2. hiết lập m hình thủy lực 2 chiều MIKE 21
3.4.1. Hiệu chỉnh mô hình
a. Lựa ch n trận lũ tính toán
Trận lũ đƣợc lựa chọn để hiệu chỉnh mô hình là trận lũ năm 2002; 2007; 2010 tại trạm thủy văn Đô ƣơng; Yên Thƣợng; Nam Đàn; inh Cảm và Chợ Tràng. Cụ thể nhƣ sau:
- Số liệu lƣu lƣợng trung bình ngày từ 1/7/2002 đến 29/10/2002 .
- Số liệu lƣu lƣợng giờ (6h) từ 1/8/2007 đến 30/10/2007 và 1/9/2010 đến 31/10/2010.
b. ết quả hiệu chỉnh thông số: Các thông số chính của mô hình MIKE 11
- Bƣớc thời gian tính toán trong Mike 11 là ∆t = 15 giây
- Hệ số nhám Manning thay đổi dọc theo sông từ thƣợng lƣu ra đến cửa biển xác định đƣợc nhƣ bảng 3-8.
Bảng 3-8: Kết quả xác định hệ số nhám n trên lƣu vực sông am
Tên sông Đoạn sông
Độ nhám
Điểm đầu Điểm cuối
Sông Cả Trạm Đô ƣơng Km: 0 Km: 47 tính từ Trạm Đô ƣơng 0,035 Km: 47 từ Trạm Đô ƣơng Km 78 từ Trạm Đô ƣơng 0,03 – 0,035 Km: 81 từ Trạm Yên Thƣợng Km 93 từ Trạm Yên Thƣợng 0,01- 0,02 Km: 95 từ trạm am Đàn Km:149 từ trạm am Đàn 0,02 – 0,035 Sông Giăng Từ km: 0
Sông Giăng tại điểm nhập vào sông Cả tại
km 18
0,035
Sông Ngàn Phố Từ Km: 0 Km 25 trạm Linh
77
Tên sông Đoạn sông
Độ nhám
Điểm đầu Điểm cuối
Từ km25 trạm Linh Cảm
Km39 tính từ trạm
Linh Cảm 0,03 – 0,058
Sông Ngàn Sâu Từ Km: 0 Km 23 0,03
Sông Lam Từ trạm Chợ Tràng Cửa sông 0,04 – 0,045
Các thông số chính của mô hình MIKE 21:
- Bƣớc thời gian tính toán ∆t = 15 giây, đƣợc lựa chọn trên cơ sở kích thƣớc ô lƣới tính toán, tốc độ dòng chảy đƣợc chia sao cho số Courant (Cr) nằm dƣới giới hạn cho phép và mô hình ổn định trong suốt quá trình tính toán. - Hệ số nhám theo Manning (M) không đổi M = 32 m1/3/s
Với bộ thông số nhƣ trên, kết quả hiệu chỉnh mô hình đạt đƣợc là tƣơng đối tốt. Sử dụng MikeView truy xuất kết quả mô phỏng trong MIKE 11 tại vị trí các trạm thủy văn. Áp dụng chỉ tiêu ash đánh giá mức độ sai lệch giữa kết quả mực nƣớc tính toán và mực nƣớc thực đo tại các trạm thủy văn thu đƣợc kết quả nhƣ bảng 3-9, 3-10, 3-11 và các hình vẽ 3-10, 3-11 (kèm theo phụ lục 2).
78
Hình 3-10. Đƣờng quá trình mực nƣớc thực đo và tính toán tại trạm inh Cảm, trận lũ 2002
Hình 3-11. Đƣờng quá trình mực nƣớc thực đo và tính toán tại trạm am Đàn, trận lũ 2007
79
Bảng 3-9. Các chỉ tiêu đánh giá kết quả hiệu chỉnh mô hình theo lũ năm 2002
Chỉ tiêu Trạm Hmax Nash Sai số thời điểm xuất hiện đỉnh lũ (h/ngày) Thực
đo Tính toán Sai số (m)
Đô ƣơng 15.36 15.42 -0.06 0.74 0
Yên Thƣợng 9.27 9.24 0.03 0.84 0
am Đàn 7.8 7.77 0.03 0.77 0
Linh Cảm 7.46 7.45 0.01 0.85 0
Chợ Tràng 5.31 5.35 -0.04 0.89 0
Bảng 3-10. Các chỉ tiêu đánh giá kết quả hiệu chỉnh mô hình theo lũ năm 2007
Chỉ tiêu Trạm Hmax Nash Sai số thời điểm xuất hiện đỉnh lũ (h/ngày) Thực đo Tính toán Sai số (m)
Đô ƣơng 17.67 17.88 -0.21 0.92 0
Yên Thƣợng 9.78 9.78 0 0.94 0
am Đàn 7.96 7.76 0.2 0.87 0
Chợ Tràng 4.72 5.54 0.8 0.94 0
Bảng 3-11. Các chỉ tiêu đánh giá kết quả hiệu chỉnh mô hình theo lũ năm 2010
Chỉ tiêu Trạm Hmax Nash Sai số thời điểm xuất hiện đỉnh lũ (h/ngày) Thực đo Tính toán Sai số (m) Đô ƣơng 14.47 15.13 0.66 0.95 0 Yên Thƣợng 8.74 8.75 0.01 0.96 0 am Đàn 7.44 7.45 0.01 0.94 0 Chợ Tràng 7.26 7.3 0.04 0.93 0
80
Kết quả hiệu chỉnh thông số thu đƣợc nhƣ trên là tƣơng đối tốt. Nhƣ vậy, việc thiết lập mô hình và các thông số đƣa vào mô hình MIKE F D cho việc mô phỏng vùng nghiên cứu là phù hợp. Điều này cho phép tiến hành bƣớc tiếp theo là kiểm định mô hình thủy lực.
