* Điều kiên biên và điều kiện ban đầu:
- Biên trên đƣợc xác định là lƣu lƣợng lũ tại trạm thủy văn Tà Pao (mặt cắt số 1);
- Biên dƣới của mơ hình đƣợc xác định là quan hệ lƣu lƣợng- độ sâu dòng chảy Q=f (D) tại cửa ra, trạm thủy văn Phú Hiệp xây dựng đƣợc trên cơ sở quan hệ lƣu lƣợng- mực nƣớc Q=f (Z). Quan hệ này có dạng Q=2.97 *D 2.653
( D là độ sâu dòng chảy; D=Z-Zo; Z là cao độ mực nƣớc; Zo là cao độ đáy sông )
- Biên nhập lƣu khu giữa đƣợc xác định theo quá trình mƣa tại trạm thủy văn Võ Xu.
- Điều kiện ban đầu đƣợc sử dụng là điều kiện biên khơ, gồm độ sâu dịng chảy, lƣu lƣợng tại tất cả các nút sông và ô lƣới của lƣới tính. Điều kiện ban đầu đƣợc lấy trị số bằng khơng tại thời điểm bắt đầu tính tốn, sau đó sử dụng điều kiện chảy ổn định (lƣu lƣợng đến ổn định không biến đội trong
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1 12 23 34 45 56 67 78 89 100 111 122 133 144 155
mực nƣớc và lƣu lƣợng tại các mặt cắt thỏa mãn điều kiện ban đầu. Xử lý điều kiện ban đầu nhƣ vậy chỉ gây ảnh hƣởng đến kết quả tính tốn tại một số thời điểm ban đầu nhƣng khơng ảnh hƣởng đáng kể đến kết quả tính tốn ở các thời điểm sau đó. Q trình tính tốn cho thấy nghiệm số của mơ hình dần ổn định sau khoảng 48-52h tính tốn.
3.2. HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH
Q trình mơ phỏng ngập lụt đƣợc tính tốn theo các phƣơng trình có chứa các thơng số, trong mỗi phƣơng trình có hệ số để điều chỉnh cho từng khu vực nghiên cứu. Để kết quả mô phỏng sát với thực tế thì cần phải xác định đƣợc một bộ thơng số ổn định cho các phƣơng án tính tốn. Đối với q trình ngập lụt, các thơng số cần đƣợc hiệu chỉnh là các hệ số nhám của lịng sơng và bãi tràn. Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của vùng ngập và đoạn sơng mà các hệ số nhám lịng sơng, bãi tràn của các ơ lƣới có thể khác nhau.
Hiệu chỉnh thơng số mơ hình nhằm xác định các thơng số mơ hình sao cho kết quả tính tốn, mơ phỏng phù hợp với số liệu thực tế của một trận lũ, lụt điển hình đƣợc lựa chọn.
Sau khi xác định đƣợc các thông số của mơ hình đáp ứng đƣợc u cầu mơ phỏng trận lũ lụt điển hình, cần thực hiện bƣớc tiếp theo là kiểm định các thơng số mơ hình đối với một trận lũ khác độc lập nhằm khẳng định các thông số xác định đƣợc trong quá trình hiệu chỉnh là ổn định và có thể sử dụng các thơng số này để tính tốn mơ phỏng các trận theo các phƣơng án nghiên cứu khác nhau.
Mức độ phù hợp giữa các kết quả tính tốn và thực đo có thể đƣợc đánh giá theo tiêu chuẩn của Tổ chức khí tƣợng thế giới (WMO). Theo tiêu chuẩn này, độ hữu hiệu của mơ hình đƣợc đánh giá bằng chỉ tiêu R2 xác định nhƣ sau:
∑
∑ ̅
y'i là giá trị tính tốn thứ I; ̅ là giá trị thực đo trung bình.
Tiêu chuẩn đánh giá đƣợc phân loại nhƣ sau:
Chỉ tiêu Mức Loại
R2
40 - 65% Đạt
65 - 85% Khá
> 85% Tốt
Ngoài tiêu chuẩn đánh giá mức độ mô phỏng của mơ hình theo q trình lũ R2, các sai số tuyệt đối về mực nƣớc và sai số tƣơng đối của lƣu lƣợng nƣớc cũng đƣợc sử dụng để đánh giá độ phù hợp của kết quả tính tốn.
