Nghiên cứu diễn biến ngập lụt và đề xuất các giải pháp giảm thiểu thiệt hại do vỡ đập, xả lũ hồ đồng mỏ, huyện tam đảo, tỉnh vĩnh phúc thích ứng với điều kiện biến đổi khí hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI VŨ TRUNG HẢI NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN NGẬP LỤT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU THIỆT HẠI DO VỠ ĐẬP, XẢ LŨ HỒ ĐỒNG MỎ, HUYỆN TAM ĐẢO, TỈNH VĨNH PHÚC THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI VŨ TRUNG HẢI NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN NGẬP LỤT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU THIỆT HẠI DO VỠ ĐẬP, XẢ LŨ HỒ ĐỒNG MỎ, HUYỆN TAM ĐẢO, TỈNH VĨNH PHÚC THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: Mã số: NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Hồ Việt Cường PGS.TS Ngô Lê Long HÀ NỘI, NĂM 2018 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Vũ Trung Hải i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn đến tất quý thầy cô giảng dạy chương trình Cao học – chuyên ngành Thủy văn học – Khóa 23, phịng Đào tạo Sau Đại học tạo điều kiện chất lượng giáo dục truyền đạt cho kiến thức hữu ích chun ngành, làm sở cho tơi thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn TS Hồ Việt Cường PGS.TS Ngô Lê Long tận tình hướng dẫn tơi thời gian thực luận văn Tôi xin cảm ơn quý thầy cô Hội đồng bảo vệ luận văn Thạc sĩ đọc đưa đánh giá cơng trình nghiên cứu khoa học tơi Cuối cùng, xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình, người bạn ln tạo điều kiện vật chất tinh thần cho tơi suốt q trình học thực luận văn Hà Nội, tháng 04 năm 2018 Học viên Vũ Trung Hải ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ NGẬP LỤT DO XẢ LŨ HOẶC VỠ ĐẬP CÁC HỒ CHỨA TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 1.1 Các khái niệm chung biến đổi khí hậu 1.1.1 Định nghĩa BĐKH 1.1.2 Một số tượng biến đổi khí hậu 1.2 Tổng quan biến đổi khí hậu giới Việt Nam 1.2.1 Biểu biến đổi khí hậu giới 1.2.2 Biểu biến đổi khí hậu Việt Nam 1.2.3 Biểu biến đổi khí hậu tỉnh Vĩnh Phúc 1.3 Tình hình nghiên cứu diễn biến ngập lụt xả lũ vỡ đập hạ du cơng trình hồ chứa .9 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 14 1.4 Tình hình nghiên cứu biến đổi khí hậu tỉnh Vĩnh Phúc 19 1.5 Kết luận chương 20 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TỐN MƠ PHỎNG NGẬP LỤT VÀ ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI KHI XẢ LŨ KHẨN CẤP HOẶC XẢY RA VỠ ĐẬP HỒ ĐỒNG MỎ 21 2.