Nghiên cứu giải pháp cảnh báo sớm ngập lũ tại các ngầm tràn tỉnh Quảng Nam.PDF

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẶNG THỊ NGA NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẢNH BÁO SỚM NGẬP LŨ TẠI CÁC NGẦM TRÀN TỈNH QUẢNG NAM C C R UT.L D Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình thủy Mã số: 8580202 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng – năm 2020 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS Hoàng Ngọc Tuấn Phản biện 1: TS Kiều Xuân Tuyển Phản biện 2: TS Nguyễn Thanh Hải 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 Quảng Nam tỉnh thuộc vùng duyên hải Nam Trung Bộ, cách thủ Hà Nội 860 km phía Bắc, cách thành phố Hồ Chí Minh 865 km phía Nam, có Quảng Nam có tọa độ địa lý từ 108026’16” đến 108044’04” độ kinh Đông, từ 15023’38” đến 15038’43” độ vĩ Bắc, phía Bắc giáp tỉnh Thừa Thiên Huế thành phố Đà Nẵng, phía Nam giáp tỉnh Quảng Ngãi, phía Tây giáp tỉnh Sê-kơng (Cộng hịa Dân chủ Nhân dân Lào) tỉnh Kon Tum; phía Đơng giáp biển Đơng Địa hình tỉnh Quảng Nam tương đối phức tạp, thấp dần từ Tây sang Đông Địa hình đồi dốc lượng mưa lớn nên mạng lưới sơng ngịi tỉnh Quảng Nam dày đặc, số lượng sông suối cắt qua tuyến đường giao thông lớn Theo số liệu thống kê địa bàn tỉnh có khoảng 58 ngầm tràn lớn nhỏ khác nhau, số ngầm tràn thường xuyên bị ngập lụt có nguy rủi ro cao chiếm tỷ lệ tương đối lớn Có thực tế xảy vào mùa lũ, đa số cơng trình ngầm tràn vừa nhỏ ngược lại, khơng tính tốn chi tiết để xác định độ cao độ thoát lũ đảm bảo an tồn cộng với việc khơng thể dự báo trước tình hình mưa lũ để kịp thời cảnh báo nên hàng năm thường xuyên xảy ngập lụt số có vụ ngập lụt lớn gây hậu nghiêm trọng người tài sản Hầu hết ngầm tràn vừa nhỏ gần biển báo người trực lực lượng canh gác ngầm tràn không đủ đáp ứng tình hình mưa lũ diễn biến nhanh, phức tạp thiếu thông tin dự báo độ sâu ngập ngầm tràn để ưu tiên điều động bố trí lực lượng canh gác điểm xung yếu Chính bất cập mà thực tế nhiều năm trở lại khu vực tỉnh Quảng Nam xảy nhiều vụ bị lũ thương tâm người dân phương tiện cố tình di chuyển qua ngầm tràn bị ngập lụt không cảnh báo C C R UT.L D Hình ảnh số ngầm tràn địa bàn tỉnh: Hình Ngầm tràn tuyến đường ĐT 616, xã Tiên Cảnh, huyện Tiên Phước Hình Ngầm Trường vượt qua sơng Trường xã Trà Sơn, huyện Bắc Trà My Có thể thấy dự báo trước dòng chảy lũ kết hợp với hệ thống cảnh báo sớm phương thức truyền tin hiệu tới quan quản lý phòng chống thiên tai, với quyền địa phương người dân để kịp thời phịng chống hồn tồn chủ động ứng phó giảm thiểu rủi ro, thiệt hại người tài sản ngập lũ gây ngầm tràn Chính việc “Nghiên cứu giải pháp cảnh báo sớm ngập lũ ngầm tràn tỉnh Quảng Nam” cần thiết cấp bách Phương pháp tiếp cận Tiếp cận tổng hợp Tiếp cận đa ngành, đa lĩnh vực Tiếp cận khoa học Mục tiêu nghiên cứu Đề xuất giải pháp cảnh báo sớm ngập lũ ngầm tràn tỉnh Quảng Nam ứng dụng thử nghiệm cảnh báo sớm ngập lũ ngầm sông Trường - sông Oa, huyện Bắc Trà My, tỉnh Quảng Nam Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp cảnh báo sớm ngập lũ ngầm tràn Phạm vi nghiên cứu: tỉnh Quảng Nam D C C R UT.L Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập, phân tích, tổng hợp - Phương pháp kế thừa - Phương pháp mơ hình tốn - Phương pháp phi mơ hình - Phương pháp nghiên cứu ứng dụng Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học: Kết đề tài đề xuất giải pháp cảnh báo sớm ngập lũ ngầm tràn tỉnh Quảng Nam dựa sở trạng mức độ nguy hiểm ngầm tràn; đặc điểm địa hình, mưa lũ, khu vực; ứng dụng mơ hình thủy văn tính tốn công nghệ thông tin phương thức truyền tin - Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu góp phần giảm thiểu thiệt hại người tài sản mưa lũ điểm ngầm tràn; giúp quyền địa phương chủ động cơng tác quản lý, cảnh báo ngập lũ ngầm tràn nguy hiểm mùa mưa lũ; giúp người dân yên tâm chủ động việc lại qua ngầm tràn Cấu trúc luận văn Luận văn gồm phần Mở đầu, 03 chương phần Kết luận kiến nghị Mở đầu Chương Tổng quan chung nghiên cứu tỉnh Quảng Nam hệ thống cảnh báo ngập lũ Chương Nghiên cứu đề xuất giải pháp hệ thống cảnh báo sớm ngập lũ ngầm tràn tỉnh Quảng Nam Chương Ứng dụng giải