạt động nhiễu-mưa-dòng

chảy [4] Những nghiên cứu sự tương đồng về cấu trúc giữa các mô hình tất định

dạng bể chứa với mô hình ngẫu nhiên dạng ARMA(p,q) vào những năm 70, 80 của

thế kỷ này không chỉ tạo cơ sở cho những mô hình mới ra đời mà còn mở ra nhiều triển vọng cho việc ứng dụng các mô hình toán trong thuỷ văn, nhất là phương pháp

hiệu chỉnh tham số mô hình

1.2.2 T ổng quan các nghiên cứu mô hình toán thuỷ văn trong dự báo dòng chảy

lũ ở Việt Nam

Hiện nay, công tác dự báo tác nghiệp mưa lũ cho các hệ thống sông toàn

quốc được thực hiện tại Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia Ngoài các cơ quan thuộc Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn Quốc gia còn có các Viện nghiên cứu,

Trường đại học tham gia nghiên cứu như: Viện Khí tượng Thuỷ văn thuộc Bộ Tài Nguyên và Môi trường, Viện khoa học Thuỷ lợi thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Trường Đại học Thuỷ lợi, Trường Đại học Quốc gia Hà

Nội, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Tại các đơn vị trực thuộc Trung tâm KTTV Quốc gia hiện đang sử dụng các phương pháp dự báo truyền thống như các phương pháp phân tích thống kê, nhận

dạng hình thế thời tiết gây mưa lớn, phương pháp mực nước tương ứng, phương pháp hồi quy nhiều biến một số mô hình toán thủy văn như mô hình SSARR, TANK, NAM và một số mô hình mới hơn như MIKE 11, MARINE, HEC là những

Ở Việt Nam, việc ứng dụng phương pháp mô hình toán vào nghiên cứu, tính toán trong thủy văn có thể xem như được bắt đầu từ cuối những năm 60, qua việc

Ủy ban sông Mêkông ứng dụng các mô hình như SSARR (Rokwood D.M Vol.1 - 1968) của Mỹ, mô hình DELTA của Pháp (Ban thư ký sông Mê Kông 1980) và mô hình toán triều của Hà Lan vào tính toán, dự báo dòng chảy sông Mêkông Ngày nay, trước những thành tựu khoa học, kỹ thuật, sự có mặt của kỹ thuật viễn thám, ảnh mây vệ tinh phân giải cao, sự phát triển của hệ thống rađar thời tiết, mạng lưới

đo mưa tự động và sự phát triển của công nhệ GIS, đặc biệt là sự có mặt của các siêu máy tính điện tử đã có ảnh hưởng sâu sắc đến khoa học thủy văn trong đó có

Dự báo thuỷ văn Mô hình toán thủy văn ứng dụng trong dự báo dòng chảy lũ đã ngày một hoàn thiện hơn, khẳng định rõ vài trò của mình trong lĩnh vực dự báo dòng chảy lũ

Các mô hình toán thủy văn hiện đang được nghiên cứu và ứng dụng có kết

quả ở nước ta trong dự báo dòng chảy lũ có thể kể đến các loại mô hình sau:

1 Các mô hình Mưa-dòng chảy (Rainfall-runoff) có thể kể đến như TANK

(Nhật), LTANK (Việt Nam), NAM, Mike11-Nam (Đan Mạch), SSARR, HMS (Mỹ), MARINE (Pháp), DIMOSOP (Ý)

+ Mô hình Tank (Nh ật): Lưu vực được mô phỏng bằng chuỗi các bể chứa xếp

theo tầng và cột phù hợp với hình dạng lưu vực, cấu trúc thổ nhưỡng, địa

chất,…Mưa trên lưu vực được xem như lượng vào của bể chứa trên cùng Mỗi bề

chứa đều có một cửa ra ở đáy Mô hình đơn giản nhất là kiểu cột bể TANK đơn: 4

bể trên một cột Phù hợp cho các lưu vực nhỏ có độ ẩm cao Mô hình phức tạp hơn

là mô hình TANK kép gồm một số cột bể mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực, và các bể mô tả quá trình truyền sóng lũ trong sông

Ưu điểm: Ứng dụng tốt cho lưu vực vừa và nhỏ Khả năng mô phỏng dòng

chảy tháng, dòng chảy ngày, dòng chảy lũ Nhược điểm: có nhiều thông số nhưng

số hóa mô hình chỉ có thể thực hiện được sau nhiều lần thử sai, đòi hỏi người sử

dụng phải có nhiều kinh nghiệm và am hiểu mô hình Mô hình TANK hiện đang được ứng dụng dự báo ngắn hạn quá trình lũ cho một số sông suối của Việt Nam

Nhược điểm: Mô hình này không có phần mềm chuẩn, mà phần lớn là người

dùng tự lập bằng các ngôn ngữ khác nhau dựa trên các nguyên lý hoạt động của mô hình

+ Mô hình LTank (Vi ệt Nam): Để khắc phục những nhược điểm của mô

hình TANK (Nhật) và các mô hình có cấu trúc tương tự, năm 1985-1986 Nguyễn Văn Lai (ĐH Thuỷ lợi) và Ronny Bernttsson (ĐH Lund, Thuỵ Điển) đã cho ra đời

mô hình LTANK (Linear Tank) có cấu trúc hợp lý với vùng nhiệt đới ẩm Việt Nam,

tạo tính mềm dẻo cho mô hình Phần mềm mô hình lúc đầu được viết bằng ngôn

ngữ FORTRAN-77 chạy trông môi trường DOS Năm 1998 Nghiêm Tiến Lam (ĐH Thuỷ lợi) đã chuyển đổi chương trình máy tính FORTRAN sang ngôn ngữ VB chạy trong môi trường WINDOWS có sử dụng solver cho tối ưu hoá các tham số mô hình tạo giao diện thuận tiện thân thiện cho người sử dụng cùng với tăng tốc độ tính toán; nên đã nhanh chóng được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn thuỷ văn Việt Nam như: khôi phục các chuỗi số liệu dòng chảy cho thiết kế các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện [3] và dự báo dòng chảy theo mưa cho các lưu vực vừa và nhỏ [2, 4, 6]

+ Mô hình Marine: Mô hình thuỷ văn MARINE do Viện Cơ học chất lỏng Toulouse (Pháp) xây dựng và được chuyển giao cho Viện Cơ học trong khuôn khổ

của đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ KC.08-13 với sự hỗ trợ của Dự án FLOCODS Mô hình được viết bằng ngôn ngữ Fortran 6.0 MARINE là mô hình

có thông số phân bố , toàn bộ lưu vực nghiên cứu được chia thành các ô lưới vuông

có kích cỡ bằng nhau Mô hình tính toán dòng chảy dựa trên phương trình bảo toàn khối lượng và phương thức thấm Green Ampt Mỗi ô lưới có thông số riêng , nhận

một giá trị mưa và dòng chảy được hình thành trên từng ô Cuối cùng, mô hình

MARINE liên kết các ô lưới lại với nhau theo hư ớng chảy tạo mạng sông và tính toán dòng chảy tại cửa ra của các lưu vực

Mô hình MARINE dự báo tốt các cơn lũ sinh ra do mưa trên lưu vực nhỏ, nhưng đòi hỏi phải có số liệu địa hình, thổ nhưỡng, lớp phủ, mạng lưới trạm khí tượng thủy văn đủ dày, đặc biệt phải có dự báo được mưa với độ phân giải cao

Hiện tại mô hình Marine đang được Trung tâm Dự báo Khí tượng thuỷ văn Trung ương ứng dụng dự báo cho lưu vực sông Đà và thử nghiệm cho lưu vực sông Hương

