Nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lụt hạ du hồ chứa nước đăk pokei (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - DƯƠNG NGỌC HÙNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT C C R UT.L HẠ DU HỒ CHỨA NƯỚC ĐĂK POKEI D Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình thủy Mã số: 8580202 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng – năm 2020 Luận văn hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Hướng Phản biện 1: TS Nguyễn Thanh Hải Phản biện 2: TS Kiều Xuân Tuyển C C R UT.L D Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình thủy họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 20 tháng 12 năm 2020 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu Truyền thông, Trường ĐHBK - Đại học Đà Nẵng - Thư viện Khoa Xây dựng Cơng trình thủy, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Các hồ đập chứa nước nhân tạo xây dựng khắp nơi giới với nhiều mục đích cấp nước, cấp điện, phịng lũ, phục vụ giao thơng thủy,… Ở nước ta, tính đến năm 2014, theo thống kê Ban quản lý Trung ương dự án thủy lợi, nước ta có khoảng 6648 hồ chứa thủy lợi Tuy nhiên, theo thời gian nhiều cơng trình xuống cấp, nhiều hồ chứa thủy lợi xây dựng nhiều năm, công nghệ xây dựng cũ với trình vận hành thời gian dài có nhiều hư hỏng, kinh phí đầu tư sửa chữa lại hạn hẹp, có khoảng 1150 đập xuống cấp nghiêm trọng, tiềm ẩn nguy rủi ro cao Thêm vào tác động bất lợi Biến đổi khí hậu nên gần liên tiếp xảy tượng vỡ đập, xả lũ khẩn cấp gây ngập lụt nặng hạ du Cơng trình Hồ chứa nước Đăk Pokei nằm địa phận huyện Kon Rẫy thành phố Kon Tum, tỉnh Kon Tum có nhiệm vụ đảm bảo cung cấp nước tưới ổn định cho 2.000ha đất sản xuất nông nghiệp, gồm 200ha lúa nước vụ 1.800 hoa màu công nghiệp xã Đăk Blà, thành phố Kon Tum xã Đăk Ruồng, xã Đăk Tờ Re, huyện Kon Rẫy nằm vùng hưởng lợi dự án, tạo nguồn nước sinh hoạt cho 35.000 nhân Xả lũ khẩn cấp vỡ đập tình xả lũ nhằm đảm bảo an tồn cho cơng trình xảy trường hợp mưa lũ lớn vượt tần suất thiết kế lưu vực hồ chứa hồ đầy nước (xả lũ vượt lũ thiết kế, xã lũ kiểm tra, xã lũ cực hạn - PMF); khơng có lũ có cố có khả gây vỡ đập Vùng hạ du hồ chứa vùng có nguy bị ngập chịu ảnh hưởng trực tiếp hồ chứa xả nước theo thiết kế xả lũ tình khẩn cấp Bản đồ ngập lụt loại đồ chuyên đề thể vùng ngập lụt hạ du thời điểm định Bản đồ ngập lụt thể vùng hạ du hồ chứa có nguy bị ngập, tương ứng với số kịch xả lũ từ hồ chứa Bản đồ ngập lụt lập theo hướng sử dụng công cụ mô phỏng, tính tốn mơ hình thủy văn, thủy lực C C R UT.L D Ngoài số dự án lớn liên quan đến việc cảnh báo lũ ngập lụt, Chính phủ cịn ban hành Nghị định số 114/2018/NĐ-CP ngày 04/9/2018 quản lý An toàn đập, hồ chứa nước Trong đó, yêu cầu Chủ đầu tư xây dựng đập, hồ chứa nước có trách nhiệm xây dựng đồ ngập lụt hạ du, lập phương án ứng phó với tình khẩn cấp, dự kiến tình an toàn đập, hồ chứa nước, vùng hạ du giải pháp ứng phó Là dự án nên cơng trình hồ chứa nước Đăk Pokei phải tuân thủ pháp luật, việc cảnh báo, dự báo lũ vùng ngập, độ sâu ngập giúp chủ động nhiều công tác phòng chống giảm nhẹ thiên tai vùng hạ du phía sau đập Xuất phát từ lý trên, tác giả kiến nghị lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu xây dựng đồ ngập lụt hạ du cơng trình hồ chứa nước Đăk Pokei” để nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng đồ ngập lụt thể phạm vi mức độ ngập vùng hạ du đập hồ xả nước theo quy trình, xả lũ tình khẩn cấp vỡ đập C C R UT.L Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Hồ chứa nước Đăk