pháp cảnh báo sớm ngập lũ cho ngầm sông Trường - sông Oa (huyện Bắc Trà My) Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục D C C R UT.L CHƯƠNG TỔNG QUAN CHUNG NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN LŨ, NGẬP LỤT TẠI CÁC NGẦM TRÀN CỦA TỈNH QUẢNG NAM 1.1 Đặc điểm tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý Lãnh thổ tỉnh Quảng Nam nằm vùng Duyên hải miền Trung, từ 14 54' đến 16o13' vĩ độ Bắc 107o12' đến 108o30' kinh độ Đơng, phía o bắc giáp tỉnh Thừa Thiên - Huế thành phố Đà Nẵng, phía tây giáp với nước bạn Lào, phía nam giáp với tỉnh Quảng Ngãi Kon Tum, phía đơng biển Đơng 1.1.2 Điều kiện địa hình C C R UT.L Quảng Nam có hướng địa hình nghiêng dần từ Tây sang Đơng hình thành kiểu cảnh quan sinh thái rõ rệt kiểu núi cao phía Tây, kiểu D trung du dải đồng ven biển Vùng đồi núi chiếm 72% diện tích tự nhiên, độ cao trung bình 700~800m, độ dốc 25o~30o, có nơi 45o Vùng trung du khu vực chuyển tiếp vùng núi đồng bằng, độ cao trung bình 100~200 m, độ dốc trung bình 15o~20o Vùng đồng địa hình tương đối phẳng, số nơi xen lẫn gị đồi thấp Bề mặt địa hình bị chia cắt hệ thống sơng ngịi dày đặc 1.1.3 Đặc điểm khí tượng Tỉnh Quảng Nam nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình, nhiệt độ cao biến động Mỗi năm có mùa rõ rệt: mùa mưa kéo dài từ tháng đến tháng 12 mùa khô từ tháng đến tháng Do chịu tác động mạnh mẽ mưa bão, áp thấp nhiệt đới nhiễu động thời tiết biển Đông gây ra, nơi thuộc vùng nghiên cứu có lượng mưa ngày đêm lớn 1.1.4 Đặc điểm thủy văn Trên địa bàn tỉnh Quảng Nam, mạng lưới thuỷ văn phát triển dày đặc với dịng sơng, suối ngắn, dốc nhiều thác gềnh Dịng chảy năm chia thành 02 mùa rõ rệt (mùa lũ mùa cạn) Mùa lũ thường tháng IX kết thúc vào tháng I năm sau Lượng nước mùa lũ đạt 62,5 - 69,2% lượng nước năm Một số đặc điểm lũ ngập lụt tỉnh Quảng Nam: 1) Xuất theo chế khơng bão hịa: hay cịn gọi vượt thấm, xuất cường độ mưa vượt khả thấm 2) Thời gian lũ sông phụ thuộc vào mưa: Mưa khu vực có hệ số biến động năm lớn, trung bình hệ số Cv đạt từ (0,2 - 0,3) 3) Lũ lớn xuất không đồng toàn dải mà tập trung khu vực tác động mưa lớn Lũ nghiêm trọng thường xảy đồng thời phạm vi hẹp, kéo dài - vĩ độ 4) Biên độ lũ cao (thường đạt trung bình 5m), cường suất lũ lớn, thời gian lũ lên lớn, đường trình lũ nhọn trận lũ thường có nhiều đỉnh 5) Lũ thường xuyên kèm với ngập lụt: vị trí giáp với biển, mưa lớn kết hợp với triều cường dẫn tới tượng ngập lụt, đặc biệt khu vực đồng ven biển 1.1.5 Tình hình lũ, ngập lụt khu vực ngầm tràn Các ngầm tràn chủ yếu tập trung khu vực sơng miền núi Do mưa lớn xảy kết hợp địa hình dốc, lịng sơng hẹp nên lũ lên nhanh, xuống nhanh, xảy bất ngờ với biên độ cường suất lũ lớn, thời gian trì lũ ngắn Số liệu thống kê cho thấy cường suất lũ sơng vùng núi lên đến 2-5 mét/giờ; biên độ lũ đạt 10-15 mét, có nơi đạt 20 mét Theo thống kê Cục Phòng, chống Thiên tai, khoảng 10 năm trở lại đây, địa bàn tỉnh Quảng Nam xảy nhiều vụ tai nạn lưu thơng qua cơng trình ngầm tràn, làm chết tích 17 người, trơi tô, 37 xe máy xe đạp D C C R UT.L 1.2 Hiện trạng hạ tầng giao thông Hệ thống giao thông đường tỉnh Quảng Nam phân bố khắp hợp lý với tuyến theo trục dọc Bắc - Nam gồm đường ven biển Việt Nam, quốc lộ 1A, đường cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi, đường Đơng Trường Sơn, đường Hồ Chí Minh tuyến ngang Đông - Tây gồm quốc lộ 14G, quốc lộ 14B + quốc lộ 14D, quốc lộ 14E quốc lộ 40B, đường tỉnh, đường huyện, đường xã đường thơn xóm 1.3 Hiện trạng cơng trình ngầm tràn tỉnh Quảng Nam Trên địa bàn tỉnh nhiều ngầm tràn nguy hiểm, phân bố hầu hết tuyến đường từ quốc lộ, tỉnh lộ, huyện lộ tuyến đường liên xã, liên thôn tập trung chủ yếu địa huyện miền núi phía tây tỉnh, năm vào mùa mưa lũ thường bị chia cắt nhiều C C R UT.L khu vực, giao thông lại Chỉ tính riêng tuyến đường quốc lộ, đường tỉnh phần đường huyện có 58 cơng D trình ngầm tràn trải từ đồng miền núi Hầu hết cơng trình có tuổi thọ 10 năm Theo kết đánh giá phân loại có 21/58 ngầm tràn (chiếm 36,2%) có nguy rủi ro vừa, cịn lại 37/58 ngầm tràn có nguy rủi ro cao (chiếm 63,8%) 1.4 Thực trạng công tác cảnh báo ngầm tràn 1.4.1 Thực