Mô phỏng ngập lụt hạ du sông Long Đại khi xét đến điều tiết lũ hồ chứa nước Rào Đá

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ HỒNG HẢI MÔ PHỎNG NGẬP LỤT HẠ DU SÔNG LONG ĐẠI KHI XÉT ĐẾN ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA NƯỚC RÀO ĐÁ Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60.58.02.02 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Hùng Phản biện 1: TS HOÀNG NGỌC TUẤN Phản biện 2: TS TÔ THÚY NGA Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 11 tháng 11 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng trường Đại học Bách khoa - Thư viện Khoa Xây dựng Thủy lợi – Thủy điện, trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hồ chứa Rào Đá xây dựng sông Rào Đá, nhánh sông Long Đại, thuộc địa bàn xã Trường Xuân - huyện Quảng Ninh tỉnh Quảng Bình Cách trung tâm huyện Quảng Ninh 13,8km phía Đơng Bắc, cách thành phố Đồng Hới 21km hướng Bắc Do tác hại lớn mưa lũ gây ảnh hưởng lớn đến đời sống, kinh tế - xã hội địa phương nên thơng tin dự báo hệ thống khí tượng thủy văn Việc xây dựng hệ thống công cụ mô ngập lụt hạ du hồ Rào Đá có hổ trợ cơng nghệ thơng tin để xác định mức độ ngập lụt hết sức cần thiết cho quan quản lý hồ, ban ngành hữu quan nhân dân vùng hạ du Là cẩm nang để quan đơn vị quản lý Nhà nước thực tốt cơng tác phòng chống, giảm nhẹ thiên tai; đề tài Luận văn: “Mơ ngập lụt hạ du sông Long Đại xét đến điều tiết hồ chứa Rào Đá” cần thiết Mục tiêu nghiên cứu đề tài Để mô kịch vận hành hồ chứa ứng với tần suất lũ xác định, nhằm nâng cao hiệu giảm lũ không gây tác động tiêu cực cho vùng hạ du, đảm bảo an toàn hồ chứa Đồng thời giúp chủ động ứng phó có mưa lũ xảy ra, nhằm hạn chế thiệt hại đến mức thấp Nhiệm vụ nghiên cứu Để tính tốn mơ ngập lụt cho vùng hạ du, xây dựng kịch ứng với tần suất lũ: P = 1%; P = 5%; P = 10% Phạm vi, đối tượng nghiên cứu đề tài - Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực hạ lưu hồ chứa nước Rào Đá - Đối tượng nghiên cứu: Mô ngập lụt hạ lưu sông Long Đại, điều tiết xả lũ hồ chứa nước Rào Đá, tỉnh Quảng Bình theo kịch nêu mục nói Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu: 5.1 Phương pháp phân tích thống kê: 5.2 Phương pháp kế thừa kết nghiên cứu liên quan: 5.3 Phương pháp mơ hình hóa: 5.4 Phương pháp thống kê khách quan: Ý nghĩa thực tiễn đề tài Người dân sống hai bờ hạ lưu sông Long Đại đến mùa mưa lũ nhà cửa ruộng vườn thường xuyên bị ngập lụt, gia súc, gia cầm bị trôi, gây thiệt hại nghiêm trọng Các biện pháp dự báo chủ yếu dựa vào tin thời tiết thông báo xã lũ đơn vị quản lý hồ chứa Do nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng việc xã lũ hồ chứa đến ngập lụt hạ lưu, làm sở cho công tác chủ động ứng phó có mưa lũ xảy ra, nhằm hạn chế thiệt hại đến người, tài sản mức thấp Cấu trúc luận văn Cấu trúc phần mở đầu kết luận gồm