3.2.1 Hiệu chỉnh mơ hình
Biên đầu vào đối với trƣờng hợp hiệu chỉnh là quá trình Lƣu lƣợng tại trạm thủy văn Tà Pao trong trận lũ năm 1999 và lƣợng mƣa rơi trên vùng ngập tại trạm thủy văn Võ Xu. Biên đầu vào đối với trƣờng hợp kiểm định là quá trình lƣu lƣợng tại trạm thủy van Tà Pao trong trận lũ năm 2005 và quá trình mƣa đo tại trạm thủy văn Võ Xu. Trong đó, số liệu mực nƣớc, lƣu lƣợng nƣớc thực đo của trận lũ điển hình xảy ra cuối tháng VII, đầu tháng VIII năm 1999 với đỉnh lũ tại Tà Pao đạt 834 m3/s, lớn hơn đỉnh lũ trung bình tần suất trung bình 10 năm lặp lại (781 m3/s) đã đƣợc sử dụng để xác định thơng số mơ hình. Q trình lũ tính tốn đƣợc thực hiện trong 10 ngày, bắt đầu từ 1h ngày 27 tháng VII đến 24h ngày 5 tháng VIII năm 1999. Lƣu lƣợng lũ trung bình thời đoạn 10 ngày khoảng 600 m3
/s. Tổng lƣợng mƣa trong khoảng thời gian tính tốn là 227 mm tại trạm thủy văn Võ Xu. Lƣợng mƣa tƣơng ứng của trạm Tà Pao và La Ngâu là 260.3mm và 293.7mm.
Lòng dẫn trong khu vực nghiên cứu hầu hết các đoạn sông tự nhiên, dịng sơng tƣơng đối sạch trong điều kiện bình thƣờng, uốn khúc với một số nét khơng đều đặn của mặt đáy. Hiệu chỉnh mơ hình với hệ số nhám lòng dẫn đƣợc xác định
trong khoảng 0.025-0.04; trung bình xấp xỉ 0.035, hệ số nhám lòng dẫn ban đầu đƣợc ƣớc lƣợng là 0.03. Các bãi tràn, vùng đồng bằng ngập lụt hạ lƣu sông La Ngà là khu vực dân cƣ có nhiều trảng cây, cây bụi, lúa và mía, cây ăn quả. Hệ số nhám bãi tràn đƣợc xác định trong khoảng 0.065- 0,085. Hệ số nhám bãi tràn ban đầu tại hầu hết các ô lƣới đƣợc ƣớc tính bằng 0,072. Kết quả hiệu chỉnh mơ hình bằng phƣơng pháp thử sai cho thấy mơ hình có khả năng mơ phỏng lũ khá tốt. Do tại biên vào lấy quá trình lưu lượng tại trạm thủy văn Tà Pao nên quá trình mực nước tại trạm thủy văn Tà Pao là nơi có quy định cấp báo động lũ, có thể sử dụng mực nước lũ tại trạm để cảnh báo lũ và ngập lụt hạ du đã được sử dụng để kiểm tra mức độ mơ phỏng của mơ hình. Quá trình lƣu lƣợng tại trạm thủy văn Võ Xu, nằm
ở khu vực trung tâm vùng ngập lụt đồng thời cũng đƣợc sử dụng để kiểm tra mức độ mơ phỏng của mơ hình. Kết quả mơ phỏng đƣợc thể hiện ở (hình 3.7) và (hình 3.8). Sai số mực nƣớc lớn nhất xảy ra ở vùng chân lũ do ảnh hƣởng của điều kiện ban đầu nhƣng không vƣợt quá 0,35m, sai số vùng đỉnh lũ là không đáng kể, thấp hơn 0,2 m và sai số lƣu lƣợng vùng đỉnh lũ không quá 15,0%. Chỉ số mô phỏng quá trình lũ R2
đạt 87% đối với mực nƣớc và 85% đối với lƣu lƣợng nƣớc.
Hình 3.7. Đường q trình mực nước Z(T), cm tính tốn và thực đo tại trạm Tà Pao
Hình 3.8. Quá trình lưu lượng lũ Q(T), m3/s tính tốn và thực đo tại trạm Võ Xu.
Kết quả tính tốn ngập lụt lũ 1999 cho thấy độ sâu ngập lụt trung bình của vùng nghiên cứu là 1,59m, bao gồm vùng diện tích của 521 ơ lƣới (diện tích ngập đƣợc thống kê đối với các ơ có độ sâu ngập trên 0,25m, là độ sâu bắt đầu ảnh hƣởng đến sản xuất nơng nghiệp), tƣơng ứng diện tích 142,75 km2
. Khu vực ngập lụt ở trạng thái lớn nhất và độ sâu ngập lụt trung bình trong trận lũ 1999 đƣợc thể hiện ở (hình 3.9).
Hình 3.9. Diện ngập lớn nhất hạ lưu sông La Ngà ứng với lũ năm 1999
Diện ngập lụt điều tra khảo sát trận lũ lụt năm 1999 vùng thung lũng hạ lƣu sơng La Ngà, thuộc tỉnh Bình Thuận đƣợc thể hiện ở (hình 3.10).
So sánh kết quả tính tốn mơ phỏng và điều tra khảo sát cho thấy mơ hình mơ phỏng phạm vi ngập lụt khu vực nghiên cứu tƣơng đối phù hợp với kết quả khảo sát thực tế.
Hình 3.10. Diện ngập lụt điều tra khảo sát 2 huyện Đức Linh, Tánh Linh thuộc tỉnh Bình Thuận trận lũ lụt năm 1999
Kết quả khảo sát cho thấy mức độ ngập lụt trọng điểm vùng thung lũng hạ lƣu sông La Ngà, thuộc tỉnh Bình Thuận nằm ở hai huyện là Tánh Linh và Đức Linh. Vùng dân cƣ có độ sâu ngập lụt tập trung trong khoảng từ 0,8 m đến 1,5 m, vùng đồng ruộng, các vùng trũng, thấp ngập sâu trên 2 m, có nơi trên 3 m. Các xã ngập lụt sâu thuộc huyện Tánh Linh là các xã: Đức Bình, Đồng Kho, Đức Phú và Bắc Ruộng. Các xã và thị trấn bị ngập sâu thuộc huyện Đức Linh bao gồm: Thị trấn Võ Xu, xã Mê Pu, xã Sùng Nhơn, Nam Chính, Đức Chính và thị trấn Đức Tài.
Độ sâu ngập lụt khảo sát và tính tốn trận lũ năm 1999 trên địa bàn tỉnh Bình Thuận đƣợc thể hiện ở (bảng 3.5).
Bảng 3.5. Khoảng độ sâu ngập lụt điều tra khảo sát và tính tốn
Huyện/ Xã, Thị trấn Độ sâu ngập lụt điều tra (m) Độ sâu ngập lụt tính tốn (m) Huyện Tánh Linh - Xã Đức Bình - Xã Đồng Kho - Xã Huy Khiêm - Xã Bắc Ruộng - Xã Đức Phú - Xã Đức Tân 0,8 - 1,5 0,6 - 1,4 0,5- 1,3 0,7- 1,6 0,5- 1,0 0,4 -1,0 0,65 - 1,73 0,53 – 1,27 0,72- 1,56 0,85 – 1,68 0,67 – 1,23 0,64 – 0,87 Huyện Đức Linh - Thị trấn Võ Xu - Xã Vũ Hịa - Xã Nam Chính - Xã Đức Chính - Thị trấn Đức Tài - Xã Đức Hạnh - Xã Mê Pu - Xã Sùng Nhơn - Xã Đa Kai 0,7 – 1,6 0,4 -0,8 0,6 -1,2 0,5 -1,0 0,8- 1,8 0,2 - 0,8 0,25 - 0,9 0,5 -1,0 0,3 - 0,6 0,5- 1,4 0.35- 1,27 0,45- 1,53 0,71- 1,25 0,56- 1,58 0,41-1,12 0,57 - 1,27 0,83 -1,38 0,57 – 0,83
Kết quả mô phỏng ngập lụt vùng thung lũng hạ lƣu sông La Ngà cho thấy mơ hình mơ phỏng gần đúng hiện trạng ngập lụt của khu vực nghiên cứu.