+ Mô hình DIMOSOP: (Distributed hydrological model for the special

observing period) sử dụng dữ liệu dạng điểm của các trạm đo mưa trong lưu vực

hoặc sử dụng kết quả dự báo dưới dạng ô lưới (grid) là đầu ra của các mô hình dự báo thời tiết như MM5 và BOLAM để dự báo lũ Cấu trúc chính của mô hình dựa trên quan điểm chia lưu vực tính toán ra thành một hệ thống các ô lưới Kích thước

của mỗi ô lưới phụ thuộc vào mức độ chi tiết của số liệu thu thập cũng như yêu cầu tính toán Mỗi một ô lưới trên lưu vực đều được đặc trưng bởi một yếu tố thủy văn nào đó, có thể là một phần tử của lưu vực, có thể là một phần tử của sông, hay là

một phần tử của hồ chứa Đầu vào của mô hình này ngoài lượng mưa còn là bản

đồ địa hình dưới dạng DEM, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, loại đất dưới dạng ô lưới Grid (vì đây là mô hình thủy văn phân bố), và các loại công trình cũng như quy trình vận hành của các công trình Đầu ra của mô hình chính là lưu lượng hay mực nước lũ tại bất kỳ một ô lưới nào (điểm nào) trên lưu vực chứ không phải hạn chế

chỉ tại một vị trí như các mô hình thủy văn thông số gộp đưa ra

Ưu điểm: Khả năng sử dụng thông tin toàn cầu như bản đồ đất, hiện trạng sử

dụng đất, ảnh vệ tinh để mô phỏng lưu vực đặc biệt hữu ích cho các lưu vực liên

quốc gia, khi mà thông tin về lưu vực ở phần quốc gia kia không thu thập được hoặc thu thập được nhưng không chính xác vì đầu vào của mô hình như đã nêu trên toàn

ở dạng ô lưới Có khả năng kết nối với các mô hình khí tượng BOLAM và MM5 để

kéo dài thời gian dự báo phục vụ vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa Một lần chạy

mô hình sẽ cho kết quả dự báo của nhiều trạm, nhiều vị trí khác nhau với thời gian

dự báo lên đến 5 ngày Hiện tại đang sử dụng dự báo lũ trung hạn cho hệ thống sông

Hồng và sông Thái Bình Đây là mô hình được đánh giá rất khả quan cần được nghiên cứu áp dụng cho các lưu vực khác

2 Các mô hình th ủy lực có thể kể đến như KRSAL/VRSAP, MIKE11-HD,

MIKE-21, HEC-RAS, ISIS

Trước những năm 1990 chương trình do các chuyên gia Việt Nam viết ra được dùng rộng rãi nhất là: VRSAP (Vietnam River System and Planing) do PGS Nguyễn Như Khuê viết, và KOD (không ổn định) do GS Nguyễn Ân Niên viết, ngoài ra còn một số chương trình khác nữa tính truyền mặn hoặc tính toán thiết kế kênh Chương trình VRSAP giải hệ phương trình Saint – Vernant theo sơ đồ sai phân ẩn, chương trình KOD giải hệ phương trình Saint – Vernant theo sơ đồ sai phân hiện Cả hai chương trình này đều liên tục được bổ xung, hoàn thiện để tính toán cho mạng lưới sông, tính truyền lũ, tính truyền mặn và tính toán phục vụ quản

lý vận hành hệ thống công trình thuỷ lợi Sau 1990 các phần mềm nhập từ nước ngoài thông qua các dự án tài trợ, hoặc tải miễn phí từ mạng Internet có: dòng mô hình MIKE (11, 21), UNET, CANALMAN, HEC-RAS các phần mềm này đã thành sản phẩm thương mại nên có chung đặc điểm là giao diện rất đẹp, có nhiều tính năng, nhưng là phần mềm thương mại nên không có chương trình nguồn, chương trình cũng được nâng cấp hàng năm, nên người dùng phải luôn cập nhật thông tin để ứng dụng chương trình

+ Ph ần mềm HEC-RAS đựơc thiết kế để thực hiện các tính toán thuỷ lực một

chiều cho toàn bộ một hệ thống sông tự nhiên và hệ thống kênh mương nhân tạo với

ba chức năng chính sau :

(1) Tính toán mực nước mặt cắt dọc kênh cho dòng ổn định;

(2) Mô phỏng dòng không ổn định (phát triển mô hình UNET của Dr RobertL Barkau (Barkau, 1992 ), giải hệ phương trình Saint – Vernant theo sơ đồ sai phân ẩn

(3) Tính toán vận chuyển bùn cát

Ưu điểm: Phần mềm được thiết kế để phục vụ cho nhu cầu làm việc trong môi trường sử dụng đa mục tiêu Hệ thống bao gồm giao diện đồ hoạ, các thành phần phân tích thuỷ lực tách biệt, phần lưu trữ dữ liệu và các năng lực quản lí, đồ hoạ và các tính năng thực hiện báo cáo Là phần mềm miễn phí có thể tải từ mạng Internet,

rất dễ ứng dụng tính toán cho mạng lưới sông đơn giản (không quá nhiều mặt cắt và

cống, đập )

+ Mô hình KRSAL (1978)/VRSAP(1994) là mô hình toán thuỷ lực mạng sông

do PGS Nguyễn Như Khuê xây dựng Đây là mô hình toán thuỷ lực được kiểm

chứng ứng dụng có hiệu quả trong lĩnh vực thuỷ lợi hiện nay ở nước ta Với cấu trúc mô hình được xây dựng là giải hệ phương trình dòng chảy không ổn định mộ chiều Saint Venant dạng đầy đủ, được giải bằng phương pháp sai phân hữu hạn theo

sơ đồ ẩn 4 điểm, cho phép tính toán thuỷ lực hệ thống sông ngòi phức tạp có đầy đủ các yếu tố: dòng sông, kênh, công trình thuỷ lợi các loại, hồ chứa, đồng ruộng chịu ảnh hưởng của lũ, mưa, thuỷ triều, xâm nhập mặn Năm 1994 mô hình cập nhật thêm phần diễn toán mặn làm cho mô hình phong phú thêm về tính năng, cho phép ứng dụng mô hình trong bài toán tổng thể lũ, kiệt và mặn

Ưu điểm: Mô hình hiện nay được nhiều người sử dụng, do đây mà mô hình mã

nguồn mở nên được những người dùng có thể tiếp tục phát triển, hoàn thiện cho

từng bài toán cụ thể Mô hình này được viết bằng ngôn ngữ FORTRAN-77 nên đã

và đang được nhiều người nghiên cứu chuyển đổi sang giao diện WINDOW thân thiện với người sử dụng Mô hình này được ứng dụng nhiều đối với các đồng bằng

lớn ở nước ta như sông Hồng-sông Thái Bình, sông Mê kông, sông Đồng Nai, và

+ Mô hình Mike11: Là mô hình thuộc bộ phần mềm Mike do DHI Water & Environment phát triển, là gói phần mềm dùng để mô phỏng dòng chảy, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở các cửa sông, sông, kênh tưới và các vật thể nước khác

Mô-đun thủy động lực (HD) là một phần trọng tâm của mô hình MIKE 11

và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô-đun khác bao gồm dự báo lũ, tải khuyếch tán, chất lượng nước và các mô-đun vận chuyển bùn cát không, có kết dính

Ưu điểm: Là mô hình động lực một chiều, thân thiện với người sử dụng

nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý, vận hành cho sông cũng như 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

3 K ết hợp của mô hình toán thuỷ văn-thuỷ lực: Việc kết nối các mô hình toán

thuỷ văn (mưa rào-dòng chảy) với mô hình thuỷ lực hoặc một phương pháp diễn toán lũ trong sông đơn giản nào đó để mô phỏng quá trình chuyển nước trên một hệ

thống sông phức tạp, được xem là con đường tốt nhất đối với hệ thống sông từ thượng lưu đến cửa sông Việc kết hợp nhiều mô hình trong một phần mềm ngày càng làm cho các phần mềm trở lên hiện đại, hoàn thiện dễ dàng sử dụng Ở nước ta

hiện nay trên các lưu vực sông suối lớn việc nghiên cứu ứng dụng mô hình toán

thủy văn-thuỷ lực vào dự báo lũ cho lưu vực thường đi theo hướng này

Các mô hình kết hợp hai loại mô hình trên hiện đang được ứng dụng thông dụng

ở nước ta hiện nay có thể kể đến các mô hình thuộc bộ HEC và MIKE đây là hai

loại mô hình hiện đang được ứng dụng trên hầu hết các sông suối ở nước ta, đặc biệt

là Mike11 Ngoài ra trên các hệ thống sông lớn ở nước ta hiện đã có rất nhiều các đề tài, dự án, công trình nghiên cứu sử dụng kết hợp hai loại mô hình trên để ứng dụng

thống sông Hồng-Thái Bình, Nam + Muskingum cho một số lưu vực sông Miền Trung, Tây Nguyên