trạng công tác cảnh báo ngầm tràn tỉnh Quảng Nam a) Về quản lý - Các ngầm tràn tuyến đường quốc lộ 14B, 14E, 14G Cục Quản lý đường III trực tiếp quản lý, tu bảo dưỡng, khai thác đảm bảo trật tự an tồn giao thơng - Các ngầm tràn tuyến đường tỉnh Sở Giao thông vận tải tỉnh Quảng Nam trực tiếp quản lý, vận hành, khai thác, tu bảo dưỡng, đảm bảo trật tự an tồn giao thơng - Các ngầm tràn tuyến đường huyện lộ đường huyện 8, 9, đường huyện Jơ Ngây - Cà Dăng… UBND huyện, thị xã địa bàn trực tiếp quản lý - Các ngầm tràn tuyến đường liên xã, liên thôn ngầm tràn suối Nal, suối Aranh, suối Tu… UBND xã nằm tuyến đường trực tiếp quản lý b) Về công tác cảnh báo lũ b.1 Theo đối tượng ngầm tràn - Các ngầm tràn tuyến đường quốc lộ, tỉnh lộ: Có 90% số ngầm tràn trang bị đầy đủ hệ thống biển cảnh báo ngập lũ, cột thủy chí đo mực nước tràn Khi có lũ xảy ra, ngầm tràn tuyến đường có bố trí lực lượng túc trực hướng dẫn người dân tham gia giao thông Các ngầm tràn nguy hiểm chủ yếu nằm vùng trung du vùng núi nên lũ nhanh, cơng tác ứng phó gặp nhiều khó khăn - Các ngầm tràn tuyến đường liên huyện, liên xã, liên thôn: Công tác cảnh báo lũ ngầm tràn gặp nhiều khó khăn Hệ thống biển cảnh báo ngập lũ, cột thủy chí số ngầm tràn khơng có có bố trí nơi tầm nhìn bị che khuất Khi có lũ xảy ra, nhiều ngầm tràn bị ngập lụt khơng có lực lượng chức túc trực, hướng dẫn người dân tham gia giao thông b.2 Theo hình thức cảnh báo Hiện địa bàn tỉnh tồn 02 hình thức cảnh báo lũ chính: - Nhóm cảnh báo: thực lúc chưa có lũ xảy Các giải pháp thực gồm: xây dựng cột thủy chí để người dân biết mức độ ngập lụt; lắp đặt biển báo cảnh báo nguy hiểm đầu cơng trình;… Hiệu nhóm cảnh báo mang lại thấp - Nhóm ứng phó: sử dụng mưa lũ xảy Các giải pháp áp dụng như: lập rào chắn ngang đường để không cho người phương tiện lưu thông; cắt cử người canh giữ, điều tiết giao thơng;… Tuy nhiên nhóm ứng phó khó áp dụng rộng rãi phải yêu cầu người trực thường xuyên D C C R UT.L CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢNH BÁO SỚM NGẬP LŨ TẠI CÁC NGẦM TRÀN TỈNH QUẢNG NAM 2.1 Nghiên cứu giải pháp cảnh báo sớm ngập lũ ngầm tràn 2.1.1 Cơ sở đề xuất giải pháp cảnh báo sớm ngập lũ Giải pháp cảnh báo sớm ngập lũ ngầm tràn đề xuất dựa sở xem xét yếu tố: đặc điểm địa hình, địa chất; đặc điểm lũ ngập lũ ngầm tràn; đầy đủ số liệu quan trắc điều kiện tự nhiên địa hình, địa chất, khí tượng, thủy văn, hồ sơ thiết kế cơng trình…; đặc điểm kinh tế xã hội, dân cư khu vực ngầm tràn; thiệt hại ngập lũ gây ngầm tràn;… Căn yếu tố đó, giải pháp cảnh báo sớm ngập lũ ngầm tràn phân thành loại: - Đối với ngầm tràn có đầy đủ số liệu (địa hình, khí tượng, thủy văn,…) phục vụ tính tốn: Giải pháp cảnh báo sớm đề xuất chủ yếu dựa việc ứng dụng mơ hình tốn thủy văn, thủy lực để mơ q trình ngập lũ ngầm tràn, từ nghiên cứu đề xuất giải pháp ứng phó nhằm giảm thiểu thiệt hại ngập lũ gây Cụ thể: Dựa số liệu địa hình (mặt cắt), khí tượng, thủy văn, hồ sơ thiết kế cơng trình, kết hợp với cơng cụ mơ hình tốn thủy văn, thủy lực phù hợp thiết lập, tính tốn mơ mức độ ngập lụt (thời gian ngập, chiều sâu ngập, vận tốc nước) vị trí cụ thể Căn theo kết tính tốn để biết mức độ nguy hiểm ngầm tràn xảy lũ lớn, từ đề xuất giải pháp ứng phó phù hợp - Đối với ngầm tràn thiếu khơng có số liệu: đề xuất giải pháp cảnh báo sớm ngập lũ theo thời gian thực thông qua việc lắp đặt hệ thống thiết bị đo mực nước tự động, xây dựng đường quan hệ mực nước trạm ~ trạm theo cấp lưu lượng (Q); xây dựng phần mềm cảnh báo sớm có tích hợp chuỗi đường quan hệ tự động cập nhật số liệu quan trắc mực nước để đưa thông tin cảnh báo tự động; lắp đặt hệ thống truyền tin cảnh báo (loa phát thanh, barie, biển báo, đèn nháy,…) D C C R UT.L 10 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống CBS ngầm tràn Hệ thống cảnh báo ngập lũ ngầm tràn theo thời gian thực hệ thống tổng hợp bao gồm: Cụm thiết bị giám sát (trạm quan trắc mực nước tự động thượng lưu, hạ lưu,…); phần mềm (phần mềm quản lý, giám sát,…) Cụm thiết bị cảnh báo (loa phát thanh, barie, biển báo, đèn nháy, sms…) Cụ thể: - Cụm thiết bị giám sát: Các thiết bị giám sát đề xuất lắp đặt ngầm tràn nhằm giám