Pokei huyện Kon Rẫy thành phố Kon Tum, tỉnh Kon Tum D Phạm vi nghiên cứu: Ngập lụt hạ du đập hồ chứa nước Đăk Pokei hồ xả nước theo quy trình, xả lũ tình khẩn cấp vỡ đập Nội dung nghiên cứu - Thu thập phân tích số liệu liên quan đến cơng trình hồ chứa nước Đăk Pokei - Thu thập khảo sát tài liệu địa hình vùng hạ du đập hồ chứa nước Đăk Pokei - Thu thập phân tích tài liệu khí tượng thủy văn - Thiết lập mơ hình MIKE FLOOD cho hạ du đập hồ chứa Đăk Pokei - Xây dựng đồ ngập lụt - Viết báo cáo tổng hợp toàn kết thực đề tài Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích, thống kê, kế thừa có chọn lọc tài liệu có; - Phương pháp mơ hình: Sử dụng mơ hình MIKE FLOOD kết nối dịng chảy chiều, hai chiều; cơng cụ ArcGIS để biên tập xây dựng đồ ngập lụt; - Phương pháp điều tra, vấn, khảo sát thực địa tham vấn chuyên gia: để kiểm định, hiệu chỉnh kết tính tốn xác hóa đồ Ý nghĩa đề tài - Kết đề tài tài liệu tham khảo quan trọng việc cảnh báo, dự báo lũ vùng ngập, độ sâu ngập giúp chủ động nhiều cơng tác phịng chống giảm nhẹ thiên tai vùng hạ du phía sau đập hồ chứa nước Đăk Pokei Cấu trúc luận văn Luận văn bao gồm phần Mở đầu, Chương, phần Kết luận & Kiến nghị MỞ ĐẦU C C R UT.L CHƯƠNG 1: Tổng quan khu vực nghiên cứu D CHƯƠNG 2: Cơ sở xây dựng đồ ngập lụt hạ du hồ chứa CHƯƠNG 3: Thiết lập, hiệu chỉnh kiểm định mơ hình ngập lụt CHƯƠNG 4: Xây dựng đồ ngập lụt KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Tài liệu tham khảo CHƯƠNG TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH 1.1.1 Vị trí cơng trình Hồ chứa nước Đăk Pokei có vị trí đầu mối thuộc địa phận xã Đăk Ruồng huyện Kon Rẫy, thuộc địa phận xã Đăk Ruồng phía Đơng thành phố Kon Tum cách thành phố Kon Tum khoảng 25 km, cách khu hưởng lợi xã Đăk Blà khoảng 20km theo Quốc lộ 24 lưu thông Kon Tum - Quảng Ngãi 1.1.2 Nhiệm vụ cơng trình Đảm bảo cung cấp nước tưới ổn định cho 2.000ha đất sản xuất nơng nghiệp, gồm 200ha lúa nước vụ 1.800 hoa màu, công nghiệp xã Đắk Blà, thành phố Kon Tum xã Đắk Ruồng, xã Đắk Tờ Re, huyện Kon Rẫy nằm vùng hưởng lợi dự án C C R UT.L Ứng phó với biến đổi khí hậu, điều tiết giảm lũ nhẹ cho hạ du, chủ động nguồn nước để chống cháy bảo vệ rừng thuộc phạm vi lân cận vùng dự án D 1.1.3 Thơng số cơng trình Loại, cấp cơng trình: Cơng trình NN&PTNT, cấp II (QCVN 04-05:2012/BNNPTNT); - Tần suất đảm bảo tưới: P=85%; Tần suất đảm bảo cấp nước sinh hoạt: P=90%; - Tần suất lũ thiết kế: P=1,0%; - Tần suất lũ kiểm tra: P =0,2%; - Tần suất lũ dẫn dịng thi cơng: P=10%, chặn dịng P=5% 1.2 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.2.1 Đặc điểm lớp thổ nhưỡng Vùng thượng nguồn lưu vực có cấu tạo chủ yếu từ đá Granit, diệp thạch kết tinh cao, xuống phía nam lưu vực, độ cao giảm dần lớp thổ nhưỡng loại đất màu xám tro đỏ vàng, hình thành loại đất mầu mỡ 1.2.2 Đặc điểm thảm phủ thực vật Lớp phủ thực vật lưu vực suối đa dạng thành phần, phong phú số lượng thực vật Kiểu thực bì nhiệt đới ưa nóng xen kẽ với kiểu ưa lạnh Kiểu thực bì ưa lạnh xuất vùng núi cao (900÷1400m) phần phía Đơng lưu vực Khoảng 70-80% lãnh thổ rừng già 1.2.3 Hình thái địa hình Lớp phủ thực vật lưu vực suối đa dạng thành phần, phong phú số lượng thực vật Kiểu thực bì nhiệt đới ưa nóng xen kẽ với kiểu ưa lạnh Kiểu thực bì ưa lạnh xuất vùng núi cao (900÷1400m) phần phía Đơng lưu vực Khoảng 70-80% lãnh thổ rừng già Lưu vực trịn, mật độ sơng suối dày, thượng lưu gồm nhánh suối Đăk Năng Đăk PoTieng 1.2.4 Mức độ nghiên cứu khí tượng Hồ Đăk Pokei có diện tích lưu vực nhỏ, yếu tố khí tượng chưa