1.3 C ác phương pháp dự báo lũ

1.3.1 Phương pháp xu thế

Cơ sở khoa học của phương pháp dự báo xu thế là quy luật quán tính của chuyển động nước trong sông Phương pháp này dựa trên giả định là đại lượng dự báo thay đổi theo quy luật giống như sự thay đổi trước đó, nghĩa là nếu lũ đang lên thì giá trị dự báo tiếp tục tăng và ngược lại lũ đang xuống giá trị dự báo tiếp tục

giảm

Ưu điểm của phương pháp: Phương pháp xu thế có ưu điểm là đơn giản, không

cần quá nhiều thông tin như các phương pháp khác Phương pháp xu thế chỉ cần sử

dụng số liệu tại một trạm đo để dự báo, đối tượng dự báo rất đa dạng cho nên đến nay vẫn đang được sử dụng tuỳ theo yêu cầu cụ thể của sông Do đó phương pháp này thích hợp với các yếu tố dự báo có pha thay đổi chậm, chẳng hạn lũ tại hạ lưu các sông lớn, dự báo tốt cho từng nhánh lũ

Nhược điểm của phương pháp: Đối với những vùng chuyển tiếp giữa pha nước

lên và pha nước xuống, những vùng có pha lũ thay đổi lớn, nếu dùng phương pháp này sẽ dễ gây sai số lớn

1.3.2 Phương pháp mực nước, lưu lượng tương ứng

Phương pháp lưu lượng và mực nước tương ứng là phương pháp dùng mực nước đo được ở trạm trạm thượng lưu để dự báo mực nước ở hạ lưu Mối tương quan giữa mực nước ở thượng lưu và mực nước ở hạ lưu sẽ phức tạp nếu khu giữa

có lượng gia nhập đáng kể và lượng gia nhập đó lại không hoàn toàn tương ứng với thượng lưu

Ưu điểm của phương pháp: Các thông số có thể xác định dễ dàng bằng đồ thị

và bằng những cách giải đơn giản Phương pháp này chỉ dùng tốt đối với đoạn sông

có độ dốc lớn, trạm dưới ít bị ảnh hưởng của thuỷ triều hay nước vật, các trạm trên không quá nhiều, thường chỉ một hay hai trạm trên và một trạm dưới

Nhược điểm của phương pháp: Điều kiện quan trọng khi áp dụng phương

pháp lưu lượng tương ứng là phải tính đúng thời gian chảy truyền trên các đoạn sông Việc xác định thời gian chảy truyền ở đoạn sông không nhánh đã khó, xác định ở đoạn sông nhiều nhánh càng khó hơn và luôn có sai số Trường hợp đoạn sông nhiều trạm trên, hoặc nhiều trạm dưới chịu ảnh hưởng của nước vật hay thuỷ triều thì phải tìm cách giải quyết khác

1.3.3 Phương pháp lượng trữ

Phương pháp lượng trữ dựa trên cách giải giản hóa từ hệ phương trình Vernant, đây là một trong hai cách giải gần đúng cho hệ phương trình này, theo phương pháp này người ta dùng phương trình cân bằng nước ở đoạn sông thay cho phương trình liên tục, dùng phương trình lượng trữ thay cho phương trình động lực Phương trình lượng trữ: W=f(QR d R,QR tr R) biểu thị quan hệ giữa lượng nước trữ

Saint-của đoạn sông W với lưu lượng chảy vào QR tr R lưu lượng chảy ra QR d R Nếu xác định được quan hệ hàm số này thì ta có thể tính toán được giá trị lưu lượng chảy ra tại

cuối thời đoạn QR d2 R khi biết các giá trị lưu lượng chảy ra tại đầu thời đoạn và lưu lượng chảy vào QR d1 R, QR tr1 R, QR tr2 R

1.3.4 Phương pháp phân tích thống kê

Đây là nhóm các phương pháp thường sử dụng các phép phân tích thống kê trong thủy văn để xây dựng phương trình dự báo, một trong những phương pháp trong nhóm này hay được sử dụng là phương pháp phân tích hồi quy nhiều biến

Ưu điểm của phương pháp: phương pháp này đơn giản, dễ tính toán, có thể

đưa vào nhiều biến ảnh hưởng đến đại lượng dự báo để phân tích

Nhược điểm của phương pháp: không xử lý được những trường hợp có

những giá trị ngoại lai, sẽ làm sai lệch kết quả dự báo Vì vậy khi dự báo phải chuẩn

bị tốt dữ liệu, phân tích đánh giá căn nguyên để tránh những lời giải thiếu tính vật lý

1.3.5 Phương pháp sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo

Mạng trí tuệ nhân tạo (Artificial Nerual Networks - ANN) được xây dựng

từ những năm 1940 Với việc ứng dụng thuật toán quét ngược năm 1988, ANN được sử dụng nhiều trong ngành tài nguyên nước, đặc biệt là dự báo thủy văn

Mạng trí tuệ nhân tạo là một mô phỏng xử lý thông tin, được nghiên cứu ra từ hệ

thống thần kinh của sinh vật, giống như bộ não để xử lý thông tin Nó bao gồm số lượng lớn các mối gắn kết cấp cao để xử lý các yếu tố làm việc trong mối liên hệ

giải quyết vấn đề rõ ràng ANN giống như con người, được học bởi kinh nghiệm, lưu những kinh nghiệm, hiểu biết và sử dụng trong những tình huống phù hợp Mô hình ANN cho phép thiết lập mối quan hệ đa dạng và trực tiếp các biến đầu vào và đầu ra, phản ánh tính chất của cả mô hình nhận thức và mô hình hộp đen

Ưu điểm của phương pháp: Dữ liệu đầu vào mô hình ANN không nhất thiết

phải ổn định và tuân theo phân bố chuẩn như ARIMA Mô hình ANN là mô hình phi tuyến (tối ưu sử dụng trong ANN là tối ưu hàm phi tuyến) Mô hình ANN cũng cho kết quả tốt hơn mô hình ARMA khi dữ liệu hạn chế và trong các trường hợp

phức tạp, khi mối quan hệ giữa các biến trong mô hình không được tường minh

Nếu so sánh với mô hình ARMA thì ANN là công cụ dự báo tốt hơn vì nó dự báo

dựa vào quá trình hình thành mối quan hệ trong dữ liệu Hơn nữa ANN phù hợp với

việc xử lý các dữ liệu thực chứa nhiễu hay bị bóp méo hoặc không đầy đủ

Nhược điểm của phương pháp: Rất khó tìm bộ thông số tối ưu, không phản

ánh được những thay đổi lớn, nếu dữ liệu sử dụng để xây dựng mạng không có

những trị số lớn đó [1,2]

1.4 L ựa chọn phương pháp dự báo dòng chảy lũ sông Ba

1.4.1 Đặc điểm địa lý nổi bật lưu vực sông Ba

Đặc điểm địa hình: Địa hình lưu vực sông Ba biến đổi khá phức tạp, bị chia

cắt mạnh mẽ bởi sự chi phối của dãy Trường Sơn Đường phân thuỷ của lưu vực có

độ cao từ (500-2000)m bao bọc 3 phía: Bắc, Đông, Nam và chỉ được mở rộng về phía Tây với cao nguyên rộng lớn Pleiku, Mang Yang, Chư Sê Đồng thời mở ra

biển qua vùng đồng bằng Tuy Hoà rộng trên 20000 ha Hai dãy núi phía Đông và phía Nam của lưu vực tạo thành bức tường chắn gió, cản trở việc hoạt động của hướng gió Đông và Đông Nam Phía Tây Bắc có các đỉnh núi cao hơn ở phía Đông, nhưng bị chia cắt nhiều, không liên tục

