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 LŨ HỒ CHỨA NƯỚC RÀO ĐÁ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng - Năm 2018 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 LŨ HỒ CHỨA NƯỚC RÀO ĐÁ Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60.58.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Hùng Đà Nẵng - Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Lê Hồng Hải ii LỜI CẢM ƠN Sau hai năm học tập nghiên cứu khoa học học viên Lớp K34.X2CH.QB (khóa 2016-2018), đến tơi hồn thành khố luận tốt nghiệp Với lịng chân thành nhất, tơi xin gửi lời cảm ơn: - Các thầy cô cán làm công tác quản lý Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, đặc biệt thầy cô Khoa Thủy lợi – Thủy điện Ban Đào tạo sau đại học nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện để tơi hồn thành chương trình Cao học luận văn tốt nghiệp - Các học viên Lớp K34.X2CH.QB quan tâm, động viên, giúp đỡ tơi vững tâm phấn đấu suốt q trình học tập hoàn thành luận văn tốt nghiệp - Đặc biệt TS Lê Hùng, người thầy hướng dẫn cho tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp; kết đạt luận văn kiến thức khoa học quý báu mà thầy giành nhiều thời gian tâm huyết để hướng dẫn, bảo tơi thời gian qua Do thời gian có hạn, số liệu thực đo chưa đầy đủ mong muốn khả nghiên cứu hạn chế nên luận văn khơng thể tránh thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp quý báu thầy cô, đồng nghiệp người quan tâm iii MỤC LỤC CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii TÓM TẮT LUẬN VĂN vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG ix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nhiệm vụ nghiên cứu Phạm vi, đối tượng nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu 5.1 Phương pháp phân tích thống kê 5.2 Phương pháp kế thừa kết nghiên cứu liên quan .2 5.3 Phương pháp mơ hình hóa .2 5.4 Phương pháp thống kê khách quan .3 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Chương – TỔNG QUAN 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 10 1.2 Các nghiên cứu lũ lụt liên quan đến hạ du sông Long Đại điều tiết lũ hồ chứa nước Rào Đá .13 1.2.1 Các nghiên cứu liên quan đến hạ lưu hồ Rào Đá 13 1.2.2 Đặc điểm, tình hình điều tiết hồ chứa Rào Đá 15 1.3 Cơ sở đánh giá tình hình ngập lụt khu vực hạ du sông Long Đại 18 Chương – ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN - XÃ HỘI VÀ ÁP DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN MIKE UHM, MƠ HÌNH THỦY LỰC MIKE FLOOD DÙNG MƠ PHỎNG NGẬP LỤT HẠ LƯU SÔNG LONG ĐẠI KHI XÉT ĐẾN ĐIỀU TIẾT LŨ HỒ CHỨA NƯỚC RÀO ĐÁ .20 2.1 Điều kiện địa lý tự nhiên 20 2.1.1 Vị trí địa lý 20 2.1.2 Đặc điểm địa hình 20 2.1.3 Mạng lưới sơng ngịi 23 iv 2.1.4 Khí hậu 24 2.1.5 Thủy văn 34 2.1.6 Thủy triều 41 2.1.7 Địa chất thủy văn 43 2.2 Điều kiện kinh tế xã hội 43 2.2.1 Hiện trang giao thông vùng ảnh hưởng 43 2.2.2 Dân sinh - Kinh tế 44 2.2.3 Đặc điểm