sát số liệu tức thời mực nước thượng lưu, hạ lưu ngầm tràn tự động truyền máy chủ - Phần mềm quản lý giám sát theo thời gian thực: Phần mềm xây dựng nhằm quản lý giám sát số liệu đo tự động công nghệ WebGIS; phân tích, tính tốn, so sánh xác định mức độ nguy hiểm tương ứng ngầm tràn; phát lệnh cảnh báo đến cụm thiết bị cảnh báo Nguyên lý hoạt động phần mềm: + Xây dựng chuỗi quan hệ ZAi ~ ZBi ~ ti tương ứng với cấp lưu lượng Qi khác ngầm tràn, cụ thể: Khi biết mực nước ZAi vị trí thượng lưu (điểm A) tính tốn mực nước D C C R UT.L 11 ZBi ngầm tràn (hạ lưu, điểm B) sau thời gian ti thơng qua tốn tính tốn thủy lực chiều với nhiều cấp lưu lượng Qi khác + Tích hợp chuỗi quan hệ xây dựng vào phần mềm cảnh báo sớm + Tự động cập nhật liệu đo mực nước thượng lưu hạ lưu ngầm tràn truyền từ trạm đo qua mạng truyền thông di động GSM lên sở liệu hiển thị mức nước thượng lưu, hạ lưu + Tự động tính tốn liệu nhận liên tục So sánh kết thực tế với chuỗi quan hệ xây dựng, đưa thông tin cảnh báo phù hợp với quy định Ngưỡng cảnh báo đặt trước, kết tính tốn vượt qua ngưỡng cảnh báo, phần mềm tự động truyền tín hiệu điều khiển cảnh báo cẩn thận nguy hiểm đến RTU trạm đo RTU sau nhận tín hiệu điều khiển điều khiển thiết bị cảnh báo, đèn cảnh báo barie cảnh báo ngầm tràn C C R UT.L - Cụm thiết bị cảnh báo: D Cụm thiết bị cảnh báo đề xuất bao gồm loa phóng thanh, barie, biển báo, đèn tín hiệu, sms, Tùy thuộc vào điều kiện địa hình, mức độ nguy hiểm ngầm tràn để lựa chọn lắp đặt thiết bị phù hợp Các thiết bị cảnh báo lắp đặt ngầm tràn kết nối không dây với phần mềm cảnh báo Căn vào việc đo mực nước thượng lưu hạ lưu, tính tốn lưu lượng chảy qua ngầm tràn, phần mềm phát mức độ cảnh báo truyền lệnh điều khiển cảnh báo đến hệ thống thiết bị cảnh báo ngầm tràn để đưa giải pháp ứng phó Các giải pháp ứng phó tương ứng với cấp độ rủi ro đề xuất sau: + Đối với cấp độ rủi ro thấp: Hiển thị cảnh báo đèn tín hiệu, cảnh báo nhắc nhở người dân âm thanh; + Đối với cấp độ rủi ro cao: Barie tự động đóng, kết hợp cảnh báo đèn âm 12 2.2 Nghiên cứu đề xuất phương thức truyền tin 2.2.1 Đề xuất phương thức truyền tin a Phương thức truyền tin cho quyền địa phương Đối với hệ thống cảnh báo rủi ro ngầm tràn theo thời gian thực việc theo dõi cập nhật thông tin đưa lên hệ thống Các cá nhân đơn vị quản lý cấp tài khoản đăng nhập phân quyền Từ liệu cảnh báo gửi về, hệ thống phân tích xử lý liệu để đưa mức cảnh báo rủi ro lập trình Trên sở phận biết mức cảnh báo truyền tin tương ứng - Trường hợp mức độ rủi ro thấp: Thơng tin truyền cho quyền địa phương cấp xã, huyện - Trường hợp mức độ rủi ro cao: Thông tin truyền lên đến C C R UT.L quyền, đơn vị quản lý cấp tỉnh Ngồi cịn truyền tin theo cấp từ Tỉnh đến huyện xã D thông qua đường: Gọi điện, nhắn tin SMS, zalo, email… thông qua fax, văn công điện, hỏa tốc b Phương thức truyền tin cho cộng đồng dân cư - Đặt biển cảnh báo hai đầu phía ngầm tràn để thông báo cho người dân qua lại - Một số địa phương có sử dụng loa phóng thơng báo tình hình nguy hiểm mùa mưa lũ số ngầm tràn Sau hệ thống cảnh báo rủi ro thiên tại ngầm tràn đưa vào sử dụng, có hình thức cảnh báo đại: - Cảnh báo tín hiệu đèn ứng với trường hợp rủi ro thấp - Cảnh báo Barie ứng với trường hợp rủi ro cao 13 CHƯƠNG ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP CẢNH BÁO SỚM NGẬP LŨ CHO NGẦM SÔNG TRƯỜNG – SÔNG OA (HUYỆN BẮC TRÀ MY) 3.1 Lý lựa chọn ngầm sông Trường – sông Oa Quốc lộ 40B nối từ thành phố Tam Kỳ qua huyện Tiên Phước, Bắc My đến huyện Nam Trà My Trên tuyến đường này, có cơng trình ngầm tràn lớn gọi “Điểm đen” tai nạn giao thông lũ lụt tỉnh Quảng Nam ngầm Trường (vượt qua sông Trường) dài khoảng 35m ngầm Nước Oa vượt qua sông Nước Oa dài khoảng 40m, cách khu di tích lich sử Nước Oa khoảng 300m Hai ngầm nằm cách khoảng 400m nằm cách hạ lưu đập thủy điện Sông Tranh khoảng 2km Đây vị trí nằm tuyến huyết mạch giao thông nối huyện Bắc Trà My Nam Trà My, tuyến đường độc đạo nên lưu lượng người phương tiện giao thông lưu thông qua lớn Khu vực thường xuyên xảy ngập lụt lớn gây tắc nghẽn giao thông nhiều vụ tai nạn chết người có mưa lũ xảy Những năm qua, nhiều vụ tai nạn trôi người, trôi xe qua cụm ngầm tràn vào mùa mưa lũ liên tục diễn ra, khiến cho người dân quyền bất an, lo lắng mà khơng tìm giải pháp hữu hiệu để giúp người đường yên tâm Có thể thấy có hệ thống cảnh báo sớm kết hợp với phương thức truyền tin hiệu tới quan quản lý phòng chống thiên tai, với quyền địa phương người dân để kịp thời có phương án phịng tránh hồn tồn chủ động ứng phó giảm thiểu rủi ro, thiệt hại người tài sản ngập lũ gây 3.2 Đề xuất hệ thống cảnh báo sớm ngập lũ ngầm tràn sông Trường - sông Oa Đề xuất thiết lập hệ thống cảnh báo sớm theo thời gian thực cho D C C R UT.L 14 cụm ngầm tràn ứng với cấp độ rủi ro thiên tai từ thấp đến cao Hệ thống cảnh báo hoạt động hoàn toàn tự động Cơ chế hoạt động hệ thống dựa vào số liệu đo đạc thực tế mực nước tràn kết hợp với đường quan hệ Ztl~Zngầm~t xây dựng với tiêu chí tiêu để xác định mức độ nguy hiểm tích hợp sẵn phần mềm điều khiển để tự động đưa cảnh báo tương ứng Để hệ thống hoạt động xác cần có yếu tố cấu thành: a Đầu vào gồm: - Các số liệu quan trắc từ trạm đo mực nước, số liệu truyền tự động từ trạm đo trung tâm xử lý - Các kết quả, kịch tính tốn sẵn: dựa vào số liệu địa hình, giả thiết cấp lưu lượng để xây dựng chuỗi quan hệ mực nước thượng lưu ~ mực nước ngầm tràn thời gian truyền lũ từ trạm đo mực nước sông Trường đến ngầm sông Trường b Phần mềm xử lý: xây dựng có nhiệm vụ thu thập xử lý số liệu thực đo, so sánh với kết với kịch tính tốn sẵn để đưa thông tin cảnh báo tương ứng với cấp độ Gửi thông tin cảnh báo đến thiết bị cảnh báo c Cảnh báo: Với cấp độ rủi ro thiên tai, hệ thống phát tín hiệu cảnh báo tương ứng Trong phạm vi luận văn, học viên trình bày chi tiết phân tích lựa chọn thiết bị quan trắc, vị trí lắp đặt thiết bị quan trắc xây dựng đường quan hệ mực nước thượng lưu ~ mực nước ngầm tràn tương ứng với cấp lưu lượng (Q) 3.2.1 Thiết bị quan trắc Do cụm ngầm tràn (2 ngầm tràn liên tục bắc qua sông) nên đề xuất bố trí sơng đặt 01 trạm đo mực nước tự động, tổng cộng có 02 trạm đo mực nước Các số liệu quan trắc tự động truyền trung tâm xử lý Qua nghiên cứu đề xuất bố trí: - Trên sơng Trường: Trạm đo bố trí thượng lưu ngầm sơng D C C R UT.L 15 Trường cách 9050m, với mục đích ghi nhận số liệu mực nước thượng lưu để phần mềm tính tốn thời gian ngập ngầm sơng Trường trường hợp có lũ nhằm đưa cảnh báo sớm cho hạ du biết - Trên sông Oa: Trạm đo mực nước chân ngầm tràn sông Oa Số liệu kết hợp với thông tin tính tốn, cảnh báo sớm từ trạm đo sơng Trường để đưa cấp độ cảnh báo 3.2.2 Xây dựng chuỗi quan hệ mực nước thượng lưu ~ mực nước ngầm tràn sông Trường Để đơn giản nhằm xây dựng chuỗi quan hệ mực nước thượng lưu ~ mực nước ngầm tràn thời gian truyền lũ dự kiến ngầm sông Trường, luận văn giả thiết tính tốn thủy lực theo tốn thủy lực chiều, dòng chảy ổn định đều, xem độ dốc từ thượng lưu đến vị trí ngầm tràn khơng đổi độ dốc mực nước, bỏ qua độ dốc đáy sơng Trình tự tính tốn: - Xây dựng quan hệ Ztl ~Q vị trí thượng lưu sơng Trường, cách ngầm tràn sông Trường 9050m, cụ thể: C C R UT.L D + Giả thiết giá trị Ztli; + Tính lưu lượng dịng chảy ứng với giá trị Ztli theo công thức: 𝑄 = 𝜔𝐶√𝑅𝐽 (1) Trong đó: Q: lưu lượng dịng chảy (m /s), ω: diện tích mặt cắt ướt (m2), C: hệ số Chezy, xác định theo công thức Sedi-maning: 𝐶 = 𝑛 𝑅1/6 n: hệ số nhám, với sông miền núi chọn n=0,06 R: bán kính thủy lực, xác định theo công thức 𝑅 = χ: chu vi ướt (m), J: độ dốc thủy lực + Tính vận tốc dịng chảy theo công thức: 𝑄 𝑉=𝜔 𝜔 χ 16 Với: Q: lưu lượng dịng chảy (m3/s),ω: diện tích mặt cắt ướt (m2) - Tính tốn xác định giá trị mực nước tương ứng Zi với cấp lưu lượng Qi mặt cắt thượng lưu + Giả thiết cấp lưu lượng, tăng dần 50 m3/s Giới hạn giá trị lưu lượng khởi điểm lưu lượng tương ứng với lượng mưa nhỏ gây ngập lũ ngầm tràn; giá trị lưu lượng lớn lưu lượng tương ứng với lượng mưa lớn gây ngập lũ xảy lưu vực nghiên cứu Số liệu mưa gây ngập lũ lấy từ kết điều tra thực địa + Từ bảng quan hệ Q~Ztl xây dựng, nội suy xác định giá trị mực nước tương ứng với giá trị Q - Dựa giá trị mực nước trạm trên, giá trị độ dốc, chiều dài đoạn sơng tương ứng để tính tốn xác định giá trị mực nước trạm - Tính tốn xác định vận