chương sau: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LŨ LỤT VÀ VẬN HÀNH HỒ CHỨA 1.1 Tình hình nghiên cứu lũ lụt 1.1.1 Các nghiên cứu nước 1.1.2 Các nghiên cứu nước 1.2 Các nghiên cứu lũ lụt liên quan đến hạ du sông Long Đai điều tiết hồ Rào Đá 1.2.1 Các nghiên cứu liên quan đến hạ lưu sông Long Đại 1.2.2 Đặc điểm, tình hình điều tiết lũ hồ chứa nước Rào Đá 1.3 Cơ sở để đánh giá tình hình ngập lụt khu vực hạ du sơng Long Đại Định hướng nghiên cứu mô ngập lụt hạ du sông Long Đại điều tiết xã lũ hồ Rào Đá, tập trung nghiên cứu vấn đề cụ thể tình hình lũ ngập lụt từ hạ du hồ chứa dọc sông Rào Đá, đỗ hạ lưu sông Long Đại, đến hạ du sông Kiến Giang sông Nhật Lệ đến cửa biển Nhật Lệ theo phương án điều tiết hồ Rào Đá ứng với tần suất lũ P=1%, P=5% P=10%, qua phân tích, tổng hợp xác định lựa chọn nhân tố có tác động ảnh hưởng đến mức độ ngập lụt vùng hạ du lưu vực theo phương án vận hành Từ đó, xác định mức độ ảnh hưởng, tác động tích cực việc vận hành hồ chứa nước Rào Đá đến hạ lưu sông Long Đại Sau tiến hành mô ngập lụt theo phương án CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN - XÃ HỘI VÀ CÁC MƠ HÌNH DÙNG MÔ PHỎNG NGẬP LỤT HẠ LƯU SÔNG LONG ĐẠI KHI XÉT ĐẾN ĐIỀU TIẾT LŨ HỒ CHỨA NƯỚC RÀO ĐÁ 2.1 Điều kiện địa lý tự nhiên 2.1.1 Vị trí địa lý 2.1.2 Đặc điểm địa hình 2.1.3 Mạng lưới sơng ngòi 2.1.4 Khí hậu 2.1.5.Thủy văn 2.1.6 Thủy triều 2.1.7 Địa chất thủy văn 2.2 Điều kiện kinh tế xã hội 2.2.1 Hiện trang giao thông vùng ảnh hưởng 2.2.2 Dân sinh -Kinh tế 2.2.3 Đặc điểm dân số 2.3 Thông số hồ chứa nước Rào Đá 2.3.1 Nhiệm vụ công trình 2.3.2 Loại cấp cơng trình 2.3.3 Các tiêu thiết kế cơng trình đầu mối 2.4 Các mơ hình dùng tính tốn mơ ngập lụt hạ lưu sông Long Đại xét đến điều tiết lũ hồ chứa nước Rào Đá 2.4.1 Giới thiệu mơ hình thủy văn MiKe UHM 2.4.2 Mơ hình thủy lực MIKE FLOOD 2.4.2.1 Mơ hình thủy lực chiều MIKE 11 2.4.2.2 Mơ hình thủy lực MIKE 21 2.4.2.3 Mơ hình thủy lực Mike Flood CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MƠ HÌNH THỦY VĂN MIKE UHM, MƠ HÌNH THỦY LỰC MIKE FLOOD CHO LƯU VỰC HẠ LƯU SÔNG LONG ĐẠI VÀ MƠ HÌNH VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA NƯỚC RÀO ĐÁ 3.1 Dữ liệu thu thập để tính tốn 3.1.1 Nguồn tài liệu thu thập 3.1.2 Cơng trình cống Mỹ Trung 3.1.3 Sơ đồ mặt khu vực Hình 3.1: Sơ đồ mặt sơng Nhật Lệ, Kiến Giang, Long Đại, Rào Đá; hồ Rào Đá; trạm thủy văn Đồng Hới; cống Mỹ Trung 3.2 Tính lũ nhập lưu 3.2.1 Phân chia lưu vực nghiên cứu Hình 3.2: Bản đồ phân chia lưu vực nhập lưu TT Bảng 3.1: Tổng hợp thơng số lưu vực nhập lưu Tên lưu vực Flv (km2) Ls (km) Js (%) N.Le 29.14 5.28 1.12 N.Le 211.22 31.00 5.76 Ho.R.Đa 94.41 14.66 13.15 L.Đai 21.41 11.42 4.71 L.Đai 181.14 39.06 16.28 L.Đai 1104.39 176.09 17.52 K.Giang 118.83 17.73 0.99 K.Giang2 483.54 89.23 2.67 K.Giang 306.32 28.37 11.66 3.2.2 Kết tính lũ nhập lưu hạ lưu sông Long Đại ứng với trận lũ năm 2010 2016 mơ hình MiKe UHM * Kết tính lũ nhập lưu năm 2010: Hình 3.3: Kết lũ nhập lưu năm 2010 * Kết tính lũ nhập lưu năm 2016: Hình 3.4: Kết lũ nhập lưu năm 2016 3.3 Xây dựng mô hình thủy lực Mike Flood cho lưu vực hạ lưu sơng Long Đại 3.3.1 Mơ hình thủy lực Mike 11 Minh họa hình 3.5, hình dạng mặt cắt ngang sơng, suối minh họa hình 3.6 đây: Hình 3.5: Sơ đồ mạng lưới tính tốn thủy lực hạ lưu sơng Long Đại Hình 3.6: Hình dạng 01 mặt cắt ngang sơ đồ thủy lực 3.3.2 Mơ hình thủy lực MIKE 21 10 3.4 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình: 3.4.1 Tính tốn hiệu chỉnh kiểm định mơ hình thủy lực - Hiệu chỉnh: Trận lũ từ: 01h ngày 14/10/2010 đến 01h ngày 18/10/2010 - Kiểm định: Trận lũ từ: 07h ngày 13/10/2016 đến 01h ngày 17/10/2016 3.4.2 Kết hiệu chỉnh mơ hình thủy lực trận lũ năm 2010 Hình 3.10: Kết mực nước hiệu chỉnh mơ hình thủy lực cống Mỹ Trung (trận lũ từ 01h ngày 14/10/2010 đến 01h ngày 18/10/2010) Bảng 3.2: Đánh giá sai số kết mô trận lũ năm 2010 Chỉ tiêu so sánh Cống Mỹ Trung Sai số đỉnh lũ 0.042 Hệ số tương quan 0.993 11 Hình 3.11: Kết mơ cao độ ngập trận lũ tháng 10/2010 Kết thực đo tính tốn độ sâu ngập lụt trận lũ năm 2010 có chênh lệch điểm đo khoảng -0.02m đến +0.35m (thể bảng 3.3, trang 73, luận văn) 3.4.3 Kết kiểm định mơ hình thủy lực trận lũ năm 2016 Kết thực đo với mơ đường q trình mực nước, đỉnh lũ cống Mỹ Trung thể hình 3.12 bảng 3.4 sau: Hình 3.12: Kết mực nước kiểm định mơ hình thủy lực cống Mỹ Trung (trận lũ từ 07h ngày 13/10/2016 đến 01h ngày 17/10/2016) 12 Bảng 3.4: Đánh giá sai số kết mô với thực đo trận lũ năm 2016 Cống Mỹ Chỉ tiêu so sánh Trung Sai lệch đỉnh lũ 0.042 Hệ số tương quan 0.971 Bên cạnh kết kiểm định sai lệch đỉnh lũ hệ số tương quan trên, số liệu khảo sát độ sâu ngập lụt sử dụng để kiểm định mô hình cho kết hình 3.13 bảng 3.5 sau: Hình 3.13: Kết mơ cao độ ngập trận lũ tháng 10/2016 Kết thực đo tính tốn độ sâu ngập lụt trận lũ năm 2016 có chênh lệch điểm đo khoảng -0.10m đến +0.37m (thể bảng 3.5, trang 76, luận văn) 13 3.4.4 Đánh giá chung 3.5 Tính lũ nhập lưu ứng với tần suất P=1%, P=5% P=10% 3.5.1 Tính tốn mưa ngày max ngày max Bảng 3.6: Kết tính tốn mưa theo tần suất trạm Kiến Giang P% 1% 5% 10% X1 ngày max (mm) 538,1 420,3 366,74 X5 ngày max (mm) 1.144,86 864,56 739,66 3.5.2 Tính tốn đỉnh lũ, dòng chảy lũ đến hồ Rào Đá Bảng 3.7: Kết tính tốn lưu lượng đỉnh lũ hồ Rào Đá Tần suất P% Cơng trình P=1% P=5% P=10% Hồ Rào Đá 1.600 1.300 1.060 (m3/s) Lưu lượng Q (m3/s) b Đường trình lũ đến hồ Rào Đá Hình 3.14: Đường trình lũ hồ Rào Đá 14 3.5.3 Tính tốn điều tiết lũ hồ Rào Đá với tần suất 3.5.4 Tính lũ nhập lưu hạ lưu sơng Long Đại Từ kết tính tốn tần suất mưa ngày, phân phối lại trình mưa 6h Sau đó, từ thơng số có mơ hình MIKE UHM, tính tốn lại lưu lượng lũ nhập lưu Bảng 3.10: Kết tính tốn lũ nhập lưu hạ du sông Long Đại Lưu lượng đỉnh lũ, Qmax (m3/s) STT Tên lưu vực P = 1% P = 5% P = 10% N.Le 515,9 353,0 287,8 N.Le 2 2.815,6 1.926,5 1.570,8 Ho.R.