Do đặc điểm lũ sông Ba lên nhanh và rút cũng rất nhanh, thời gian ngập lụt ngắn nên vùng hạ lƣu sông Ba không có hệ thống đê điều chống lũ. Chỉ có một số đoạn đê chống xâm nhập mặn, ngăn cát, bảo vệ các khu dân cƣ ở một số khu vực nhƣ đê Phú Cầu, Đông Tác, Bãi Gối, Đà Nông. Ngoài ra phía bờ tả cửa Đà Rằng còn có 7 mỏ hàn bằng đá đổ chống xói lở bờ sông.
Hiện tại trên toàn lƣu vực đã xây dựng đƣợc 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.
Hồ Ayun hạ đƣợc xây dựng năm 1999 - 2000 trên nhánh Ayun tại vị trí có diện tích lƣu vực 1670 km2. Hồ có nhiệm vụ tƣới là chính với diện tích tƣới thiết kế 13500 ha, ngoài ra hồ còn có nhiệm vụ phòng lũ hạ du với dung tích phòng lũ 153.106m3.
Hồ Sông Hinh đƣợc xây dựng từ năm 1995 trên nhánh sông Hinh ở vị trí có diện tích lƣu vực 772 km2. Hồ có nhiệm vụ phát điện là chính. Ngoài ra hồ còn có nhiệm vụ phòng lũ cho hạ du với dung tích 250.106m3.
Nhƣ vậy, tổng dung tích phòng lũ của 2 hồ chứa Ayun hạ và Sông Hinh đạt 403.106m3. Trong khi đó tổng lƣợng lũ 7 ngày lớn nhất tại Củng Sơn năm 1981 đạt 2,77 tỷ và năm 1993 là 2,6 tỷ. Nhƣ vậy 2 hồ Ayun hạ và Sông Hinh mới chỉ cắt đƣợc khoảng gần 15% tổng lƣợng lũ 1993. Đối với lũ tần suất 10%, hai hồ Ayun hạ và Sông Hinh cũng chỉ cắt đƣợc khoảng 20% tổng lƣợng 7 ngày tại Củng Sơn.
Tóm lại, hiện trạng các công trình phòng chống lũ trên lƣu vực sông Ba hiện tại còn quá ít, trong khi đó gần nhƣ năm nào vùng hạ du cũng bị thiệt hại rất lớn bởi ngập lụt. Bởi vậy việc nghiên cứu các giải pháp nhằm giảm thiệt hại do bão lũ gây ra trên lƣu vực thực sự là việc làm cần thiết. [6]
1.3.4.Mục tiêu phòng chống lũ trên lƣu vực
Mặc dù ở vùng hạ lƣu sông Ba lũ thƣờng gây ngập trên diện rộng nhƣng quá trình lũ lên nhanh và rút cũng nhanh. Mùa lũ hạ du sông Ba thƣờng kéo dài 3 tháng từ 15/9 tới 15/12, mỗi năm thƣờng xảy ra từ 1 tới vài ba trận lũ. Vào mùa mƣa lũ chính vụ, toàn bộ vùng hạ lƣu sông Ba bỏ ngỏ không sản xuất nông nghiệp đã trở thành tập quán canh tác tồn tại lâu đời. Vì vậy, mục tiêu chống lũ cho hạ lƣu sông Ba nhƣ sau:
- Lũ chính vụ: do tổng lƣợng lũ lớn gây cho vùng độ sâu bị ngập lớn, diện tích ngập rộng và dài ngày nên không thể phòng chống đƣợc một cách triệt để mà chỉ cố gắng phấn đấu giảm bớt tác hại của lũ, đảm bảo an toàn tính mạng và tài sản cho ngƣời dân trong vùng, hạn chế tới mức thấp nhất thiệt hại về ngƣời và tài sản do lũ bão gây ra.
- Lũ sớm, lũ muộn và lũ tiểu mãn: các thời kỳ lũ này có cƣờng độ lũ nhỏ, lƣợng mƣa nội đồng không lớn nên có khả năng phòng chống đƣợc. Mục tiêu là
nghiên cứu các giải pháp để chống lũ lũ sớm, muộn và tiểu mãn, đảm bảo cho sản xuất nông nghiệp nhằm nâng cao sản lƣợng lƣơng thực thúc đẩy sự phát triển kinh tế xã hội và ổn định đời sống nhân dân trong vùng.
Tuy nhiên hiện nay chƣa có quy hoạch phòng chống lũ riêng cho lƣu vực chƣa đƣợc xây dựng nên việc trƣớc tiên là cần thiết phải xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm đƣa ra đƣợc phƣơng án phòng chống lũ phục vụ phát triển KTXH.