tập trung nghiên cứu, số liệu tính tốn đặc trưng khí tượng khu vực cơng trình xác định chủ yếu theo số liệu trạm Kon Tum Khí hậu lưu vực mang đặc điểm khí hậu vùng Tây Trường Sơn, đặc điểm rõ chế độ nhiệt, mưa, ẩm nhiều yếu tố khác Lượng mưa yếu tố hình thành dịng chảy lưu vực, phân bố không không gian thời gian lưu vực Lượng mưa tăng dần phía thượng lưu, vùng giáp ranh Quảng Nam, Quảng Ngãi, lượng mưa lên tới 3000mm/năm (lượng mưa trạm Mang Đen thượng lưu 2630mm/năm), vùng xung quanh tuyến cơng trình lượng mưa khoảng xấp xỉ 2000mm/năm Việc tính tốn mưa TBNN lưu vực dự án gặp nhiều khó khăn phân bố mưa biến động nhiều số trạm mưa lưu vực ít, để tính toán lượng mưa TBNN cho lưu vực dự án, sử dụng phương pháp đồ đẳng trị mưa năm D C C R UT.L 1.3 ĐẶC ĐIỂM THỦY VĂN LƯU VỰC 1.3.1 Lưu vực sơng Đăk Bla Trên lưu vực sơng Đăk Bla có trạm thủy văn Kon Tum thành lập sớm trải qua nhiều thời kì khác nhau, chuỗi quan trắc bị gián đoạn Từ năm 1959 đến năm 1964 sử dụng tài liệu dòng chảy công bố báo cáo hãng Nippon Koei Từ năm 1965 - 1966 có số liệu mực nước bình quân ngày, sử dụng đường quan hệ Q = f(H) năm 1967 - 1968 để chỉnh biên khôi phục tài liệu lưu lượng cho hai năm 1965, 1966 (do CT-TVXDĐ1 chỉnh biên) Từ năm 1967 - 1970 lấy theo số liệu công bố niên san Ủy ban Quốc tế Mê Kông Từ tháng I-1971 đến tháng IV-1972 từ tháng VI1973 đến tháng XII năm 1974 lấy theo số liệu công bố thủy tính niên san Bộ Cơng Sài Gòn cũ Từ tháng V-1971 đến V1973 năm 1975, 1976 thời kỳ khơng có số liệu, bổ sung từ sông tương tự Từ năm 1977 đến sử dụng số liệu Tổng cục khí tượng thủy văn C C R UT.L Ngồi ra, phía thượng lưu có trạm quan trắc thủy văn trạm Kon Plong sông Đak Ne đặt vị trí xã Tân Lập, Huyện Kon Plong tỉnh Kon Tum có vị trí địa lý 14028’ vĩ độ Bắc, 108008’ Kinh độ Đông Trạm cách thị xã Kon Tum 30 km hướng Đông Bắc, gần đường quốc lộ 24 Kon Plong Trạm thủy văn Kon Plong trạm dùng riêng, thành lập theo yêu cầu Công ty Tư vấn xây dựng Điện I Trạm hoạt động có tính chất lâu dài nhằm phục vụ khảo sát thiết kế giai đoạn 2, đồng thời phục vụ cho tính tốn dự báo thi cơng vận hành hồ chứa nhà máy thủy điện Ialy D Lưu vực hồ Đăk Pokei suối nhỏ thượng lưu sơng Đăk Bla, lưu vực khơng có trạm đo KTTV, sát lưu vực có trạm thủy văn KomPlong đo đạc dịng chảy từ 1994 đến Tính tốn đặc trưng thủy văn cho lưu vực hồ Đăk Pokei sử dụng số liệu thủy văn có khu vực Kon Tum 1.4 ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.4.1 Dân cư dân số Theo Niên giám giám thống kê thành phố Kon Tum năm đến tháng 12/2017 thành phố Kon Tum có 10 phường 11 xã trực thuộc thành phố Dân số tồn thành phố tính đến tháng 12 năm 2016 164.794 nhân Huyện Kon Rẫy có xã 01 thị trấn thuộc huyện, dân số tồn huyện 22.400 nhân Riêng Đăk Ruồng có 3.681 nhân khẩu, xã Đăk Tờ Re có 4.735 nhân 1.4.2 Giao thơng Vùng dự án có tuyến đường quốc lộ 24 chạy qua phía tây nối trung tâm tỉnh lỵ Kon Tum với huyện Kon Rẫy, phía đơng nối với Quốc lộ 1A tỉnh Quảng Ngãi 1.4.3 Các cơng trình thủy lợi Trên địa bàn xã Đăk Ruồng xã Đăk Tờ Re thuộc huyện Kon Rẫy thuộc vùng dự án có 03 cơng trình thủy lợi: Thủy lợi Đăk Năng, Thủy lợi Đăk Gu, Thủy lợi Đăk Pơ Cơng Diện tích tưới thực tế 03 cơng trình 32ha lúa nước 02 vụ D C C R UT.L CHƯƠNG CƠ SỞ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT HẠ DU HỒ CHỨA 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN 2.1.1 Các mơ hình mưa - dịng chảy Mơ hình thơng số phân bố TOP mơ hình nhận thức mưa - dịng chảy Mơ hình hoạt động dựa mô tả gần thuỷ văn, thuỷ lực Để biểu diễn