(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu mô phỏng quá trình mưa dòng chảy phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước và đất một số lưu vực sông thượng nguồn miền trung

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THANH SƠN NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG Q TRÌNH MƢA - DỊNG CHẢY PHỤC VỤ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN NƢỚC VÀ ĐẤT MỘT SỐ LƢU VỰC SÔNG THƢỢNG NGUỒN MIỀN TRUNG LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ HÀ NỘI – 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THANH SƠN NGHIÊN CỨU MƠ PHỎNG Q TRÌNH MƢA - DÒNG CHẢY PHỤC VỤ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN NƢỚC VÀ ĐẤT MỘT SỐ LƢU VỰC SÔNG THƢỢNG NGUỒN MIỀN TRUNG CHUYÊN NGÀNH: SỬ DỤNG VÀ BẢO VỆ TÀI NGUYÊN MÔI TRƢỜNG Mà SỐ: 62.85.15.01 LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÝ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS TRƢƠNG QUANG HẢI TS LƢƠNG TUẤN ANH HÀ NỘI – 2008 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 10 CHƢƠNG TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MƢA LŨ Ở MIỀN TRUNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH MƢA – DỊNG CHẢY VÀ PHƢƠNG PHÁP SCS 15 1.1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VÀ MƠ HÌNH TỐN PHỤC VỤ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN ĐẤT VÀ NƢỚC LƢU VỰC SÔNG 15 1.1.1 NGHIÊN CỨU, ÁP DỤNG MÔ HÌNH TỐN ĐỂ TÍNH TỐN VÀ DỰ BÁO MƢA LŨ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở NƢỚC TA 15 1.1.2 NGHIÊN CỨU MƢA LŨ VÀ TÀI NGUYÊN NƢỚC TRÊN ĐỊA BÀN NGHIÊN CỨU 18 1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT LỚP MƠ HÌNH TỐN MƢA - DỊNG CHẢY 20 1.2.1 MƠ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC HỌC 28 1.2.2 PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ÁP DỤNG TRONG MƠ HÌNH SÓNG ĐỘNG HỌC MỘT CHIỀU 30 1.3 PHƢƠNG PHÁP SCS 41 1.3.1 GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP SCS 41 1.3.2 PHÁT TRIỂN SCS 43 CHƢƠNG ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ Xà HỘI MỘT SỐ LƢU VỰC THƢỢNG NGUỒN MIỀN TRUNG TRONG MỐI LIÊN QUAN VỚI Q TRÌNH MƢA – DỊNG CHẢY 47 2.1 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 47 2.1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ 47 2.1.2 ĐỊA HÌNH 47 2.1.3 ĐỊA CHẤT, THỔ NHƢỠNG 53 2.1.4 THẢM THỰC VẬT 57 2.1.5 KHÍ HẬU 60 2.1.6 MẠNG LƢỚI THUỶ VĂN CÁC LƢU VỰC SÔNG NGHIÊN CỨU 61 2.2 ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Xà HỘI 65 2.2.1 THỪA THIÊN - HUẾ 65 2.2.2 QUẢNG NAM 66 2.2.3 QUẢNG NGÃI 68 2.3 ĐẶC ĐIỂM MƢA, DÒNG CHẢY VÀ CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG LŨ 69 2.3.1 ĐẶC ĐIỂM MƢA, DÒNG CHẢY TRÊN CÁC LƢU VỰC NGHIÊN CỨU 69 2.3.2 CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG LŨ TRÊN CÁC LƢU VỰC