1.3.5.Phƣơng án quy hoạch phòng chống lũ
a. Quan điểm chống lũ
Quan điểm về chống lũ cho hạ du sông Ba đã đƣợc đề cập tới trong các kết quả nghiên cứu nhƣ "Định hƣớng quy hoạch lũ miền Trung" (Viện QHTL 1998- 2000), "Hiệu quả chống lũ hạ du công trình thuỷ điện sông Ba hạ"... Do đặc điểm địa hình, lũ trên sông Ba lên nhanh và xuống cũng nhanh. Những năm lũ lớn (10/1993) lũ về gây ngập tràn lan khắp vùng hạ lƣu với độ ngập sâu lớn (2m đến 3m), những năm lũ nhỏ thƣờng gây ngập từ 01,5 đến 1m nhƣng do dải đất đồng bằng hẹp, dốc, chạy sát biển nên nƣớc rút nhanh ra biển. Vì vậy mà vùng hạ lƣu sông Ba nói riêng cũng nhƣ các vùng duyên hải miền Trung Trung Bộ không xây dựng hệ thống đê ngăn lũ nhƣ các lƣu vực sông khác thuộc miền Bắc. Do đó quan điểm phòng chống lũ cho hạ du sông Ba chủ yếu vẫn là thích nghi, sống chung với lũ là chính. Tuy nhiên cũng cần xem xét nhiệm vụ cắt lũ của một số công trình hồ chứa có quy mô lớn trên dòng chính sông Ba để giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra đối với vùng hạ lƣu sông Ba.
Qua phân tích liệt thống kê các trận lũ lớn thƣờng xảy ra trong năm cho thấy lũ sớm mặc dù xuất hiện sau lũ tiểu mãn nhƣng cƣờng độ lũ lên cũng nhƣ độ lớn của lƣu lƣợng đỉnh lũ, tổng lƣợng lũ lớn hơn so với lũ tiểu mãn. Vì vậy sẽ tập trung chống lũ cho lũ sớm, bởi nếu chống đƣợc lũ sớm cũng có nghĩa là sẽ chống đƣợc lũ tiểu mãn. Còn với lũ chính vụ, do mức độ ngập lụt của hạ du rất lớn, nên việc chống lũ chính vụ là khó có thể. Hơn nữa tập quán canh tác của ngƣời dân vùng thƣờng xuyên ngập lụt đã thích nghi với lũ chính vụ, trong mùa lũ chính vụ vùng ngập trũng thƣờng bỏ ngỏ. Vì vậy, việc tính toán lũ chính vụ chỉ có tính chất kiểm tra.
Vùng hạ lƣu sông Ba là vùng thƣờng xuyên đối mặt với mƣa bão lũ lụt, trong đó toàn bộ đất đai, cơ sở hạ tầng và dân cƣ nằm trong phạm vi đƣờng 25 kết hợp với kênh chính Bắc Đồng Cam, đƣờng 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.
c. Tiêu chuẩn chống lũ
- Căn cứ vào tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 285-2002: các quy định chủ yếu về thiết kế.
- Căn cứ vào tiêu chuẩn phân cấp đê ban hành theo nghị định 429-HĐBT. - Căn cứ vào quy phạm thuỷ lợi QPTL A.6.77. Áp dụng cho lƣu vực sông Ba có vùng cần bảo vệ là hạ lƣu sông Ba nằm trên địa bàn các huyện Tuy Hoà, thành phố Tuy Hoà, huyện Phú Hoà, hàng năm thƣờng có khoảng hơn 5000 ha bị ngập.
- Theo Nghị định 429 HĐBT tiêu chuẩn thiết kế đê cấp III.
- Theo QPTL A.6-77 tiêu chuẩn thiết kế đê cấp IV Do vậy, chọn tần suất lũ thiết kế của công trình đê cấp IV: 10 %.
