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

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  DƯƠNG NGỌC HÙNG C C R L T NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT DU HẠ DU HỒ CHỨA NƯỚC ĐĂK POKEI LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng - Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  DƯƠNG NGỌC HÙNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT C C HẠ DU HỒ CHỨA NƯỚC ĐĂK POKEI R L T DU Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã ngành: 8580202 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN HƯỚNG Đà Nẵng – Năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết tính tốn đưa luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Dương Ngọc Hùng C C DU R L T LỜI CẢM ƠN Qua trình nỗ lực phấn đấu học tập nghiên cứu thân với giúp đỡ tận tình thầy cô giáo Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng bạn bè đồng nghiệp, luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu xây dựng đồ ngập lụt hạ du hồ chứa nước Đăk Pokei” tác giả hồn thành Để có thành này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGSTS Nguyễn Văn Hướng tận tình hướng dẫn, bảo cung cấp thông tin khoa học cần thiết trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Xây dựng Thủy lợi - Thủy điện trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng giảng dạy tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt trình nghiên cứu học tập trường Mặc dù cố gắng hạn chế thời gian, kiến thức khoa học kinh nghiệm thực tế thân tác giả nên luận văn tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi chân thành, giúp tác giả hoàn thiện đề tài luận văn Xin trân trọng cảm ơn! R L T C C DU MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI BỐ CỤC VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH 1.1.1 Vị trí cơng trình 1.1.2 Nhiệm vụ cơng trình 1.1.3 Thơng số cơng trình 1.2 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.2.1 Đặc điểm lớp thổ nhưỡng .8 1.2.2 Đặc điểm thảm phủ thực vật 1.2.3 Hình thái địa hình .8 1.2.3.1 Đặc điểm địa hình 1.2.3.2 Đặc trưng lưu vực 1.2.4 Mức độ nghiên cứu khí tượng .9 1.2.4.1 Lưu vực sông Sê San 1.2.4.2 Lưu vực hồ Đăk Pokei 11 1.2.4.3 Các đặc trưng khí tượng vùng dự án 11 1.3 ĐẶC ĐIỂM THỦY VĂN LƯU VỰC 18 1.3.1 Lưu vực sông Đăk Bla 18 1.3.2 Lưu vực hồ Đăk Pokei 20 1.3.2.1 Phân phối dòng chảy năm 20 1.3.2.2 Dòng chảy lũ .20 1.3.2.3 Dòng chảy tối thiểu 23 1.3.2.4 Đặc trưng bùn cát 23 1.4 ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 24 1.4.1 Dân cư dân số 24 1.4.1.1 Thành phố Kon Tum 24 1.4.1.2 Huyện Kon Rẫy 24 1.4.2 Giao thông 24 1.4.3 Các cơng trình thủy lợi 24 1.4.4 Cơng trình cấp nước sinh hoạt .25 C C DU R L T 1.4.5 Về điện sinh hoạt 25 CHƯƠNG 2: 26 CƠ SỞ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT HẠ DU HỒ CHỨA .26 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN 26 2.1.1 Các mô hình mưa - dịng chảy 26 2.1.2 Mơ hình thủy lực 27 2.2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MƠ HÌNH TỐN 28 2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC MƠ HÌNH TỐN 31 2.3.1 Cơ sở lý thuyết Mike 11 31 2.3.2 Cơ sở lý thuyết mơ hình Mike 21 34 2.3.2.1 Cấu trúc mơ hình 34 2.3.2.2 Các phương trình Mike 21 HD 35 2.3.2.3 Khả ứng dụng mơ hình 36 2.3.3 Mơ hình Mike Flood 37 2.3.4 Các bước xây dựng mơ hình thủy lực