Xây dựng bản đồ ngập lụt vùng hạ lưu lưu vực sông vu gia – thu bồn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Văn Tình XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT VÙNG HẠ LƯU LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Văn Tình XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT VÙNG HẠ LƯU LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 60440224 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Hoàng Ngọc Quang TS Nguyễn Viết Thi Hà Nội - 2013 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ “Xây dựng đồ ngập lụt vùng hạ lưu lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn” hoàn thành Khoa Khí tượng – Thủy văn – Hải dương học thuộc trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, hướng dẫn PGS.TS Hoàng Ngọc Quang TS Nguyễn Viết Thi Tác giả xin bày tỏ cảm ơn chân thành tới thầy giáo PGS.TS Hồng Ngọc Quang TS Nguyễn Viết Thi tận tình hướng dẫn suốt trình nghiên cứu luận văn Tác giả xin bày tỏ lũng biết ơn sâu sắc tới Thầy, Cụ giáo Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học hỗ trợ, giỳp đỡ, truyền đạt kiến thức chuyên môn, tạo điều kiện tốt cho em suốt trỡnh học tập nghiên cứu luận văn Qua đây, tác giả xin cảm ơn lãnh đạo Khoa Khí tượng – Thủy văn lãnh đạo Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội nơi tác giả công tác tạo điều kiện thuận lợi thời gian nghiên cứu học tập Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ, cổ vũ, khích lệ tạo điều kiện thuận lợi q trình học tập hồn thành luận văn Tuy nhiên, Do thời gian kinh nghiệm cịn hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận góp ý Thầy, Cụ giáo, chuyên gia bạn đồng nghiệp để luận văn hồn thiện i MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC BẢNG vi MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu phương pháp Bố cục luận văn Chương - ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN VẤN ĐỀ NGẬP LỤT 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Địa hình 1.1.3 Địa chất 1.1.4 Thổ nhưỡng 1.1.5 Thực vật 1.1.6 Mạng lưới sông suối 1.2 Đặc điểm Khí tượng Thủy văn 11 1.2.1 Điều kiện khí hậu 11 1.2.2 Đặc điểm mưa hình thời tiết gây mưa 15 1.2.3 Đặc điểm thủy văn 18 1.2.4 Đặc điểm ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 22 1.2.5 Mạng lưới trạm Khí tượng Thủy văn điện báo lưu vực hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn [10] 28 1.3 Điều kiện kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 31 Chương - CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 35 2.1 Tổng quan chung 35 2.1.1 Khái niệm đồ ngập lụt 35 2.1.2 Các phương pháp xây dựng đồ ngập lụt 36 2.1.3 Nguyên tắc xây dựng đồ ngập lụt 37 ii 2.2 Tổng quan mơ hình thủy văn, thủy lực tính tốn ngập lụt 37 2.2.1 Các mơ hình mưa – dòng chảy 37 2.2.2 Các mơ hình thủy lực[4] 39 2.3 Cơ sở lý thuyết mơ hình HEC 43 2.3.1 Mơ hình HEC-HMS [17] 43 2.3.2 Mơ hình HEC-RAS [18][19][20] 53 2.4 Giới thiệu quy trình xây dựng đồ ngập lụt 58 2.4.1 Giới thiệu quy trình tốn xây dựng đồ ngập lụt 58 2.4.2 Giới thiệu hệ thống thông tin địa lý 61 2.4.2 Các phương pháp GIS xây dựng đồ ngập lụt [4] 62 Chương - XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 64 3.1 Xây dựng sở liệu 64 3.1.1 Tài liệu địa hình 64 3.1.2 Tài liệu Khí tượng Thủy văn 66 3.1.3 Tài liệu điều tra vết lũ 67 3.2 Ứng dụng mơ hình thủy lực tính tốn ngập lụt khu vực nghiên cứu 68 3.2.1 Ứng dụng mơ hình