Nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông ba

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Bùi Minh Hoà NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT HẠ LƢU LƢU VỰC SÔNG BA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - BÙI MINH HÒA NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT HẠ LƢU LƢU VỰC SÔNG BA Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 60 44 90 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Huỳnh Thị Lan Hƣơng Hà Nội - 2012 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH SÁCH CÁC BẢNG iii DANH SÁCH CÁC HÌNH iv LỜI CẢM ƠN vi MỞ ĐẦU vii CHƢƠNG ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN NGẬP LỤT 10 1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN LƢU VỰC NGHIÊN CỨU 10 1.1.1 Điều kiện tự nhiên 10 1.1.2 Đặc điểm mạng lưới sơng ngịi 15 1.1.3 Đặc điểm khí tượng – khí hậu 19 1.1.4 Đặc điểm thủy văn 27 1.2 ĐIỀU KIỆN KINH TẾ XÃ HỘI 29 1.2.1 Đặc điểm dân sinh kinh tế 29 1.2.2 Đặc điểm kinh tế 29 1.3 TÌNH HÌNH NGẬP LỤT HẠ LƢU SÔNG BA 30 1.3.1 Tình hình ngập lụt 30 1.3.2 Thiệt hại ngập lụt 30 1.3.3 Hiện trạng cơng trình phòng chống lũ tiêu úng 32 1.3.4 Mục tiêu phòng chống lũ lưu vực 33 1.3.5 Phương án quy hoạch phòng chống lũ 34 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 36 2.1 TỔNG QUAN CHUNG 36 2.1.1 Khái niệm đồ ngập lụt 36 2.1.2 Các phương pháp xây dựng đồ ngập lụt 36 2.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC MƠ HÌNH THỦY VĂN, THỦY LỰC TÍNH TỐN NGẬP LỤT 37 2.2.1 Các mơ hình mưa dòng chảy: 37 i 2.2.2 Mơ hình thủy lực: 38 2.2.3 Lựa chọn mơ hình diễn tốn 45 2.2.4 Cơ sở lý thuyết mơ hình 46 2.2.5 Các bước triển khai mơ hình 63 2.3 GIỚI THIỆU QUY TRÌNH XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 64 2.3.1 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý 64 2.3.2 Các phương pháp GIS xây dựng đồ ngập lụt [1, 2, 3] 66 CHƢƠNG XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 68 3.1 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU 68 3.1.1 Tài liệu địa hình 68 3.1.2 Tài liệu thủy văn 71 3.1.3 Tài liệu điều tra vết lũ 72 3.2 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY LỰC TÍNH TỐN NGẬP LỤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 73 3.2.1 Mơ hình mưa rào dịng chảy NAM 73 3.2.2 Mơ hình EFDC 76 3.2.3 Kết mơ q trình ngập lụt mơ hình EFDC 81 3.3 TÍNH TỐN NGẬP LỤT THEO TẦN SUẤT 1%, 2%, 5% VÀ 10% 89 3.4 XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 91 3.4.1 Quy trình chuyển kết mơ hình EFDC sang GIS xây dựng đồ ngập lụt 91 3.4.2 Kết xây dựng đồ ngập lụt 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 ii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1: Các đặc trưng sơng Ba số sông lưu vực 16 Bảng 2: Tốc độ gió trung bình tháng năm (Đơn vị: m/s) 20 Bảng 3: Nhiệt độ trung bình tháng năm (Đơn vị: 0C) 22 Bảng 4: Một số đặc trưng mưa năm (Đơn vị: mm) 24 Bảng 5: Lượng