Đa 643,0 584,0 540,0 L.Đai 431,6 295,3 240.8 L.Đai 2.858,6 1.955,9 1.594,8 L.Đai 8.228,6 5,630.1 4.590,7 L.Đai (2+3) 8.441,6 5.775,8 4.709,5 K.Giang 1.191,0 814,9 664,4 K.Giang2 2.646,9 1.811,0 1.476,7 10 K.Giang 2.772,8 1.897,2 1.546,9 K.Giang (2+3) 11 3.856,0 2.638,3 2.151,3 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG CÁC KỊCH BẢN NGẬP LỤT HẠ LƯU SÔNG LONG ĐẠI BẰNG MƠ HÌNH THỦY LỰC MIKE FLOOD 4.1 Xây dựng kịch mô Kịch Bảng 4.1: Các kịch mô Tần suất (P%) Tên kịch Tràn tháo lũ thiết kế Tràn tháo lũ thường xuyên xảy Tràn tháo lũ thường xuyên xảy 4.2 Mô kịch Tần suất P = 1% Tần suất P = 5% Tần suất P = 10% 15 4.2.1 Các bước mô kịch 4.2.2 Các điều kiện biên có điều tiết lũ hồ chứa nước Rào Đá * Biên điều tiết lưu lượng hồ Rào Đá ứng với tần suất Hình 4.1: Biên lưu lượng xả từ hồ Rào Đá kịch P=1%, P=5%, P=10% * Biên lưu lượng nhập lưu hạ du sông Long Đại 16 Hình 4.2: Biên lưu lượng nhập lưu hạ du sơng Long Đại kịch (P=1%) Hình 4.3: Biên lưu lượng nhập lưu hạ du sông Long Đại kịch (P=5%) 17 Hình 4.4: Biên lưu lượng nhập lưu hạ du sông Long Đại kịch (P=10%) *Biên hạ lưu: Lấy mực nước triều đo cửa Nhật Lệ Hình 4.5: Biên triều cửa Nhật Lệ 18 4.3 Kết mô nhận xét 4.3.1 Kết mơ có điều tiết hồ Rào Đá ứng với tần suất a Kết mực nước Cống Mỹ Trung theo tần suất * Tần suất P=1% Hình 4.6: Mơ mực nước cống Mỹ Trung tần suất P=1% * Tần suất P=5% Hình 4.7: Mực nước cống Mỹ Trung tần suất P=5% 19 * Tần suất P=10% Hình 4.8: Mực nước cống Mỹ Trung tần suất P=10% b Kết mô cao độ ngập theo kịch * Kịch P=1% Hình 4.9: Kết mơ cao độ ngập kịch P=1% 20 * Kịch P=5% Hình 4.10: Kết mô cao độ ngập kịch P=5% * Kịch P=10% Hình 4.11: Kết mơ cao độ ngập kịch P=10% 21 c Kết mô ngập vào ArcGis để thống kê diện tích ngập theo cao độ ngập đưa kết thống kê từ ArsGis lên Google Earth theo kịch * Kịch P=1% Hình 4.12: Kết mô cao độ ngập kịch 1% * Kịch P=5% Hình 4.13: Kết mơ cao độ ngập kịch 5% 22 * Kịch P=10% Hình 4.14: Kết mô cao độ ngập kịch 10% d Thống kê diện tích ngập theo cao độ Bảng 4.2: Bảng thống kê diện tích ngập theo kịch Đơn vị: km2 Cao độ ngập (m) 0-:-1 1-:-2 2-:-3 3-:-4 4-:-5 5-:-6 6-:-7 7-:-8 8-:-9 >9 Tổng 3.2.Nhận xét P=1% 12.71 7.94 8.57 102.28 20.35 0.51 0.45 0.34 0.19 0.12 153.46 P=5% 14.28 11.11 27.14 65.92 0.36 0.18 0.07 0.03 0.01 0.00 119.10 P=10% 13.22 11.64 36.63 25.55 0.05 0.02 0.01 0.00 0.00 0.00 87.11 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: - Để hoàn chỉnh luận văn tác giả thu thập, chỉnh lý số lượng lớn bao gồm tài liệu khí tượng thủy văn, địa hình để thiết lập đồ số vùng hạ lưu sông Long Đại; thu thập vết lũ để phục vụ việc thiết