HEC-HMS mơ dịng chảy từ mưa đến khu lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn 68 3.2.2 Nghiên cứu ứng dụng mơ hình thủy lực HEC-RAS diễn tốn q trình lũ hạ lưu hệ thống sông 82 3.2.3 Nghiên cứu ứng dụng mơ hình HEC-GEORAS mô ngập lụt vùng hạ lưu hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn 89 3.3 Tính tốn ngập lụt theo kịch ứng với tần suất 1%, 5% 10% 95 3.4 Xây dựng đồ ngập lụt 96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 iii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Bản đồ lưu vực Vu Gia – Thu Bồn Hình 1.2: Bản đồ đất lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn Hình 1.3: Bản đồ mạng lưới sơng cơng trình thủy điện hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia 11 Hình 1.4: Lượng mưa mùa cạn, mùa lũ mưa năm trạm lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 16 Hình 1.5: Bản đồ ngập lụt vùng đồng hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn tháng XI/1990 25 Hình 1.6: Bản đồ ngập lụt khu vực hạ du sông Vu Gia – Thu Bồn năm 1999 27 Hình 1.7: Bản đồ ngập lụt tháng XI/2007 lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 28 Hình 1.8: Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sơng Vu Gia – Thu Bồn 29 Hình 2.1: Cấu trúc mơ hình HEC – HMS 44 Hình 2.2: Các biến số phương pháp thấm Green- Ampt 47 Hình 2.3: Sơ đồ sai phân 55 Hình 2.4: Sơ đồ thực xây dựng đồ ngập lụt luận văn 60 Hình 2.5: Sơ đồ xây dựng đồ ngập lụt phương pháp GIS 63 Hình 3.1: Bản đồ số độ cao (DEM) khu vực nghiên cứu 66 Hình 3.2: Bản đồ vị trí điều tra ngập lụt – Trường hợp trận lũ cuối tháng IX đầu tháng X - 2009 68 Hình 3.3: Sơ đồ tính tốn xác định lưu vực phận 68 Hình 3.4: Kết xác định lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 69 Hình 3.5: Kết phân chia lưu vực phận lưu vực Vu Gia – Thu Bồn 69 Hình 3.6: Sơ đồ lưu vực phận mạng lưới sơng suối tồn lưu vực Vu Gia – Thu Bồn 69 Hình 3.7: Bản đồ phân vùng ảnh hưởng trạm mưa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 71 Hình 3.8: Sơ đồ thiết lập mơ hình HEC-HMS tồn lưu vực Vu Gia – Thu Bồn 74 Hình 3.9: Sơ đồ trình hiệu chỉnh mơ hình 75 Hình 3.10: Biểu đồ so sánh kết tính tốn thực đo lưu lượng dịng chảy Thành Mỹ sông Vu Gia 77 iv Hình 3.11: Biểu đồ so sánh kết tính tốn thực đo lưu lượng dịng chảy Nông Sơn sông Thu Bồn Hình 3.12: Sơ đồ mạng lưới thuỷ lực tính tốn lưu vực sơng Vu Gia – Thu Bồn Hình 3.13: Vị trí biên nhập lưu mơ hình Hình 3.14: Biểu đồ so sánh đường trình mực nước thực đo tính tốn trạm sông Thu Bồn trận lũ 11/1998 Hình 3.15: Biểu đồ so sánh đường q trình mực nước thực đo tính tốn trạm sông Vu Gia trận lũ 11/1998 Hình 3.16: Biểu đồ so sánh đường trình mực nước thực đo tính tốn trạm sơng Thu Bồn trận lũ 2009 Hình 3.17: Biểu đồ so sánh đường trình mực nước thực đo tính tốn trạm sông Vu Gia trận lũ trận lũ năm 2009 Hình 3.18: Trích xuất giá trị mực nước lớn ứng với trận lũ tháng năm 2009 Hình 3.19: Thiết lập kết mơ thủy lực địa hình hạ du sơng Vu Gia – Thu Bồn Hình 3.20: Biểu đồ so sánh kết độ sâu ngập thực đo tính tốn trận lũ năm 2009 91 Hình 3.21: Bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn năm 2009 vị trí điểm kiểm tra vết lũ Hình 3.22: Qmax trạm Thủy văn Thành Mỹ Nông Sơn (1977-2009) Hình 3.23: Đường tần suất lưu lượng lũ Qmax trạm Nông Sơn Hình 3.24: Đường tần suất lưu lượng lũ Qmax trạm Thành Mỹ Hình 3.25: Biểu đồ so sánh F ngập theo cấp độ sâu ngập ứng với tần suất 1%, 5% 10% Hình 3.26: Bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn ứng với tần suất 1% 99 Hình 3.27: Bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn ứng với tần suất 5% 100 Hình 3.28: Bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn ứng với tần suất 10% 101 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Đặc trưng hình thái lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia [5] .10 Bảng 1.2: Tổng số nắng tháng trung bình nhiều năm trạm Đà Nẵng Trạm Trà My (Giờ) 12 Bảng 1.3: Bảng nhiệt độ khơng khí bình qn tháng trung bình nhiều năm ( C) .12 Bảng 1.4: Độ ẩm trung bình tháng bình quân nhiều năm (%) 13 Bảng 1.5: lượng bốc bình quân tháng trung bình nhiều năm (mm) 13 Bảng 1.6: Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm trạm mưa 14 Bảng 1.7: Lưu lượng bình quân tháng trung bình nhiều năm Trạm Thành Mỹ Nông Sơn 19 Bảng 1.8: Trạm Khí tượng Thủy văn lưu vực sơng Thu Bồn - Vu Gia 30 Bảng 1.9:Tốc độ tăng trưởng GDP cấu kinh tế năm 2010 32 Bảng 1.10: Bảng thống kê dân số đơn vị hành thuộc lưu vực năm 2006 33 Bảng 3.1: Danh sách lưu vực phận sông Vu Gia 70 Bảng 3.2: Trọng số mưa trạm mưa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 72 Bảng 3.3: Các trận lũ sử dụng để hiệu chỉnh kiểm định lưu vực 75 Bảng 3.4: Bộ thơng số mơ hình HEC – HMS hiệu chỉnh kiểm định cho lưu vực phận tính đến trạm thủy văn Thành Mỹ 77 Bảng 3.5: Thống kê thơng số diễn tốn đoạn sơng tính đến Thành Mỹ 78 Bảng 3.6: Các tiêu đánh giá kết hiệu chỉnh kiểm định trạm Nông Sơn78 Bảng 3.7: Bộ thông số mô hình HEC – HMS hiệu chỉnh kiểm định cho lưu vực phận tính đến trạm thủy văn Nông Sơn 80 Bảng 3.8: Thống kê thơng số diễn tốn đoạn sơng tính đến Thành Mỹ 80 Bảng 3.9: Các tiêu đánh giá kết hiệu chỉnh kiểm định Nông Sơn 81 Bảng 3.10: Mạng lưới hệ thống sông hạ lưu lưu vực Vu Gia – Thu Bồn 84 Bảng 3.11: Hệ số nhám trung bình đoạn sơng 86 Bảng 3.12: Bảng đánh giá kết mô trận lũ 11/1998 87 Bảng 3.13: Bảng đánh giá kết mô trận lũ năm 2009 88 vi  Sơng suối: sơng sơng nhánh Dữ liệu dạng đường, ký hiệu: song_suoi.shp;  Trạm khí tượng Thủy văn: Các trạm Khí tượng Thủy văn nằm khu vực nghiên cứu Dữ liệu dạng điểm, ký hiệu: tramkttv.shp;  Địa danh: Bao gồm tên tỉnh, huyện, tên trạm Khí tượng Thủy văn Dữ liệu dạng text  Khung lưới đồ Từ kết tính tốn cho trận lũ ứng với tần suất 1%, 5% 10% kết hợp với lớp ranh giới hành có sẵn tính tốn diện tích ngập cho huyện, toàn vùng ứng với cấp độ sâu ngập lụt khác đồ cuối xuất với tỉ lệ 1:250000 chuyển hệ quy chiếu latitude/longtitude (WGS84, zone 48 North) thể từ hình 3.25 đến hình 3.27 bảng 3.18 đến bảng 3.20 3.4 Nhận xét Qua đồ ngập lụt mô trận lũ bảng thống kê kết tính tốn ngập lụt hạ lưu lưu vực sơng Vu Gia – Thu Bồn ứng với tần suất 1%, 5% 10% nhận thấy ngập lụt xảy hầu hết huyện thuộc hạ lưu lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn tỉnh Quảng Nam Thành Phố Đà Nẵng diện tích ngập lụt chủ yếu tập trung huyện Đại Lộc, Điện Bàn, Duy Xuyên (Quảng Nam) Hòa Vang (Đà Nẵng) Điện Bàn Hội An huyện bị ngập lụt nhiều với phần trăm diện tích ngập khoảng 70% ( Điện Bàn) 90% (Hội An) Nhìn chung đồ ngập lụt ứng với tần suất khơng có thay đổi nhiều diện ngập toàn khu vực nghiên cứu với tần suất nhỏ diện ngập lớn Tuy nhiên, ứng với cấp độ sâu ngập có biến đổi tương đối rõ rệt tần suất với (bảng 3.17 hình 3.18):  Tần suất 10% diện tích ngập chủ yếu tập trung cấp là: