Xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Ba phục vụ công tác phòng chống lũ

Đặc điểm kinh tế

Khu vực thượng trung lưu thuộc vùng Tây Nguyên có lợi thế về mặt hàng nông lâm sản có giá trị kinh tế cao như cao su, cafe, tiêu, điều nên mức thu nhập bình quân đầu người đạt khoảng 324 USD/người/năm. Còn khu vực hạ lưu thuộc đồng bằng Duyên Hải ven biển miền Trung có nhiều lợi thế về điều kiện tự nhiên, xã hội nhất là dịch vụ du lịch, thuỷ hải sản nên mức thu nhập bình quân đầu người có phần cao hơn vùng thượng trung lưu một chút và mức thu nhập đạt khoảng 350 USD/người/năm.

Thiệt hại do ngập lụt

Hiện tại trên toàn lưu vực đã xây dựng được 147 hồ chứa, trong số đó chỉ có 2 công trình có khả năng cắt giảm lũ cho hạ du sông Ba là hồ Ayun hạ và hồ Sông Hinh. Tóm lại, hiện trạng các công trình phòng chống lũ trên lưu vực sông Ba hiện tại còn quá ít, trong khi đó gần như năm nào vùng hạ du cũng bị thiệt hại rất lớn bởi ngập lụt.

Mục tiêu phòng chống lũ trên lưu vực

Bởi vậy việc nghiên cứu các giải pháp nhằm giảm thiệt hại do bão lũ gây ra trên lưu vực thực sự là việc làm cần thiết. Tuy nhiên hiện nay chưa có quy hoạch phòng chống lũ riêng cho lưu vực chưa được xây dựng nên việc trước tiên là cần thiết phải xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm đưa ra được phương án phòng chống lũ phục vụ phát triển KTXH.

Phương án quy hoạch phòng chống lũ a. Quan điểm chống lũ

Vùng hạ lưu sông Ba là vùng thường xuyên đối mặt với mưa bão lũ lụt, trong đó toàn bộ đất đai, cơ sở hạ tầng và dân cư nằm trong phạm vi đường 25 kết hợp với kênh chính Bắc Đồng Cam, đường liên huyện lên Sông Hinh kết hợp với kênh chính Nam và vùng cửa sông Đà Rằng chủ yếu thuộc địa phận các huyện Phú Hoà, Tuy Hoà và thị xã Tuy Hoà cần bảo vệ. Áp dụng cho lưu vực sông Ba có vùng cần bảo vệ là hạ lưu sông Ba nằm trên địa bàn các huyện Tuy Hoà, thành phố Tuy Hoà, huyện Phú Hoà, hàng năm thường có khoảng hơn 5000 ha bị ngập.

Khái niệm về bản đồ ngập lụt

Các phương pháp xây dựng bản đồ ngập lụt

Mặt khác, với sự phát triển của máy tính và các hệ thống thông tin, cơ sở dữ liệu ngày càng có nhiều ứng dụng phát triển dựa trên nền hệ thông tin địa lý (GIS), mà xây dựng bản đồ ngập lụt là một trong những ứng dụng quan trọng mang lại nhiều lợi ích thiết thực trong thực tiễn công tác phòng chống lụt bão và giảm nhẹ thiên tai. Do vậy luận văn này sẽ tập trung giới thiệu và phân tích các nhóm mô hình thủy văn, thủy lực có khả năng ứng dụng trong xây dựng bản đồ ngập lụt, nhằm làm cơ sở lựa chọn phương pháp sử dụng cho khu vực nghiên cứu cùng với việc giới thiệu các quy trình và công cụ xây dựng bản đồ ngập lụt tích hợp kết quả mô phỏng bằng mô hình thủy động lực với hệ thống cơ sở dữ liệu GIS.

Cấu trúc mô hình

Kết quả của mô hình được biểu diễn qua đường quá trình lưu lượng theo thời gian (thời gian tính bằng giờ hoặc bằng ngày tùy thuộc vào thời gian của mưa thực đo). Mô hình thủy động lực học EFDC gồm 6 modul lan truyền vận chuyển, bao gồm: động lực học, màu sắc, nhiệt độ, độ mặn….(hình 8).

Một số đặc điểm tính năng của phần mềm [7, 10]

+ Centerline Dominant: tùy chọn này cho phép người sử dụng tạo ra ô lưới cong có tính chất tập trung ở dòng chủ lưu nghĩa là các đường cong chia dọc sông được tạo ra mau dần từ hai biên vào dòng chính (hình11). Các dự tính bao gồm số lượng bước thời gian tối đa (CFL), thời gian và vị trí các điểm có độ sâu âm, các kiểm tra về cân bằng thể tích và khối lượng… khả năng này giúp người dùng có thể dễ dàng xác định bước thời gian tối ưu để mô hình đạt kết quả tốt (hình 13).

Cơ sở lý thuyết mô hình EFDC [7, 9, 10]

Truy suất kết quả: kết quả mô hình được hiển thị cho từng điểm lưới và ở tại mỗi bước thời gian mà người sử dụng đã chọn. Kết quả mô hình có thể được truy xuất dưới dạng các file ảnh trên đó có hiển thị các đặc tính cần xem xét.

Cách giải quyết bài toán trong mô hình EFDC

Việc kết hợp thời gian trong mô hình sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn 3 cấp thời gian chính xác bậc 2 với kiểu tách riêng quá trình chuyển động do các yếu tố chính trong các lớp nước tạo ra (internal model – kiểu trong) và quá trình do các yếu tố trên bề mặt nước như sông, gió tạo ra (external model - kiểu ngoài). Kiểu trong được thực hiện đồng thời với kiểu ngoài và chỉ hoàn toàn liên quan đến khuyếch tán theo chiều thẳng đứng do ứng suất cắt và cắt theo dòng chảy.

Quản lý các file trong model

• GIỚI THIỆU QUY TRÌNH XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT

Về phương pháp giải tích: với phương pháp này thì bài toán giải được và tìm được nghiệm chính xác, nhưng nó chỉ có thể áp dụng được trong một số trường hợp nhất định về điều kiện biên như: thường phải đơn giản về hình dạng, không thay đổi theo thời gian tính toán, môi trường là đồng nhất có nghĩa là các thông số của lưu vực tính toán là không thay đổi theo không gian và thời gian…. Nếu ta chia miền mô hình một lưới các nút, viết giá trị gần đúng của các đạo hàm của các biến số cho mọi điểm lưới, thay đạo hàm gần đúng này vào các phương trình vi phân đạo hàm riêng ta sẽ có hệ phương trình và giải hệ phương trình này ta có được nghiệm của các biến số cần tìm.

Tài liệu địa hình

Như vậy, tài liệu thủy văn cần thiết cho cả trường hợp mô phỏng và các phương án tính toán sẽ là đường quá trình mực nước, lưu lượng tại Củng Sơn, đường quá trình mực nước tại trạm Phú Lâm và đường quá trình mực nước tại cửa Đà Rằng. Về mực nước tại cửa sông Đà Rằng, do có cùng chế độ triều của vùng biển từ Quảng Ngãi đến Nha Trang, mặt khác hiện tại chỉ có tài liệu quan trắc triều tại Quy Nhơn nên lấy mực nước triều tại trạm Quy Nhơn làm mực nước tại cửa Đà Rằng.

Tài liệu điều tra vết lũ

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY LỰC TÍNH TOÁN NGẬP LỤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Mô hình EFDC

+ File thể hiện các thông tin địa hình (Topographic information file): file này chứa các dữ liệu về đường bao miền mô hình (outline) dưới dạng tọa độ (X,Y) được số hóa từ bình đồ dữ liệu khu vực nghiên cứu. + File về cao trình nước mặt (Surface Elevations): dựa vào mực nước thực đo tại các trạm phía thượng lưu và hạ lưu lấy độ dốc mặt nước là hằng số ta có được cao trình mặt nước theo đường mặt cắt dọc sông.

Kết quả mô phỏng quá trình ngập lụt bằng mô hình EFDC A. Kết quả hiệu chỉnh mô hình

XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT

Từ file kết quả tecplot vừa export ở trên sử dụng công cụ của phầm mềm mapinfo đưa vào phần mềm Mapinfo version 11.0, Sử dụng phần mềm vertical mapper kết nối với mapinfo để xây dựng lớp thông tin về độ sâu ngập lụt tối đa, sử dụng các công cụ nội - ngoại suy của vertical mapper (hình 38và hình 39) tạo ra nền DEM từ phép nội - ngoại suy này, sau đó sử dụng công Contour Grid (hình 40) để xác định các đường contour và phân cấp độ sâu ngập lụt, sau đó kết hợp với nền địa hình để hiệu chỉnh, loại bỏ sai số trước khi đưa vào thành lập bản đồ ngập lụt. Mặc dù không có số liệu kiểm chứng về diện tích ngập lụt nhưng theo kết quả so sánh điều tra vết lũ thực đo và tính toán cho thấy triển vọng và độ tin cậy chấp nhận được của bộ thông số của mô hình trong việc mô phỏng diện tích ngập lụt, vốn là yếu tố quan trọng trong xây dựng bản đồ ngập lụt.