Đặc điểm khí tượng : Trên vùng nghiên cứu có gần 20 trạm đo mưa và phần lớn các trạm có liệt quan trắc từ sau năm 1975 với số liệu đảm bảo, đáng tin cậy Do đặc điểm tự nhiên lưu vực trải dài theo hướng bắc nam với nền địa hình đa dạng nên điều kiện khí hậu nên chế độ mưa của lưu vực sông Ba khá phức tạp Trong khi thượng và trung lưu lưu vực sông Ba đã là mùa mưa thì hạ lưu lưu vực vẫn đang trong thời kỳ khô hạn, khi thượng và trung lưu lưu vực mùa mưa đã kết thúc thì vùng hạ lưu lưu vực vẫn đang trong thời kỳ mưa lớn Vùng thượng và trung du mùa mưa đến sớm từ tháng 5, kết thúc vào tháng 10, còn hạ du mùa mưa đến muộn từ tháng 9 đến tháng 12 và thời gian này thường trùng với thời kỳ gió mùa Đông Bắc

và bão hoạt động trên Biển Đông Lượng mưa bình quân trên lưu vực phân bố không đều Các trận mưa lớn gây lũ trên sông Ba thường kéo dài từ 5 đến 7 ngày nhưng lượng mưa lớn thường tập trung từ 1 đến 3 ngày

Mạng lưới sông ngòi: Lưu vực sông Ba có dạng chữ L, phình rộng ở trung lưu và

đều khắp trong vùng Chiều rộng bình quân lưu vực 48,6km, có nơi rộng 80 km

Mạng lưới sông ngòi rất phát triển với mật độ sông suối trung bình đạt 0,34 km/kmP

2 P, trong đó phần thượng nguồn có mật độ từ 0,2 đến 0,3 km/kmP

2 P, phần trung lưu từ 0,3 đến 0,45 km/kmP

2 P

và phần hạ lưu từ 0,45 đến 0,55 km/kmP

2 P Sông Ba thuộc loại sông kém phát triển so với các sông khác vùng lân cận Các sông suối thuộc lưu vực sông

Ba thường hẹp và sâu, độ dốc sông suối lớn nên có tiềm năng lớn về nguồn thủy năng

Hình 1.1: B ản đồ lưu vực sông Ba

1.4.2 L ựa chọn phương pháp dự báo dòng chảy lũ sông Ba

Từ đặc điểm địa lý nổi bật của lưu vực sông Ba và các phương pháp dự báo đã được giới thiệu trên, ta có thể nhận xét và lựa chọn những phương pháp thích hợp

nhất để dự báo dòng chảy mùa lũ cho lưu vực sông Ba:

U

Phương pháp xu thế:U Điều kiện là chỉ áp dụng cho từng pha nước (pha nước lên

hoặc xuống) Phương pháp này chỉ thích hợp với các yếu tố cần dự báo có pha thay đổi chậm, chẳng hạn như dòng chảy tại hạ lưu các sông lớn không ảnh hưởng của

thủy triều Đối với sông Ba, các nhánh khu vực miền núi, diện tích khống chế nhỏ nên dòng chảy lũ trên sông biến đổi nhanh, vùng hạ lưu lại là đồng bằng có độ dốc

nhỏ và luôn chịu ảnh hưởng của thuỷ triều biển Đông nên không thích hợp với việc

áp dụng phương pháp này

U

Ph ương pháp tương ứng:UĐiều kiện quan trọng để áp dụng phương pháp này là phải tính đúng thời gian chảy truyền Việc xác định thời gian chảy truyền ở đoạn sông không nhánh đã khó, xác định thời gian chảy truyền ở đoạn nhiều nhánh càng khó hơn và luôn luôn có sai số Do đó phương pháp này chỉ thích hợp với đoạn sông có

độ dốc lớn, các trạm trên không quá nhiều, thường chỉ một hoặc hai trạm trên và

một trạm dưới Với lưu vực sông Ba, đây là lưu vực có nhiều sông nhánh nhỏ, nhiều

trạm đo nằm rải rác trên toàn bộ lưu vực nên không thích hợp để áp dụng phương pháp này vào dự báo

U

Phương pháp quan hệ mưa - dòng chảy:UQuá trình mưa trên lưu vực thường được quan trắc dễ dàng hơn dòng chảy trong sông suối, bởi vậy nếu ta biết được chính xác quá trình mưa sẽ cho phép ta dự báo được dòng chảy trong sông với thời gian

dự kiến dài hơn Quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực chịu rất nhiều yếu tố tác động như: địa hình, mặt đệm, thảm thực vật, cấu tạo địa chất… làm cho quá trình hình thành dòng chảy rất phức tạp đối với mỗi lưu vực Tuy nhiên, quá trình này đều chịu chung một số quy luật thành phần: bốc thoát hơi nước, quá trình thấm,

quá trình chảy tràn trên sườn dốc, trong lòng sông… Do đó ta có thể áp dụng phương pháp này vào dự báo dòng chảy cho sông Ba

U

Phương pháp mô hình toán thuỷ lực:U Mô hình toán là một phương pháp mới được

áp dụng vào dự báo Với sự trợ giúp của máy tính điện tử, các phương trình trong

mô hình toán đã được giải quyết và góp phần to lớn vào việc dự báo dòng chảy trong sông Ta có thế áp dụng phương pháp này để dự báo

Với ý nghĩa như trên, do yêu cầu của Luận văn, tình hình dữ liệu, mức độ

và thời gian cho phép do đó trong Luận văn này tác giả sử dụng mô hình thủy động lực MIKE11 áp dụng với chế độ sóng động lực hoàn toàn ở c ấp độ cao để tính toán dòng chảy 1 chiều Từ thực tế ứng dụng cho nhiều lưu vực sông Miền Trung nước

ta nhận thấy MIKE 11 có khả năng tính toán với dòng nhanh , lòng dẫn dốc , giao

diện của MIKE 11 được xây dựng trên phần mềm ARCVIEW, là một phần mềm GIS có giao diện đẹp và rất thuận tiện cho người sử dụng Sau khi tính toán, kết quả

của MIKE 11 có thể xuất sang MIKE 11 - GIS để xây dựng các bản đồ ngập lụt giúp cho người sử dụng phân tích nhanh tình trạng ngập lụt, mức độ ngập sâu làm

cơ sở để phân tích thiệt hại lũ cho lưu vực Với các ưu điểm nổi bật đó xét với đặc điểm tự nhiên của vùng hạ lưu sông Ba nên Luận văn đã chọn mô hình MIKE 11 dùng để tính toán dự báo dòng chảy lũ ở đây

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG BA

2.1 Điều kiện địa lý tự nhiên

Sông Ba chảy qua 3 tỉnh Tây Nguyên là Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk và một tỉnh Ven biển miền Trung Trung Bộ là Phú Yên Lưu vực sông có diện tích lưu vực tính đến cửa sông là 13.508 kmP

2 P Sông Ba ở hạ lưu có liên quan nguồn nước với sông Bàn Thạch là một sông nhỏ trong vùng ven biển có diện tích 592 km P

2 P Nếu kể cả sông Bàn Thạch thì hai lưu vực sông có diện tích 14.100 km P

2 P Tuy chảy qua 4 tỉnh nhưng trong thực tế diện tích của lưu vực sông Ba chỉ thuộc 3 tỉnh Gia Lai (64,04%), Đăk Lăk (18,11%) và Phú Yên (17,81%) Diện tích lưu vực thuộc tỉnh Kon Tum chỉ có một phần rất nhỏ của huyện KonPlong chiếm 0,03% diện tích lưu

vực

2.1.1 Địa hình

Có thể chia địa hình lưu vực sông Ba thành 3 vùng, đó là vùng núi, vùng trung du và vùng đồng bằng