NGHIÊN CỨU 70 CHƢƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG Q TRÌNH MƢA - DỊNG CHẢY BẰNG MƠ HÌNH SĨNG ĐỘNG HỌC MỘT CHIỀU, PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ PHƢƠNG PHÁP SCS 72 3.1 NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN MÔ PHỎNG KHƠNG GIAN – THỜI GIAN TRONG MƠ HÌNH SĨNG ĐỘNG HỌC MỘT CHIỀU 72 3.1.1 CÁC VẤN ĐỀ VỀ TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC KHI GIẢI PHƢƠNG TRÌNH SĨNG ĐỘNG HỌC BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 72 3.1.2 CÁC SƠ ĐỒ SỐ ĐỂ GIẢI PHƢƠNG TRÌNH SĨNG ĐỘNG HỌC 76 3.1.3 MỘT SỐ THUẬT TỐN GIẢI HỆ PHƢƠNG TRÌNH VI PHÂN PHI TUYẾN TÍNH TRONG MƠ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN SÓNG ĐỘNG HỌC MỘT CHIỀU 79 3.1.4 THỰC NGHIỆM SỐ, ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH, ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CÁC SƠ ĐỒ SỐ VÀ THUẬT TOÁN PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ÁP DỤNG CHO MƠ HÌNH SĨNG ĐỘNG HỌC MỘT CHIỀU 82 3.2 HIỆU CHỈNH PHƢƠNG PHÁP SCS, NÂNG CAO KHẢ NĂNG MÔ PHỎNG LŨ TRÊN CÁC LƢU VỰC SƠNG NGỊI MIỀN TRUNG 85 3.2.1 SỬ DỤNG SCS NÂNG CAO KHẢ NĂNG MÔ PHỎNG LƢU VỰC 85 3.2.2 NÂNG CAO KHẢ NĂNG MÔ PHỎNG CỦA PHƢƠNG PHÁP SCS 86 3.2.3 THỰC NGHIỆM SỐ CƠNG THỨC TÍNH ĐỘ SÂU TỔN THẤT BAN ĐẦU TRÊN MỘT SỐ LƢU VỰC MIỀN TRUNG 87 3.3 XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG Q TRÌNH MƢA - DỊNG CHẢY ĐỐI VỚI MỘT SỐ LƢU VỰC SÔNG THƢỢNG NGUỒN MIỀN TRUNG 92 3.3.1 PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 92 3.3.2 XÂY DỰNG BỘ THÔNG SỐ 93 3.3.3 XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TỐN 100 3.3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 101 3.3.5 NHẬN XÉT 106 CHƢƠNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG Q TRÌNH MƢA – DỊNG CHẢY PHỤC VỤ DỰ BÁO LŨ VÀ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN NƢỚC, ĐẤT TRÊN CÁC LƢU VỰC SÔNG THƢỢNG NGUỒN MIỀN TRUNG 111 4.1 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG Q TRÌNH MƢA – DỊNG CHẢY PHỤC VỤ DỰ BÁO LŨ SƠNG TRÀ KHÚC – TRẠM SƠN GIANG 111 4.1.1 DỰ BÁO THỬ NGHIỆM MƢA GÂY LŨ TẠI LƢU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC–SƠN GIANG 113 4.1.2 DỰ BÁO LŨ 115 4.2 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG Q TRÌNH MƢA DỊNG CHẢY PHỤC VỤ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN ĐẤT TRÊN LƢU VỰC 117 4.2.1 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA Q TRÌNH SỬ DỤNG LỚP PHỦ ĐẤT ĐƠ THỊ ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH LŨ 118 4.2.2 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA LỚP PHỦ RỪNG ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH LŨ 122 4.2.3 KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG LỚP PHỦ ĐẤT ĐÔ THỊ ĐỒNG THỜI THAY ĐỔI THẢM PHỦ THỰC VẬT TRÊN LƢU