3.6.1. Kiểm định mô hình
Trận lũ được sử dụng để kiểm định diễn ra trong vòng 07 ngày kể từ ngày 01/11/1999 đến 07/11/1999. Đây là trận lũ lớn thứ 2 trong lịch sử của thế kỷ XX trên khu vực nghiên cứu. Trận lũ diễn ra ứng với tần suất 1,5%. Thời gian lũ lên là 01 ngày, thời gian lũ xuống là 01 ngày và thời gian duy trì đỉnh lũ là 05 ngày.
Trận lũ tháng 11/1999 gây ra bởi mưa lớn trên toàn lưu vực. Tổng lượng mưa trong 07 ngày đạt 2.292,7 mm tại Huế. Lượng mưa ngày lớn nhất là 977,6 mm tại Huế, lượng mưa giờ lớn nhất là 120 mm tại Huế. Lượng mưa gây lũ trên lưu vực thể hiện trong bảng 3.6.1.
Bảng 3.6.1. Lượng mưa ngày gây lũ 1999 tại Thừa Thiên Huế
Trạm đo mưa (mm) Ngày
Phú ốc Bình Điền Nam Đông A Lưới Huế Tà Lương Thượng Nhật
01/11 55,9 100,2 173,0 242,8 87,9 219,9 109,4 02/11 572,1 321,0 398,6 758,1 863,7 610,0 289,9 03/11 721,6 415,4 474,4 367,5 977,6 371,3 376,6 04/11 360,2 297 392,6 365,2 272,1 53,2 184,8 05/11 69,0 49,1 412,7 382,3 22,4 69,7 348,7 06/11 48,2 81,4 94,0 106,8 64,2 14,1 81,3 07/11 6,9 10,5 12,8 3,1 4,8 97,3 12,6 Max 721,6 415,4 474,4 758,1 977,6 610,0 376,6 Tổng 1833,9 1274,6 1958,1 2225,8 2292,7 1435,5 1403,3
Thiệt hại về người, tài sản và môi trường sinh thái cho khu vực ven biển và đồng bằng Thừa Thiên Huế do trận lũ này gây ra là rất lớn. Vấn đề được đề cập đến nhiều là hiện tượng mở cửa biển Hòa Duân lúc 2h00 ngày 03/11. Hiện tượng này như là một sự kiện “vỡ đập”. Cửa biển Hòa Duân tồn tại đến tháng 6/2000 thì được tiến hành lấp và tại đây đã xây dựng một tuyến đường với cao trình 1,6 m.
Trong trận lũ này, mực nước tại vị trí Phú ốc trên sông Bồ và Kim Long trên sông Hương được quan trắc. Sau khi lũ rút đã có những điều tra vết lũ trên các nhánh sông chính.
Bước thời gian thực hiện mô phỏng kiểm định cũng được lựa chọn là 6 s. Khi đó mô hình cũng đã tính toán và cảnh báo số Cr = 0,81183 è 1 thỏa mãn điều kiện ổn định và hội tụ mô hình. Như vậy với bước thời gian tính toán là 6 s thì để mô phỏng kiểm định hoàn chỉnh 07 ngày của trận lũ tháng 11/1999, mô hình phải thực hiện 100.000 bước tính, trong đó 1.000 bước tính đầu được dùng để làm “nóng” mô hình.
Bộ thông số của mô hình sau bước hiệu chỉnh được bổ sung thay đổi biên lưu lượng ở thượng lưu được tính toán từ mưa thời đoạn giờ bằng mô hình mưa - dòng chảy NAM (Hình 3.6.1), kết nối trực tiếp vào mô hình MIKE 11. Còn biên mực nước tại cửa biển vẫn được lấy là mực nước thực đo trong lũ 11/2004 (Hình 3.4.5 và 3.4.6).
Water level - tính toán; External TS 1 - thực đo
Hình 3.6.2. Mực nước thực đo và tính toán tại trạm Phú ốc trên sông Bồ
Water level - tính toán; External TS 1 - thực đo
Hình 3.6.3. Mực nước thực đo và tính toán tại trạm Kim Long trên sông Hương
Kết quả kiểm định tại hai vị trí được thể hiện trên hình 3.6.2 và 3.6.3. Các kết quả lưu lượng và mực nước lũ tại một số vị trí khác trên hệ thống sông Hương được trình bày trong phần phụ lục.