biến đổi trạng thái tính chất nội lưu vực con, mơ hình mơ hàm số sử dụng thơng số để xác định giá trị hàm số Mơ hình Ltank (Bể chứa tuyến tính): Từ nghiên cứu cấu trúc mơ hình tất định mưa-dịng chảy, với xem xét đặc điểm tự nhiên hình thành dịng chảy sơng ngịi Việt Nam, PGS.TS Nguyễn Văn Lai (ĐH Thuỷ lợi) Ronny Berndtsson (ĐH Lund-Thuỵ Điển) xây dựng mơ hình có cấu trúc dạng bể chứa tuyến tính (Linear tank-LTANK) C C R UT.L Mơ hình HEC-HMS: mơ hình mưa dịng chảy Trung tâm Thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ phát triển từ mơ hình HEC1, mơ hình có cải tiến đáng kể kỹ thuật tính tốn khoa học thuỷ văn thích hợp với lưu vực sơng vừa nhỏ Là dạng mơ hình tính tốn thủy văn dùng để tính dịng chảy từ số liệu đo mưa lưu vực Trong thành phần mơ tả lưu vực sơng gồm cơng trình thủy lợi, nhánh sơng D Mơ hình NAM: xây dựng 1982 khoa thủy văn viện kỹ thuật thủy động lực thủy lực thuộc đại học kỹ thuật đan Mạch Mơ hình dựa ngun tắc bể chứa theo chiều thẳng đứng hồ chứa tuyến tính Mơ hình tính q trình mưa - dịng chảy theo cách tính liên tục hàm lượng ẩm năm bể chứa riêng biệt tương tác lẫn 2.1.2 Mô hình thủy lực Mơ hình VRSAP: tiền thân mơ hình KRSAL cố PGS.TS Nguyễn Như Khuê xây dựng sử dụng rộng rãi nước ta vịng 25 năm trở lại Đây mơ hình tốn thuỷ văn-thuỷ lực dịng chảy chiều hệ thống sơng ngịi có nối với đồng ruộng khu chứa khác Dịng chảy đoạn sơng mơ tả hệ phương trình Saint-Venant đầy đủ 12 - Kết nối khô 2.3.4 Các bước xây dựng mơ hình thủy lực vùng nghiên cứu 2.3.4.1 Xây dựng mơ hình chiều MIKE 11 Xác định phạm vi mơ tính tốn; Xác định biên thủy lực: biên trình lưu lượng lấy từ số liệu đo đạc; biên trình mực nước; - Xác định điều kiện ban đầu độ nhám đoạn sông; - Xác định thời gian mơ bước thời gian tính tốn; Số hóa, thiết lập mạng lưới sơng vùng nghiên cứu; - Nhập mặt cắt địa hình cho sơng; - Chạy mô sơ module thủy lực MIKE 11 2.3.4.2 Xây dựng mơ hình thủy lực chiều Mike 21 Xử lý số liệu địa hình dạng XYZ từ bình đồ; C C R UT.L Xác định phạm vi mô chia lưới cho vùng nghiên cứu Lưới sử dụng tính tốn lưới phi cấu trúc dạng tam giác với kích thước lưới 24mx24m Vùng mơ vùng kín; Số hóa địa hình vùng nghiên cứu từ bình đồ lưu vực nghiên cứu theo định dạng file mơ hình Mike 21; Xác định thời gian mô bước thời gian tính tốn Bước thời gian tính tốn mơ hình chiều chiều phải 2.3.4.3 Xây dựng mơ hình thủy lực Mike Flood Đây cơng đoạn cuối việc xây dựng mơ hình thủy lực tràn bãi Tuy nhiên, việc kết nối hai mơ hình thủy lực chiều chiều với không thật đơn giản Các bước xây dựng sau: D Kết nối mơ hình thủy lực chiều chiều vào mơ hình Mike Flood; Xác định kiểu liên kết mô hình chiều chiều; Chạy mơ hình, cho kết Thời gian chạy 01 kịch mô 10 phút; 13 Sử dụng công cụ GIS để xây dựng đồ ngập lụt cho vùng hạ du hồ Đăk Pokei 2.3.5 Giới thiệu quy trình xây dựng đồ ngập lụt kết hợp công cụ GIS Các q trình mơ mơ hình thủy văn thủy lực cho tranh diện ngập, trường vận tốc, độ sâu ngập dạng hình ảnh, số liệu Với số liệu thô xây dựng đồ giấy thể lại trận ngập lụt xảy mà chưa thể có dạng thơng tin hữu ích cần thiết Ngày với phát triển không ngừng công nghệ thông tin hệ thông tin địa lý số liệu, liệu lại phần thiếu, sở liệu để cơng cụ GIS tiến hành tính tốn, phân tích chiết xuất dạng liệu cần thiết để xây dựng đồ ngập lụt Rất nhiều phần mềm GIS ứng dụng ngành KTTV, đặc biệt hữu ích lĩnh vực quản lý lưu vực xây dựng đồ ngập lụt Dưới quy trình chung tiến hành thành lập đồ ngập lụt phương pháp GIS: - Các liệu lưu vực sông nghiên cứu thu thập, số hoá từ phần mềm khác MicroStation, Mapinfow, ArcinforArcGIS, sau quản lý thống lưu lại dạng định dạng shape file ArcViewGIS - Chuẩn bị, phân tích đánh giá thơng số cho mơ hình, vấn đề chuẩn bị liệu thông số đầu vào cho mơ hình vấn đề lớn nhất, đòi hỏi tốn nhiều thời gian phức tạp C C R UT.L D 2.4 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN VẾT VỠ Trong mô ngập lụt hạ du hồ chứa vỡ đập vấn đề phân tích lựa chọn vết vỡ quan trọng Trong chương phân tích lựa chọn kịch tình vỡ đập theo định số 3587/QĐ-BNN-TCTL ngày 4/9/2015 việc công bố tiêu chuẩn kỹ thuật TCKT 03:2015/TCTL Cơng trình thủy lợi – Hướng dẫn xây dựng đồ ngập lụt hạ du hồ chứa nước tình xả lũ khẩn cấp vỡ đập quy định hướng dẫn xác định thông số vết vỡ theo loại đập khác 2.4.1 Mục đích tính tốn 14 Việt Nam gần xảy tượng vỡ đập, vỡ đê mưa lớn kéo dài kết hợp với lũ từ thượng nguồn đổ làm mực nước hồ, nước sông dâng cao mức an toàn nên gây tượng vỡ đập Nghiên cứu vỡ đập mô ngập lụt hạ du hồ chứa tượng vỡ đập gây có ý nghĩa lớn việc chuẩn bị kế hoạch ứng phó với thiên tai vỡ đập gây 2.4.2 Cơ chế vỡ đập Vỡ đập bê tơng thường tính tốn vỡ kết cấu, vậy, có nhiều chế vỡ khác phụ thuộc vào dạng đập Đối với đập Đăk Pokei, tính tốn chế vỡ đập thuộc dạng đập bê tơng trọng lực Đối với loại đập này, kích thước vết vỡ thường tính theo chiều rộng trung bình vết vỡ lấy tổng chiều rộng khối bê tông mái vết vỡ thẳng đứng Thời gian vỡ thường từ 0,1 đến 0,5 C C R UT.L D Bảng 2-1: Các thông số vết vỡ đập bê tông Loại đập Đập bê tông trọng lực Chiều rộng vết vỡ Chiều rộng nhiều khối đập bị vỡ Độ dốc mái vết vỡ Thời gian vỡ (giờ) Thẳng đứng (0:1) (m=0) Từ 0,1 đến 0,5 2.4.3 Các phương pháp, cơng cụ tính tốn 2.4.3.1 Phương pháp so sánh Đây phương pháp đơn giản tính tốn vỡ đập Phương pháp so sánh đập nghiên cứu với sở liệu đập bị vỡ khứ 15 2.4.3.2 Phương pháp kinh nghiệm Phương pháp kinh nghiệm dùng để xác định thời gian vỡ dạng vết vỡ để xác định lưu lượng lớn vỡ đập Phương pháp phân tích số liệu thống kê thu từ trường hợp vỡ đập 2.4.3.3 Phương pháp dựa chất vật lý Phương pháp dựa chất vật lý phương pháp xác định phát triển vết vỡ sử dụng mơ hình xói mịn dựa ngun lý thủy lực vận chuyển bùn cát học đất 2.4.3.4 Phương pháp mơ hình thủy văn Phương pháp mơ hình thủy văn sử dụng để tính tốn đường q trình lưu lượng sóng vỡ đập Phương pháp áp dụng phương trình liên tục quan hệ giải tích thực nghiệm lượng nước bên đoạn dòng chảy lưu lượng mặt cắt cuối Mơ hình thủy văn tính tốn đường q trình lưu lượng sóng vỡ đập tới vị trí cần tính, khơng tính mực nước vận tốc C C R UT.L 2.4.3.5 Phương pháp mơ hình thủy lực Các mơ hình thủy lực (bộ cơng cụ) có khả mơ dòng chảy với điều kiện phức tạp chế độ thủy lực đặc trưng lòng dẫn Số liệu u cầu tốn tính toán thủy lực bao gồm: số liệu biên lưu lượng/ mực nước, địa hình lịng dẫn, hệ số nhám điều kiện bên hệ thống, … D Cao trình mực nước vỡ đập (m) Vết vỡ ban đầu Z đầu (m) B đầu (m) 682,57 682,57 Giới hạn vết vỡ B Z cuối cuối (m) (m) 657,0 100 Mái trượt Thời gian vỡ (giờ) Hình thức vỡ 0.5 Tràn đỉnh Bảng 2-2: Các thông số vỡ đập kiểu tràn đỉnh TT TÌNH HUỐNG TẦN SUẤT LŨ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC TRẠNG THÁI ĐẬP KÝ HIỆU 16 Xả lũ thiết kế 1% Hồ MNDBT, Không vỡ xả lũ thiết kế đập tần suất 1% KB1 Xả lũ kiểm tra 0.2% Hồ MNDBT, Không vỡ xả lũ kiểm tra đập tần suất 1% KB2 Vỡ đập ngày mưa, lũ thiết kế 1% Hồ MNLTK, vỡ tràn đỉnh Tràn đỉnh đập cố KB3 Bảng 2-3: Kịch tính tốn xây dựng đồ ngập lụt hạ du hồ chứa nước D C C R UT.L 17 