VỰC SÔNG TẢ TRẠCH - TRẠM THƢỢNG NHẬT 125 4.2.4 XÂY DỰNG BỔ SUNG HỒ CHỨA TRÊN CÁC LƢU VỰC NGHIÊN CỨU, TĂNG CƢỜNG KHẢ NĂNG CẮT LŨ LÀM GIẢM MỰC NƢỚC HẠ DU 126 4.3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 130 4.3.1 VỀ VIỆC PHỤC VỤ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN NƢỚC 130 4.3.2 VỀ VIỆC PHỤC VỤ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN ĐẤT 131 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 133 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO 138 PHỤ LỤC 157 PHỤ LỤC CÁC BẢN ĐỒ SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN 157 PHỤ LỤC CÁC TRẬN LŨ DÙNG ĐỂ HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ PHỎNG BẰNG MƠ HÌNH KW – 1D 166 PHỤ LỤC KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ CÁC KỊCH BẢN SỬ DỤNG ĐẤT TRÊN CÁC LƢU VỰC BẰNG MƠ HÌNH KW – 1D 173 PHỤ LỤC GIAO DIỆN VÀ CÁC THỰC ĐƠN CHÍNH CỦA PHẦN MỀM KW1D MODEL 185 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu: Miền Trung nơi hứng chịu thiên tai lũ lụt nhiều nước ta Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu giải vấn đề nhằm góp phần giảm nhẹ hậu thiên tai lũ lụt gây Hướng tích cực nâng cao hiệu cơng tác cảnh báo dự báo lũ, từ đề biện pháp thích hợp để phịng, tránh, đề cao vai trị cơng tác quy hoạch sử dụng đất Các phương pháp dự báo truyền thống trước phương pháp lưu lượng mực nước tương ứng hay sử dụng mơ hình tương quan mơ hình thơng số tập trung mang lại hiệu tích cực Việc diễn tốn dịng chảy từ trạm thuỷ văn đầu nguồn hạ lưu Trung tâm Dự báo Khí tượng Thuỷ văn Trung ương xác, đạt độ đảm bảo tương đối tốt Tuy nhiên, thực tế thường gặp phải hai vấn đề lớn làm cho công tác dự báo lũ chưa đáp ứng tốn thực tiễn Đó là: (1) sông khu vực thường ngắn dốc, thời gian tập trung nước nhanh nên việc phát tin dự báo dựa số liệu quan trắc mưa lưu lượng tuyến thường có thời gian dự kiến ngắn, không đủ để triển khai biện pháp phịng chống thích hợp (2) chưa sử dụng mơ hình thơng số dải, có khả diễn tốn dịng chảy tốt Nhằm góp phần khắc phục vấn đề nêu trên, tác giả thực “Nghiên cứu mơ q trình mưa - dịng chảy phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước đất số lưu vực sông thượng nguồn Miền Trung” nhằm góp phần nâng cao chất lượng cơng tác cảnh báo, dự báo dòng chảy lũ từ mưa, đồng thời phục vụ quản lý tài nguyên nước đất theo hướng điều tiết dịng chảy lưu vực Mơ hình sóng động học chiều phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp SCS – mơ hình thông số dải, đầu vào mưa dự báo từ mơ hình khí tượng sử dụng để mơ dịng chảy lũ nhằm tăng độ xác thời gian dự kiến dự báo lũ trạm thuỷ văn đầu nguồn, làm sở cho việc nâng cao tính hiệu cơng tác dự báo lũ toàn lưu vực Mục tiêu luận án xác lập sở khoa học để xây dựng mơ hình tốn mơ q trình mưa – dịng chảy, có