d. Các phương án quy hoạch phòng chống lũ và tiêu úng
Xây dựng các hành lang thoát lũ kết hợp công trình điều tiết lũ thƣợng lƣu là biện pháp chống lũ cơ bản đối với vùng hạ lƣu sông Ba. Hiện nay trên lƣu vực đã hình thành 2 đập chắn lũ là Quốc lộ 1A và đƣờng sắt thống nhất Bắc Nam. Phía hạ lƣu hai bên tả hữu đã có kênh chính Bắc Nam đập Đồng Cam kết hợp giao thông là đƣờng liên tỉnh 7B (Bắc) và 436 (Nam) nhƣng nhiều đoạn khi có lũ lớn nƣớc vẫn tràn qua. Trên lƣu vực hiện tại chỉ có 2 hồ chứa đa mục tiêu trong đó có nhiệm vụ phòng lũ là hồ Ayun hạ và hồ Sông Hinh. Ngoài ra còn có hồ chứa sông Ba hạ đang đƣợc xây dựng. Trong tƣơng lai quy hoạch đề nghị xây dựng bậc thang các công trình hồ chứa đa mục tiêu phía thƣợng nguồn có tác dụng cắt lũ cho hạ du bao gồm hồ Krông Hnăng, hồ An Khê – Kanak. [6]
CHƢƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT
2.1. TỔNG QUAN CHUNG
2.1.1.Khái niệm về bản đồ ngập lụt
Bản đồ nguy cơ ngập lụt là tài liệu cơ bản, làm cơ sở khoa học cho việc quy hoạch phòng tránh lũ lụt, lựa chọn các biện pháp, thiết kế các công trình khống chế lũ, là thông tin cần thiết để thông báo cho nhân dân về nguy cơ thiệt hại do lũ lụt ở nơi học cƣ trú và hoạt động.
Bản đồ ngập lụt thƣờng thể hiện các nội dung sau: Vùng úng ngập thƣờng xuyên.
Vùng ngập lụt ứng với tần suất mƣa, lũ khác nhau. Khu vực nguy hiểm khi có lũ lớn.
Khu vực có nguy cơ bị trƣợt lở, sạt lở.
Vết xói lở bờ sông, sạt lở bờ biển, trƣợt lở sƣờn.
Ngoài ra còn thể hiện hệ thống thủy lợi: hồ chứa, trạm bơm, đập dâng, cống đê… và các yếu tố nền địa lý.
Bản đồ ngập lụt phải xác định rõ ranh giới những vùng bị ngập do một trận mƣa lũ nào đố gây ra trên bản đồ. Ranh giới vùng ngập lụt phụ thuộc vào các yếu tố mực nƣớc lũ và địa hình, địa mạo của khu vực đó; trong khi nhân tố địa hình ít thay đổi nên ranh giới ngập lụt chỉ còn phụ thuộc vào sự thay đổi mực nƣớc lũ. [1, 3]
2.1.2.Các phƣơng pháp xây dựng bản đồ ngập lụt
Hiện nay trên thế giới có 2 phƣơng pháp đƣợc sử dụng để xây dựng bản đồ ngập lụt, đó là:
1. Xây dựng bản đồ ngập lụt dựa vào điều tra các trận lũ lớn thực tế đã xảy ra. 2. Xây dựng bản đồ ngập lụt dựa vào việc mô phỏng bằng các mô hình thủy văn, thủy lực
Mỗi phƣơng pháp trên đều có các ƣu nhƣợc điểm riêng trong việc xây dựng và ƣớc lƣợng diện tích ngập lụt. Bản đồ ngập lụt xây dựng theo phƣơng pháp điều tra các trận lũ lớn xảy ra chỉ tái hiện lại hiện trạng ngập lụt, chƣa mang tính dự báo nhƣng nó vẫn mang ý nghĩa to lớn về nhiều mặt trong công tác chỉ huy phòng chống lũ lụt cũng nhƣ làm cơ sở để đánh giá, so sánh các nghiên cứu tiếp theo. Tuy
vậy phƣơng pháp này tốn công, mất nhiều thời gian, không đáp ứng nhu cầu thực tế và có những điểm ngƣời nghiên cứu không thể đo đạc đƣợc hoặc không thu thập đƣợc số liệu.
Sử dụng công cụ mô phỏng, mô hình hóa bằng các mô hình thủy văn, thủy lực là rất cần thiết và có hiệu quả hơn rất nhiều và cũng là cách tiếp cận hiện đại và đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong thời gian gần đây trên cả thế giới và ở Việt Nam trong sự kết hợp với cả các lợi thế của phƣơng pháp truyền thống.
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 phƣơng 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.
2.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH THỦY VĂN, THỦY LỰC TÍNH TOÁN NGẬP LỤT NGẬP LỤT
2.2.1.Các mô hình mƣa dòng chảy:
Mô hình Ltank: do PGS.TS Nguyễn Văn Lai đề xuất năm 1986, là một phiên bản cải tiến từ mô hình Tank gốc của tác giả Sugawara (1959). Mô hình toán mƣa rào dòng chảy dựa trên quá trình trao đổi lƣợng ẩm giữa các tầng mặt, ngầm lƣu vực, và bốc hơi. Ứng dụng tốt cho lƣu vực vừa và nhỏ.
Mô hình HEC-HMS: là mô hình mƣa dòng chảy của trung tâm thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ đƣợc phát triển từ mô hình HEC-1, mô hình có những cải tiến đáng kể cả về kỹ thuật tính toán và khoa học thủy văn thích hợp với các lƣu vực sông vừa và nhỏ. Là dạng mô hình tính toán thủy văn đƣợc dùng để tính dòng chảy từ số liệu đo mƣa trên lƣu vực. Trong đó các thành phần mô tả lƣu vực sông gồm các công trình thủy lợi, các nhánh sông.