vùng nghiên cứu .39 2.3.4.1 Xây dựng mơ hình chiều MIKE 11 39 2.3.4.2 Xây dựng mơ hình thủy lực chiều Mike 21 .40 2.3.4.3 Xây dựng mơ hình thủy lực Mike Flood 40 2.3.5 Giới thiệu quy trình xây dựng đồ ngập lụt kết hợp công cụ GIS 40 2.3.5.1 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý (GIS) 40 2.3.5.2 Các phương pháp GIS xây dựng đồ ngập lụt 41 2.4 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN VẾT VỠ 42 2.4.1 Mục đích tính tốn .42 2.4.2 Cơ chế vỡ đập 44 2.4.3 Các phương pháp, cơng cụ tính toán 45 2.4.3.1 Phương pháp so sánh 45 2.4.3.2 Phương pháp kinh nghiệm 45 2.4.3.3 Phương pháp dựa chất vật lý 45 2.4.3.4 Phương pháp mơ hình thủy văn 46 2.4.3.5 Phương pháp mơ hình thủy lực 46 2.4.4 Chọn cấp độ phân tích tính tốn vỡ đập phương pháp tính tốn vỡ đập 46 2.5 Các kịch tính tốn 47 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP, HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH NGẬP LỤT .48 3.1 PHẠM VI MÔ PHỎNG .48 3.2 THIẾT LẬP MÔ HÌNH THỦY LỰC 1D 49 3.2.1 Mạng lưới sơng tính tốn 49 3.2.2 Điều kiện biên mơ hình .49 3.2.3 Mặt cắt sông 50 3.2.4 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình .51 C C DU R L T 3.2.5 Kịch tính tốn .52 3.2.6 Kết tính tốn 52 3.3 THIẾT LẬP MƠ HÌNH THỦY LỰC 2D (MIKE 21 FM & MIKE FLOOD) 54 3.3.1 Tài liệu địa hình vùng dự án 54 3.3.2 Xây dựng lưới tính tốn .55 3.3.3 Điều kiện biên mơ hình .56 3.3.4 Thiết lập mơ hình mike flood kết nối mơ hình chiều chiều 56 3.3.5 Hiệu chỉnh & kiểm định mơ hình 58 3.3.6 Kết tính tốn 59 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 61 4.1 CƠ SỞ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT .61 4.2 XÂY DỰNG CÁC LỚP DỮ LIỆU 62 4.2.1 Dữ liệu đồ 62 4.2.2 Dữ liệu ngập lụt 63 4.3 BIÊN TẬP VÀ TRÍCH XUẤT BẢN ĐỒ NGẬP LỤT .63 4.4 SẢN PHẨM BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 64 4.4.1 Kich 1: Hồ Đăk Pokei xả lũ thiết kế P=1,0% .65 4.4.2 Kich 2: Hồ Đăk Pokei xả lũ kiểm tra P=0,2% 67 4.4.3 Kich 3: Hồ Đăk Pokei vỡ đập tràn đỉnh với lũ thiết kế P=1,0% .68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .71 I KẾT LUẬN 71 II KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO .72 C C DU R L T NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT HẠ DU HỒ CHỨA NƯỚC ĐĂK POKEI Học viên: Dương Ngọc Hùng Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 8580202 Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng Khóa: 37 Tóm tắt: Cơng trình Hồ chứa nước Đăk Pokei nằm địa phận huyện Kon Rẫy thành phố Kon Tum, tỉnh Kon Tum, công trình có nhiệm vụ đảm bảo cung cấp nước tưới ổn định cho 2.000ha đất sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, tạo nguồn nước sinh hoạt cho 35.000 nhân Nghị định số 114/2018/NĐ-CP ngày 04/9/2018 quản lý An tồn đập, hồ chứa nước Chính phủ u cầu Chủ đầu tư hồ đập có trách nhiệm xây dựng đồ ngập lụt hạ du, lập phương án ứng phó với tình khẩn cấp, dự kiến tình an tồn đập, cơng trình hồ chứa nước, vùng hạ du đề xuất giải pháp ứng phó Với mục đích đánh giá rủi ro tiềm ẩn, nghiên cứu thực cách mô kịch xả lũ khẩn cấp tượng vỡ đập, hồ chứa Mơ hình hóa dựa mơ hình MIKE ArcGis hy vọng cung cấp điều hữu ích cho quyền địa phương để giảm thiểu tác động bất ngờ từ cơng trình hồ chứa nước Đăk Pokei C C R L T DU Từ khóa: Hồ chứa nước, an toàn tập, đồ ngập lụt, phương án ứng phó, mơ hình hóa RESEARCH