khả phục vụ dự báo lũ sử dụng hợp lý tài nguyên nước đất lưu vực sông thượng nguồn Miền Trung Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi khoa học luận án nghiên cứu mơ hình tốn mưa – dòng chảy nhằm lựa chọn xây dựng mơ hình thích hợp để diễn tốn q trình lũ từ mưa điều kiện địa lý tự nhiên Miền Trung Phạm vi lãnh thổ luận án lưu vực sông Tả Trạch – Thượng Nhật (TT-TN), Thu Bồn – Nông Sơn (TB-NS), Trà Khúc – Sơn Giang (TK-SG) Vệ – An Chỉ (V-AC), nằm thượng nguồn, đủ điều kiện áp dụng mô hình sóng động học chiều sông thường xảy lũ ác liệt năm gần Những đóng góp mới: (1) Phân tích mơ hình tốn mưa – dịng chảy luận giải việc xây dựng mơ hình tốn sở phương pháp SCS mơ hình sóng động học chiều (KW - 1D), sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) thích hợp với lưu vực sông vùng núi Miền Trung (2) Nâng cao tính ổn định độ xác KW - 1D qua nghiên cứu lựa chọn sơ đồ tính nhằm mơ tả xác khơng gian, thời gian lý luận thực nghiệm số kết hợp vận dụng, hiệu chỉnh phương pháp SCS để tính thấm, nâng cao khả mô điều kiện mặt đệm lưu vực sông tự nhiên Miền Trung (3) Xây dựng mơ hình tốn đủ khả cảnh báo, dự báo lũ đồng thời công cụ tư vấn việc sử dụng hợp lý tài nguyên nước đất lưu vực sông Miền Trung, gồm: a) Triển khai thành công lưới phần tử cho lưu vực sông tự nhiên thơng số mơ hình; b) Xây dựng chương trình tính để dự báo dịng chảy từ mưa; c) Định lượng hóa ảnh hưởng việc sử dụng lớp phủ đất thị lớp phủ rừng đến dịng chảy lũ qua kịch sử dụng đất Luận điểm bảo vệ: Luận điểm Kết mô lũ số lưu vực sông thượng nguồn Miền Trung với độ đảm bảo đạt từ đến tốt cho thấy việc lựa chọn xây dựng mơ hình tốn sở mơ hình sóng động học chiều, phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp SCS thích hợp để mơ q trình mưa – dịng chảy Luận điểm Mơ hình sóng động học chiều, phương pháp phần tử hữu hạn SCS ứng dụng đem lại hiệu hữu ích phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước đất lưu vực sông thể hai khía cạnh chính: (1) dự báo lũ, đặc biệt kết hợp với mơ hình số dự báo mưa có độ phân giải cao để tăng thời gian dự kiến (2) bước đầu đánh giá định lượng ảnh hưởng lớp phủ đất đô thị lớp phủ rừng trình lũ Ý nghĩa khoa học thực tiễn: (1) Hồn thiện phương pháp mơ q trình mưa - dịng chảy lưu vực sông miền núi (2) Kết luận án sử dụng làm cơng cụ giải vấn đề thực tiễn sử dụng hợp lý tài nguyên nước đất lưu vực sông Phƣơng pháp nghiên cứu: Các phương pháp nghiên cứu luận án: 1) Phần tử hữu hạn; 2) SCS; 3) Mơ hình tốn thuỷ văn 4) Hệ thơng tin địa lý (GIS) Cơ sở tài liệu 8.1 Tài liệu từ đề tài tác giả chủ trì: 1) “ Ứng dụng mơ hình tốn phục vụ quy hoạch lưu vực sông Trà Khúc” (QT 03–21, 2004) 2) “Ứng dụng mơ hình tốn diễn tốn lũ lưu vực sông Vệ trạm An Chỉ” (QT 04– 26, 2005) 3) “Nghiên cứu mơ q