Địa hình vùng thượng lưu được đặc trưng bởi các các nhánh núi, khối núi và

bị chia cắt mạnh bởi các dòng chảy thường xuyên và không thường xuyên

Địa hình vùng trung lưu đặc trưng bởi các đồi núi với độ cao từ trung bình đến thấp Do phần trung lưu của lưu vực rất ngắn cho nên sông Ba tạo nên sự phân

cắt đột ngột với vùng hạ lưu dưới dạng chuyển tiếp bậc địa hình

Địa hình vùng hạ lưu là đồng bằng xen kẽ với những gò đồi còn sót lại và

những bậc thềm, bãi bồi, đụn cát, cồn cát nguồn gốc biển, gió biển, cửa sông và sông Đặc điểm địa hình của vùng hạ lưu là có các nhánh núi đâm ngang ra biển, đặc biệt là ở các hướng Tây và Tây-Nam

2.1.2 V ề độ dốc địa hình:

Độ dốc lưu vực có sự biến đổi đột ngột rõ rệt, từ rất thoải ở vùng đồng bằng ven biển, các bậc thềm sông biển đến rất dốc tại các hẻm vực, sườn dốc ở vùng núi

Thậm chí có rất nhiều nơi ở miền núi tây bắc lưu vực có độ dốc lên đến trên 40P

0 P/R 00 R Ngoài ra còn có độ dốc nghiêng thoải tại các bề mặt phủ bazan cao nguyên và trũng

bằng thoải trước núi trong vùng nghiên cứu Với đặc điểm độ dốc lưu vực sông như

vậy có cho ta thấy được đặc điểm tập trung dòng chảy ở các vùng khác nhau của lưu

vực

2.1.3 V ề địa chất, thổ nhưỡng

Lưu vực sông Ba có nền thổ nhưỡng rất phong phú Đặc tính và sự phân

bố của các loại đất này như sau:

Nhóm đất xám có tính chua đến rất chua, nghèo mùn, đạm, lân và kali tổng

số cũng như dễ tiêu Nhóm đất này phân bố chủ yếu ở các huyện sông Hinh, Sơn Hoà, Krông Pa, Ayun Pa, An Khê

Nhóm đất đỏ vàng có độ chua, pH R KCL R dao động 3,9 – 4,5, hàm lượng mùn cát trong đất khá, các chất dinh dưỡng đạm, lân, kali trung bình và dễ tiêu thấp Nhóm đất này phân bố ở vùng đồi núi trung lưu và thượng lưu

Nhóm đất nâu vàng, vàng nhạt có độ chua thấp, pHR KCL R dao động từ 5 – 6, đất có hàm lượng mùn,đạm từ khá đến giàu

Tóm lại: đặc tính địa chất và thổ nhưỡng của lưu vực sông Ba là có tính

bở rời, độ pH thấp và hàm lượng mùn, đạm, lân tổng số khá cao, đặc biệt là ở vùng trung du

2.1.4 V ề thảm thực vật

Vùng lưu vực sông Ba là vùng phân bố tự nhiên có độ đa dạng sinh học cao

ở nước ta Cùng với điều kiện địa hình, tính chất thổ nhưỡng và điều kiện khí hậu

thuận lợi cho thảm thực vật rừng phát triển phong phú Các kết quả nghiên cứu cho

thấy, hệ thực vật vùng lưu vực sông Ba có ít nhất là 2000 loài thực vật bậc cao có

mạch nằm trong 939 chi thuộc 204 họ thực vật thuộc 6 ngành thực vật bậc cao Trong các loài thực vật ở lưu vực sông Ba, tổng số loài thực vật quý hiếm được ghi trong Sách Đỏ Việt Nam (1996) là 74 loài

Rừng ở lưu vực sông Ba tại thời điểm hiện tại lập quy hoạch (năm 2005)

có diện tích 671.407 ha, tính trung bình thì độ che phủ rừng của lưu vực là 41,6% nhưng phân bố không đồng đều trên toàn lưu vực Trên vùng lưu vực sông Ba, có

một số các khu bảo tồn thiên nhiên (BTTN) là vườn quốc gia KonKaKing, khu BTTN Krông Trai, khu BTTN Ea Sô, khu đề xuất BTTN Ayun Pa

2.2 Đặc điểm khí hậu và các hình thế thời tiết và khí hậu vùng nghiên cứu

2.2.1 M ạng lưới quan trắc khí tượng, khí hậu

Trong và các vùng xung quanh lưu vực sông Ba có tới 18 trạm khí tượng – đo mưa Phần lớn các trạm được quan trắc từ sau ngày giải phóng miền Nam (1975) Các trạm có tài liệu đo mưa trước giải phóng là: Pleiku (1934-1944, 1956-1974),

An Khê (1928-1940), Cheo Reo (1931-1942, 1961-1974), Tuy Hoà (1933-1942, 1957-1974), M’Đrăk (1931-1942) Các trạm còn lại phần lớn có tài liệu từ năm

1977 cho đến nay

B ảng 2.1: Tình hình quan trắc khí tượng trong và lân cận lưu vực sông Ba

TT Tên trạm Yếu tố quan trăc Thời gian quan trắc

1 An Khê X,Z,U,V,T 1928-1940; 1977- nay

2 Plei Ku X,Z,U,V,T 1933-1944; 1956-1974; 1976-nay

3 Cheo Reo X,Z,U,V,T 1931-1942; 1961-1974; 1977- nay

4 M'Đrăk X,Z,U,V,T 1931-1942; 1978- nay

6 Kon Tum X,Z,U,V,T 1917-1942; 1961-1974; 1976- nay

7 Tuy Hòa X,Z,U,V,T 1933-1942; 1957-1974; 1976- nay

Nhìn chung trên lưu vực sông Ba các trạm đo mưa tương đối nhiều nhưng phân bố không đồng đều ở các vùng trên lưu vực Phần lớn các trạm đo mưa được đặt ở các thị trấn, huyện lị, thị xã, nông trường, nơi có dân cư đông đúc,

còn những nơi địa hình thay đổi phức tạp như vùng núi cao gần đầu nguồn các sông

suối thì gần như chưa có trạm đo mưa

vực sông Ba chịu tác động sâu sắc của gió mùa Tây Nam trong phạm vi ảnh hưởng

của áp thấp lục địa châu á, thịnh hành không khí xích đạo kết hợp không khí nhiệt đới Thái Bình Dương, do đó có nhiệt độ cao, nhiều mưa, phổ biến là mưa dông, mưa bão và mưa hội tụ nhiệt đới, nhất là vào các tháng cuối mùa

2.2.3 Các y ếu tố khí hậu

Lượng bức xạ tổng cộng thực tế năm trên lưu vực sông Ba vào khoảng

117-148 kcal/cm2, tương đương với 3,61-4,60 kwh/mP

2 P.ngày Nhiệt độ trung bình năm trên lưu vực sông Ba vào khoảng 22-26,4P

0 P

C, trong đó vùng thượng lưu là 22-24P

0 P

C, vùng trung lưu 24-25P

0 P

C, vùng hạ lưu 26-27P

0 P

C

Độ ẩm không khí

Độ ẩm tương đối không khí trung bình năm lưu vực sông Ba trong khoảng 80%- 83% Các tháng có độ ẩm không khí lớn là các tháng mùa mưa, độ ẩm không khí trung bình tháng có thể 88-93% Các tháng có độ ẩm nhỏ là các tháng mùa khô, độ

ẩm không khí trung bình tháng 72-80%

Mưa

Trên vùng nghiên cứu có gần 20 trạm đo mưa và phần lớn các trạm có liệt quan trắc từ sau năm 1975 với số liệu đảm bảo, đáng tin cậy Do đặc điểm tự nhiên lưu vực trải dài theo hướng bắc nam với nền địa hình đa dạng nên điều kiện khí hậu nên chế độ mưa của lưu vực sông Ba khá phức tạp Trong khi thượng và trung lưu lưu vực sông Ba đã là mùa mưa thì hạ lưu lưu vực vẫn đang trong thời kỳ khô hạn, khi thượng và trung lưu lưu vực mùa mưa đã kết thúc thì vùng hạ lưu lưu vực vẫn đang trong thời kỳ mưa lớn Vùng thượng và trung du mùa mưa đến sớm từ tháng 5,

kết thúc vào tháng 10, còn hạ du mùa mưa đến muộn từ tháng 9 đến tháng 12 và

thời gian này thường trùng với thời kỳ gió mùa đông bắc và bão hoạt động trên Biển Đông Lượng mưa bình quân trên lưu vực phân bố không đều Ở những vùng thung lũng khuất gió như Cheo Reo, Phú Túc lượng mưa hàng năm chỉ khoảng 1200 - 1300mm, trong khi đó tại những nơi thuận lợi cho việc đón gió Tây Nam và Đông

Bắc như Sông Hinh, Sơn Thành, lượng mưa năm đạt tới 3000mm Lượng mưa mùa mưa chiếm khoảng 65-75% lượng mưa năm Ở hạ lưu sông Ba, tháng có lượng mưa lớn nhất thường vào tháng 10, 11 có thể đạt từ 500 – 600 mm/tháng Các trận mưa lớn gây lũ trên sông Ba thường kéo dài từ 5 đến 7 ngày nhưng lượng mưa lớn thường tập trung từ 1 đến 3 ngày Lượng mưa ngày lớn nhất đạt 674 mm ngày 14/11/1981 tại Sông Hinh; 628,9mm ngày 3/10/1993 tại Tuy Hoà… Đặc biệt trận bão tháng 10/1993 đã gây mưa lớn trên diện rộng từ ngày 30/9/1993 đến 8/10/1993

tại một số vị trí như sau: Củng Sơn 1158,3mm; Sơn Thành 1249,5mm; Tuy Hoà

1251 mm

Gió, bão

Lưu vực sông Ba chịu ảnh hưởng của hai hướng gió chính: hướng Tây

và Tây Nam (V-IX) và hướng Đông và Đông Bắc (X-IV) Tốc độ gió trung bình

hàng năm biến đổi trong khoảng 1,5 m/s đến 2,7 m/s, trong đó vùng thượng và hạ

lưu có thể đạt tới 2,2-2,7 m/s, còn vùng trung lưu do bị các dãy núi cao che khuất

tốc độ gió trung bình chỉ 1,5-1,6 m/s

Nguyên nhân gây ra các đợt mưa lớn sinh lũ lụt chủ yếu là do các hình thế

thời tiết: bão, áp thấp nhiệt đới (ATNĐ), gió mùa đông bắc, hội tụ nhiệt đới v.v Đặc biệt là sự phối kết hợp giữa các hình thế thời tiết trên Như vậy, trên cơ sở

thống kê và các kết quả phân tích tổng hợp trên đã chỉ ra được các hình thế thời tiết gây ra mưa lớn sinh lũ lớn trên lưu vực sông Ba

1 Bão và áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) gọi chung là xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ)

2 Không khí lạnh (KKL) hoặc KKL hội tụ với tín phong

3 Giải hội tụ nhiệt đới (HTNĐ) trong đó có nhiễu động xoáy (dưới dạng một

áp thấp đóng kín) đi vào bờ biển

4 Tổ hợp của XTNĐ với KKL hoặc với dải HTNĐ hoặc đồng thời với cả 2

5 Tổ hợp của KKL với XTNĐ hoặc với dải HTNĐ hoặc đồng thời với cả 2

6 Tổ hợp của HTNĐ với KKL hoặc với XTNĐ hoặc đồng thời với cả 2

Dưới đây ta phân tích một số hình thế thời tiết nêu trên:

Không khí l ạnh (KKL)

Trung bình hàng năm có khoảng 25 - 30 đợt không khí lạnh xâm nhập và ảnh hưởng đến nước ta, trong đó có khảng 10 - 12 đợt ảnh hưởng đến các tỉnh Nam Trung bộ Đặc điểm cơ bản hình thế Synốp mùa đông là sự di chuyển của các khối không khí phía bắc xuống phía nam với sự tranh chấp giữa các khối không khí có nguồn gốc khác nhau: giữa cực đới hay cực đới biến tính (lạnh, khô hoặc lạnh ẩm)

với không khí nhiệt đới ở đất liền hay biển (nóng khô hay nóng ẩm) Thời tiết chỉ

xảy ra mãnh liệt nhất nơi ranh giới của hai khối khí này dưới tác động hiệu ứng của địa hình

Hình th ế áp cao lạnh kết hợp với một số hệ thống thời tiết khác

Ngoài tác động của áp cao lạnh đơn thuần đối với lưu vực sông Ba áp cao lạnh thường kết hợp với các hệ thống nhiệt đới khác như dải hội tụ nhiệt đới, xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ), tín phong mà các nhiễu động này thường hoạt động với tần suất khác nhau theo thời gian Bởi vậy, hình thế áp cao lạnh kết hợp với các hệ thống

thời tiết khác cũng hoạt động theo thời gian trong năm

- Áp cao l ạnh kết hợp với rãnh áp thấp bị nén

Đây là loại hình thế Synôp thường xảy ra trong thời kỳ đầu và cuối mùa gió mùa mùa đông có tần suất cao nhất trong các tháng cuối mùa đông xuân Vào các tháng 4, 5, 9 khi các tỉnh Bắc Bộ chịu tác động của các khối không khí nóng và tồn

tại dưới dạng rãnh áp thấp có trục chủ yếu hướng đông - tây hoặc đông bắc - tây nam, áp cao lạnh kết hợp rãnh thấp bị nén gây mưa rào và dông Hệ thống thời tiết này rất ít khi gây mưa kéo dài nhiều ngày và thường kết thúc khi áp cao lạnh suy

yếu

- Áp cao l ạnh kết hợp với XTNĐ

Đây là loại hình thế Synôp gây mưa lớn đối với khu vực lưu vực sông Ba

Loại hình thế này phụ thuộc khá nhiều vào sự duy trì và tồn tại của XTNĐ, thường

xảy ra vào cuối mùa đông và đôi khi kèm theo dải hội tụ nhiệt đới

của gió mùa mùa đông nên rất ít trường hợp bão, ATNĐ hoạt động đơn độc mà thường kết hợp với nhiều hệ thống Synôp khác như KKL, dải hội tụ nhiệt đới, tín phong cường độ mạnh làm quá trình mưa trở nên phức tạp

D ải hội tụ nhiệt đới

D ải hội tụ nhiệt đới

Từ tháng 9 đến tháng 12 khi dải hội tụ nhiệt đới hoạt động ở Trung Bộ và Nam

Bộ Ở mặt đất có không khí lạnh xâm nhập, tác động vào rìa phía bắc của dải hội tụ nhiệt đới, gây mưa lớn diện rộng, đặc biệt là phần phía bắc của dải hội tụ nhiệt đới,

có thể nói đây là các quá trình thời tiết cơ bản, đặc trưng cho dải hội tụ nhiệt đới ảnh hưởng đến thời miền Trung Có 2 loại Dải hội tụ nhiệt đới:

D ải hội tụ nhiệt đới hoạt động đơn thuần

Mưa lớn do dải hội tụ nhiệt đới gây nên chỉ xuất hiện đối với các tỉnh Nam Trung Bộ khi có đới tín phong đông hoặc đông nam có cường độ mạnh 10 - 15m/s

và dày trên 3 vĩ độ ở trên cao lớp dưới của tầng đối lưu (1500 - 5000m) hoặc chỉ có

thể xảy ra khi có những nhiễu động XTNĐ trong dải hội tụ nhiệt đới

Mưa lớn thường xuất hiện trong thời kỳ mạnh lên và lấn về phía tây của áp cao

cận nhiệt đới và tập trung chủ yếu ở phía bắc dải hội tụ nhiệt đới với lượng mưa phổ

biến từ 100 - 150mm trong toàn đợt, thời gian mưa kéo dài từ 2- 3 ngày; khi tốc độ gió đông- đông nam ở trên cao suy yếu, mưa giảm đi

D ải hội tụ nhiệt đới kết hợp với các hệ thống Synôp khác gây mưa lớn

Trên thực tế quá trình tương tác này gây mưa lớn diện rộng đối với các tỉnh trên lưu vực sông Ba tập trung ở hai dạng chủ yếu:

+ Dải hội tụ nhiệt đới kèm xoáy thuận ở gần bờ biển Trung Bộ Gây mưa

lớn với cường độ mạnh, lượng mưa phổ biến 200 - 300mm

+ Dải hội tụ nhiệt đới kèm xoáy thuận đi vào đất liền có tác động của không khí lạnh đến rìa bắc xoáy thuận Loại hình thế này thường xảy ra trong tháng

10, 11 Lượng mưa trong toàn đợt phổ biến từ 300- 400mm, thời gian mưa kéo dài 3 - 4 ngày [7,9]

2.3 Đặc điểm thủy văn sông ngòi lưu vực nghiên cứu

2.3.1 M ạng lưới sông ngòi trên lưu vực sông Ba

Dòng chính sông Ba

Sông Ba bắt nguồn từ đỉnh núi Ngọc Rô ở độ cao 1.240 m đổ ra biển tại Phú Yên, chiều dài dòng chính 374 km, độ dốc trung bình 10,9%R 0 R Phần lớn sông

Ba chảy trong vùng cao nguyên Tây Trường Sơn và khoảng 40 km trước đổ ra biển thuộc Đông Trường Sơn

Mạng lưới sông ngòi rất phát triển với mật độ sông suối trung bình đạt 0,34 km/kmP

2

P

, trong đó phần thượng nguồn có mật độ từ 0,2 đến 0,3 km/kmP

2 P, phần trung lưu từ 0,3 đến 0,45 km/kmP

2 P

và phần hạ lưu từ 0,45 đến 0,55 km/kmP

2

Một số phụ lớn của sông Ba sẽ được trình bày ở phần dưới đây:

Sông Đắk Pô Cô

Sông Đắk Pô Cô bắt nguồn từ độ cao 900 m với chiều dài sông 52 km đổ vuông góc vào sông Ba tại km thứ 215

Mạng lưới sông suối phát triển hơn mức trung bình của lưu vực với mật độ lưới sông là 0,45 km/kmP

2 P Mô đun dòng chảy hằng năm khoảng 18,7 l/s/kmP

2 P, đổ vào sông Ba một lượng nước hằng năm khoảng 0,45 tỷ mP

3

Pnước

Sông Ayun Pa

Sông Ayun Pa bắt nguồn từ vùng núi Công Hơ Dung có đỉnh cao De Bo Túc cao 1.568 m, là phụ lưu lớn nhất của lưu vực sông Ba ở bờ phải Diện tích lưu vực

của sông Ayun Pa khoảng 2.950 kmP

2 P Mô đun dòng chảy năm khoảng 18,9 1/s/kmP

2 P,

đổ vào sông Ba một lượng nước hằng năm khoảng 1,75 tỷ mP

3 P

Sông Krông Hnăng

Sông Krông Hnăng có diện tích lưu vực 1.840 kmP

2 P

và là phụ lưu lớn thứ hai

của lưu vực sông Ba Chiều dài của sông là 130 km Mạng lưới sông tương đối dày

với mật độ lưới sông trung bình là 0,54 km/kmP

2 P Mô đun dòng chảy khoảng 21,7 l/s/kmP

2

P

, lượng nước đổ vào sông Ba hằng năm khoảng 1,25 tỷ mP

3 P

Sông Hinh

Sông Hinh bắt nguồn từ vùng núi Chư Hơ Mu ở độ cao 1.550 m, sông

có chiều dài 88 km nhập lưu với dòng chính tại phần hạ du.P PMô đun dòng chảy năm khoảng 53,4 l/s/kmP

2 P, lượng nước hằng năm đổ vào sông Ba khoảng 1,74 tỷ mP

Chiều dài sông (m)

Chiều dài lưu

vực (km)

Diện

tích lưu

vực (km²)

Độ cao bình quân lưu

vực (m)

Độ dốc bình quân lưu vực (%o)

Chiều

rộng bình quân lưu

vực (km)

Mật độ lưới sông (km/km²)

Sông Ba 1200 388 386 13900 400 10.9 48.6 0.22 Đăk Pô Kô 900 52 30 762 574 11.5 25.4 0.45 IaPi Hao 800 70 56.5 55.2 540 8.4 9.8 0.32

Ia Yun 850 175 118 2950 537 7.1 25.0 0.41 Krông Hnăng 900 130 75 1840 477 9.5 24.5 0.54 Sông Hinh 550 88 59 1040 526 15.7 17.7 0.53

2.3.2 M ạng lưới quan trắc thủy văn

Mạng lưới trạm thuỷ văn hiện có trên lưu vực sông Ba quá ít và thưa thớt, hiện

chỉ có hai trạm thủy văn có quan trắc lưu lượng là trạm An Khê và Củng Sơn, số

liệu có từ năm 1977 đến nay Ngoài ra có một số trạm quan trắc mực nước như trạm Pơmơrê, Ayunpa Một số trạm thủy văn có số liệu quan trắc lưu lượng trước đây nhưng nay đã ngừng hoạt động là trạm Sông Hinh, Krông H’năng

Dòng chảy năm

Trên lưu vực sông Ba dòng chảy biến đổi tương đối phức tạp và không ổn định

do lưu vực ở thượng lưu chịu ảnh hưởng của khí hậu Tây Trường Sơn, còn trung và

hạ lưu chịu ảnh hưởng của khí hậu Đông Trường Sơn Có vùng chuyển tiếp chịu ảnh hưởng của cả hai vùng khí hậu trên

Trên các sông suối nhỏ thượng lưu thuộc Tây Trường Sơn mùa mưa kéo dài

6 tháng (V-X) Các sông suối nhỏ thuộc khu vực trung gian có mùa lũ kéo dài 4 tháng (IX-XII), mùa kiệt 8 tháng (I-VIII) Các sông suối nhỏ ở trung và hạ lưu thuộc Đông Trường Sơn và khu vực hạ lưu sông Ba có mùa lũ kéo dài 3 hoặc 4 tháng trong thời gian từ tháng (IX-XII) Mùa kiệt 8 hoặc 9 tháng trong thời gian từ tháng I đến tháng VIII năm sau

Mô dun dòng chảy năm trung bình nhiều năm (MR 0 R) của lưu vực song Ba không lớn 24,2 l/skmP

2

P ở dưới mức trung bình của toàn quốc Riêng lưu vực trạm

thủy văn sông Hinh có giá trị khá lớn MR 0 R lên tới 65,9 l/2Ts.km2TP

2 P

do thượng nguồn có tâm mưa lớn

Dòng ch ảy lũ

Trên các sông suối thượng lưu sông Ba thuộc Tây Trường sơn như thượng nguồn sông IaYun, thượng nguồn sông Krông Hnăng, lũ xảy ra trong các tháng VI đến tháng IX, nhưng do các sông nhánh nằm trên các loại địa hình khác nhau,

diện tích lưu vực nhỏ nên lượng lũ sinh ra không lớn và không có tổ hợp bất lợi gây nên lũ lớn ở hạ du Tuy nhiên lũ trên các sông nhánh ở thượng nguồn cũng gây nên các trận lũ tiểu mãn vào tháng V, VI, VII cho khu vực hạ lưu khi khu vực đang trong giữa mùa khô