dân số 45 2.3 Thông số hồ chứa nước Rào Đá .45 2.3.1 Nhiệm vụ cơng trình 45 2.3.2 Loại cấp cơng trình 46 2.3.3 Các tiêu thiết kế cơng trình đầu mối 46 2.4 Các mơ hình tính tốn mơ ngập lụt hạ lưu sông Long Đại xét đến điều tiết lũ hồ chứa nước Rào Đá .48 2.4.1 Giới thiệu mơ hình thủy văn Mike UHM 48 2.4.2 Mơ hình thủy lực Mike Flood 50 2.4.2.1 Mơ hình thủy lực chiều Mike 11 50 2.4.2.2 Mơ hình thủy lực Mike 21 55 2.4.2.3 Mô hình thủy lực Mike Flood 57 Chương – 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 RÀO ĐÁ 62 3.1 Dữ liệu thu thập để tính tốn .62 3.1.1 Nguồn tài liệu thu thập 62 3.1.2 Cơng trình cống Mỹ Trung 62 3.1.3 Sơ đồ mặt khu vực 63 3.2 Tính lũ nhập lưu 64 3.2.1 Phân chia lưu vực nghiên cứu 64 3.2.2 Kết tính lũ nhập lưu hạ lưu sông Long Đại ứng với trận lũ năm 2010 2016 mơ hình MiKe UHM 65 3.3 Xây dựng mơ hình thủy lực Mike Flood cho lưu vực hạ lưu sơng Long Đại 66 3.3.1 Mơ hình thủy lực MIKE 11 66 3.3.2 Mơ hình thủy lực MiKe 21 68 3.3.3 Mơ hình thủy lực MaiKe FLood 68 3.4 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình .69 3.4.1 Tính tốn hiệu chỉnh kiểm định mơ hình thủy lực 69 v 3.4.2 Kết hiệu chỉnh mơ hình thủy lực năm 2010 71 3.4.3 Kết kiểm định mơ hình thủy lực năm 2016 73 3.4.4 Đánh giá chung 76 3.5 Tính lũ nhập lưu ứng với tần suất P=1%, P=5% P=10% 76 3.5.1 Tính tốn mưa ngày max ngày max .76 3.5.2 Tính tốn đỉnh lũ, dịng chảy lũ đến hồ Rào Đá .78 3.5.3 Tính toán điều tiết lũ hồ Rào Đá .79 3.5.4 Tính lũ nhập lưu hạ lưu sông Long Đại 82 Chương – MÔ PHỎNG CÁC KỊCH BẢN NGẬP LỤT HẠ LƯU SÔNG LONG ĐẠI BẰNG MƠ HÌNH MIKE FLOOD 84 4.1 Xây dựng kịch mô .84 4.2 Mô kịch 84 4.2.1 Các bước mô kịch 84 4.2.2 Các điều kiện biên có điều tiết hồ Rào Đá 84 4.3 Kết mô nhận xét 87 4.3.1 Kết mơ có điều tiết hồ Rào Đá ứng với tần suất 87 4.3.2 Nhận xét 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .94 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 PHỤ LỤC – TÀI LIỆU TÍNH TỐN LŨ NHẬP LƯU 98 1.1 Số liệu đo mưa 6h, năm 2010 2016 98 1.2 Số liệu quan trắc vết lũ, năm 2010 2016 98 1.3 Biên mực nước dùng để hiệu chinhrn kiểm định năm 2010 2016 .99 1.4 Biên lưu lượng dùng để hiệu chinhrn kiểm định năm 2010 2016 .100 PHỤ LỤC – TÍNH TỐN LŨ NHẬP LƯU HỒ RÀO ĐÁ 100 2.1 Kết tính tốn điều tiết lũ theo tần suất .100 2.2 Đường quan hệ cao độ mực nước với dung tích hồ chứa nước Rào Đá 104 vi TĨM TẮT LUẬN VĂN MƠ PHỎNG NGẬP LỤT HẠ DU SÔNG LONG ĐẠI KHI XÉT ĐẾN ĐIỀU TIẾT LŨ HỒ CHỨA NƯỚC RÀO ĐÁ Học viên: Lê Hồng Hải Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 8580202 Khóa: 34 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt - Hồ chứa nước Rào Đá xây dựng sông Rào Đá, nhánh sông Long Đại, thuộc địa bàn xã Trường Xuân - huyện Quảng Ninh - tỉnh Quảng Bình Với diện tích lưu vực 93.5 km2, dung tích chứa ứng với mực nước lũ thiết kế 94.2 triệum3, mực nước lũ kiểm tra 97.91 triệu m3, cách trung tâm huyện Quảng Ninh 13,8km