3.6.2. Kết quả mô phỏng
Từ các kết quả đạt được sau khi thực hiện kiểm định mô hình bằng trận lũ tháng 11/1999, các giá trị mực nước và lưu lượng lũ lớn nhất tại một số vị trí được nêu trong bảng 3.6.2.
Bảng 3.6.2. Giá trị mực nước và lưu lượng lũ lớn nhất tại một số vị trí
Mực nước Hmax (m)
TT Địa danh Vị trí trên sông Lưu lượng
Qmax (m3/s) Thực đo Tính toán
1 Bình Điền Hữu Trạch 518.5 5521,29 11,79
2 Ngã ba Tuần Hương 0.0 12299,37 8,47
3 Hòn Chén Hương 1943 12860,36 7,82
4 Nham Biều Hương 9400 13587,93 6,65
5 Thiên Mụ Hương 10120 13535,95 6,55
6 Kim Long Hương 12190 12307,77 5,81 5,66
7 Ngã ba Sình Hương 24660 5500,60 4,25(*) 4,23
8 Cổ Bi Bồ 0.0 4476,18 6,67
9 An Lỗ Bồ 5160 6365,45 7,27 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
10 Phú ốc Bồ 8865 4612,13 5,18 5,27
11 Đầu kênh An Xuân An Xuân 0.0 3577,42 4,83
12 Thượng lưu cống An Xuân An Xuân 9800 257,69 3,38
13 Hạ lưu cống An Xuân An Xuân 10300 206,92 3,13
14 Đầu kênh Diên Hồng Diên Hồng 0.0 770,97 3,63
15 Thượng lưu cống Phú Cam Hương 13990 12576,76 5,69
16 Hạ lưu cống Phú Cam Lợi Nông 300 544,76 5,67(*) 5,61
17 Thượng lưu Đập Đá Hương 17464 10912,19 4,85
18 Hạ lưu Đập Đá Đập Đá 1000 199,41 4,82
19 Thượng lưu đập La ỷ Hương 20000 6513,34 4,56(*)
4,51
20 Hạ lưu đập La ỷ La ỷ 500 474,81 4,24(*)
4,38
21 Bao Vinh Hương 21259 7052,73 4,34
22 Thượng lưu cống Quan Lợi Nông 27300 1012,21 4,09
23 Phong Bình Ô Lâu 16300 1377,61 4,56
24 Thượng lưu Cửa Lác Ô Lâu 31100 2458,56 3,85
25 Hạ lưu Cửa Lác Ô Lâu 32100 2059,99 3,76
Để kiểm chứng sự chính xác của mô phỏng, các chỉ tiêu đánh giá cũng được sử dụng như trong phần hiệu chỉnh mô hình (mục 3.5). Các chỉ tiêu đánh giá sai số tại hai vị trí trên sông Bồ và sông Hương được thể hiện trong bảng 3.6.3 và 3.6.4.
Bảng 3.6.3. Chỉ tiêu đánh giá sai số giữa thực đo và tính toán tại trạm Phú ốc trên sông Bồ
Hmax (cm) tmax (h) R2 P (%)
9,0 4 0,92 89
Bảng 3.6.4. Chỉ tiêu đánh giá sai số giữa thực đo và tính toán tại trạm Kim Long trên sông Hương
Hmax (cm) tmax (h) R2 P (%)
15,0 2 0,96 93
Các kết quả tính toán chỉ số đánh giá phương án kiểm định cho thấy, thời gian xuất hiện đỉnh lũ giữa thực đo và tính toán tại Phú ốc và Kim Long chỉ sai lệch lớn nhất là 4 giờ. Đỉnh lũ tính toán tại hai vị trí trên đều xuất hiện sớm hơn thực đo. Sai số yếu tố giữa giá trị mực nước đỉnh lũ thực đo và tính toán tại Phú
ốc là 9,0 cm tương ứng với khoảng 1,74% giá trị mực nước thực đo và tại Kim Long là 15 cm tương ứng với khoảng 2,58% giá trị mực nước thực đo. Sai số gặp phải đối với giá trị mực nước đỉnh lũ tại hai vị trí trên là chấp nhận được. Xét về mặt đường quá trình mực nước tính toán và thực đo đã cho kết quả của phương án kiểm định là tốt với chỉ số Nash-Sutcliff tại hai vị trí đều lớn hơn 0,85 và mức đảm bảo đều đạt hơn 82%.