Kiểm định mơ hình
Số liệu sử dụng để kiểm định mơ hình là số liệu đo đạc khảo sát lũ, lụt đồng bộ năm 2005 do Đài Khí thƣợng thủy văn Khu vực Nam Trung Bộ thực hiện. Dạng lũ năm 2005 tại Tà Pao là lũ có một đỉnh lũ rõ nét, đạt lƣu lƣợng lớn nhất 558 m3
/s, mực nƣớc đỉnh lũ 121,42 m, cao hơn cấp báo động III (121,0m) sau đó giảm nhanh
và xuất hiện 2-3 đỉnh lũ phụ lƣu lƣợng khoảng 200 m3/s. Thời gian lũ kéo dài 5 ngày từ ngày 4 đến 9/X. Kết quả kiểm định mơ hình cho thấy mức độ mô phỏng đạt loại khá, đƣờng q trình lũ tính tốn và thực đo tại trạm Tà Pao và Võ Xu có sự phù hợp tốt, chỉ số mô phỏng R2 mực nƣớc lũ tại Tà Pao đạt 85%. Đối với quá trình lƣu lƣợng nƣớc tai trạm thủy văn Võ Xu, hệ số mô phỏng R2 đạt 82 %. Đƣờng q trình tính tốn có dao động tƣơng đối đồng pha với quá trình lũ thực đo. Sai số mực nƣớc lân cận đỉnh lũ không vƣợt quá 0, 25m và sai số lƣu lƣợng vùng lân cận đỉnh lũ không vƣợt quá 20%.
Q trình kiểm định mơ hình trong trận lũ năm 2005 đƣợc thể hiện ở (hình 3.11) và (hình 3.12).
Hình 3.11. Đường quá trình mực nước Z(T),cm tính tốn và thực đo năm 2005 tại trạm Tà Pao 11700 11750 11800 11850 11900 11950 12000 12050 12100 12150 12200 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 Tính tốn Thực đo
Hình 3.12. Q trình lưu lượng lũ Q(T), m3/s tính tốn và thực đo năm 2005 tại trạm Võ Xu
Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình cho thấy các thơng số của mơ hình được xác định có thể mơ phỏng lũ lụt vùng hạ lưu sơng La Ngà với độ chính xác đáp ứng được u cầu tính tốn mơ phỏng lũ lụt khu vực nghiên cứu, đồng thời mơ
hình có độ ổn định cần thiết để thực hiện tính tốn mơ phỏng theo các phương án nghiên cứu khác nhau.
3.3. CÁC PHƢƠNG ÁN TÍNH TỐN MƠ PHỎNG NGẬP LỤT 3.3.1. Tính tốn mơ phỏng ngập lụt theo độ lớn của lũ 3.3.1. Tính tốn mơ phỏng ngập lụt theo độ lớn của lũ
Các phƣơng án tính tốn mơ phỏng ngập lụt theo độ lớn của lũ đƣợc xây dựng dựa trên cơ sở độ lớn của lũ thƣợng nguồn và lƣợng mƣa khu giữa vùng ngập, gồm: Lũ tần suất 10%, lũ tần suất 5% và lũ tần suất 1%.
Nghiên cứu cho thấy nguyên nhân chủ yếu gây ngập lụt đồng bằng sông La Ngà là do lũ thƣợng nguồn và lƣợng mƣa tại chỗ trong vùng ngập lụt.