phía Đơng Bắc, cách hành phố Đồng Hới 21km hướng Bắc Sự tồn hồ Rào Đá với lượng tích nước hồ mùa mưa lũ gần 100,0 triệu m3, lại nằm phía thượng lưu cách khu dân cư khơng xa, tiềm ẩn nguy ngập lụt Hiện nay, biến đổi khí hậu tồn cầu, mưa lũ ngày phức tạp, hàng năm địa phương thuộc hạ lưu hồ chứa nước Rào Đá có thiệt hại lớn tài sản, sở hạ tầng Mưa lũ gây chết người, nhà cửa bị ngập, bị sập, sở hạ tầng trường học, bệnh viện bị hư hỏng, đường sá cầu cống cơng trình thuỷ lợi bị sạt lở, bị vỡ bồi lấp Do tác hại lớn mưa lũ gây ảnh hưởng lớn đến đời sống, kinh tế - xã hội địa phương nên ngồi 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 với tần suất mưa lũ khác có hổ trợ cơng nghệ thông tin để xác định mức độ ngập lụt cần thiết cho quan quản lý hồ, ban ngành hữu quan nhân dân vùng hạ du Là cẩm nang để xây dựng Phương án phòng chống lụt bão hàng năm, giúp việc vận hành điều tiết lũ đảm bảo an tồn cơng trình, hạn chế thiệt hại ngập lụt hạ du, đồng thời làm sở để quan đơn vị quản lý Nhà nước thực tốt cơng tác phịng chống, giảm nhẹ thiên tai Từ khóa – “Mơ ngập lụt hạ du sông Long Đại xét đến điều tiết lũ hồ chứa nước Rào Đá” vii Simulating the inundation downstream of the Long Dai River when considering the regulation of Rao Da reservoir Student: Le Hong Hai Major: Water Resource Engineering Code: 8580202 Course: 34 University of science and technology - The university of DaNang Simulating the inundation downstream of the Long Dai River when considering the regulation of Rao Da reservoir Abstracts - Rao Da reservoir was built on Rao Da river, which is a branch of Long Dai river in Truong Xuan commune, Quang Ninh district, Quang Binh province A basin area is 93.5 km2, the capacity of the river is 94.2 million m3, the flood level is 97.91 million m3 It’s 13.8km from the northeast of the center of QuangNinh district and 21km from the north of Dong Hoi city Rao Da lake exists with the volume of water in the lake nearly 100.0 million m3 on the rainy season, and it is located on upstream that is not far away from residential, that is reason why it is always latent risk of flooding.Nowadays, because global climate is changed, floods are more and more complicated, thus localities in downstream of Rao Da reservoir suffer great damages on property and infrastructure every year.Floods were fatal, homes were flooded, collapsed, infrastructure such as schools, hospitals were damaged, roads and bridges sluice irrigation, landslides and loosening Floods brings the great damage which have a big influence on the socioeconomic life of the localities Therefore, besides forecast information of hydrometeorological systems, the construction of a simulation system for downstream flood simulation of Rao Da Lake with different frequency of floods with the support of information technology to determine the level of flood is essential for the lake management, relevant