Kết quả của HEC-HMS đƣợc biểu diễn dƣới dạng sơ đồ, biểu bảng tƣờng minh rất thuận tiện cho ngƣời sử dụng. Ngoài ra, chƣơng trình có thể liên kết với cơ sở dữ liệu dạng DSS của mô hình thủy lực HEC-RAS.
Mô hình NAM: đƣợc xây dựng năm 1982 tại khoa thủy văn viện kỹ thuật thủy động lực và thủy lực thuộc đại học kỹ thuật Đan Mạch. Mô hình dựa trên nguyên tắc các bể chứa theo chiều thẳng đứng và hồ chứa tuyến tính. Mô hình tính quá trình mƣa – dòng chảy theo cách tính liên tục hàm lƣợng ẩm trong năm bể chứa riêng biệt tƣơng tác lẫn nhau. NAM mô phỏng quá trình mƣa - dòng chảy bằng việc mô tả liên tục cho các thành phần trong 4 vùng trữ lƣợng tƣơng tác lẫn nhau bao gồm: trữ lƣợng tuyết; Trữ lƣợng nƣớc mặt; Trữ lƣợng nƣớc sát mặt; Trữ lƣợng nƣớc ngầm.
Các mô hình thủy văn trên đây cho kết quả là các quá trình dòng chảy tại các điểm khống chế (cửa ra lƣu vực) vì vậy tự thân chúng đứng độc lập chƣa đủ khả năng để đƣa ra các thông tin về diện tích và mức độ ngập lụt mà phải kết hợp cới một số các công cụ khác nhƣ GIS, hoặc là biên cho các mô hình thủy động lực 1-2 chiều khác. [3]
2.2.2.Mô hình thủy lực:
Mô hình VRSAP (Vietnam River System And Plains): tiền thân là mô hình KRSAL do cố PSG.TS Nguyễn Nhƣ Khuê xây dựng từ 1965 đến 1993 và đƣợc sử dụng rộng rãi ở nƣớc ta trong khoảng 25 năm trở lại đây.
Đây là mô hình toán thủy văn - thủy lực của dòng chảy một chiều trên hệ thống sông ngòi có nối với đồng ruộng và các khu chứa khác. Dòng chảy trong các đoạn sông đƣợc mô tả bằng hệ phƣơng trình Saint-Venant đầy đủ, không bỏ bớt một vài số hạng nhƣ trong một số mô hình khác. Dòng chảy qua các công trình đƣợc mô tả bằng các công thức thủy lực đã biết và đƣợc đƣa vào cùng một số hạng nhƣ phƣơng trình của các đoạn sông. Dòng chảy tràn vào các ô ruộng hay khu chứa đƣợc mô phỏng theo tƣ tƣởng chung của mô hình SOGREAH. Các khu chứa nƣớc và các ô đồng ruộng trao đổi nƣớc với sông và trao đổi nƣớc với nhau qua các tràn hay cống điều tiết. Do đó, mô hình đã chia các khu chứa và các ô đồng ruộng thành hai loại chính. Loại kín trao đổi nƣớc với sông qua cống điều tiết, loại hở trao đổi nƣớc với sông qua tràn mặt hay trực tiếp gắn với sông nhƣ các khu chứa thông thƣờng.
Mô hình VRSAP cũng xét đến sự gia nhập của mƣa trong tính toán thủy lực dòng chảy trong các hệ thống sông khi diễn toán lũ hay tính tiêu nƣớc cho hệ thống thủy nông. Mô hình c ̣ũng xét đến khả năng truyền mặn trên hệ thống sông và đồng ruộng. Sơ đồ tính trong VRSAP là sơ đồ sai phân ẩn lƣới chữ nhật có xét đến trọng số đối với các bƣớc sai phân theo thời gian t và không gian x.
Mô hình VRSAP phù hợp với điều kiện Việt Nam, có thể sử dụng để:
+ Tính toán và tìm ra quy luật thay đổi của lƣu lƣợng Q và mực nƣớc Z tại từng mặt cắt trên hệ thống sông và ô chứa kể cả vùng bị ảnh hƣởng của thủy triều.
+ Giải bài toán tiêu úng, thoát lũ và cấp nƣớc trên các hệ thống công trình thủy lợi vùng đồng bằng và ven biển.
+ Lập các phƣơng án quy hoạch quản lý và khai thác thủy lợi trên lƣu vực sông lớn nhỏ và các hệ thống công trình thủy lợi.