mưa trung bình nhiều năm tháng (Đơn vị: mm) 25 Bảng 6: Độ ẩm tuyệt đối trung bình tháng năm (mb) 26 Bảng 7: Độ ẩm tương đối trung bình tháng năm (Đơn vị: %) 27 Bảng 8: Lưu lượng lũ lớn số trạm lưu vực sông Ba 28 Bảng 9: Thiệt hại số năm ngập lũ vùng hạ lưu sông Ba 31 Bảng 10: Đặc trưng mặt cắt ngang sơng sơ đồ tính tốn thủy lực 68 Bảng 11: Thơng số đập đâng Đồng Cam [6] 70 Bảng 12: Bảng đánh giá kết hiệu chỉnh mơ hình NAM 75 Bảng 13: Bộ thơng số mơ hình NAM 76 Bảng 14: Vị trí mặt cắt thực đo [6] 79 Bảng 15: Chỉ tiêu đánh giá sai số thực đo tính toán trạm Phú Lâm 82 Bảng 16: Kết mô mực nước lũ vị trí điều tra vết lũ 82 Bảng 17: Chỉ tiêu đánh giá sai số thực đo tính toán trạm Phú Lâm 84 Bảng 18: Chỉ tiêu đánh giá sai số thực đo tính toán trạm Phú Lâm 86 Bảng 19: Thống kê diện tích ngập theo xã - phường hạ lưu sông Ba trận lũ tháng 11/2009 87 Bảng 20: Tần suất lũ thiết kế trạm Củng Sơn - Sông Ba 90 Bảng 21: Diện tích lưu vực Củng Sơn vị trí nhập lưu 91 iii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Bản đồ khu vực tỉnh Phú Yên (Tỉ lệ 1:600 000) 11 Hình Bản đồ mạng lưới sông lưu vực sông Ba 18 Hình Sơ đồ vùng hạ lưu sông Ba từ Củng Sơn đến cửa Đà Rằng 19 Hình Bản đồ phân bố lượng mưa mùa mưa (tỉ lệ 1: 100 000) 25 Hình Bản đồ phân bố lượng mưa mùa khô (tỉ lệ 1: 100 000) 25 Hình Cấu trúc mơ hình NAM [2] 47 Hình Cấu trúc mơ hình EFDC [7, 10] 48 Hình Cấu trúc mơ hình thủy động lực học EFDC [7, 10] 49 Hình Miền lưới dạng Uniform Grid 50 Hình 10 Miền mơ hình tạo dạng Expanding Grid 51 Hình 11 Miền mơ hình tạo dạng Centerline Dominant 52 Hình 12 Lưới cong tạo theo tùy chọn Equi-Distance Widths 52 Hình 13 Bảng tính thời gian sử dụng mơ hình [7] 53 Hình 14 Sơ đồ xây dựng đồ ngập lụt phương pháp GIS 66 Hình 15 Sơ họa vị trí mặt cắt từ trạm Củng Sơn tới cửa Đà Rằng 69 Hình 16 Mặt cắt ngang phổ biến sông Ba 70 Hình 17 Bản đồ cao độ số độ cao DEM 30m x 30m khu vực nghiên cứu 71 Hình 18 Sơ hoạ vị trí điều tra tra vết lũ tháng 10/1993 72 Hình 19 Biểu đồ lưu lượng Củng Sơn thực đo tính tốn tháng 10/1993 73 Hình 20 Biểu đồ lưu lượng Củng Sơn thực đo tính tốn tháng 11/2003 74 Hình 21 Biểu đồ lưu lượng Củng Sơn thực đo tính tốn tháng 11/2009 74 Hình 22 Sơ hoạ phạm vi mô hạ lưu sông Ba 77 Hình 23 Phần mềm Delft 3D 77 Hình 24 Giao diện làm việc Delft 3D 78 Hình 25 Cốt cao địa hình khu vực tính tốn 79 Hình 26 Lưới tính tốn biên đầu vào cho mơ hình 80 Hình 27 Biểu đồ đường trình mực nước thực đo tính tốn trận lũ 10/1993 81 Hình 28 Mực nước thời điểm ngập lớn 83 Hình 29 Trường vận tốc thời điểm ngập lớn trận lũ tháng 10/1993 83 iv Hình 30 Biểu đồ đường q trình mực nước thực đo tính tốn trận lũ 11/2003 85 Hình 31 Trường vận tốc thời điểm ngập lớn trận lũ tháng 11/2003 85 Hình 32 Biểu đồ đường trình mực nước thực đo tính tốn trận lũ 11/2009 86 Hình 33 Trường vận tốc thời điểm ngập lớn trận lũ 11/2009 87 Hình 34 Ảnh vệ tinh trạng ngập lụt khu vực sông Ba