departments and people in downstream.This is a manual for building annual flood control plans, assisting the flood control operation to ensure the safety of the projects, limiting damage caused by downstream floods, concurrently, it is a good basis for State management agencies and units to well perform natural disaster prevention and mitigation work Key words – Simulating the inundation downstream of Long Dai river when considering the regulation of Rao Da reservoir viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ❖ CÁC KÝ HIỆU X: Lượng mưa, (mm); P: Tần suất, (%); : Hệ số dòng chảy trận lũ; H0 :Lượng tổn thất ban đầu, (mm) HTP :Lượng mưa lớn thời gian tính tốn T tương ứng với tần suất thiết kế P, (mm) 1: Hệ số triết giảm đỉnh ảnh hưởng điều tiết ao hồ đầm lầy lưu vực; 2: Hệ số triết giảm đỉnh ảnh hưởng điều tiết lớp phủ thực vật; 3: Hệ số triết giảm đỉnh ảnh hưởng điều tiết lịng sơng; Qng: Lưu lượng nước ngầm trước có lũ, (m3/s) f : Hệ số hình dạng lũ, đại lượng không thứ nguyên; F: Diện tích lưu vực (km2); QmaxP : Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế theo tần suất P, (m3/s); Ls: Chiều dài song chính, (km); Js: Độ dốc bình qn sườn dốc; Z: Cao trình mực nước, (m); V: Dung tích hồ, (m3); H: Mực nước (m); 100 1.4 Biên lưu lượng dùng để hiệu chỉnh kiểm định năm 2010 2016 Hình PL1.4.1: Biên lưu lượng nhập lưu dùng hiệu chỉnh năm 2010 Hình 1.4.2: Biên lưu lượng nhập lưu dùng kiểm định năm 2016 PHỤ LỤC –TÍNH TỐN LŨ NHẬP LƯU HỒ RÀO ĐÁ THEO TẦN SUẤT 2.1 Kết tính tốn điều tiết lũ theo tần suất 101 Bảng PL2.1: Kết tính tốn điều tiết lũ hồ Rào Đá, tần suất P=1% Tgiờ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 Max Qđến 40.9 113.0 316.0 501.0 445.0 1336.0 1600.0 1408.0 986.0 570.0 1054.0 492.0 395.0 644.0 521.0 582.0 328.0 214.0 171.0 210.0 252.0 210.0 183.0 157.0 130.0 121.0 113.0 104.0 101.0 99.0 91.0 84.4 83.2 79.9 77.3 75.9 72.7 70.6 69.7 68.0 65.6 64.1 63.5 61.5 59.5 58.3 56.0 54.8 1600.0 Qxã 40.9 113.0 316.0 463.2 463.8 489.4 538.5 586.8 618.1 626.3 636.0 643.1 632.7 626.8 624.5 620.8 612.2 594.8 574.4 555.1 539.1 523.9 508.0 490.3 469.5 121.0 113.0 104.0 101.0 99.0 91.0 84.4 83.2 79.9 77.3 75.9 72.7 70.6 69.7 68.0 65.6 64.1 63.5 61.5 59.5 58.3 56.0 54.8 643.1 Z(m) 29.70 29.70 29.70 29.71 29.71 29.93 30.34 30.74 30.98 31.05 31.12 31.18 31.10 31.05 31.03 31.00 30.94 30.80 30.64 30.48 30.35 30.22 30.09 29.94 29.76 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 31.18 Htràn (m) 5.98 5.98 5.98 5.99 5.99 6.21 6.62 7.00 7.25 7.31 7.39 7.44 7.36 7.32 7.30 7.27 7.20 7.07 6.91 6.75 6.62 6.50 6.37 6.22 6.04 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 5.87 7.44 102 Bảng PL2.2: Kết tính tốn điều tiết lũ hồ Rào Đá, tần suất P=5% Tgiờ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 Max Qđến 33.2 91.8 256.8 407.1 361.6 1085.5 1300.0 1144.0 801.1 463.1 856.4 399.8 320.9 523.3 423.3 472.9 