Khu vực trung và hạ lưu sông Ba chiếm phần lớn diện tích lưu vực chịu ảnh hưởng của khí hậu Đông Trường Sơn Tổ hợp của các hiện tượng thời tiết như bão

hay áp thấp nhiệt đới với dải hội tụ nhiệt đới trong các tháng của mùa mưa (IX- XII) thường gây mưa lớn trên diện rộng nên đã gây lũ lớn chính vụ tại khu vực hạ

du trong các tháng X và tháng XI hoặc có thể gây nên một số trận lũ sớm trong tháng VIII

Lũ cuối mùa ở trên các sông suối ở thượng lưu tập trung đến Củng Sơn thường trùng với thời kỳ mưa lớn vùng hạ lưu, gặp lũ lớn do mưa ở khu vực hạ lưu càng làm cho lũ lớn nghiêm trọng hơn Thêm vào đó, Quốc lộ 1A và tuyến đường sắt

Bắc-Nam cắt qua khu vực đồng bằng cản trở việc thoát lũ Chính vì vậy, tình hình

ngập lụt ở hạ lưu trong thời gian này nói chung là nghiêm trọng

Lượng dòng chảy 3 tháng mùa lũ chiếm từ 60-65% tổng lượng dòng chảy năm Lượng nước biến đổi trong mùa lũ các năm khá lớn Lũ lớn nhất thường xảy ra vào

nửa cuối tháng XI chiếm 80,2% số lần xuất hiện Tháng có lượng dòng chảy lớn

nhất là tháng XI với lượng dòng chảy trung bình tháng nhiều năm có thể đạt gần

24-26 % lượng dòng chảy năm

Vùng hạ lưu luu vực sông Ba luôn đối mặt với bão lũ và mức độ lũ ở đây rất

lớn Trong vòng 60 năm trên lưu vực sông Ba xảy ra 3 trận lũ đặc biệt lớn, đó là lũ năm 1943 (Qmax = 24000 mP

3 P/s), lũ năm 1964 (Qmax = 21800 mP

3 P/s) và lũ năm

1993 (Qmax = 20700 mP

3 P/s)

Đường quá trình lũ trên lưu vực sông Ba nếu gặp các hình thế thời tiết gây mưa

chỉ do 1 trong 4 yếu tố bão, áp thấp nhiệt đới, giải hội tụ nhiệt đới hoặc gió mùa Đông Bắc gây ra thì hình dạng lũ nhọn và lên nhanh, rút nhanh Nếu tổ hợp đầy đủ các hình thế thời tiết nêu trên thì hình dạng lũ sẽ có nhiều đỉnh kế tiếp nhau Phân tích kết quả đo đạc lũ lớn nhất tại Củng Sơn (Flv 12400 kmP

2 P) từ năm 1977 tới 1999 cho thấy lưu lượng lũ lớn nhất trung bình nhiều năm là 7020 mP

3 P/s, lũ lớn nhất 20700

mP

3

P

/s đo được vào ngày 4/X/1993 và những trận lũ lớn kế tiếp vào các năm 1988,

1981, 1992 đều xảy ra vào tháng X và tháng XI

B ảng 2.2 Thống kê thời gian xuất hiện đỉnh lũ tại các trạm thủy văn

Năm Củng Sơn Phú Lâm Năm Củng Sơn Phú Lâm

hoặc tháng VII đối với các sông suối ở khu vực hạ lưu

Nước vùng cửa sông ven biển

Vùng cửa sông Ba chịu ảnh hưởng của thủy triều và xâm nhập mặn Mặn nhất vào các tháng mùa cạn ( tháng III-VII)

Tại khu vực cửa sông độ mặn khoảng 2,72% Độ mặn lớn và xâm nhập sâu vào trong sông thường xuất hiện trong những đợt triều cường hoặc thời kỳ kiệt trong năm và biến đổi theo quá trình thủy triều nhưng cực trị xuất hiện chậm hơn mực nước triều từ 0 đến 4 giờ Khu vực thường xuyên bị ảnh hưởng mặn là trong khoảng

từ 3 đến 5 km

Đặc trưng dòng chảy bùn cát

Hàm lượng bùn cát trung bình nhiều năm đo được tại trạm Củng Sơn là rR o R = 237,5 g/mP

3

Pứng với lưu lượng chất lơ lửng năm bình quân nhiều năm đạt RR o R = 68,2 kg/s

Tổng lượng vận chuyển bùn cát G là 2,15 triệu tấn/năm Hệ số xâm thực trên lưu

vực sông Ba tại Củng Sơn 173,2 tấn/năm

2.4 Tình hình dân sinh và phát tri ển kinh tế xã hội

2.4.1 Dân s ố

Lưu vực sông Ba có dân số tính đến hết ngày 31/12/2005 là 1.248.527 người, trong đó dân số sống trong khu vực thành thị là 284.579 người và trong khu vực nông thôn là 963.948 người Dân cư sống trong lưu vực sông Ba gồm người Kinh (55,6%), còn lại 44,4% dân tộc thiểu số như Gia Rai, Eđê, BaNa, Xu Đăng và một

số dân tộc phía Bắc di cư vào như các dân tộc Mường, Thái

Hiện tại lực lượng lao động trên lưu vực sông Ba có 590.945 người chiếm 47,5 % dân số toàn lưu vực Trong lực lượng lao động trên, số lao động làm

việc trong các ngành kinh tế quốc dân là 590.945 người, chiếm 87,0% lực lượng lao động của lưu vực Lao động trong ngành nông nghiệp là lớn nhất với 419.883 người chiếm 81,6 % trong tổng số lực lượng lao động trong các ngành kinh tế, sau đó đến ngành dịch vụ với 41.730 người chiếm 8,11 % Lao động trong ngành công nghiệp đứng thứ 3 với 25.747 người chiếm 5,0 %

2.4.2 Y t ế, giáo dục

Trên lưu vực có 231 cơ sở khám chữa bệnh gồm bệnh viện tỉnh, huyện, phòng khám đa khoa, các trạm y tế, có một đội ngũ cán bộ y tế với 522 bác sĩ có trình độ cao, 557 y sĩ và kỹ thuật viên, 964 y tá và nữ hộ sinh Mặc dù vậy số lượng cán bộ y

tế và các phương tiện y tế một số nơi còn thiếu chưa đáp ứng đầy đủ yêu cầu chăm

sóc sức khỏe của nhân dân nhất là một số huyện xã nằm ở vùng núi cao, đầu nguồn các dòng sông

Giáo dục luôn được chú trọng, hiện tại 100% các xã thôn, buôn đều có trường

cấp I và 70% các xã có trường cấp II Toàn lưu vực có 173 trường mẫu giáo với 43.133 học sinh, có 424 trường phổ thông với 289.590 học sinh

2.4.3 Giao thông

Lưu vực sông Ba có mạng lưới giao thông thông suốt khá phát triển,

có cả đường bộ, đường sắt, đường biển và đường hàng không

Phía Bắc có quốc lộ 19 nối liền quốc lộ 1A tại cầu Bà Di (Bình Định) - Pleiku - Campuchia Phía Tây có quốc lộ 14 nối liền với quốc lộ 19 đồng thời là đường phân thuỷ giữa lưu vực sông Ba với lưu vực sông Serepôk lưu thông với tỉnh Kon Tum, Pleiku (Gia Lai), Buôn Ma Thuột (Đăk Lăk), quốc lộ 25 nối từ quốc lộ 1A tại Tuy Hoà (Phú Yên) với quốc lộ 14 tại thị trấn Chư Sê (Gia Lai) Phía Nam có quốc lộ 26

nối liền quốc lộ 1A tại Ninh Hoà qua hai thị trấn M’Đrăk, Krông Pach nhập vào

quốc lộ 14 tại thành phố Buôn Ma Thuột Phía Đông có tuyến đường sắt Thống nhất

và quốc lộ 1A, đoạn chạy qua lưu vực dài 25 km

Ngoài ra lưu vực còn có hệ thống đường tỉnh lộ như đường 674, 645, đường 1B

và hàng ngàn km đường liên huyện, liên xã, liên thôn