AND CREATE FLOOD INUNDATION MAPPING FOR DOWNSTREAM AREA OF DAK POKEI RESERVOIR Abstract: The Dak Pokei Reservoir is located in Kon Ray district and Kon Tum city, Kon Tum province, the work is responsible for ensuring a stable supply of irrigation water for 2,000 of agricultural land and industry, creating domestic water source for over 35,000 people Decree No 114/2018 / ND-CP of September 4, 2018, on safety management of dams and reservoirs of the Government, requires that the investors of dams and lakes are responsible for developing downstream flood maps, emergency response plans, expected situations of unsafe dams, reservoirs, downstream areas and propose coping solutions For the purpose of assessing potential risks, the study was conducted by simulating the various assumptions of the earth dam problem as well as the dam failure phenomena Modeling based on MIKE and ArcGis models is expected to provide useful basics for local authorities to minimize unexpected impacts from the Dak Pokei reservoir project Key words: Water reservoir, safe dam, flood map, response plan and modeling DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Bảng tổng hợp thơng số cơng trình hồ chứa nước Đăk Pokei Bảng 1-2: Tổng hợp đặc trưng lưu vực tuyến cơng trình Bảng 1-3: Mức độ nghiên cứu khí tượng lưu vực sông Sê San .10 Bảng 1.4: Nhiệt độ khơng khí Trạm Kon Tum 11 Bảng 1.5: Lượng mưa trung bình nhiều năm trạm liên quan 12 Bảng 1.6: Số ngày mưa trung bình tháng, năm (Đơn vị: ngày) 12 Bảng 1.7: Lượng mưa ngày lớn trạm liên quan 12 Bảng 1.8: Lượng mưa tháng, năm lưu vực hồ Đăk Po Kei (mm) 14 Bảng 1.9: Kết tính tốn lượng mưa gây lũ lưu vực 15 Bảng 1.10: Số nắng trung bình tháng, năm trạm PleiKu (giờ) 15 Bảng 1.11: Tốc độ gió theo tần suất thiết kế - Đơn vị (m/s) 16 Bảng 1.12 Tốc độ gió trung bình tháng, năm - Đơn vị (m/s) .16 Bảng 1.13: Độ ẩm khơng khí trạm Kon Tum ( Đơn vị: %) 16 Bảng 1-14: Bốc trung bình tháng trạm khí tượng lưu vực sông Sê San 17 Bảng 1-15: Phân phối lượng tổn thất bốc hồ chứa Đăk Bla 17 Bảng 1-16: Lưu lượng đỉnh lũ trạm thủy văn vùng .19 Bảng 1-17: Các trạm thủy văn nghiên cứu 19 Bảng 1-18: Bảng kết tính tốn phân phối dịng chảy năm 20 Bảng 1-19: Bảng kết tính đỉnh lũ thiết kế hồ Đăk Pokei 20 Bảng 1-20: Bảng kết tính đường trình lũ thiết kế hồ Đăk Pokei .21 Bảng 1-21: Dòng chảy nhỏ thời đoạn ứng với tần suất 23 Bảng 2-1: Các thông số vết vỡ đập bê tông 45 Bảng 2-2 Cấp độ phương pháp tính tốn vỡ đập Đăk Pokei 46 Bảng 2-3 Các thông số vỡ đập kiểu tràn đỉnh 47 Bảng 2-4: Kịch tính tốn xây dựng đồ ngập lụt hạ du hồ chứa nước 47 Bảng 3-1: Thơng số tính tốn mạng lưới sông 49 Bảng 3-2: Bảng thống kê mặt cắt sông sử dụng mơ hình MIKE 11 50 Bảng 3-3: Hệ số nhám cục lưu vực sông tính tốn .51 Bảng 3-4: Kịch tính tốn xây dựng đồ ngập lụt hạ du hồ chứa nước 52 Bảng 3.5 Tọa độ vị trí trích xuất kết ngập lụt hạ du hồ chứa nước Đăk Pokei .52 Bảng 3-6: Kết tính tốn lượng mưa gây lũ lưu vực 56 Bảng 3-7 Thống kê biên kết nối mơ hình MIKE FLOOD 57 Bảng 3-8: Lưu lượng đỉnh lũ tham khảo số trạm thủy văn vùng 58 Bảng 4.1 Bảng màu chuẩn độ ngập theo TCKT 03:2015/TCTL 64 Bảng 4.2: Kịch tính toán xây dựng đồ ngập lụt hạ du hồ chứa nước 64 Bảng 4.3 Tọa độ vị trí trích xuất kết ngập lụt hạ du hồ chứa nước Đăk Pokei .65 C C DU R L T Bảng 4.4 Kết diễn toán lũ hạ du