lập mô hình thủy văn – thủy lực Đồng thời áp dụng nhiều công cụ thống kê, công thức kinh nghiệm, mơ hình tốn để phục vụ tính tốn - Khai thác mơ hình Mike Flood (Mike UHM, Mike 11 Mike 21) DHI – Đan Mạch, tính tốn lũ nhập lưu tiến hành mô thủy lực cho hạ du sơng Long Đại có điều tiết lũ hồ chứa nước Rào Đá ứng với tần suất khác Đây cơng cụ để phân tích tốn phòng chống lũ hạ lưu sơng Long Đại có điều tiết lũ hồ Rào Đá - Theo kịch bản: Với tần suất lũ thiết kế P=1% tổng diện tích ngập 153,46km2, khu vực bị ảnh hưởng 151,85km2 (từ cao trình 5m trở xuống); Với tần suất lũ P=5% tổng diện tích ngập 119,10km2, khu vực bị ảnh hưởng 118,81km2 (từ cao trình 5m trở xuống); Với tần suất lũ P=10% tổng diện tích ngập 87,11km2, khu vực bị ảnh hưởng 87,09km2 (từ cao trình 5m trở xuống) Với kết góp phần giúp quan quản lý nhà nước, đặc biệt đơn vị quản lý hồ có sở để hàng năm xây dựng kế hoạch phòng chống ngập lụt hạ du sông Long Đại phù hợp có mưa lũ xảy có giải pháp phòng chống có hiệu quả, hạn chế thiệt hại cho địa phương bị ngập lụt - Với thông số hiệu chỉnh kiểm định sở để tính tốn ngập lụt cho tần suất lũ khác 24 - Kết luận văn làm sở để đề xuất xây dựng cơng trình vượt lũ, chống sạt khu vực hạ lưu sông Long Đại nhằm bảo vệ dân cư, phát triển kinh tế xã hội Kiến nghị: - Hiện thượng nguồn hồ Rào Đá (là sông Rào Đá đổ hồ Rào Đá), hạ lưu sơng Long Đại khơng có trạm đo mưa, mực nước đề nghị Công ty TNHH thành viên KTCTTL Quảng Bình bố trí trạm quan trắc nhằm nâng cao hiệu chất lượng công tác dự báo ngập lụt để điều tiết hồ Rào Đá giảm ngập lụt cho hạ du - Ngồi ra, mơ ngập lụt luận văn dựa số kịch giả định nên kết luận văn chưa phản ảnh hết thực tế Để đáp ứng yêu cầu thực tiễn Do thời gian thực luận văn có hạn, tác giả tiếp tục nghiên cứu, bổ sung tính tốn ngập lụt với tần suất lũ khác tính tốn so sánh thêm mức độ ngập lụt có điều tiết hồ Rào Đá với chưa có điều tiết hồ - Mức độ tin cậy mô ngập lụt phụ thuộc nhiều vào số liệu đầu vào như: Cao độ địa hình, địa vật, thảm phủ, Trong phạm vi luận văn này, liệu cao độ địa hình từ đồ Dem nên có sai khác đáng kể, số liệu địa hình mặt cắt ngang sơng chưa đủ chi tiết, dẫn đến độ xác chưa cao Cần tiếp tục bổ sung liệu lưu vực tính tốn để có kết xác ... đến hạ lưu sông Long Đại 1.2.2 Đặc điểm, tình hình điều tiết lũ hồ chứa nước Rào Đá 1.3 Cơ sở để đánh giá tình hình ngập lụt khu vực hạ du sông Long Đại Định hướng nghiên cứu mô ngập lụt hạ du. .. du sông Long Đại điều tiết xã lũ hồ Rào Đá, tập trung nghiên cứu vấn đề cụ thể tình hình lũ ngập lụt từ hạ du hồ chứa dọc sông Rào Đá, đỗ hạ lưu sông Long Đại, đến hạ du sông Kiến Giang sông. .. “Mơ ngập lụt hạ du sông Long Đại xét đến điều tiết hồ chứa Rào Đá cần thiết Mục tiêu nghiên cứu đề tài Để mô kịch vận hành hồ chứa ứng với tần suất lũ xác định, nhằm nâng cao hiệu giảm lũ không