Hệ thống sông Vu Gia – Hàn có mạng lƣới sông rất phức tạp. Các con sông này có chế độ thuỷ văn chịu sự chi phối trực tiếp bởi chế độ mƣa trên toàn lƣu vực, mà phần lớn diện tích lƣu vực sông Vu Gia – Hàn nằm trên địa phận tỉnh Quảng Nam, chỉ có lƣu vực sông Tuý Loan là có lƣu vực nằm trọn trong địa phận của TP Đà Nẵng. Vì vậy khi nghiên cứu chế độ thuỷ văn TP Đà Nẵng không thể tách rời chế độ mƣa, chế độ thuỷ văn trên toàn lƣu vực sông Vu Gia và rộng hơn nữa là lƣu vực sông Vu Gia – Thu Bồn. Phần này của luận văn chỉ nêu một số đặc điểm chính về khí tƣợng thủy văn trong khu vực nghiên cứu căn cứ vào các tài liệu tham khảo [10].
3.1.1. Lưu vực sông Vu Gia – Hàn
Hệ thống sông Vu Gia – Hàn bao gồm những con sông chính nhƣ sau:
Sông Vu Gia: Bắt nguồn từ vùng núi cao phía Tây- Nam tỉnh Quảng Nam, bao gồm nhiều nhánh sông lớn hợp thành (sông Cái, sông Bung, sông Côn)
Sông Cái: Bắt nguồn từ vùng núi cao trên 2000m ở vùng biên giới Tây Nam của tỉnh Quảng Nam, đầu nguồn thuộc tỉnh Kon Tum (chiều dài sông nằm trong địa phận Kon Tum khoảng 61km). Sông chảy theo hƣớng từ Nam đến Bắc, rồi chuyển hƣớng từ Tây Nam đến Đông Bắc.
Sông Bung: Bắt nguồn từ vùng núi cao phía Tây-Bắc tỉnh Quảng Nam, chảy theo hƣớng Tây sang Đông. Chiều dài sông chính là 130 km.
Sông Côn: Bắt nguồn từ vùng núi Tây-Bắc huyện Hiên (tỉnh Quảng Nam). Chiều dài sông tính đến cửa ra (cách cửa sông Bung khoảng 15 km về phía hạ lƣu) là 54 km.
Sông Yên là một phân lƣu từ sông Vu Gia (hạ lƣu sông Vu Gia). Vào mùa lũ, khi đến địa phận khu vực Dƣơng Sơn, xã Hòa Phong thì sông này hợp lƣu với sông Túy Loan chảy về phía sông Hàn.
Sông Chu Bái chảy đến sông La Thọ lại phân lƣu tiếp thành 2 nhánh: sông La Thọ (còn gọi là sông Thanh Quýt) và sông Quá Giáng, 2 nhánh sông này đều đổ về sông Vĩnh Điện.
Hình 3.1: Hệ thống sông Vu Gia – Hàn
Sông Vĩnh Điện là một phân lƣu của sông Thu Bồn, đƣợc bổ sung thêm một lƣợng nƣớc từ sông La Thọ và sông Quá Giáng, tập trung chảy về sông Hàn.
Sông Hàn là đoạn nhập lƣu cuối cùng đổ ra cửa biển Thuận Phƣớc, Đà Nẵng của các sông Vĩnh Điện, Tuý Loan và sông Yên. Dòng chảy trên sông Hàn có hai chiều xuôi (dòng chảy thƣợng nguồn) và ngƣợc (dòng triều).
Trong một hệ thống các sông đang xét, có thể nhận thấy rằng trạm thủy văn Cẩm Lệ ở phía cuối của hệ thống sông, nên việc tính toán lan truyền thủy lực từ thƣợng lƣu tới đây là một công việc khá khó khăn. Ngoài việc tại đây chịu ảnh hƣởng hợp lƣu của dòng chảy từ sông Túy Loan chảy vào, thì việc phân lƣu từ hệ thống sông Vu Gia sang sông Yên và sông Lạc Thành cũng có ảnh hƣởng rất lớn. Do vậy khi tính toán cần thiết phải chú trọng tới tỷ lệ phân lƣu tại ngã ba phân lƣu này mới mong đạt đƣợc kết quả mong muốn. Đối với các trạm thủy văn khác: Thạnh Mỹ, Hội Khách, Ái Nghĩa việc tính toán này không gặp nhiều phức tạp nhƣ đối với trạm thủy văn Cẩm Lệ.