theo kịch lũ P=1,0% 65 Bảng 4.5 Thống kê diện tích ngập theo kịch lũ 1,0% 65 Bảng 4-6 Kết diễn toán lũ hạ du theo kịch lũ P=0,2% 67 Bảng 4-7 Thống kê diện tích ngập theo kịch lũ 0,2% 67 Bảng 4-8 Kết diễn toán lũ hạ du theo kịch vỡ đập lũ P=1,0% 69 Bảng 4-9 Thống kê diện tích ngập theo kịch vỡ đập lũ 1,0% .69 C C DU R L T 69 Kết xây dựng Bản đồ ngập lụt hạ du hồ chứa nước Đăk Pokei tương ứng với Kịch thể sau: Bảng 4-8 Kết diễn toán lũ hạ du theo kịch vỡ đập lũ P=1,0% TT Thời gian bắt đầu lũ Đoạn sông đến đạt cao trình suối (km) mực nước lớn (giờ) Độ ngập sâu lớn (m) Cao trình mực nước lớn (m) Vận tốc dòng chảy lớn (m) Km 3+525 7h09’ 3,871 602,999 8,470 Km 3+996 7h10’ 3,648 598,673 11,483 Km 5+261 7h30’ 13,582 594,480 6,181 Bảng 4-9 Thống kê diện tích ngập theo kịch vỡ đập lũ 1,0% Độ sâu ngập (m) Tổng cộng < 0,5 70,81 0,5 – 1,0 41,71 1,0 – 1,5 33,89 Diện tích ngập lut (ha) Xã Đăk Tờ Re Xã Đăk Tơ Lung 65,35 5,46 39,08 2,63 31,99 1,90 27,18 1,45 26,71 25,76 0,95 24,99 24,49 0,5 3,0 – 4,0 20,16 19,96 0,20 > 4,0 33,57 33,45 0,12 TỔNG 280,47 267,26 13,21 1,5 – 2,0 2,0 – 2,5 2,5 – 3,0 R L T DU 28,63 C C 70 C C R L T DU Hình 4-3 Bản đồ ngập lụt hạ du hồ chứa nước Đăk Pokei theo kịch vỡ đập lũ P=1,0% 71 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 mô 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 - Đề tài mô 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; R L T DU - 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 cịn hạn chế, thời gian tới, tác giả kiến nghị cần tiến hành thực số công việc sau: - 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 mơ 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 toán 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; - Ngồi 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 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu nước [1] QCVN 04-05:2012/BNNPTNT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia – Cơng trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu thiết kế; [2] 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 [3] Quy phạm tính toán đặc trưng thủy văn thiết kế QP.TL C-6-77 (1979) Bộ Thủy lợi; [4] Viện Quy hoạch Thủy lợi,(2002), Hiệu chống lũ hạ du cơng trình thủy; [5] Quy phạm thành lập đồ địa tỷ lệ 1/200, 1/500, 1/1.000, 1/2.000, 1/5.000 1/10.000 Bộ Tài nguyên Môi trường ban hành tháng 11 năm 2008; [6] TCVN 8304:2009 Công tác thủy văn hệ thống thủy lợi [7] Các văn pháp luật quy chuẩn kỹ thuật quốc gia hành khác có liên quan C C Tài liệu nước ngồi R L T DU [1] MIKE ZERO Step – by – step training guide: Mesh Generator By DHI 2012 [2] DHI, (2014), Reference Manual MIKE 21 [4] DHI, (2014), A modelling System for Rivers and Chanells, Reference Manual [5] MIKE 21 Flow Model FM User Guide: Hydrodynamic Module By DHI 2014 C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T C C U D R L T ... 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... du hồ chứa nước Đăk Pokei theo kịch lũ P=1,0% 66 Hình 4-2 Bản đồ ngập lụt hạ du hồ chứa nước Đăk Pokei theo kịch lũ P=0,2% 68 Hình 4-3 Bản đồ ngập lụt hạ du hồ chứa nước Đăk Pokei theo kịch vỡ... VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu: Hồ chứa nước Đăk Pokei huyện Kon Rẫy thành phố Kon Tum, tỉnh Kon Tum; C C R L T - Phạm vi nghiên cứu: Ngập lụt hạ du đập hồ chứa nước Đăk Pokei hồ