Các kết quả điều tra vết lũ thu thập được cho thấy, có giá trị mực nước đỉnh lũ tính toán đều thấp hơn so với điều tra. Tại Ngã ba Sình, Phú Cam và La ỷ, sai số yếu tố giữa giá trị mực nước thực đo và tính toán chỉ dao động trong khoảng 2 6 cm tương ứng với khoảng 0,5 1% giá trị mực nước thực đo. Điều này cho thấy, mô hình đã hoàn nguyên được vết lũ một cách khá chính xác tại các vị trí nêu trên.
Từ kết quả tính toán lưu lượng (Bảng 3.6.2), lũ chính vụ tháng 11/1999 là trận lũ rất lớn với lưu lượng tại Cổ Bi là 4.476 m3/s, tại Bình Điền là 5.521 m3/s, tại ngã ba Tuần là 12.299 m3/s và tại Kim Long là 12.308 m3/s. Tại ngã ba Tuần, mực nước lúc 17h00 ngày 01/11 là 2,0 m và đến 10h00 ngày 02/11 mực nước đạt giá trị lớn nhất là 8,47 m, như vậy chỉ trong vòng 17 giờ mực nước tại đây đã tăng thêm gần 6,5 m. Đoạn từ ngã ba Tuần về Kim Long dài hơn 12 km, đỉnh lũ tại Kim
Long xuất hiện lúc 12h00 ngày 02/11 và muộn hơn 02 giờ so với tại ngã ba Tuần. Trong khi đó, trận lũ tháng 11/2004 thì đỉnh lũ tại Kim Long xuất hiện sau 06 giờ so với ngã ba Tuần, điều này chứng tỏ rằng tốc độ truyền lũ là rất lớn. Tại Bao Vinh, do vị trí là vùng đồng bằng ven biển nên tại đây mực nước lũ lên chậm hơn, sau 20 giờ mực nước chỉ tăng được 2,54 m và đạt đỉnh ở ngưỡng 4,34 m lúc 14h00 ngày 02/11, như vậy Bao Vinh cách Kim Long khoảng 10 km, đỉnh lũ đã xuất hiện chậm hơn 2 giờ. Tại ngã ba Sình, do chỉ cách Bao Vinh khoảng 3,5 km nên dạng quá trình lũ không khác là mấy so với tại Bao Vinh tuy giá trị mực nước và lưu lượng đỉnh lũ có thấp hơn và đạt ngưỡng 4,23 m lúc 15h00 ngày 02/11. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trên sông Bồ, tại Cổ Bi mực nước đỉnh lũ là 6,67 m, lưu lượng là 4.476 m3/s, tại An Lỗ mực nước đạt đỉnh là 7,27 m, lưu lượng là 6.365 m3/s và tại Phú
ốc mực nước đạt ngưỡng 5,27 m, lưu lượng là 4.612 m3/s. Tại ba vị trí này, đỉnh lũ xuất hiện gần như đồng thời vào lúc lúc 06h00 ngày 02/11. Đến hạ lưu sông Bồ tại vị trí gần ngã ba Sình cách trạm Phú ốc khoảng hơn 20 km, mực nước đỉnh lũ đạt ngưỡng 2,96 m lúc 15h00 ngày 02/11. Tại thời điểm này như đã nêu trên, lũ trên sông Hương tại ngã ba Sình cũng đạt giá trị lớn nhất. Lúc này tại đây đã xảy ra hiện tượng giao thao sóng lũ gây ngập úng nghiệm trọng cho vùng hạ lưu đồng bằng sông Hương (Hình 3.6.4).