266.5 173.9 138.9 170.6 204.8 170.6 148.7 127.6 105.6 98.3 91.8 84.5 82.1 80.4 73.9 68.6 67.6 64.9 62.8 61.7 59.1 57.4 56.6 55.3 53.3 52.1 51.6 50.0 48.3 47.4 45.5 44.5 1300.0 Qxã 33.2 91.8 256.8 407.1 361.6 480.7 518.4 553.0 574.0 577.0 581.2 583.5 572.3 564.7 560.2 554.6 545.4 529.4 511.2 493.1 474.8 170.6 148.7 127.6 105.6 98.3 91.8 84.5 82.1 80.4 73.9 68.6 67.6 64.9 62.8 61.7 59.1 57.4 56.6 55.3 53.3 52.1 51.6 50.0 48.3 47.4 45.5 44.5 583.5 Z(m) 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.86 30.18 30.46 30.63 30.66 30.69 30.71 30.62 30.56 30.52 30.48 30.40 30.27 30.12 29.97 29.81 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 30.71 Htràn (m) 5.98 5.98 5.98 5.98 5.98 6.14 6.45 6.74 6.90 6.93 6.96 6.98 6.89 6.83 6.79 6.75 6.67 6.54 6.39 6.24 6.09 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 5.94 6.98 103 Bảng PL2.3: Kết tính tốn điều tiết lũ hồ Rào Đá, tần suất P=10% Tgiờ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 Max Qđến 27.1 74.9 209.4 331.9 294.8 885.1 1060.0 932.8 653.2 377.6 698.3 326.0 261.7 426.7 345.2 385.6 217.3 141.8 113.3 139.1 167.0 139.1 121.2 104.0 86.1 80.2 74.9 68.9 66.9 65.6 60.3 55.9 55.1 52.9 51.2 50.3 48.2 46.8 46.2 45.1 43.5 42.5 42.1 40.7 39.4 38.6 37.1 36.3 1060.0 Qxã 27.1 74.9 209.4 331.9 294.8 474.7 503.2 527.1 540.2 539.0 538.9 537.6 525.6 516.8 510.4 503.4 492.8 474.0 113.3 139.1 167.0 139.1 121.2 104.0 86.1 80.2 74.9 68.9 66.9 65.6 60.3 55.9 55.1 52.9 51.2 50.3 48.2 46.8 46.2 45.1 43.5 42.5 42.1 40.7 39.4 38.6 37.1 36.3 540.2 Z(m) 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.81 30.05 30.25 30.36 30.35 30.35 30.34 30.24 30.16 30.11 30.05 29.96 29.80 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 29.70 30.36 Htràn (m) 5.98 5.98 5.98 5.98 5.98 6.09 6.33 6.52 6.63 6.62 6.62 6.61 6.51 6.44 6.39 6.33 6.24 6.08 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 5.90 6.63 104 2.2 Đường quan hệ cao độ mực nước với dung tích hồ chứa nước Rào Đá Bảng PL2.4: Đường quan hệ Z~W TT Z (m) W (106m3) 0.074 0.148 0.470 0.958 10 1.611 11 2.490 12 3.720 13 5.301 14 7.233 10 15 9.516 11 16 12.150 12 17 15.135 13 18 18.471 14 19 22.157 15 20 26.195 16 21 30.676 17 22 35.427 18 23 40.449 19 24 45.740 20 25 51.302 21 26 58.183 22 27 64.386 23 28 70.858 24 29 77.570 25 30 83.162 26 31 91.167 27 32 99.716 28 33 108.810 29 34 118.448 30 35 128.630 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 ... chứa nước Rào Đá đến hạ lưu sông Long Đại Sau tiến hành mô ngập lụt theo phương án Ngập lụt hạ lưu sông Long Đại xét đến tiều tiết lũ hồ Rào Đá (tính từ hạ lưu tràn xã lũ hồ Rào Đá đến cửa biển... m3, điều tiết hồ Rào Đá ảnh hưởng đến hạ du sông 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. .. quan đến hạ du sông Long Đại điều tiết lũ hồ chứa nước Rào Đá .13 1.2.1 Các nghiên cứu liên quan đến hạ lưu hồ Rào Đá 13 1.2.2 Đặc điểm, tình hình điều tiết hồ chứa Rào Đá