trình mưa - dịng chảy phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước đất số lưu vực sơng ngịi Miền Trung” (QG 07-15, 2007), 4) “Nghiên cứu áp dụng phương pháp SCS phục vụ cơng tác phịng chống lũ quy hoạch lưu vực sơng ngịi Trung Trung Bộ”( CB 705606, 2006) 8.2 Tài liệu từ đề tài tác giả thành viên tham gia chính: 1) “Nghiên cứu vận dụng mơ hình thuỷ động lực, mưa - dịng chảy phục vụ tính tốn dự báo dịng chảy lũ” (Viện KTTV, 2004) 2) “Xây dựng công nghệ dự báo lũ mơ hình số thời hạn ngày cho khu vực Trung Bộ Việt Nam” (QGTĐ 04.04, 2006) 8.3 Các tài liệu (i) khí tượng thủy văn số liệu trích lũ mưa từ năm 1998 – 2005 cung cấp Trung tâm Tư liệu Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương; (ii) tài liệu mặt đệm đồ số địa hình, mạng lưới sơng, đất, sử dụng đất thảm thực vật năm 2000 tỷ lệ 1: 25.000 1: 250 000 lưu vực sông nói cung cấp Tổng cục Địa chính, Atlas Địa lý Quốc gia (iii) báo cáo chiến lược phát triển kinh tế xã hội tỉnh Cấu trúc luận án: Luận án có chương với 33 hình vẽ, 23 bảng phần mở đầu, kết luận, 170 tài liệu tham khảo phụ lục (125 hình vẽ) CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MƢA LŨ Ở MIỀN TRUNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MƢA DỊNG CHẢY VÀ PHƢƠNG PHÁP SCS 1.1 Tổng quan nghiên cứu mơ hình tốn phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên đất nƣớc lƣu vực sơng Ngày nay, tính tốn dự báo lũ, đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng, khai thác bề mặt lưu vực, áp dụng mơ hình tốn thuỷ văn để khơi phục, xử lý số liệu ngày trọng coi công cụ khả thi vùng nghiên cứu Trong lĩnh vực dự báo, phương pháp truyền thống, mơ hình tốn triển khai nghiên cứu, thử nghiệm bước đầu có kết tốt, đáp ứng yêu cầu quy hoạch, thiết kế Luận án tập trung giới thiệu số mô hình tốn mưa – dịng chảy áp dụng thành công công tác dự báo mô hình SSARR, TANK, MIKE 11, MIKE 21 Các mơ hình tốn xuất xứ nước ít, tiêu biểu HYDROGIS Nguyễn Hữu Nhân (2001), KOD Nguyễn Ân Niên (1978) VRSAP Nguyễn Như Khuê (1983) Ngày nay, giới đứng trước khủng hoảng nước (cả lượng chất), trước sức ép gia tăng dân số hoạt động kinh tế, toán quy hoạch tài nguyên nước ngày đề cao Các mơ hình tốn lĩnh vực quản lý tài ngun mơi trường nước, thế, phát triển Luận án giới thiệu số mơ hình quan tâm, triển khai thử nghiệm Việt Nam hệ thống mơ hình GIBSI ; WUP; mơ hình đánh giá tổng hợp nguồn thải BASINS Mơ hình MIKEBASIN MIKESHE bước đầu sử dụng Thái Lan Inđonexia Trong ứng dụng thực tiễn Việt Nam, nhiều mơ SWAT, USDAHL, HEC – RAS, SWMM, TOPMODEL nghiên cứu, khai thác vận dụng Các công bố gần tác giả thuộc Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn Mơi trường, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thuỷ văn Trung ương, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Thủy lợi Qua khảo sát, phân tích điều kiện địa hình, giao thơng dân cư, tác giả xây dựng kịch sử dụng LPĐĐT đất rừng lưu vực lựa chọn để rút kết luận mức độ giới hạn sử dụng đất tác động đến hình thành lũ nhằm tránh hiểm họa lũ lụt tải khai thác lưu vực Hai yếu tố sử dụng đất xét đến q trình sử dụng LPĐĐT khai thác rừng theo bước sau: (1) Phân tích điều kiện địa lý tự nhiên kinh tế xã hội lưu vực sông nghiên cứu để xây dựng kịch sử dụng đất; (2) Thay đổi dần diện tích sử dụng đất phần tử, lựa chọn lại hệ số CN, n tính tốn lại q trình lũ mơ hình KW-1D (3) Xây dựng quan hệ diện tích sử dụng đất (%) với đỉnh tổng lượng lũ theo kịch (4) Đưa kết luận ảnh hưởng trình sử dụng đất đến hình thành dịng chảy lũ lưu vực 4.2.1 Đánh giá ảnh hưởng sử dụng LPĐĐT đến hình thành lũ: Một vấn đề đặt Miền Trung tiến hành cơng đại hố sử dụng LPĐĐT lưu vực mức độ để đảm bảo phát triển bền vững Vận dụng phương pháp SCS, đánh giá ảnh hưởng trình sử dụng LPĐĐT đến đỉnh tổng lượng lũ nhờ mơ hình KW – 1D lưu vực sơng nghiên cứu góp phần tư vấn cho nhà quy hoạch khai thác sử dụng tài nguyên đất nước Khảo sát số lưu vực với kịch sử dụng LPĐĐT cho kết hình 4.6 bảng 4.2 - 4.5 Bảng 4.2 Ảnh hƣởng LPĐĐT đến dịng chảy lũ sơng Tả Trạch Trận lũ Ngưỡng (%) Ngưỡng TB(%) 11.5 11.5 12 12 12 11.3 11.5 9.5 Bảng 4.3 Ảnh hƣởng LPĐĐT đến dòng chảy lũ sông Thu Bồn 24 10 11.5 Trận lũ Ngưỡng (%) Ngưỡng TB(%) 14.3 15 15 13 12.5 14.5 14.8 15.5 17.5 16 Bảng 4.4 Ảnh hƣởng LPĐĐT đến dịng chảy lũ sơng Trà Khúc Trận lũ Ngưỡng(%) 29 30 30 Ngưỡng TB(%) 29.6 Kết khảo sát kịch cho thấy lưu vực có ngưỡng hạn chế diện tích sử dụng lớp phủ đất đô thị khác (sông TT: 11.3%, TB: 14.8%, V: 20% TK: 30%) Kết luận hữu ích tiến hành quy hoạch thị lưu vực theo hướng phát triển bền vững Bảng 4.5 Ảnh hƣởng LPĐĐT đến dòng chảy lũ sông Vệ Trận lũ Ngưỡng (%) 20 20 Ngưỡng TB(%) 20 4.2.2 Đánh giá ảnh hưởng lớp phủ rừng đến hình thành lũ: Khai thác rừng vấn đề xã hội cần quan tâm mà vai trò rừng ngày khẳng định Hiện cần thiết xác định mức độ khai thác rừng hợp lý, đảm bảo không vượt mức giới hạn, dẫn Q tới tăng đột ngột trình lũ tận dụng tiềm max 580 kinh tế rừng Khảo sát ảnh hưởng trình khai thác rừng 530 lưu vực sơng TT – TN thực nhằm xác định ngưỡng 480 khai thác rừng mà không gây đột biến q trình lũ Q trình 430 % DiƯn tÝch rõng 380 20 30 25 HiƯn tr¹ ng 40 50 60 70 Hình 10 Ảnh hƣởng rừng đến dịng chảy lũ sông TT – TN khai thác làm giảm diện tích rừng dẫn tới việc xác lập lại số CN, n cho phần tử (với CN = 79, n = 0.3) Sử dụng mơ hình KW – 1D để tiến hành thực nghiệm số, với trận lũ lựa chọn sông TT thấy rằng, diện tích rừng khai thác tăng đỉnh lượng lũ tăng TT Bảng 4.6 Kết khảo sát ảnh hƣởng rừng đến dòng chảy lũ Ngưỡng độ che phủ rừng giới hạn (% diện tích