Do có sự xung đột dòng chảy lũ tại ngã ba Sình nên lũ ở phía hạ lưu sông Bồ đã tràn đồng và nhập vào dòng chính trên sông Quán Cửa khiến mực nước lũ tại đây dâng cao và cũng đã tràn đồng rồi nhập vào dòng chính ở hạ lưu sông Hương chảy ra phá Tam Giang. Đặc biệt, tại vị trí đổ vào đầm phá của sông Hương và sông La ỷ, dòng chảy lũ có hướng chủ yếu về phía đầm Hà Trung - Thủy Tú, nhưng tại đây, lũ trên sông Cầu Long cũng đổ vào đầm làm đổi hướng chảy dòng lũ về phía cửa Thuận An và Hòa Duân. Điều này đã minh chứng cho hiện tượng mở cửa Hòa Duân ngày 03/11 trên thực tế.
Lũ trên sông Ô Lâu cũng gây ngập lụt trên diện rộng toàn bộ đồng bằng phía hạ lưu (Hình 3.6.5). Lũ tại đây tương đối lớn, mực nước tính toán được ở hạ lưu Cửa Lác nơi đổ vào phá Tam Giang là 3,76, lưu lượng 930,48 m3/s lúc 10h00 ngày 03/11 (đúng thời điểm xảy ra hiện tượng ngập lụt lớn nhất) đã ngăn cản dòng chảy lũ tại các sông như Diên Hồng, An Xuân, Quán Cửa đổ vào đầm phá.
Hình 3.6.5. Phạm vi ngập lụt lớn nhất lúc 10h00 ngày 03/11/1999
Như đã đề cập ở trên, trận lũ tháng 11/1999 là trận lũ có cường suất lớn, thời gian lũ lên và rút là 1 ngày, thời gian duy trì đỉnh lũ là 5 ngày. Kết quả mô phỏng
kiểm định cũng cho thấy thời gian bắt đầu xảy ra hiện tượng lũ tràn vào các khu chứa là 01h00 ngày 02/11, đến 10h00 ngày 03/11 thì diện ngập lụt trên toàn hệ thống là lớn nhất (Hình 3.6.5) và đến 03h00 ngày 07/11 thì hiện tượng ngập lụt trên diện rộng chấm dứt (Phụ lục). Trên toàn bộ lưu vực lúc này chỉ tồn tại những vị trí ngập cục bộ do địa hình thấp. Đồ thị hình 3.6.6 thể hiện quá trình diễn biến ngập lụt trên hệ thống.
Hình 3.6.6. Diễn biến ngập lụt trên hệ thống sông Hương
Hình 3.6.6 cho thấy, chỉ trong vòng một ngày từ 0h00 ngày 02/11 đến 0h00 ngày 03/11 toàn bộ đồng bằng sông Hương hơn 25.000 ha đã chìm ngập trong lũ. Thời gian ngập với diện tích trên 20.000 ha diễn ra trong 2 ngày. Đến 0h00 ngày 07/11, khoảng 10.000 ha đất ngập nước được giải phóng, chấm dứt thời kỳ ngập trên diện rộng.
3.6.3. So sánh kết quả tính toán
1. So sánh với ảnh vệ tinh
ảnh vệ tinh thu thập được từ [44] là ảnh chụp toàn bộ lưu vực sông Hương tại thời điểm lũ đang rút ngày 06/11/1999. Từ ảnh vệ tinh (Hình 3.6.8) và phạm vi ngập lụt tính toán được (Hình 3.6.7) cho thấy có sự phù hợp tương đối về diện ngập. Diện tích ngập tính toán được tại thời điểm này là 17.530 ha gần bằng diện tích ngập lớn nhất trong trận lũ tháng 11/2004.
Hình 3.6.7. Phạm vi ngập lụt lúc 03h00 ngày 06/11/1999
2. So sánh với các nghiên cứu trước
Các nghiên cứu trước đây được sử dụng để đối chứng gồm có “ảnh hưởng
của điều tiết hồ Dương Hòa đến đặc trưng truyền lũ trên hệ thống sông Hương - tỉnh Thừa Thiên Huế” của tác giả Lê Thị Thu Nga [21] sử dụng mô hình HEC- RAS; “ứng dụng mô hình MIKE mô phỏng dòng chảy hệ thống sông Hương - Đầm phá” của nhóm tác giả Viện Khoa học Thủy lợi [22] sử dụng mô hình MIKE 11 kết hợp GIS và “Mô hình hiểm họa thiên tai gây ra bởi lũ tại tỉnh Thừa Thiên Huế, Việt Nam” của tác giả Nguyễn Khắc Tiên Phước [44] sử dụng mô hình MIKE 11 kết hợp GIS.