3.1.2. Dòng chảy lũ
Các nguyên nhân chính gây ra mƣa lũ là do bão, áp thấp nhiệt đới, dải hội tụ nhiệt đới, không khí lạnh gây ra. Các hình thái này hoạt động riêng lẻ hoặc phối hợp với nhau và có thể phân ra làm 3 dạng chính nhƣ sau:
Bão hoặc áp thấp nhiệt đới hoạt động đơn độc hoặc phối hợp với các hình thái khác (trừ không khí lạnh)
Bão hoặc áp thấp nhiệt đới phối hợp với không khí lạnh Không khí lạnh, hội tụ nhiệt đới và các hình thái thời tiết khác
Do chịu tác động mạnh mẽ của mƣa do bão, áp thấp nhiệt đới và các nhiễu động thời tiết biển Đông gây ra, các nơi thuộc vùng nghiên cứu có lƣợng mƣa ngày đêm khá lớn.
Mùa lũ chính vụ hàng năm trên lƣu vực sông Vũ Gia - Hàn kéo dài từ tháng IX tới tháng XII. Lƣợng dòng chảy 3 tháng mùa lũ chiếm tới 60-70% tổng lƣợng dòng chảy năm, lƣợng nƣớc biến đổi của mùa lũ giữa các năm khá lớn, tại Thạnh Mỹ năm nhiều nƣớc lƣợng nƣớc của mùa lũ có thể gấp 11,3 lần lƣợng nƣớc của mùa lũ năm ít nƣớc (năm 1996 có lƣu lƣợng trung bình 3 tháng mùa lũ là 2098 m3/s trong khi đó năm 1982 chỉ là 186.3 m3/s). Mùa lũ có thể chia thành các thời kỳ nhƣ sau:
Lũ tiểu mãn Lũ sớm Lũ muộn
Lũ lớn nhất trong năm thƣờng xảy ra vào tháng X, tháng XI là các tháng có mƣa lớn nhất. Tại Thạnh Mỹ, khả năng lũ lớn nhất hàng năm xảy ra vào tháng X chiếm tới 11/26 = 42.3 %, xảy ra vào tháng XI chiếm 12/26 = 46,1%.
Nhìn chung lũ lụt vùng nghiên cứu diễn biến khá phức tạp, do ảnh hƣởng của bão kết hợp với hoạt động không khí lạnh thƣờng gây mƣa lớn trên diện rộng thêm vào đó với địa hình dốc nên khả năng tập trung nƣớc nhanh, sông suối lại ngắn nên lũ lên nhanh, xuống nhanh, cƣờng suất lũ lớn. Lũ các sông Quảng Nam - Đà Nẵng có lũ đơn, lũ kép; lũ kép 2 đến 3 đỉnh đặc biệt một số trận lũ có 4 đến 5 đỉnh nhƣ lũ tháng XI năm 1999 có tới 5 đỉnh trong đó có 4 đỉnh trên báo động cấp III.
Lƣu lƣợng lũ lớn nhất năm trung bình nhiều năm tại Thạnh Mỹ là 3430 m3/s. Lũ lớn nhất đo đƣợc trong thời kỳ từ 1976 - 2001 với Qmax= 7000 m3/s vào ngày 20/XI/1998.
Do đặc điểm địa hình các sông Miền Trung ngắn, dốc, thời gian duy trì các trận lũ thƣờng chỉ 3 - 5 ngày. Tổng lƣợng lũ 1 ngày lớn nhất chiếm tới 30 - 35% tổng lƣợng của toàn trận lũ. Tại Thạnh Mỹ, tổng lƣợng lũ 5 ngày đạt tới 1,176 tỷ m3 lũ năm 1998, đạt 1,11 tỷ m3 lũ năm 1999.