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu cơng trình hồ Đồng Mỏ .21 2.1.1 Đặc điểm tự nhiên kinh tế xã hội tình hình thiên tai, thiệt hại .21 2.1.2 Thơng tin chung cơng trình hồ chứa nước Đồng Mỏ .31 2.2 Cơ sở khoa học tính tốn mơ ngập lụt đánh giá thiệt hại 35 2.2.1 Phương pháp tính tốn mô ngập lụt 35 2.2.2 Phương pháp tính tốn đánh giá thiệt hại .36 2.3 Xây dựng kịch xả lũ khẩn cấp vỡ đập hồ Đồng Mỏ bối cảnh biến đổi khí hậu 39 2.3.1 Biểu biến đổi khí hậu địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc .39 iii 2.3.2 Xác định kịch nghiên cứu BĐKH hồ Đồng Mỏ 40 2.3.3 Xây dựng kịch xả lũ khẩn cấp cố vỡ đập hồ Đồng Mỏ 40 2.4 Xây dựng mơ hình Mike Nam: tính tốn điều kiện biên 42 2.4.1 Tài liệu sử dụng 42 2.4.2 Phân chia lưu vực, xác định trọng số trạm mưa 43 2.4.3 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình .45 2.5 Xây dựng mơ hình Hec Ras: mơ vỡ đập hồ chứa Đồng Mỏ 49 2.5.1 Tài liệu sử dụng: 50 2.5.2 Xây dựng mạng lưới thủy lực 51 2.4.3 Tính tốn mơ vỡ đập hồ Đồng Mỏ 54 2.6 Xây dựng mơ hình Mike Flood: mô ngập lụt khu vực hạ du 60 2.6.1 Giới thiệu mơ hình Mike Flood 60 2.6.2 Thiết lập mơ hình Mike Flood 63 2.6.3 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình Mike Flood 73 2.7 Kết luận chương 76 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN NGẬP LỤT THEO CÁC KỊCH BẢN XẢ LŨ, VỠ ĐẬP HỒ ĐỒNG MỎ VÀ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU 77 3.1 Diễn biến ngập lụt thiệt hại ứng với kịch xả lũ khẩn cấp .77 3.1.1 Kết mô ngập lụt xả lũ khẩn cấp 77 3.1.2 Kết đánh giá mức độ ngập lụt xả lũ khẩn cấp 79 3.2 Diễn biến ngập lụt thiệt hại theo kịch tính tốn vỡ đập 81 3.2.1 Kịch vỡ đập (VĐ1) .81 3.2.2 Kịch vỡ đập phụ số (VĐ2) .84 3.2.3 Kịch vỡ đập tổ hợp (VĐ3) 88 3.3 Phân tích đánh giá mức độ ngập lụt theo kịch 91 3.4 Định hướng số giải pháp ứng phó, giảm thiểu thiệt hại 94 3.5 Kết luận chương 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .96 TÀI LIỆU THAM KHẢO .98 PHỤ LỤC 99 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình i Bản đồ vị trí hồ chứa nước Đồng Mỏ - Tỉnh Vĩnh Phúc Hình 1.1 Đập Gleno với phần vỡ đến ngày 10 Hình 1.2 Khu vực thung lũng đập Kelly Barnes sau bị cố vỡ đập năm 1977 11 Hình 1.3 Thí nghiệm mơ vỡ đập mơ hình vật lý 14 Hình 1.4 Vị trí vỡ đập thủy điện Đakrơng .15 Hình 1.5 Vỡ đập hồ Đầm Hà Động Quảng Ninh, tháng 10-2014 16 Hình 1.6 Vỡ đập Mơng Dương – Quảng Ninh .17 Hình 2.1 Hình ảnh vệ tinh vị trí hồ Đồng Mỏ khu vực dân cư hạ lưu 21 Hình 2.2 Sơ đồ bước thực toán vỡ đập hồ Đồng Mỏ .36 Hình 2.3 Bản đồ trạng khu tưới khu vực nghiên cứu, tỷ lệ 1/5.000 .37 Hình 2.4 Ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu 37 Hình 2.5 Đất sử dụng nơng nghiệp số hóa từ ảnh vệ tinh 38 Hình 2.6 Vị trí dân cư số hóa .38 Hình 2.7 Đường giao thơng số hóa .38 Hình 2.8 Vị trí điểm trích ảnh vệ tinh mơ hình tốn chiều .42 Hình 2.9 Hướng dịng chảy mơ hình dịng chảy hướng 44 Hình 2.10 Lưu vực hồ Đồng Mỏ 44 Hình 2.11 Chia lưu vực hồ Đồng Mỏ phương pháp đa giác Theisson 45 Hình 2.12 Kết Hiệu chỉnh mơ hình lưu vực sơng Vực Chng trận lũ T7/1971 46 Hình 2.13 Kết hiệu chỉnh mơ hình lưu vực suối Thai Léc trận lũ tháng 7/1971 47 