Bảng 3.6.5. Kết quả tính toán mực nước lũ lớn nhất tại một số vị trí
TT Vị trí H [22] H [21] H [44] Htính toán Hđiều tra
1 Bình Điền 11,73 11,79 2 Ngã ba Tuần 8,74 8,47 3 Nham Biều 6,49 6,65 4 Kim Long 5,66 5,95 5,66 5,81 5 Ngã ba Sình 4,36 4,31 4,23 4,25 6 Cổ Bi 6,75 6,67 7 Phú ốc 5,18 5,33 5,3 5,27 5,18 8 Hạ lưu cống Phú Cam 5,40 5,63 5,61 5,67 9 Hạ lưu Đập Đá 4,83 4,82 10 Thượng lưu đập La ỷ 4,72 4,51 4,56 11 Hạ lưu đập La ỷ 4,30 4,38 12 Bao Vinh 4,67 4,34 13 Phong Bình 4,76 4,56
14 Thượng lưu Cửa Lác 3,80 3,85
Các kết quả đạt được tại 14 vị trí nêu trong bảng 3.6.5 cho thấy: so với các nghiên cứu trước, mô hình đã mô phỏng trận lũ tháng 11/1999 tại các vị trí có tài liệu điều tra là tốt hơn cả. Tại những vị trí còn lại, các kết quả mô phỏng có sai khác so với các nghiên cứu trước, tuy nhiên không có điểm sai khác đặc biệt.
3.6.4. Nhận xét, đánh giá trận lũ tháng 11/1999
Các kết quả đạt được trong việc mô phỏng hai trận lũ năm 1999 và 2004 cho thấy mô hình đã thể hiện lưu vực khá phù hợp so với thực tế. Các tính toán mô phỏng ban đầu đã cho những hình ảnh tổng quan về tình hình lũ và ngập lụt trên lưu vực.
Như đã nêu ở phần trên, trận lũ diễn ra từ ngày 01 07/11/1999 do ảnh hưởng kết hợp của gió mùa Đông Bắc và đới gió Đông phát triển từ thấp đến trên 5000 m với dải thấp hoạt động ở phía Nam vĩ tuyến 13 và áp thấp nhiệt đới (ngày 5, 6/11) nên hầu hết từ Quảng Trị đến Quảng Ngãi có mưa to đến rất to. Đặc biệt trong các ngày 02, 04 và 11 khu vực từ Quảng Trị đến Quảng Nam mưa rất to, cường độ lớn nhất trong vòng hơn 100 năm nay. Tại Thừa Thiên Huế, trận mưa lịch sử xảy ra khắp tỉnh (Bảng 3.6.1).
Do mưa rất to, lũ lên rất nhanh, bất ngờ, cường suất lũ sông rất mạnh. Ngập lụt diễn ra hầu hết diện tích đồng bằng. Hơn 90% khu dân cư bị ngập lụt nghiêm trọng. Mức ngập nặng phổ biến 1 2 m (Hình 3.6.5). Có những vùng ngập sâu 2
3 m như vùng dọc sông Lợi Nông giáp ranh 2 huyện Hương Thủy và Phú Vang,
khu vực Lăng Đồng Khánh, vùng xã Hương Hồ, xã Thủy Biều và dọc theo vùng bãi sông Hương.
Nói chung, lũ tràn qua toàn vùng đồng bằng, song luồng chảy mạnh nhất chủ yếu vẫn trên các trục sông, nơi lòng dẫn có khả năng chuyển nước tốt nhất. Hướng chảy của sông Hương thay đổi theo từng đoạn, kể từ ngã ba Tuần xuống biển có 7 đoạn cong. Đáng lưu ý nhất là 2 đoạn cong cuối cùng từ các xã Hương Phong, Phú Thanh ra đến cửa biển Thuận An. Trong đoạn này, dòng chảy qua đập Thảo Long theo hướng Tây - Đông, trùng với hướng chung của lũ (Hình