Mực nƣớc cao nhất tại một số trạm thủy văn trong khu vực đƣợc trình bày trong bảng 3.1. Bảng 3.1: Đặc trƣng đỉnh lũ cao nhất năm (1976-2001) TT Trạm HmaxTBNN (cm) Hmaxmax Hmaxmin (cm) Năm xh (cm) Năm xh 1 Ái Nghĩa 894 1037 1998 760 1977 2 Cẩm Lệ 173 428 1999 96 1978 3 Tiên Sa 200 235 1983 177 1994
Bảng 3.2: Mức nƣớc báo động tại các trạm trên hệ thống sông (m)
Sông Trạm Cấp I Cấp II Cấp III
Vu Gia Ái Nghĩa 6,4 7,7 8,8
Hàn Cẩm Lệ 0,7 1,1 1,7
3.2. Xây dựng hệ thống sông trong mô hình HEC – RAS
Dƣới đây trình bày việc xử lý các số liệu thực tế thu thập đƣợc trên lƣu vực sông Vu Gia – Hàn để xây dựng mô hình mạng sông trên mô hình HEC – RAS. Căn cứ vào số liệu thu thập đƣợc, mạng sông tính toán đƣợc giới hạn từ trạm thủy văn Thạnh Mỹ ra đến cửa Hàn bao gồm các phụ lƣu sông Bung, sông Côn, sông Túy Loan, sông Vĩnh Điện và phân lƣu tại Quảng Huế. Các điều kiện biên cho các phụ lƣu, phân lƣu và cửa ra đƣợc thiết lập phù hợp với thực tế dòng chảy và tình hình số liệu. Mô hình thủy văn tính dòng chảy do mƣa đƣợc kết nối tại các biên cho lƣu lƣợng vào của mô hình thủy lực.
3.2.1. Xây dựng mô hình số cho hệ thống sông a. Số liệu hình học a. Số liệu hình học
Để xây dựng hệ thống mạng thủy lực của sông nói trên thì các tài liệu địa hình sau đây đƣợc sử dụng:
Số liệu đo đặc địa hình gồm có mặt cắt ngang và trắc địa dọc sông do Viện Quy Hoạch Thủy lợi tiến hành đo đạc năm 1997, dự án Hợp tác Việt Nam – Đan Mạch (Danida) [11].
Đề tài độc cấp nhà nƣớc: ĐLĐT.2007G/43 do Viện Công nghệ Môi trƣờng thực hiện [12].
Bảng 3.3: Đặc trƣng địa hình lòng dẫn mạng tính toán thủy lực STT Vị trí Mă ̣t cắt ĐH đa ̣i diê ̣n Cao trình
đáy Cao trình
bờ tả Cao trình
bờ hƣ̃u Ghi chú 1 0 VG1 9,36 26,43 29,40 Sông Vu Gia 2 3150 VG2 7,88 26,12 29,09 - nt - 3 5280 VG3 8,57 29,29 28,45 - nt - 4 7180 VG4 7,21 25,71 22,49 - nt - 5 9580 VG5 7,39 30,82 26,91 - nt - 6 11830 VG6 5,76 27,47 28,48 - nt - 7 15080 VG7 5,97 23,72 23,03 - nt - 8 17350 VG8 5,48 27,51 19,48 - nt - 9 19870 VG9 5,69 13,69 12,34 - nt - 10 22130 VG10 5,25 12,40 12,79 - nt - 11 24890 VG11 2,44 13,73 15,53 - nt - 12 26140 VG12 -1,73 17,03 11,73 - nt - 13 28315 VG13 3,77 13,29 28,12 - nt - 14 31115 VG14 2,58 9,99 10,61 - nt - 15 34340 VG15 3,49 6,79 10,12 - nt - 16 37415 VG16 1,31 7,61 8,75 - nt -
STT Vị trí Mă ̣t cắt ĐH
đa ̣i diê ̣n Cao trình
đáy Cao trình
bờ tả Cao trình