Hình 2.14 Kết hiệu chỉnh mơ hình trạm Quảng Cư từ năm 1971 - 1972 47 Hình 2.15 Kết hiệu chỉnh mơ hình lưu vực sơng Vực Chng trận lũ T10/1978 48 Hình 2.16 Kết hiệu chỉnh mơ hình lưu vực suối Thai Léc trận lũ tháng 10/1978 48 Hình 2.17 Kết hiệu chỉnh mơ hình MIKE NAM trạm Quảng Cư từ 1973 - 1975 49 Hình 2.18 Sơ đồ thủy lực hệ thống hồ Đồng Mỏ HEC-RAS 51 Hình 2.19 Sơ đồ thiết kế đập 52 Hình 2.20 Mơ đập Hec – RAS .53 v Hình 2.21 Biểu đồ quan hệ Z-F-W hồ Đồng Mỏ 54 Hình 2.22 Mơ tả q trình hình thành vết vỡ .55 Hình 2.23 Cơng cụ tính tốn thơng số vỡ đập 56 Hình 2.24 Vỡ đập kịch VĐ1-1 .57 Hình 2.25 Vỡ đập kịch VĐ1-2 .57 Hình 2.26 Vỡ đập phụ số kịch VĐ2-1 58 Hình 2.27 Vỡ đập phụ số kịch VĐ2-2 58 Hình 2.28 Vỡ đập phụ số kịch VĐ3-1 58 Hình 2.29 Vỡ đập phụ số kịch VĐ3-2 59 Hình 2.30 Vỡ đập phụ số kịch VĐ3-1 59 Hình 2.31 Vỡ đập phụ số kịch VĐ3-2 59 Hình 2.32 Các thành phần theo phương x y 60 Hình 2.33 Các ứng dụng kết nối tiêu chuẩn 61 Hình 2.34 Một ứng dụng kết nối bên 61 Hình 2.35 Một ví dụ kết nối cơng trình 62 Hình 2.36 Mạng thủy lực chiều Mike 11 65 Hình 2.37 Các biên nhập lưu dọc sơng mơ hình 67 Hình 2.38 Tạo cơng cụ Mesh Generator 68 Hình 2.39 Lựa chọn hệ qui chiếu cho miền tính .68 Hình 2.40 Thiết lập lưới tính tốn cho khu vực hạ lưu hồ Đồng Mỏ 69 Hình 2.41 Các giá trị cao độ địa hình đưa vào .69 Hình 2.42 Địa hình 2D khu vực nghiên cứu 70 Hình 2.43 Địa hình 3D khu vực nghiên cứu 70 Hình 2.44 Sơ hoạ kết nối MIKE11 MIKE21 72 Hình 2.45 Vị trí điểm khảo sát vết lũ năm 2008 73 Hình 3.1 Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch XL-1 77 Hình 3.2 Diễn biến độ sâu ngập vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch XL-1 78 Hình 3.3 Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch XL-2 78 Hình 3.4 Diễn biến độ sâu ngập vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch XL-2 79 vi Hình 3.5 Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch xả lũ khẩn cấp XL-1 80 Hình 3.6 Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch xả lũ khẩn cấp XL-2 80 Hình 3.7 Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch VĐ1-1 81 Hình 3.8 Diễn biến độ sâu ngập vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch VĐ1-1 .81 Hình 3.9 Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch VĐ1-2 82 Hình 3.10 Diễn biến độ sâu ngập vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch VĐ1-2 82 Hình 3.11 Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch Vỡ đập VĐ1-1 .83 Hình 3.12 Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch Vỡ đập VĐ1-2 .84 Hình 3.13 Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch VĐ2-1 85 Hình 3.14 Diễn biến độ sâu ngập vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch VĐ2-1 85 Hình 3.15 Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch VĐ2-2 86 Hình 3.16 Diễn biến độ sâu