tốc dòng chảy ứng với cấp lưu lượng Từ xác định thời gian truyền lũ từ thượng lưu đến vị trí ngầm tràn - Xây dựng chuỗi quan hệ Q~Ztl~Zngầm Kết tính tốn thu sau: - Xác định lưu lượng dòng chảy nhỏ nhất, lưu lượng dòng chảy lớn gây ngập lụt xảy vị trí thượng lưu sông Trường (cách ngầm sông Trường 9050m): Qua điều tra lượng mưa nhỏ lớn 41,5mm/ngày (13/12/2016) 782,4mm/ngày (05/11/2017) Lưu lượng dòng chảy tương ứng vị trí thượng lưu sơng Trường với diện tích khống chế 113,73km2 là: Qmin=54,63 m3/s Qmax=1029,89 m3/s - Xây dựng đường quan hệ Ztl ~Q: Với giá trị mực nước thượng lưu giả thiết, tính tốn lưu lượng dịng chảy Q theo cơng thức (1) nêu trên, ta bảng quan hệ Ztl ~Q sau: Bảng 3.2 Quan hệ Ztl ~Q mặt cắt thượng lưu sông Trường C C R UT.L D Ztl (m) 99,28 99,50 100,00 Hs (m) 0,00 0,22 0,50 B (m) 3,0802 9,775 ω (m2) 0,000 1,620 17,353 χ (m) 0,000 3,563 11,967 R (m) 0,000 0,455 1,450 Q (m3/s) 0,000 0,559 12,967 V (m/s) 0,000 0,345 0,747 17 100,50 101,00 101,50 102,00 102,50 103,00 103,50 104,00 104,50 105,00 105,50 106,00 106,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 15,000 23,200 30,414 35,920 41,644 49,080 56,657 63,796 69,723 73,090 76,457 79,823 83,190 48,669 93,357 161,660 244,275 340,820 453,937 586,044 736,517 904,191 1.082,644 1.269,514 1.464,801 1.668,506 19,315 29,227 38,585 46,128 54,004 63,007 72,110 80,833 88,773 94,773 100,810 106,846 112,883 2,520 3,194 4,190 5,296 6,311 7,205 8,127 9,112 10,185 11,423 12,593 13,709 14,781 52,566 118,109 245,067 432,893 678,916 987,700 1.381,804 1.874,151 2.478,207 3.203,143 4.008,220 4.894,212 5.861,638 - Tính toán xác định giá trị mực nước (Zi), vận tốc ứng với cấp lưu lượng Qi mặt cắt thượng lưu: Dựa bảng giá trị quan hệ Ztl~Q vừa xây dựng trên, nội suy để xác định giá trị vận tốc mực nước tương ứng với cấp lưu lượng Q, kết trình bày bảng 3.3 D C C R UT.L Bảng 3.3 Quan hệ Q~Ztl mặt cắt thượng lưu sông Trường TT Q (m3/s) V(m/s) Ztl (m) 50 1,059 100,47 100 1,214 100,8619 150 1,328 101,1256 200 1,427 101,3225 250 1,523 101,5131 300 1,591 101,6462 350 1,659 101,7793 400 1,727 101,9124 450 1,787 102,0348 10 500 1,832 102,1364 11 550 1,877 102,238 12 600 1,921 102,3396 13 650 1,966 102,4412 14 700 2,005 102,5341 15 750 2,034 102,6151 1,080 1,265 1,516 1,772 1,992 2,176 2,358 2,545 2,741 2,959 3,157 3,341 3,513 18 16 17 18 19 20 21 22 800 850 900 950 1000 1050 1100 2,064 2,094 2,124 2,153 2,182 2,205 2,228 102,6961 102,777 102,858 102,939 103,0156 103,079 103,1425 - Tính tốn xác định giá trị mực nước (Zi) thời gian truyền lũ ứng với cấp lưu lượng Qi vị trí mặt cắt: Từ giá trị mực nước vị trí mặt cắt thượng lưu sơng Trường (MC1=MCTL), xác định giá trị mực nước mặt cắt MC2, MC3 MC ngầm, đó: LMC1-MC2 = 2374,7 m; iMC1-MC2 = 0,0021; LMC2-MC3 = 4940,7 m; iMC1-MC2 = 0,001; C C R UT.L LMC3-MCngầm = 1734,6 m; iMC1-MC2 = 0,0007 Bảng 3.4 Bảng quan hệ Q~Ztl~Zhl~t mặt cắt D TT Q (m3/s) V(m/s) Ztl-MC1 (m) ZMC2(m) ZMC3(m) Zngầm(m) t (giờ) 50 1,059 100,47 95,55 90,56 89,40 2,37 100 1,214 100,8619 95,94 90,95 89,79 2,07 150 1,328 101,1256 96,21 91,22 90,06 1,89 200 1,427 101,3225 96,40 91,41 90,25 1,76 250 1,523 101,5131 96,59 91,60 90,44 1,65 300 1,591 101,6462 96,73 91,74 90,58 1,58 350 1,659 101,7793 96,86 91,87 90,71 1,52 400 1,727 101,9124 96,99 92,00 90,84 1,46 450 1,787 102,0348 97,11 92,12 90,96 1,41 10 500 1,832 102,1364 97,22 92,23 91,07 1,37 11 550 1,877 102,238 97,32 92,33 91,17 1,34 12 600 1,921 102,3396 97,42 92,43 91,27 1,31 13 650 1,966 102,4412 97,52 92,53 91,37 1,28 14 700 2,005 102,5341 97,61 92,62 91,46 1,25 15 750 2,034 102,6151 97,70 92,71 91,55 1,24 19 16 800 2,064 102,6961 97,78 92,79 91,63 1,22 17 850 2,094 102,777 97,86 92,87 91,71 1,20 18 900 2,124 102,858 97,94 92,95 91,79 1,18 19 950 2,153 102,939 98,02 93,03 91,87 1,17 20 1000 2,182 103,0156 98,10 93,11 91,95 1,15 21 1050 2,205 103,079 98,16 93,17 92,01 1,14 22 1100 2,228 103,1425 98,22 93,23 92,07 1,13 C C R UT.L Hình 3.8 Quan hệ Q~Z mặt cắt 3.2.3 Xây dựng mơ hình thủy văn dự báo lưu lượng đến ngầm sơng Trường Tại khu vực nghiên cứu khơng có trạm đo lưu lượng, gần khu vực nghiên cứu có trạm khí tượng Trà My có số