bờ hƣ̃u Ghi chú 17 39915 VG17 1,55 10,72 8,27 - nt - 18 40315 VG18 1,66 9,77 10,53 - nt - 19 41715 VG19 0,08 10,19 8,73 (Ái Nghĩa) 20 42865 VG20 -0,44 8,01 8,28 - nt - 21 46140 VG21 -0.19 6,39 7,05 - nt - 22 46640 VG22 -0,08 7,05 7,15 - nt - 23 49120 VG23 0,14 6,82 6,10 - nt - 24 51370 VG24 -0.30 6,82 6,43 - nt - 25 55170 VG25 -6,98 5,12 6,15 - nt - 26 56800 VG26 -7,21 4,25 4,12 - nt - 27 57020 VG27 -4,71 3,23 3,07 - nt - 28 59420 VG28 -3,33 2,65 2,78 29 61845 VG29 -6,52 7,65 1,99 Tuý Loan 30 66070 VG30 -5,26 7,93 4,83 31 67145 VG31 -3,60 3,98 1,27 - nt - 32 67545 VG32 -4,20 7,66 1,73 - nt - 33 69695 VG33 -5,41 1,07 0,51 - nt - 34 70370 VG34 -12,23 1,36 0,94 - nt - 35 72615 VG35 -11,74 3,11 1,86 Cầu NVT 36 74715 VG36 -11,42 1,92 3,29 - nt - 37 76710 VG36 -11,42 1,92 3,29 - nt - 38 77465 VG37 -9,68 1,52 0,97 Cƣ̉a Hàn 439 0 QH1 1,46 9,72 9,97 Sông Quảng Huế
40 0 LT1 -0,01 6,49 7,77 Sông La Tho ̣ 41 0 VD1 -0,95 4,04 3,30 Sông Vĩnh Điê ̣n
42 2620 VD2 -1,83 3,78 3,98 - nt - 43 4350 VD3 -2,25 4,85 5,75 - nt - 44 4770 VD4 -3,39 2,86 5,31 - nt - 45 4920 VD5 -4,63 4,77 4,89 - nt - 46 6880 VD6 -2,27 3,27 2,92 - nt - 47 8730 VD7 -1,69 2,66 3,88 - nt - 48 8880 VD8 -4,14 2,02 2,81 - nt - 49 12930 VD9 -11,0 5,12 2,94 - nt - 50 15680 VD10 -4,49 1,60 2,55 - nt - 51 15980 VD11 -6,81 1,97 2,27 - nt - 52 19230 VD12 -3,04 1,39 2,09 - nt - 53 21970 VD13 -6,03 0,51 1,63 - nt - 54 22180 VD14 -5,56 1,34 1,71 - nt - 55 24130 VD15 -6,17 0,63 1,68 - nt -
Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống sông Vu Gia – Hàn được mô hình hóa
Hình 3.2 là sơ đồ mạng lƣới sông của hệ thống sông Vu Gia – Hàn đƣợc mô hình hóa trong chƣơng trình. Sau khi thêm các yếu tố mặt cắt, độ dài đoạn sông và các yếu tố thủy lực khác nhƣ ta thu đƣợc sơ đồ hệ thống sông Vu Gia – Hàn với đầy đủ các mặt cắt nhƣ trên hình 3.4. Hình 3.3 là ví dụ số liệu mặt cắt tại Thạnh Mỹ trong mô hình.
Hình 3.4: Sơ đồ hệ thống sông Vu Gia – Hàn có đủ các mặt cắt b. Hệ thống ô chứa
Mô hình HEC-RAS tính toán quá trình ngập lụt khu vực ngoài sông thông qua hệ thống ô chứa. Các ô chứa có quan hệ thủy lực với sông và với các ô chứa khác thông qua các đập tràn. Các ô chứa đƣợc phân chia dựa trên bản đồ địa hình và bản đồ giao thông của khu vực. Các ô chứa đƣợc đặc trung bởi quan hệ giữa cao độ và thể tích chƣa nƣớc. Các đập tràn có thể là các đƣờng giao thông, đƣờng bờ ruộng ... đƣợc đặc trƣng bởi cao độ dài dọc theo ô chứa.
Căn cứ vào bản đồ dịa hình tỷ lệ 1:2000 và bản đồ giao thông tỷ lệ 1:25000, trên cơ sở ứng dụng các cộng nghệ GIS, mạng lƣới 124 ô tràn lũ đã đƣợc thiết lập cho vùng hạ du sông Hàn.