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP, HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH NGẬP LỤT 3.1 PHẠM VI MƠ PHỎNG Phạm vi mơ Bản đồ ngập lụt bao gồm: - Đoạn sông nằm hạ du hồ chứa nước Đăk Pokei, có khoảng cách từ đập Đặ Pokei theo sơng Đăk PoNe đến đoạn nhập lưu với sông Đăk Bla với chiều dài khoảng 5,7km; - Đoạn sông Khu nghỉ dưỡng EPIC (xã Kon Keng) theo sông Đăk Bla chảy hạ lưu đến vị trí cầu qua sông Kon Nu với chiều dài sông mô 14,9km C C R UT.L D Hình 3-1: Phạm vi mơ đồ 3.2 THIẾT LẬP MƠ HÌNH THỦY LỰC 1D 3.2.1 Mạng lưới sơng tính tốn Mạng lưới sơng mơ dịng chảy sơng mơ hình thủy lực 1D MIKE 11 thể hình sau: Hình 3-2: Mạng lưới sơng Đăk PoNe sơng Đăk Bla mơ mơ hình Mike 11 18 3.2.2 Điều kiện biên mơ hình Mơ hình thủy lực mạng lưới sơng thiết lập có biên sau: Biên thủy lực bao gồm biên (biên lưu lượng Q~t) biên (biên Z~t); Biên nhám; 3.2.3 Mặt cắt sông Mặt cắt công đưa vào mơ hình dạng sở liệu mặt cắt Trên mặt cắt đánh dấu điểm đê phía bờ phải, bờ trái điểm sâu (Hình 1) Trong đó, địa hình sơng lấy từ kết khảo sát Bình đồ khu vực Dự án (Báo cáo Thiết kế kỹ thuật); Bản đồ số địa hình DEM 30x30m C C R UT.L D Hình 3-3: Mặt cắt đại diện mơ 1D 3.2.4 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình Các kết điều tra mực nước vết lũ hạ du hồ chứa nước Đăk Pokei nhiều hạn chế, độ xác khơng cao Do vậy, việc hiệu chỉnh kiểm định mơ hình thủy lực chiều khó khăn khơng phù hợp 3.2.5 Kết tính tốn Xác định vị trí trích xuất kết tính tốn giá trị mực nước hạ lưu: để xác định ảnh hưởng lũ vùng hạ du cơng trình, tiến hành khảo sát, điều tra tổng cộng vị trí (3 vị trí hạ du hồ Đăk Pokei), tọa độ vị trí trích xuất kết sau: 19 Hệ tọa độ VN 2000 TT Lý trình (km) Ghi X (m) Y (m) 840230,296 1599937,234 Cách trường mầm non Km 3+525 Đaknen khoảng 150m phía hạ du 840038,753 1599557,392 Km 3+996 840393,684 1598753,282 Cách đoạn nhập lưu Km 5+261 với sông Đăk Bla khoảng 350 Bảng 3.5 Tọa độ vị trí trích xuất kết ngập lụt hạ 3.3 THIẾT LẬP MƠ HÌNH THỦY LỰC 2D (MIKE 21 FM & MIKE FLOOD) 3.3.1 Tài liệu địa hình vùng dự án C C R UT.L - Bản đồ số độ cao DEM 30x30m; D Bình đồ địa hình cụm cơng trình đầu mối thu thập từ Hồ sơ TKKT cơng trình hồ chứa nước Đăk Pokei cơng ty HEC3 thực hiện; Ngoài ra, khu vực nghiên cứu chưa cập nhật sở liệu đồ Do vậy, tác giả tiến hành số hóa chi tiết hệ thống đường sá, vị trí cơng trình, cụm cơng trình, sơ đồ khai thác vận hành nhà máy dựa liệu Bình đồ dự án cung cấp nguồn từ Google Earth, Openstreets Map; Số liệu điều tra, khảo sát bổ sung địa hình tuyến đập, đường giao thơng khu vực nghiên cứu; Số liệu cơng trình cầu, cống, tràn thu thập khảo sát 3.3.2 Xây dựng lưới tính tốn Sử dụng Module MESH GENERATOR mơ hình MIKE để tạo lập miền lưới tính tốn bao gồm chỉnh sửa hiển thị chi tiết mô hình lưới số 20 Kết xây dựng miền lưới tính tốn sử dụng Module MESH GENERTOR cho lưu vực hồ Đăk Pokei thể hình sau: C C R UT.L Hình 3-4: Miền lưới tính tốn mơ hình ngập lụt hồ chứa Đăk Pokei 3.3.3 Điều kiện biên mơ hình D Điều kiện biên định nghĩa vùng ngập lũ biên kín tức khơng có dịng chảy nhập lưu liên kết trực tiếp với địa hình ngập lũ Tồn điều kiện biên mơ hình thiết lập thơng qua mơ hình MIKE 11 Mơ hình MIKE 21 trao đổi nước với mơ hình MIKE 11 thơng qua liên kết bên (Lateral Links) dọc theo trục sông kết nối chuẩn (Standard Links) với địa hình điểm nút đầu cuối sông 3.3.4 Thiết lập mô hình mike flood kết nối mơ hình chiều chiều Mơ hình MIKE 21 mơ hình MIKE 11 kết nối với thông qua dạng kết nối bên (Lateral Links) Kết nối bên thực tất