Mô phỏng ngập lụt hạ lưu lưu vực sông cả

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Xuân Quỳnh MÔ PHỎNG NGẬP LỤT HẠ LƯU LƯU VỰC SÔNG CẢ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Xuân Quỳnh MÔ PHỎNG NGẬP LỤT HẠ LƯU LƯU VỰC SÔNG CẢ Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 60440224 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN NGỌC ANH Hà Nội – Năm 2015 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG viii LỜI CẢM ƠN ix MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết đề tài .1 Một số nghiên cứu trước .2 Mục tiêu đề tài .4 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn Chương - ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu 1.1.1 Vị trí địa lí 1.1.2 Địa hình .8 1.1.3 Lớp phủ thực vật 1.1.4 Khí hậu 1.1.5 Mạng lưới sông suối lưới trạm thủy văn 1.1.6 Một số trận lũ lớn điển hình xẩy thiệt hại lũ lụt địa bàn lưu vực sông Cả 11 1.2 Đặc điểm kinh tế xã hội .15 1.2.1 Dân cư lao động 15 iii 1.2.2 Một số ngành kinh tế .16 1.2.3 Cơ sở hạ tầng 17 Chương - CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA MƠ HÌNH MIKE FLOOD .20 2.1 Hệ phương trình 21 2.2 Phương pháp giải 29 Chương - MÔ PHỎNG NGẬP LỤT CHO HẠ LƯU LƯU VỰC SÔNG CẢ 31 3.1 Cơ sở liệu 31 3.2 Thiết lập mơ hình: 32 3.2.1 Mạng thủy lực 1D .32 3.2.2 Miền tính chiều 36 3.2.3 Mạng thủy lực kết nối 1-2 chiều .37 3.3 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình NAM 39 3.4 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình thủy lực kết nối 1-2 chiều .42 3.4.1 Hiệu chỉnh 43 3.4.2 Kiểm định 46 3.4.3 Nhận xét chung 48 Chương 4- XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT HẠ LƯU LƯU VỰC SÔNG CẢ 50 4.1 Giới thiệu chung 50 4.2 Bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Cả ứng với trận lũ cực đại năm 2010 51 4.3 Xây dựng đồ nguy ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Cả ứng với mực nước biển dâng theo kịch phát thải 52 4.3.1 Mực nước biển dâng ứng với kịch phát thải thấp 52 4.3.2 Mực nước biển dâng ứng với kịch phát thải trung bình .57 iv 4.3.3 Mực nước biển dâng ứng với kịch phát thải cao 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 v DANH MỤC HÌNH Hình Sơ đồ khu vực nghiên cứu Hình Thống kê thiệt hại người lưu vực sông Cả, giai đoạn 1990 – 2010 [6]15 Hình Thống kê thiệt hại kinh tế lưu vực sông Cả, giai đoạn 1990 – 2010 [6] 15 Hình Quy trình mơ ngập lụt .21 Hình Cấu trúc thẳng đứng mơ hình NAM 23 Hình Sơ đồ thủy lực hệ thống sơng Cả dùng tính tốn 33 Hình Mạng thủy lực chiều dùng tính tốn 34 Hình Phân chia tiểu lưu vực vùng nhập lưu hệ thống sông Cả 35 Hình Sơ đồ vùng tính chiều 37 Hình 10 Kết hiệu chỉnh mơ hình NAM cho trạm Sơn Diệm trận lũ 1978 .40 Hình 11 Kết hiệu chỉnh mơ hình NAM cho trạm Hịa Duyệt trận lũ 1978 40 Hình 12 Kết kiểm định mơ hình NAM cho trạm Sơn Diệm trận lũ 1979 40 Hình 13 Kết kiểm định mơ hình NAM cho trạm Hịa Duyệt trận lũ 1979 41 Hình 14 Kết hiệu chỉnh mơ hình cho mực nước trạm Nam Đàn 43 Hình 15 Kết hiệu chỉnh mơ hình cho mực nước trạm Chợ Tràng 43 Hình 16 Kết hiệu chỉnh mơ hình cho mực nước trạm Bến Thủy 43 Hình 17 Kết hiệu chỉnh mơ hình cho mực nước trạm Linh