Lưu vực Số trận lũ lưu vực) Tả Trạch – Thượng Nhật 35 Thu Bồn – Nông Sơn 20 Trà Khúc – Sơn Giang 30 Vệ An Ch 40 Quan hệ đỉnh lũ diƯn tÝch líp phđ rõng (H×nh 4.10) cho thÊy, cã thể khai thác rừng nh-ng phải giữ độ che phủ rừng khoảng 35% diện tích l-u vực không gây đột biến lũ Việc khai thác rừng làm cho độ che phủ thấp giới hạn 35 % có hiệu ứng làm đỉnh l-ợng lũ tăng đột ngột Ngoài l-u vực sông TT TN, đà tiến hành khảo sát t-ơng tự với l-u vực TB – NS, TK– SG, V – AC KÕt qu¶ đ-ợc trình bày bảng 4.6 4.2.3 Khảo sát ảnh h-ởng trình sử dụng LPĐĐT đồng thời thay đổi thảm phủ thực vật l-u vực sông Tả Trạch - trạm Th-ợng Nhật Bng 4.7 nh hng LPT đến dịng chảy lũ tăng diện tích rừng Trận lũ Ngưỡng gây lũ đột biến(%) 17 24 22.5 16 18.5 16 14.5 TB (%) 17.7 26 16.5 14.5 Trªn l-u vực sông Tả Trạch, thay đổi thảm phủ thực vật, tăng diện tích rừng thêm 12.6% diện tích l-u vùc tøc lµ CN = 46 vµ n = 0.4 Tiếp tục sử dụng mô hình KW 1D khảo sát lại kịch sử dụng LPĐĐT với trận lũ đà chọn thu đ-ợc 150 Q kết hình 140 4.11 Tổng kết ảnh h-ởng kết hợp hai trình sử dụng lớp phủ 130 đất đô thị với tăng trạ ng 120 tă ng rừng diện tích rừng đến dòng 110 chảy qua trËn lị % DiƯn tÝch 100 ë b¶ng 4.7 10 15 20 25 30 4.2.4 X©y dùng hå chứa l-u vực max nghiên cứu, tăng c-ờng khả giảm mực n-ớc hạ du Hỡnh 4.11 nh hng lớp phủ đất thị tăng diện tích rng n dũng chy l 27 cắt lũ làm Hồ chứa nhân tạo giải pháp cơng trình tổng hợp coi nhân tố tích cực việc phòng chống lũ trực tiếp, lại lợi dụng để tích trữ nước cung cấp cho mùa cạn, khai thác điện năng, tạo cảnh quan du lịch cải tạo khí hậu Từ việc phân tích điều kiện mặt đệm (địa hình địa chất) lưu vực sơng xác định điểm bổ sung xây dựng hồ chứa có khả cắt lũ, với tổng dung tích phịng lũ 1600 triệu m3, có khả phịng lũ tiểu mãn, lũ sớm P=5% mức độ ác liệt lũ vụ P=10% với việc hạ mực nước vùng hạ du sông từ 1,5 đến 0,3 m Đi kèm với việc xây dựng hồ chứa thượng nguồn cần xem xét biện pháp khác như: (i) Tích cực trồng rừng đầu nguồn khoanh ni rừng phịng hộ; (ii) Khi quy hoạch khu thị, điểm dân cư cần có nghiên cứu kỹ điều kiện địa chất, địa mạo hoạt động lũ nhằm tránh tác hại tai biến lũ lụt lũ quét gây (iii) Nghiên cứu mở rộng độ cầu cống tuyến đường giao thông 28 mở rộng cửa góp phần đáng kể đến việc giảm nguy ngập lụt miền đồng Hình 4.10 Vị trí hồ chứa cắt lũ (dự kiến) lƣu vực sông nghiên cứu KẾT LUẬN Dựa vào kết nhận trình thực luận án, rút số kết luận sau: Trên sở tổng quan mơ hình mưa – dòng chảy áp dụng giới Việt Nam, phạm vi lãnh thổ Miền Trung với đặc điểm sông ngắn dốc, lựa chọn mơ hình sóng động học chiều, phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp SCS (KW -1D) làm công cụ để mô phát triển công nghệ dự báo lũ tư vấn quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên nước đất có sở khoa học Các điều kiện địa lý tự nhiên kinh tế xã hội chi phối trình hình thành lũ khu vực nghiên cứu vận dụng vào mơ hình KW -1D , phát triển công nghệ dự báo lũ khảo sát kịch sử dụng đất, đề xuất biện pháp giảm thiểu ảnh hưởng lũ Nghiên cứu lý luận thực nghiệm số sơ đồ giải PTHH quy mô không gian thời gian nhằm nâng cao độ xác độ ổn định mơ hình KW -1D, cho thấy phương pháp Runge-Kutta bậc sử dụng sơ đồ tổng hợp có độ ổn định cao Vận dụng hiệu chỉnh công thức tính độ sâu tổn thất ban đầu SCS lưu vực nghiên cứu mơ hình KW -1D nhận I a  0,13 S lưu vực sơng Vệ, cịn lưu vực khác cơng thức thực 29 nghiệm Hoa Kỳ giữ nguyên giá trị thực tiễn Đã xây dựng lưới phần tử, thơng số phần mềm mơ hình KW -1D cho lưu vực có độ ổn định cao, dùng để phát triển cơng nghệ dự báo lũ khảo nghiệm kịch sử dụng đất Kết hợp mơ hình KW -1D với mơ hình khí tượng RAMS, xây dựng thành cơng phương án dự báo lũ thời hạn 72h sông Trà Khúc cho kết khả quan (độ đảm bảo dự báo khoảng 53-90%) Vận dụng mơ hình KW -1D, khảo nghiệm số định lượng mối quan hệ sử dụng đất, thảm thực vật hình thành lũ lưu vực cho thấy: a) Diện tích sử dụng LPĐĐT không nên vượt ngưỡng giới hạn gây đột biến lũ sử dụng để tư vấn cho nhà quy hoạch; b) Đối với việc đánh giá ảnh hưởng rừng thấy với độ che phủ rừng 35%, trình lũ diễn trạng thái tự nhiên, tăng diện tích rừng tăng vai trị điều tiết, khơng trì diện tích rừng ngưỡng gây đột biến lũ; c) Một biện pháp giảm lũ phải tích cực mở rộng diện tích rừng đầu nguồn xây dựng hệ thống hồ chứa có khả điều tiết lũ 30 Hình 2.2 Địa hình lưu vực sơng Trà Khúc Nguồn : Tổng cục Địa chính, 2000 Hình 2.3 Độ dốc lưu vực sông Trà Khúc Nguồn : Tổng cục Địa chính, 2000 Hình 2.4 Sử dụng đất lưu vực sơng Trà Khúc Nguồn : Tổng cục Địa chính, 2000 Hình 2.5 Thảm thực vật lưu vực sơng Trà Khỳc Ngun : Tổng cục Địa chính, 2000 Hỡnh 3.3 Lưới phần tử lưu vực sông Tả Trạch – Thượng Nht Hình 3.4 L-ới phần tử l-u vực sông Thu Bồn Nông Sơn Hỡnh 3.5 Li phn t lu vực sơng Trà Khúc – Sơn Giang H×nh 3.6 L-íi phần tử l-u vực sông Vệ - An Chỉ ... THANH SƠN NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG Q TRÌNH MƢA - DỊNG CHẢY PHỤC VỤ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN NƢỚC VÀ ĐẤT MỘT SỐ LƢU VỰC SÔNG THƢỢNG NGUỒN MIỀN TRUNG CHUYÊN NGÀNH: SỬ DỤNG VÀ BẢO VỆ TÀI NGUYÊN MÔI TRƢỜNG... trình mưa - dịng chảy lưu vực sông miền núi (2) Kết luận án sử dụng làm cơng cụ giải vấn đề thực tiễn sử dụng hợp lý tài nguyên nước đất lưu vực sông Phƣơng pháp nghiên cứu: Các phương pháp nghiên. .. ? ?Nghiên cứu mơ q trình mưa dịng chảy phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước đất số lưu vực sơng ngịi Miền Trung? ?? Đây 11 hướng tiếp cận CHƢƠNG 2: ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ Xà HỘI MỘT