tháng 11/2009 89 Hình 35 Lưu lượng lớn trạm Củng Sơn qua năm 90 Hình 36 Đường tần suất lũ trạm Củng Sơn 91 Hình 37 Trích xuất kết độ sâu ngập lớn từ mơ hình EFDC 92 Hình 38 Nội-ngoại suy độ sâu ngập lụt lớn cơng cụ Vertical mapper 93 Hình 39 Nền DEM tạo từ phép nội-ngoại suy độ sâu ngập lụt lớn 93 Hình 40 Xây đựng đường contour phân cấp ngập lụt từ công cụ vertical mappper 94 Hình 41 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba ứng với thời điểm ngập lụt lớn tháng 10/2003 96 Hình 42 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba ứng với thời điểm ngập lụt lớn tháng 11/2009 97 Hình 43 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba_Ứng với tần suất 1% 98 Hình 44 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba_Ứng với tần suất 2% 99 Hình 45 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba_Ứng với tần suất 5% 100 Hình 46 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba_Ứng với tần suất 10% 101 v LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ khoa học: “Nghiên cứu xây dựng đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Ba” hoàn thành vào tháng 12 năm 2012 hướng dẫn TS Huỳnh Thị Lan Hương Tác giả xin bày tỏ cám ơn chân thành tới TS Huỳnh Thị Lan Hương tận tình hướng dẫn suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn này, qua tác giả bày tỏ cảm ơn chân thành tới PGS TS Nguyễn Hữu Khải có định hướng bước đầu tác giả bắt đầu thực luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới thầy, cô giáo khoa Khí tượng – Thủy văn – Hải dương học giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho tác giả trình học tập nghiên cứu luận văn Trong khuân khổ luận văn, thời gian điều kiện hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp quý báu độc giả đồng nghiệp Hà Nội, Ngày tháng 12 năm 2012 Tác giả vi MỞ ĐẦU i Đặt vấn đề Từ xƣa tới lũ lụt mối đe dọa hàng đầu gây nhiều thiệt hại ngƣời Cùng với tăng trƣởng ngành kinh tế phát triển xã hội, địi hỏi cơng tác quản lý, phịng chống thiên tai đặc biệt lũ lụt nhằm đảm bảo mức độ an toàn ngày cao hạn chế đến mức thấp thiệt hại Trong trình phát triển kinh tế - xã hội, việc khai thác tổng hợp tài nguyên nƣớc cho mục đích khác hệ thống sơng thuộc miền Trung nói chung lƣu vực sơng Ba nói riêng đem lại giá trị to lớn cải xã hội đóng vai trò quan trọng cho ngành kinh tế tỉnh nhƣ: du lịch, công nghiệp, thủy lợi, lƣợng, thủy sản, nông nghiệp Sông Ba sông lớn miền trung Trung Bộ Việt Nam với tổng diện tích lƣu vực 14.132 km2 nằm địa phận tỉnh Gia Lai, ĐakLak Phú Yên Hàng năm, mùa lũ, nƣớc sông Ba dồn từ thƣợng lƣu gây ngập lụt nghiêm trọng cho hạ lƣu sông Ba Lũ gây ngập lụt, thiệt hại lớn ngƣời tài sản lƣu vực Mƣa lũ gây chết ngƣời, nhà cửa bị ngập, bị sập, cơng trình hạ tầng sở nhƣ trƣờng học, bệnh viện bị hƣ hỏng, đƣờng sá cầu cống cơng trình thuỷ lợi bị sạt lở, bị vỡ bồi lấp Diện tích đất trồng trọt bị ngập lâu ngày làm cho lúa, hoa màu loại trồng khác bị chết gây thất thu Theo thống kê số năm gần cho thấy tình hình lũ lụt lƣu vực ngày nghiêm trọng với mức độ thiệt hại có xu ngày tăng: Lũ năm 1990 thiệt hại 21,6 tỷ đồng; Lũ năm 1992 thiệt hại 51,5 tỷ đồng; Lũ năm 1993 thiệt hại 394 tỷ đồng; Lũ năm 1995 thiệt hại 17 tỷ đồng; Lũ năm 1999 thiệt hại 50 tỷ đồng Năm 2009, lƣu lƣợng nƣớc sông Ba Trung Tâm Dự báo Khí tƣợng Thủy văn tỉnh Phú Yên đo đƣợc gần 15.000 m3/s nhƣng làm hạ du ngập trắng, thiệt hại nặng cho vùng hạ du lƣu vực sơng Ba [6] Do tính chất nghiêm trọng lũ vùng hạ lƣu sông Ba, đồng thời quy hoạch phòng chống lũ riêng cho lƣu vực chƣa đƣợc xây dựng nên việc cần thiết phải xây dựng sở khoa học thực tiễn nhằm đƣa đƣợc vii phƣơng án phòng chống lũ bảo vệ cho vùng hạ lƣu sông Ba đồng thời phục vụ phát triển kinh tế xã hội vùng Nhằm mục tiêu giảm thiểu thiệt hại lũ lụt gây ra, đề xuất phƣơng án phịng chống thơng qua cảnh báo khả diện tích ngập lụt ứng với trận lũ khác nhau, nghiên cứu tiên hành: “ Nghiên cứu xây dựng đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Ba” Kết nghiên cứu sở quy hoạch phòng chống lũ cho khu vực nhƣ làm tài liệu tham khảo cho nhà hoạch định sách định địa phƣơng ii Ý nghĩa đồ ngập lụt Bản đồ ngập lụt công cụ trực quan cho phép nắm bắt đƣợc khả ngập lụt dự báo đƣợc diễn biến mực nƣớc vị trí đặc trƣng khu vực ngập Điều cần thiết cho nhà quản lý định xử lý tình khẩn cấp Bản đồ ngập lụt nhằm: Cho biết trƣớc diện tích ngập, mức ngập điểm vùng ngập biết đƣợc cấp mực nƣớc lũ điểm chốt Đánh giá nguy thiệt hại hàng năm việc phân tích chi phí - lợi ích dự án cơng trình phịng chống ngập lụt Tạo sở lựa chọn phối hợp biện pháp phòng lụt ngập úng Trợ giúp thực phân vùng quản lý sử dụng đất khu vực thƣờng xuyên ngập úng Tạo sở nghiên cứu biện pháp phòng ngập xây dựng Thiết kế vận hành cơng trình khống chế ngập úng Việc thiết kế vận hành công trình khống chế ngập nhƣ hồ chứa, trạm bơm phải dựa vào nhiều tài liệu nghiên cứu, tính tốn thuỷ văn, thuỷ lực đồ ngập lụt tài liệu khơng thể thiếu Quy trình Vận hành hồ chứa có ảnh hƣởng lớn đến ngập lụt vùng hạ lƣu, điều cần đƣợc đánh giá đầy đủ viii ... 42 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba ứng với thời điểm ngập lụt lớn tháng 11/2009 97 Hình 43 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba_ Ứng với tần suất 1% 98 Hình 44 Bản đồ ngập lụt hạ lưu. .. TRÌNH XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 64 2.3.1 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý 64 2.3.2 Các phương pháp GIS xây dựng đồ ngập lụt [1, 2, 3] 66 CHƢƠNG XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT KHU VỰC NGHIÊN... 44 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba_ Ứng với tần suất 2% 99 Hình 45 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba_ Ứng với tần suất 5% 100 Hình 46 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba_ Ứng với tần suất 10%