Trên cơ sở giả thiết mƣa vùng đồng bằng có cùng tần suất xuất hiện lũ thƣợng nguồn nên các phƣơng án tính đƣợc xây dựng nhƣ sau:
- Mô phỏng ngập lụt lũ tần suất 10%
- Biên vào:Lƣu lƣợng lũ đến tại trạm Tà Pao: Quá trình lũ tần suất 10%
0 50 100 150 200 250 300 350 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 Tính tốn Thực đo
- Biên ra: Quan hệ lƣu lƣợng – mực nƣớc tại trạm Phú Hiệp - Mƣa khu giữa : Quá trình mƣa tại trạm Võ Xu tần suất 10%
- Mô phỏng ngập lụt lũ tần suất 5% ( Lũ tần suất trung bình 20 năm lặp lại)
- Biên vào: Lƣu lƣợng lũ đến tại trạm Tà Pao: Quá trình lũ tần suất 5% - Biên ra: Quan hệ lƣu lƣợng - mực nƣớc tại trạm Phú Hiệp
- Mƣa khu giữa : Quá trình mƣa tại trạm Võ Xu tần suất 5%
- Mô phỏng ngập lụt lũ tần suất 1% (lũ tần suất trung bình 100 năm lặp lại)
- Biên vào: Lƣu lƣợng lũ đến tại trạm Tà Pao: Quá trình lũ tần suất 1% - Biên ra: Quan hệ lƣu lƣợng – mực nƣớc tại trạm Phú Hiệp
- Mƣa khu giữa : Quá trình mƣa tại trạm Võ Xu tần suất 1%.
3.3.2. Tính tốn mơ phỏng ngập lụt do tác động của cơng trình đê bờ trái
- Phƣơng án cơng trình đƣợc nghiên cứu dựa trên cơ sở đề xuất phƣơng án cơng trình tuyến đƣờng đê bờ hữu (Bờ trái của sông theo hƣớng dòng chảy từ thƣợng lƣu xuống hạ lƣu) sông La Ngà từ TT.Võ Xu mặt cắt số 09 đến mặt cắt số 19 ( TT. Đức Tài). Đỉnh đê có cao trình khoảng 109-107m tại Võ Xu và có xu thế giảm độ cao đến trạm Phú Hiệp, cao trình đỉnh đê cao hơn địa hình nền từ 1,5 đến 2,0m.
- Cơng trình đƣờng đê đƣợc mơ phỏng dƣới dạng biên trong theo đƣờng gấp khúc đi qua biên giữa các ơ lƣới, lân cận các ơ lƣới có sơng.
- Tính tốn mơ phỏng ngập lụt dƣới tác động của cơng trình đê vùng đồng bằng ngập lụt hạ lƣu sông La Ngà đƣợc thực hiện theo các phƣơng án lũ tần suất 10%, tần suất 5 % và tần suất 1% trong trƣờng hợp có đê và khơng có đê .
3.4. KẾT QUẢ TÍNH TỐN MƠ PHỎNG DIỄN BIẾN NGẬP LỤT 3.4.1. Kết quả tính tốn mơ phỏng ngập lụt theo độ lớn của lũ: 3.4.1. Kết quả tính tốn mơ phỏng ngập lụt theo độ lớn của lũ:
- Kết quả tính tốn mơ phỏng diễn biến ngập lụt các trận lũ 1999, lũ tần suất 10%, lũ tần suất 5 và lũ tần suất 1% đƣợc lƣu trữ trên đĩa dƣới dạng file số liệu và đƣợc xử lý dƣới dạng hình ảnh và có thể đƣợc thể hiện trên màn hình máy tính.
- Một số kết quả tính tốn mơ phỏng ngập lụt, vị trí của các ơ lƣới tính tốn và độ sâu ngập lụt đƣợc trình bày ở phần phụ lục.
-Ngun nhân chính gây ngập lụt khu vực có sự đóng góp chủ yếu từ dịng chảy đầu vào khu vực nghiên cứu tại trạm thủy văn Tà Pao, lƣợng gia nhập khu giữa do mƣa là đáng kể nhƣng chủ yếu làm gia tăng mức độ ngập úng của khu vực nghiên cứu và thƣờng làm cho quá trình rút nƣớc lũ kéo dài.
- Ngập lụt vùng hạ lƣu sơng La Ngà có diễn biến là một quá trình front