liệu quan trắc đầy đủ từ năm 1979 đến có hồ thủy điện sơng Tranh có số liệu quan trắc lưu lượng dòng chảy đến đầy đủ (từ năm 2011 đến nay) Do đó, thơng số mơ hình thủy văn vị trí thượng lưu sơng Trường mượn từ thơng số mơ hình thủy văn xây dựng cho hồ Thủy điện sông Tranh Với thơng số có, luận văn tiến hành mơ tính tốn dịng chảy đến lưu vực thượng lưu sông Trường tương ứng với 01 trận mưa dự báo Từ số liệu đường q trình dịng chảy thu được, kết hợp với chuỗi quan hệ Q~Ztl ~Zhl xây dựng để sơ xác định mực nước tương ứng mặt cắt thượng lưu sông Trường, ngầm sông Trường xác định thời gian truyền lũ tương ứng Số liệu phục vụ tính tốn: Q trình mưa, bốc dự báo trạm Trà My từ ngày 19/10-30/10/2020 Kết dòng chảy dự báo tương ứng sau: D 20 Hình 3.15 Q trình dịng chảy đến dự báo thượng lưu sông Trường Từ số liệu lưu lượng đến dự báo, kết hợp với quan hệ Q~Z~t xây dựng sẵn, luân văn xác định mực nước tương ứng mặt cắt thời gian chảy truyền từ thượng lưu sông Trường đến ngầm tràn sông Trường sau: Bảng 3.8 Quá trình mực nước dự báo vị trí mặt cắt Thời gian Xdb_TraMy (mm) 19-10-2020 Qdb_TL sTruong (m3/s) V(m/s) Ztl-MC1 (m) ZMC2 (m) ZMC3 (m) Zngầm (m) t (giờ) C C R UT.L 21-10-2020 D 248,75 51,105 1,068 100,482 95,56 90,57 89,41 2,35 22-10-2020 48,50 54,135 1,085 100,512 95,59 90,60 89,44 2,32 23-10-2020 8,50 50,564 1,063 100,475 95,55 90,56 89,40 2,36 24-10-2020 2,50 45,447 1,020 100,410 95,49 90,50 89,34 2,46 25-10-2020 41,00 45,314 1,019 100,408 95,49 90,50 89,34 2,47 26-10-2020 1,50 40,587 0,979 100,349 95,43 90,44 89,28 2,57 27-10-2020 23,00 38,201 0,959 100,319 95,40 90,41 89,25 2,62 28-10-2020 33,75 38,114 0,959 100,318 95,40 90,41 89,25 2,62 29-10-2020 4,00 34,293 0,927 100,269 95,35 90,36 89,20 2,71 30-10-2020 8,50 30,968 0,899 100,227 95,31 90,32 89,16 2,80 20-10-2020 148,25 17,393 0,784 100,056 95,14 90,15 88,99 3,20 3.3 Kiểm định số kết giải pháp đề xuất 3.3.1 Kiểm định kết hệ thống cảnh báo sớm ngập lũ theo thời gian thực + Trận lũ số 01 từ ngày 16/10-17/10/2019: 21  Mực nước thượng lưu sông Trường tương ứng với báo động thực tế cao so với kết tính tốn 5cm  Thời gian từ báo động lên báo động thực tế (28 phút) nhiều kết tính tốn dự báo phút  Thời gian từ báo động lên báo động thực tế (26 phút) nhiều kết tính tốn dự báo phút + Trận lũ số 02 từ ngày 30/10-02/11/2019: Bảng 3.9 Kết kiểm định ứng với trận lũ số Các cấp báo động Từ báo động lên báo động Từ báo động lên báo động Thời gian cảnh báo sớm hệ thống (phút) 35 29 Thời gian thực tế xuất (phút) 37 31 3.3.2 Kiểm định kết dự báo ngập lũ ứng dụng mơ hình thủy văn dự báo lưu lượng đến Kết dự báo mực nước thời gian truyền lũ mơ hình kiểm định với 02 trận lũ: trận 01 từ ngày 16/10-17/10/2019 trận 02 từ ngày 30/10-02/11/2019 Kết thu sau: - Trận lũ số 01 từ ngày 16/10-17/10/2019: Bảng 3.10 So sánh kết dự báo trận lũ số C C R UT.L D Các cấp báo động Từ BĐ I lên BĐ II Từ BĐ II lên BĐ III Thời gian dự báo sớm thông qua mơ hình (phút) 30 18 Thời gian cảnh báo sớm hệ thống cảnh báo sớm (phút) 24 23 Thời gian thực tế xuất (phút) 28 26 - Trận lũ số 02 từ ngày 30/10-02/11/2019: Bảng 3.11 So sánh kết dự báo trận lũ số Các cấp báo động Từ BĐ I lên BĐ II Từ BĐ II lên BĐ III Thời gian dự báo sớm thơng qua mơ hình (phút) 50 11 Thời gian cảnh báo sớm hệ thống cảnh báo sớm (phút) 35 29 Thời gian thực tế xuất (phút) 37 31 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận văn thực theo mục tiêu phù hợp với tên đề tài Quá trình thực tiến hành cách logic như: Thu thập thông tin ngầm tràn; phân tích, đánh giá trạng cơng trình trạng cơng tác cảnh báo ngầm tràn; tình hình thiệt hại ngập lũ gây ra; từ đề xuất giải pháp hệ thống cảnh báo sớm ngập lũ ngầm tràn Kết nghiên cứu luận văn đạt sau: (1) Đánh giá đặc điểm có ảnh hưởng đến ngầm tràn đặc điểm điều kiện tự nhiên (địa hình, địa chất, khí tượng thủy văn, ), kinh tế xã hội tỉnh Quảng Nam như: sông ngắn, dốc, lũ lên nhanh, xuống nhanh; mạng lưới trạm khí tượng – thủy văn ít; trình độ dân trí khơng cao, ngầm tràn khu vực đa số tiềm ẩn nguy rủi ro mưa lũ xuất (2) Đã đánh giá trạng cơng trình ngầm tràn công tác cảnh báo ngập lũ ngầm tràn địa bàn tỉnh Quảng Nam, cụ thể: - Trên địa bàn tỉnh Quảng Nam có 58 ngầm tràn lớn nhỏ, có tuổi thọ 10 năm Hầu hết ngầm tràn nằm lưu vực nhỏ dạng lịng chảo, địa hình hẹp dốc, vị trí nằm sát chân núi, số ngầm tràn nằm tuyến xả lũ hạ lưu công trình hồ chứa … có mưa xả lũ từ hồ chứa nước tập trung nhanh dồn xuống lịng sơng, suối chính, đến vị trí ngầm tràn, độ thoát lũ nhỏ nên nước lũ dâng lên vượt qua đỉnh tràn nhanh, dẫn đến nguy rủi ro ngập lũ cao - Kết đánh giá theo Bộ tiêu chí đánh giá mức độ rủi ro ngập lũ cho cơng trình ngầm tràn: có 21/58 ngầm tràn có nguy rủi ro vừa (chiếm 36,2%) 37/58 ngầm tràn có nguy rủi ro cao (chiếm 63,8%) - Công tác cảnh báo, dự báo: Chưa dự báo nguy ngập lũ D C C R UT.L 23 ngầm tràn Chủ yếu tập trung giải pháp ứng phó trước, sau xảy lũ theo 02 nhóm hình thức: nhóm cảnh báo (được thực lúc chưa có lũ xảy ra) nhóm ứng phó (sử dụng mưa lũ xảy ra); nhiên hiệu 02 hình thức mang lại cịn thấp, bị động, chưa mang tính chủ động (3) Đã nghiên cứu, đề xuất giải pháp hệ thống cảnh báo sớm ngập lũ ngầm tràn tỉnh Quảng Nam theo phương pháp cảnh báo thời gian thực ứng với cấp độ khác dựa nghiên cứu ứng dụng kết hợp lý thuyết thủy văn, thủy lực công nghệ thơng tin giải tốn cảnh báo sớm Hệ thống bao gồm modul hoạt động đồng bộ, gồm: i) Cụm thiết bị quan trắc (trạm đo mực nước tự động); ii) Phần mềm cảnh báo; iii) Cụm thiết bị cảnh báo (loa, đèn, barie, sms) Đây giải pháp hiệu ngầm tràn có nguy rủi ro cao lại thiếu số liệu quan trắc việc giảm thiểu tác động ngập lũ tới người phương tiện lưu thông qua ngầm tràn (4) Từ sở lý thuyết nêu tiến hành ứng dụng giải pháp cụ thể cho cụm ngầm tràn sông Trường - sông Oa, huyện Bắc Trà My, tỉnh Quảng Nam: - Giải pháp ứng dụng xây dựng hệ thống cảnh báo sớm ngập lũ 02 ngầm tràn theo thời gian thực Luận văn tính tốn xây dựng quan hệ lưu lượng (Q) với mực nước thượng lưu sông Trường mực nước ngầm sông Trường; dự báo thời gian chảy truyền từ thượng lưu đến vị trí ngầm tràn Kết dự báo hệ thống kiểm chứng với 02 trận lũ xảy năm 2019 cho thấy hiệu mang lại tốt Đây phương án hiệu ngầm tràn nguy hiểm, có lượng người phương tiện lưu thông nhiều, lại thiếu số liệu đo đạc Hệ thống dự báo sớm ngập lũ trước từ 30 phút đến 60 phút, sớm vài tiếng đồng hồ tùy thuộc vào việc bố trí thiết bị đo trận lũ xuất - Ngoài ra, luận văn nghiên cứu thiết lập mơ hình MIKE D C C R UT.L 24 NAM cho lưu vực thượng lưu ngầm sông Trường để dự báo q trình dịng chảy lũ đến thượng lưu ngầm sơng Trường có số liệu mưa dự báo Kết hợp với đường quan hệ lưu lượng ~ mực nước thượng lưu ~ mực nước ngầm tràn để dự báo mực nước tương ứng với cấp lưu lượng ngầm sơng Trường, qua đề xuất giải pháp ứng phó kịp thời Tuy nhiên kết dự báo mơ hình khơng xác hệ thống cảnh báo sớm theo thời gian thực mang lại, cần hiệu chỉnh thêm theo trận lũ thực tế Kiến nghị (1) Kết đề xuất giải pháp cảnh báo sớm thông qua việc xây dựng mô hình dự báo lũ cho cụm ngầm tràn sơng Trường – sông Oa đạt độ tin cậy định do: - Số liệu phục vụ xây dựng mơ hình cịn thiếu mơ hình hiệu chỉnh, kiểm định với 02 trận lũ xuất năm 2019, thơng số mơ hình mượn lưu vực thủy điện sông Tranh - Trong tương lai, liệu quan trắc nhiều cần hiệu chỉnh, kiểm định lại mơ hình để đưa kết cảnh báo tốt (2) Khả ứng dụng hệ thống cảnh báo sớm theo thời gian thực vào thực tế: Để lắp đặt hệ thống cảnh báo sớm ngầm tràn cần lượng kinh phí tương đối lớn, nên áp dụng cho ngầm tràn có mức độ nguy hiểm cao Đối với ngầm tràn khác, dựa kết đánh giá mức độ rủi ro ngầm tràn để đưa thông tin cảnh báo bảng biểu D C C R UT.L ... NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢNH BÁO SỚM NGẬP LŨ TẠI CÁC NGẦM TRÀN TỈNH QUẢNG NAM 2.1 Nghiên cứu giải pháp cảnh báo sớm ngập lũ ngầm tràn 2.1.1 Cơ sở đề xuất giải pháp cảnh báo sớm ngập lũ Giải. .. Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp cảnh báo sớm ngập lũ ngầm tràn Phạm vi nghiên cứu: tỉnh Quảng Nam D C C R UT.L Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập, phân... học Mục tiêu nghiên cứu Đề xuất giải pháp cảnh báo sớm ngập lũ ngầm tràn tỉnh Quảng Nam ứng dụng thử nghiệm cảnh báo sớm ngập lũ ngầm sông Trường - sông Oa, huyện Bắc Trà My, tỉnh Quảng Nam Đối