Cảm 43 Hình 18 Diện tích ngập tối đa khu vực hạ lưu sông Cả năm 1978 45 Hình 19 Kết kiểm định mơ hình cho mực nước trạm Nam Đàn 47 Hình 20 Kết kiểm định mơ hình cho mực nước trạm Chợ Tràng .47 Hình 21 Kết kiểm định mơ hình cho mực nước trạm Bến Thủy .47 vi Hình 22 Kết kiểm định mơ hình cho mực nước trạm Linh Cảm 47 Hình 23 Diện tích ngập tối đa khu vực hạ lưu sông Cả năm 1988 49 Hình 24 Bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sơng Cả năm 2010 53 Hình 25 Nguy ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Cả năm 2020 ứng với mực nước biển dâng theo kịch phát thải thấp 54 Hình 26 Nguy ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Cả năm 2050 ứng với mực nước biển dâng theo kịch phát thải thấp 55 Hình 27 Nguy ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Cả năm 2100 ứng với mực nước biển dâng theo kịch phát thải thấp 56 Hình 28 Nguy ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Cả năm 2050 ứng với mực nước biển dâng theo kịch phát thải trung bình 60 Hình 29 Nguy ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Cả năm 2100 ứng với mực nước biển dâng theo kịch phát thải trung bình 61 Hình 30 Nguy ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Cả năm 2050 ứng với mực nước biển dâng theo kịch phát thải cao .62 Hình 31 Nguy ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Cả năm 2100 ứng với mực nước biển dâng theo kịch phát thải cao .63 vii DANH MỤC BẢNG Bảng Mạng lưới tính tốn chiều 32 Bảng Các tiểu lưu vực vùng nhập lưu sông Cả 36 Bảng Biên tính tốn mơ hình 38 Bảng Lựa chọn kết nối mơ hình MIKE FLOOD 38 Bảng Chỉ tiêu Nash - Sutcliffe 39 Bảng Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình NAM cho tiểu lưu vực SL4, SL5 41 Bảng Bộ thơng số mơ hình NAM cho tiểu lưu vực đại diện sông Cả 41 Bảng Các tiểu lưu vực có điều kiện tương đồng với SL4, SL5 41 Bảng Đánh giá sai số theo tiêu Nash Sutcliffe (R2) mô trận lũ năm 1978 cho trạm lưu vực sông Cả 44 Bảng 10 Diện tích ngập lụt tối đa khu vực hạ lưu sông Cả trận lũ lịch sử năm 1978 44 Bảng 11 Đánh giá sai số theo tiêu Nash Sutcliffe (R2) mô trận lũ năm 1988 cho trạm lưu vực sông Cả 46 Bảng 12 Diện tích ngập lụt tối đa khu vực hạ lưu sơng Cả trận lũ năm 1988 47 Bảng 13 Ngập lụt khu vực hạ lưu sông Cả trận lũ năm 2010 .51 Bảng 14 Nguy ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Cả ứng với mực nước biển dâng theo kịch phát thải thấp 52 Bảng 15 Nguy ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Cả ứng với mực nước biển dâng theo kịch phát thải trung bình .57 Bảng 16 Nguy ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Cả ứng với mực nước biển dâng theo kịch phát thải cao 58 Bảng 17 Bảng tổng hợp diện ngập tối đa theo kịch nước biển dâng 59 viii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS Trần Ngọc Anh tận tình hướng dẫn em suốt trình viết luận văn tốt nghiệp Em chân thành cảm ơn q Thầy, Cơ khoa Khí tượng, Thủy văn Hải dương học, quý thầy cô tham gia buổi seminar có nhận xét, góp ý quý báu, sở cho em hoàn thiện luận văn Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Khoa Khí tượng, Thủy văn Hải dương học lần chắp cánh cho em sau