ngập vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch VĐ2-2 86 Hình 3.17 Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch Vỡ đập phụ số VĐ2-1 87 Hình 3.18 Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch Vỡ đập phụ số VĐ2-2 87 Hình 3.19 Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch VĐ3-1 88 Hình 3.20 Diễn biến độ sâu ngập vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch VĐ3-1 88 Hình 3.21 Diễn biến ngập lụt hạ du hồ Đồng Mỏ theo thời gian kịch VĐ3-2 89 Hình 3.22 Diễn biến độ sâu ngập vị trí hạ du hồ Đồng Mỏ kịch VĐ3-2 89 Hình 3.23 Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch Vỡ đập tổ hợp VĐ3-1 90 Hình 3.24 Bản đồ phân vùng ngập lụt Kịch Vỡ đập tổ hợp VĐ3-2 91 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các đặc trưng lưu vực HCN Đồng Mỏ 22 Bảng 2.2 Các trạm khí tượng thủy văn yếu tố đo, thời kỳ đo .22 Bảng 2.3 Các đặc trưng nhiệt độ trạm Vĩnh Yên 23 Bảng 2.4 Độ ẩm tương đối trạm Vĩnh Yên 23 Bảng 2.5 Tốc độ gió trung bình trạm Vĩnh n 23 Bảng 2.6 Vận tốc gió lớn ứng với tần suất P% 23 Bảng 2.7 Lượng bốc trung bình tháng (Zpiche) 24 Bảng 2.8 Lượng bốc trung bình tháng (Zpiche) 24 Bảng 2.9 Dòng chảy năm thiết kế HCN Đồng Mỏ 25 Bảng 2.10 Phân phối dòng chảy năm tần suất P = 86% .25 Bảng 2.11 Lưu lượng đỉnh lũ kiểm tra đỉnh lũ thiết kế HCN Đồng Mỏ .26 Bảng 2.12 Quá trình lũ thiết kế, lũ kiểm tra HCN Đồng Mỏ .26 Bảng 2.13 Dịng chảy lớn tháng mùa khơ HCN Đồng Mỏ .27 Bảng 2.14 Cơ cấu diện tích, dân số theo khu vực hành huyện Tam Đảo 28 Bảng 2.15 Số hộ số lao động tham gia ngành nông, lâm, thủy sản 28 Bảng 2.16 Giá trị sản xuất địa bàn theo giá hành 30 Bảng 2.17 Chức nhiệm vụ 32 Bảng 2.18 Thơng số thiết kế cơng trình 32 Bảng 2.19 Biến đổi nhiệt độ trung bình năm (0C) so với thời kỳ 1986-2005 39 Bảng 2.20 Mức thay đổi lượng mưa năm (%) so với thời kỳ 1986-2005 39 Bảng 2.21 Mức thay đổi lượng mưa mùa hè, mùa đông, mùa thu, mùa xuân (%) so với thời kỳ 1986-2005 39 Bảng 2.22 Tổng hợp kịch tính tốn ngập lụt với xả lũ qua tràn (TH1) 41 Bảng 2.23 Tổ hợp kịch vỡ đập (VĐ) .41 Bảng 2.24 Tổng hợp kịch dịng chảy tính tốn vỡ đập, ngập lụt .41 Bảng 2.25 Vị trí điểm trích đặc trưng ngập 42 Bảng 2.26 Bảng kết tính tốn trọng số mưa lưu vực hồ Đồng Mỏ 45 Bảng 2.27 Kết tính tốn hệ số NASH giai đoạn hiệu chỉnh 46 viii TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Tài nguyên Môi trường, Kịch Biến đổi khí hậu nước biển dâng cho Việt Nam năm 2016, Bộ Tài nguyên Môi trường, Năm 2016 [2] Nguyễn Thị Nga, Đề tài "Đánh giá tác động biến đổi khí hậu tới tỉnh Vĩnh Phúc đề xuất số biện pháp giảm nhẹ tác động biến đổi khí hậu", Trường Đại học Hàng hải Hải Phòng, Năm 2015 [3] Hồ Việt Cường Nnk, Dự án "Đánh giá tình hình ngập lụt vùng hạ du Hồ chứa nước Đồng Mỏ, tỉnh Vĩnh Phúc", Phịng TNTĐ Quốc gia ĐLH Sơng biển Viện KHTLVN, Năm 