trục sông vùng ngập lũ Vị trí kết nối bên xác định thơng qua phạm vi dịng chảy thường xun trì sông Liên kết bên thiết lập cho hai bên bờ trái bờ phải sông 21 Hình 3.5 Kết kết nối mơ hình MIKE 11 MIKE 21 3.3.5 Hiệu chỉnh & kiểm định mô hình Các kết điều tra mực nước vết lũ hạ du hồ chứa nước Đăk Pokei nhiều hạn chế việc hiệu chỉnh kiểm định mơ hình cịn hạn chế Phía thượng lưu có trạm quan trắc thủy văn trạm Kon Plong sơng Đak Ne đặt vị trí xã Tân Lập, Huyện Kon Plong tỉnh Kon Tum có vị trí địa lý 14028’ vĩ độ Bắc, 108008’ Kinh độ Đông Trạm cách thị xã Kon Tum 30 km hướng Đông Bắc, gần đường quốc lộ 24 Kon Plong Trạm thủy văn Kon Plong trạm dùng riêng, thành lập theo yêu cầu Công ty Tư vấn xây dựng Điện I C C R UT.L D Bảng 3-8: Lưu lượng đỉnh lũ tham khảo số trạm thủy văn vùng Trạm Sông Flv (km2) Kon Tum Đăk Bla 2968 Kon Plong Đăk Bla Hmax (cm) Qmax (m3/s) Mlũ (m3/s,km2) Thời gian x.hiện lũ 52416 5910 1,98 29/IX/2009 52302 3620 1,21 3/XI/1996 59721 4350 4,51 29/IX/2009 59613 1653 1,71 3/XI/1996 943 Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình ngập lụt hạ du hồ chứa nước Đăk Pokei theo trận lũ tháng 9/2009 thể sau: 22 Với trận lũ tháng 9/2009, tiến hành mô phỏng, đánh giá mơ hình ngập lụt cho giá trị đỉnh lũ Qmax mô 4391 m3/s xấp xỉ với số liệu quan trắc đỉnh lũ trạm Kon Plong sơng Đăk Bla (4350 m3/s) cao trình mực nước lũ tương tự (Hmax mô = 597.02m Hmax quan trắc = 597.21m) Như vậy, kết luận rằng, với trận lũ tháng 9/2009, tham số mơ hình ngập lụt đảm bảo độ xác tin cậy điều kiện hạn chế số liệu thu thập Kiến nghị sử dụng thông số mơ hình để mơ phỏng, đánh giá dự báo cho kịch xả lũ vỡ đập khẩn cấp hồ chứa nước Đăk Pokei, tỉnh Kon Tum C C R UT.L D Hình 3-6 Các Kết độ sâu ngập lớn CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 4.1 CƠ SỞ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT Về bản, đồ ngập lụt phải thể được: - Độ sâu ngập lớn số vị trí ứng với tần suất tính tốn; - Thời điểm lũ bắt đầu ảnh hưởng lên tính mạng cải vật chất; - Thời gian ảnh hưởng lũ Bản đồ ngập lụt xây dựng sở sau: - Dữ liệu địa hình địa chất khu vực tiềm ẩn nguy chịu ảnh hưởng lũ bao gồm toàn phạm vi nghiên cứu; 23 - Các giá trị tính toán thủy lực, thủy văn đề cập từ chuyên đề trước Dựa kết tính tốn thủy văn, thủy lực lưu vực sơng Đăk PoNe sông Đặ Bla tương ứng với kịch tính tốn, trích xuất thơng tin u cầu diện ngập, vị trí ngập, độ sâu ngập, vận tốc dịng chảy, … từ mơ hình MIKE số hóa theo dạng File phần mềm đồ ArcGIS thơng qua cơng cụ nội suy điểm Kriging, sau tiếp tục chồng lớp lên đồ 1:10.000 theo hệ tọa độ VN 2000 múi chiếu độ Tổ chức liệu đồ GIS: thông tin lưu thành lớp riêng lẻ hệ tọa độ Hệ thống lưu lớp chuyên đề sử dụng linh hoạt cho nhu cầu sử dụng khác Cấu trúc CSDL đồ ngạp lũ bao gồm trường thông tin sau: - Lớp thơng tin địa giới hành chính; - Lớp thơng tin hệ thống thủy văn; - Lớp thông tin hệ thống giao thông; 4.2 XÂY DỰNG CÁC LỚP DỮ LIỆU 4.2.1 Dữ liệu đồ Bản đồ phần liệu đồ ngập lụt, bao gồm lớp liệu địa hình, địa mạo, lớp liệu bình đồ, lớp liệu sông suối, lớp liệu dân cư, sở hạ tầng, … 4.2.2 Dữ liệu ngập lụt Lớp liệu ngập lụt trích xuất từ kết mơ hình ngập lụt MIKE FLOOD dạng *.asc File, sau đưa vào ArcGIS thơng qua Arc Toolbox trích xuất liệu dạng Polygon vùng ngập C C R UT.L D 4.3 BIÊN TẬP VÀ TRÍCH XUẤT BẢN ĐỒ NGẬP LỤT Biên tập đồ bước cuối xây dựng đồ ngập lụt hạ du hồ Alin đập Alin B1 Trong nội dung này, việc biên tập, hiệu chỉnh chỉnh sửa phải theo quy chuẩn bảng màu, kí hiệu dạng đường, vùng, … lớp liệu, cụ thể: + Lớp thực vật (Polygon, line, point, text); + Lớp thủy hệ (Polygon, line, point, text); 24 + Lớp bình đồ (Line); + Lớp giao thơng (line, text); + Lớp dân cư, sở hạ tầng (polygon, point, text) + Lớp ranh giới tỉnh, huyện, xã (polygon, line, text) 4.4 SẢN PHẨM BẢN ĐỒ NGẬP LỤT Bản đồ tỷ lệ 1/10.000 dử dụng để mô tả mức độ lũ lụt hạ lưu đập ứng với kịch phân tích Những đồ với bảng liệu lũ thể đồ cung cấp thông tin cần thiết cho người chịu trách nhiệm thực kế hoạch sơ tán Khi xây dựng đồ, vị trí hộ dân bị ngập lụt xác định để nhóm cứu trợ khẩn cấp xác định nhanh chóng vị trí hộ dân nhằm hỗ trợ giải cứu kịp thời tình khẩn cấp C C R UT.L D Hình 4.1 Bản đồ ngập lụt hạ du hồ chứa nước Đăk Pokei theo kịch lũ P=1,0% 25 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Qua công tác khảo sát thực tế kết hợp với việc thu thập tài liệu, phân tích tính tốn mơ hình ngập lụt hạ du hồ chứa nước Đăk Pokei, đề tài đạt số nội dung sau: - Tổng hợp, phân tích đồng liệu đặc điểm tự nhiên, dân sinh kinh tế - xã hội, điều kiện khí tượng, thủy văn vùng hạ du hồ chứa; rà soát, chọn lọc nội dung hồ sơ thiết kế kỹ thuật hồ chứa nhằm phục vụ công tác xây dựng đồ ngập lụt; - Xây dựng mơ hình thủy lực chiều, chiều sơng, vùng ngập lụt hạ du hồ chứa sử dụng mơ hình Mike (Đan Mạch); kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình tháng 9/2009 cho thấy tự phù hợp độ tin cậy mơ hình tốn chấp nhận được; C C R UT.L D - Đề tài mơ kịch tính tốn ngập lụt tương ứng với tần suất xả lũ khẩn cấp (thiết kế kiểm tra), đồng thời tính tốn 01 kịch bất lợi hồ chứa gặp cố vỡ đập Các kịch tính tốn tác giả nhận định, phân tích, tổng hợp thành bảng biểu, biểu đồ, đồ phạm vi vùng ngập lụt, mức ngập lụt vị trí thời gian truyền lũ; - Xây dựng biên tập đồ ngập lụt tương ứng với kịch xả lũ khẩn cấp vỡ đập hồ chứa Đăk Pokei với kích thước khổ A0 tỷ lệ 10.000 nhằm phục vụ công tác xây dựng phương án ứng phó hạ du đập II KIẾN NGHỊ Để hồn thiện số vấn đề hạn chế, thời gian tới, tác giả kiến nghị cần tiến hành thực số công việc sau: 26 - Tiến hành thu thập, khảo sát bổ sung số liệu thực tế kết điều tra vết lũ kết đo đạc thực tế (dòng chảy, mực nước) trạm thủy văn Kon Plong, đoạn nhập lưu sông Đăk PoNe sông Đăk Bla nhằm phục vụ cho việc Hiệu chỉnh kiểm định mô hình chiều, chiều; - Tiến hành khảo sát bổ sung mặt cắt ngang sông Đăk PoNe thu thập thêm liệu địa hình khu vực sơng Đăk Bla Từ đó, bổ sung hồn thiện mạng lưới tính tốn mơ hình chiều chiều phù hợp với trạng thực tế cơng trình; - Cần tiến hành nghiên cứu, tính tốn kỹ chế vỡ đập đập bê tông So sánh mức độ nguy hiểm, phạm vi ảnh hưởng chế vỡ đập tràn đỉnh chế vỡ đập xói ngầm Đề xuất giải pháp ứng phó phù hợp; C C R UT.L Ngoài ra, cần đánh giá tác động biến đổi khí hậu (sự thay đổi nhiệt độ, bốc hơi, lượng mưa, …) đến việc mơ phỏng, tính tốn ngập lụt vùng hạ du hồ chứa mà tác giả nghiên cứu D ... vùng hạ du phía sau đập Xuất phát từ lý trên, tác giả kiến nghị lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu xây dựng đồ ngập lụt hạ du cơng trình hồ chứa nước Đăk Pokei? ?? để nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng. .. tiếp hồ chứa xả nước theo thiết kế xả lũ tình khẩn cấp Bản đồ ngập lụt loại đồ chuyên đề thể vùng ngập lụt hạ du thời điểm định Bản đồ ngập lụt thể vùng hạ du hồ chứa có nguy bị ngập, tương ứng... dựng đồ ngập lụt thể phạm vi mức độ ngập vùng hạ du đập hồ xả nước theo quy trình, xả lũ tình khẩn cấp vỡ đập C C R UT.L Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Hồ chứa nước Đăk Pokei