bậc học cử nhân, góp phần đào tạo thêm thạc sỹ cho xã hội Đối với thân em, niềm may mắn vô bờ bến Em xin chân thành cảm ơn Phòng Sau đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, quý Thầy, Cô bảo, hướng dẫn chi tiết cho em thủ tục q trình đào tạo Tơi xin chân thành gửi tới bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, cung cấp số liệu cho tơi q trình thực luận văn Trân trọng cảm ơn tập thể anh, chị, em Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng Thủy văn biển, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu hết lịng giúp đỡ, động viên Trân trọng cảm ơn Giám đốc Trung tâm tạo điều kiện thuận lợi thời gian cho tơi suốt q trình học cao học làm luận văn Cuối cùng, xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới Gia đình, người ln bên động viên, khích lệ tơi suốt q trình thực hoàn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn ix MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Lũ lụt hiểm họa tiềm tàng từ dịng nước, có ngun nhân hình thành đặc tính tác hại khác Tuy nhiên, chúng có mối liên quan chặt chẽ Lũ, lụt thường kèm với nhau; Trong nhiều trường hợp, lũ nguyên nhân gây ngập lụt Thông qua mức độ phạm vi ngập lụt, sức tàn phá lũ tái tương đối rõ ràng Trong thập kỷ gần đây, trước diễn biến ngày khốc liệt khó lường lũ, tình hình ngập lụt trở nên khó kiểm sốt Điều gây khơng khó khăn cho cơng tác quản lý, phịng chống lũ, lụt Nhiều cơng trình nghiên cứu nhằm ứng phó với lũ, lụt giảm nhẹ tác hại chúng thực thi nhiều nơi, nơi chịu nhiều ảnh hưởng lũ, lụt vùng hạ lưu sông Hạ lưu lưu vực Sông Cả nơi tập trung đông dân cư sinh sống Với diện tích 787 km2, có tới 400 nghìn người định cư (năm 2013) [3, 4] Đây vùng đất thấp, thuộc đồng sông Cả, thường xuyên xảy ngập úng mưa to Các vùng ngập đồng này: (1) Vùng Nam Đàn - Hưng Nguyên - Nghi Lộc, diện tích canh tác khoảng 48.700 Nước vùng thoát qua Kênh Thấp từ Nam Đàn chảy theo hướng Đơng Nam, tới Mượu (Hưng Thái) tách làm nhánh: kênh Hoàng Cầm đổ Bến Thủy để tiêu sông Cả qua trạm bơm Bến Thủy, nhánh khác Kênh Gai lên phía Bắc đổ Cửa Lò (2) Vùng Diễn Châu - Yên Thành - Quỳnh Lưu: Vùng Diễn Châu có kênh tiêu Vách Bắc thu nước từ phía Bắc từ sơng Dinh, Dền, Qui Lãng, Lạc Thổ Bàn Dú tiêu qua kênh Diễn Hoa sông Bùng biển cống Diễn Thủy Diễn Thành Vùng Quỳnh Lưu, trũng hữu ngạn sơng Hồng Mai, có đê bảo vệ, thường bị úng đất thấp (3) Vùng Đức Thọ, Can Lộc thuộc tỉnh Hà Tĩnh vùng lòng chảo chạy dọc theo sơng Nghèn Phía Đơng đồng núi Hồng Lĩnh, cịn phía Tây núi ... Linh Cảm 47 Hình 23 Diện tích ngập tối đa khu vực hạ lưu sông Cả năm 1988 49 Hình 24 Bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Cả năm 2010 53 Hình 25 Nguy ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Cả năm... NGẬP LỤT HẠ LƯU LƯU VỰC SÔNG CẢ 50 4.1 Giới thiệu chung 50 4.2 Bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Cả ứng với trận lũ cực đại năm 2010 51 4.3 Xây dựng đồ nguy ngập lụt hạ lưu lưu vực. .. Sutcliffe (R2) mô trận lũ năm 1988 cho trạm lưu vực sông Cả 46 Bảng 12 Diện tích ngập lụt tối đa khu vực hạ lưu sông Cả trận lũ năm 1988 47 Bảng 13 Ngập lụt khu vực hạ lưu sông Cả trận lũ