Hình 3.5: Hệ thống ô chứa trong mô hình
3.2.2. Thiết lập điều kiện biên của bài toán
Trạm Thạnh Mỹ là biên đầu vào cho lƣu lƣợng. Đây là trạm thủy văn cấp I trong lƣu vực có đầy đủ các số liệu về mực nƣớc và lƣu lƣợng trong nhiều năm. Các số liệu tại trạm này có thể đƣợc sử dụng làm cơ sở để tính toán dòng chảy tại các biên dòng chảy khác trong lƣu vực không có số liệu thực đo.
Sông Bung là hợp lƣu với sông Vu Gia tại vị trí cách trạm Thạnh Mỹ 11 km theo chiều dòng nƣớc xuôi về phía hạ lƣu. Biên vào tại sông Bung cũng chọn là biên lƣu lƣợng. Dòng chảy tại đây chỉ có các số liệu thực đo từ các đợt khảo sát ngắn ngày. Vì vậy lƣu lƣợng vào tai biên này đƣợc xác định trên cơ sở dòng chảy Thạnh Mỹ và phƣơng pháp lƣu vực tƣơng tự hoặc từ mô hình thủy văn.
Tƣơng tự, sông Côn hợp lƣu với sông Vu Gia cách trạm Thạnh Mỹ 28 km theo chiều xuôi dòng hạ lƣu. Toàn bộ lƣu lƣợng nƣớc của sông Côn cũng đƣợc chảy đến hợp lƣu này. Điều kiện biên của sông Côn đƣợc chọn là biên lƣu lƣợng.
Tiếp theo nhƣ trong sơ đồ hệ thống sông Vu Gia – Hàn là sông Quảng Huế – con sông thoát nƣớc của sông Vu Gia sang sông Thu Bồn vào mùa lũ. Biên này là biên ra của hệ thống, điều kiện biên cho tại đây là cho độ dốc mặt nƣớc (bằng độ dốc trung bình của lòng sông). Dòng chảy tại phân lƣu này khá phức tạp do có những thay đổi về lòng dẫn từ năm 2001. Các thông số tại biên này cần đƣợc điều chỉnh trên cở sở số liệu mực nƣớc thực đo tại trạm thủy văn Ái Nghĩa.
Sông Vĩnh Điện nằm phía hạ lƣu của lƣu vực sông. Sông này chịu ảnh hƣởng bởi thủy triều truyền từ cửa Hàn của Vịnh Đà Nẵng. Tính từ trạm Thạnh Mỹ trên thƣợng lƣu thì hợp lƣu Vĩnh Điện – Vu Gia – Hàn tại vị trí cách đó 60.5 km và cách cửa Hàn khoảng 8 km. Cũng theo các nghiên cứu thống kê trƣớc đó thì vào mùa lũ dòng chảy chỉ chảy theo hƣớng từ sông Thu Bồn về Vu Gia – Hàn. Nhƣ vậy, có thể chọn điều kiên biên tại đây là biên lƣu lƣợng vào. Dòng chảy tại đây phức tạp, tuy nhiên ảnh hƣởng đến dòng chảy lũ trên sông Hàn là nhỏ vì vậy dòng chảy tại đây đƣợc lấy là dòng chảy trung bình trong mùa lũ hàng năm dựa trên các số liệu thực đo trƣớc đây.
Sông Túy Loan là đoạn sông chảy hợp lƣu vào sông Yên và hiện tại do có rất ít số liệu mặt cắt cũng nhƣ các số liệu về dòng chảy. Lƣu lƣợng đầu vào tại đây đƣợc lấy theo tỷ lệ diện tích lƣu vực chiếm từ 20% đến 40 % lƣơng lƣợng tại Thạnh Mỹ (khoảng 10 % đến 20 % lƣu lƣợng vào sông Hàn).
Cửa Hàn của Vịnh Đà Nẵng chịu ảnh hƣởng trực tiếp của nƣớc triều nên điều kiện biên tại đây là biên mực nƣớc.
Nhƣ vậy, các biên của hệ thống đƣợc thiết lập nhƣ sau: Trạm thủy văn Thạnh Mỹ: biên lƣu lƣợng.