2015 [4] Hồ Việt Cường Nnk, Dự án "Lập quy trình vận hành, điều tiết hồ chứa nước Đồng Mỏ, tỉnh Vĩnh Phúc", Phòng TNTĐ Quốc gia ĐLH Sông biển - Viện KHTLVN, Năm 2016 [5] Cục Thống kê tỉnh Vĩnh Phúc, Niên giám Thống kê tỉnh Vĩnh Phúc, Cục Thống kê tỉnh Vĩnh Phúc, Năm 2015 năm 2016 [6] UBND huyện Tam Đảo, Báo cáo tình hình phát triển Kinh tế - Xã hội năm 2016 huyện Tam Đảo, Huyện Tam Đảo, Năm 2016 [7] PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái, and KS Trần Ngọc Huân PGS.TS Phạm Thị Hương Lan, Báo cáo dự án "Lập kế hoạch chuẩn bị sẵn sàng trường hợp khẩn cấp (EPP) cho hồ chứa Kẻ Gỗ - tỉnh Hà Tĩnh, Trường Đại học Thủy Lợi, Năm 2011 [8] Hồ Việt Cường Nnk, Dự án "Lập đồ phân vùng ngập lụt đánh giá rủi ro lũ địa bàn huyện Kon Plơng - tỉnh Kon Tum", Phịng TNTĐ Quốc gia ĐLH Sông biển - Viện KHTLVN, Năm 2009 [9] Nguyễn Khoa, Vỡ đập thủy lợi, hàng ngàn dân sơ tán tránh lũ, Báo Vnexpress, Năm 2010 [10] US Army Corps of Engineers, HEC-RAS river Analysis system User’s Manual Version 4.1, 2010 [11] Nguyễn Thị Linh, Luận văn "Đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến tài nguyên đất tỉnh Vĩnh Phúc", Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội, Năm 2018 [12] Denmark Hydraulic Institute (DHI), MIKE 11 User Guide, 2011 [13] Denmark Hydraulic Institute (DHI), MIKE 21 User Guide, 2011 [14] Denmark Hydraulic Institute (DHI), MIKE FLOOD User Guide, 2011 98 PHỤ LỤC Mặt tổng thể cụm công trình đầu mối hồ chứa Đồng Mỏ 99 Dữ liệu ảnh vệ tinh khu vực hồ chứa Đồng Mỏ Dữ liệu Google Earth tháng năm 2018, ảnh chụp 07/12/2015 100 Dữ liệu Wikimapia, ảnh chụp năm 2018 101 Số liệu Khí tượng, thủy văn đưa vào mơ hình 102 103 104 *) Mưa theo Hiện trạng 105 106 *) Mưa theo BĐKH 107 108 Hình ảnh điều tra vết lũ hạ du hồ chứa Đồng Mỏ Ảnh chụp vết lũ năm 2008 109 Mơ phịng ngập 3D kịch Mô ngập 3D trường hợp xả lũ qua tràn Mô ngập 3D trường hợp vỡ đập Mơ ngập 3D trường hợp vỡ đập tổ hợp Mô ngập 3D trường hợp vỡ đập phụ số 110 Hướng độ lớn vận tốc dòng chảy vỡ đập Hướng độ lớn vận tốc dịng chảy vỡ đập 111 Bản đồ hướng di chuyển dân cư xảy cố vỡ đập hồ Đồng Mỏ 112 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI VŨ TRUNG HẢI NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN NGẬP LỤT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU THIỆT HẠI DO VỠ ĐẬP, XẢ LŨ HỒ ĐỒNG MỎ, HUYỆN TAM ĐẢO,... tồn hồ chứa nước Từ yêu cầu, phân tích cho thấy việc lựa chọn đề tài ? ?Nghiên cứu diễn biến ngập lụt đề xuất giải pháp giảm thiểu thiệt hại vỡ đập, xả lũ hồ Đồng Mỏ, huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc. .. CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN NGẬP LỤT THEO CÁC KỊCH BẢN XẢ LŨ, VỠ ĐẬP HỒ ĐỒNG MỎ VÀ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU 77 3.1 Diễn biến ngập lụt thiệt hại ứng với kịch xả lũ khẩn cấp .77