3.4.2 iểm định mô hình
Trong 3 trận lũ điển hình đƣợc chọn làm trận lũ hiệu chỉnh: 2002; 2007 và 2010, luận văn sử dụng bộ thông số của trận lũ năm 2010 để kiểm định mô hình. Bởi qua kết quả tính tính các chỉ tiêu ở các bảng 3- 9, 3-10, 3-11 cho thấy đối với trận lũ 2010 cho kết quả với độ tin cậy cao.
Số liệu sử dụng: Các trận lũ đƣợc lựa chọn để kiểm định mô hình là trận lũ năm 2005 và 2011 tại trạm thủy văn Đô ƣơng; Yên Thƣợng, am Đàn, Linh Cảm và Chợ Tràng. Cụ thể nhƣ sau:
Số liệu lƣu lƣợng trung bình ngày từ 1/7/2005 đến 29/10/2005 Số liệu lƣu lƣợng giờ (6h) từ 1/8/2011 đến 30/10/2011
Với việc giữ cố định bộ thông số đã tìm đƣợc trong phần hiệu chỉnh mô hình với trận lũ năm 2010, kết quả tính toán kiểm định trong mô hình MIKE 11 với trận lũ năm 2005 và 2011 so với mực nƣớc thực đo tại các trạm Đô ƣơng, Yên Thƣợng, am Đàn, inh Cảm và Chợ Tràng đƣợc đánh giá nhƣ các bảng 3-12; 3-13 và hình 3-12; hình 3-13. (phụ lục 2).
81
.
Hình 3-12: Đƣờng quá trình mực nƣớc thực đo và tính toán tại trạm Đô ƣơng, trận lũ 2005
Hình 3-13: Đƣờng quá trình mực nƣớc thực đo và tính toán tại trạm Đô ƣơng, trận lũ 2011
82
Bảng 3-12. Các chỉ tiêu đánh giá kết quả kiểm định mô hình theo lũ năm 2005
Chỉ tiêu Trạm Hmax Nash Sai số thời điểm xuất hiện đỉnh lũ (h/ngày) Thực
đo Tính toán Sai số (m)
Đô ƣơng 16.98 16.54 0.44 0.93 0
Yên Thƣợng 8.82 8.58 0.24 0.92 0
am Đàn 7.23 7.23 0 0.92 0
Linh Cảm 4.74 4.58 0.16 0.96 0
Chợ Tràng 3.4 3.51 -0.11 0.95 0
Bảng 3-13. Các chỉ tiêu đánh giá kết quả kiểm định mô hình theo lũ năm 2011
Chỉ tiêu Trạm Hmax Nash Sai số thời điểm xuất hiện đỉnh lũ (h/ngày) Thực
đo Tính toán Sai số (m)
Đô ƣơng 12.18 12.07 0.11 0.91 0
Yên Thƣợng 6.26 6.16 0.1 0.96 0
am Đàn 5.33 5.39 0.06 0.96 0
Chợ Tràng 3.86 3.89 0.03 0.84 0
Sau khi đã hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11 với kết quả khá tốt . Cần tiến hành kiểm định với mô hình 2 chiều kiểm nghiệm lại kết quả mô phỏng ngập có phù hợp hay không. Để kiểm định đƣợc mô hình 2 chiều cần số liệu điều ra vết lũ đƣợc dùng để mô phỏng tràn lũ (1978). Tuy nhiên do không có số liệu điều tra vết lũ nên luận văn tiến hành kiểm định mô hình 2 chiều bằng cách lấy kết quả ngập trong mô hình 1 chiều kiểm nghiệm. Kết quả kiểm nghiệm mô hình hai chiều nhƣ hình 3 -14 cho thấy khá phù hợp.
83
Hình 3-14: Đƣờng quá trình mực nƣớc thực đo và tính toán tại trạm am Đàn, trận lũ 1978
Nhận xét
Căn cứ vào kết quả tính toán kiểm định thuỷ lực với trận lũ các năm khác nhau cho thấy kết quả tính toán đạt yêu cầu, sai số ashđều nằm trong giới hạn cho phép.
hƣ vậy, việc thiết lập mô hình và bộ thông số đƣa vào mô hình MIKE F D cho việc mô phỏng dòng chảy và lũ tràn cho khu vực hạ lƣu sông am là phù hợp.
Kết luận chƣơng 3
- Bộ mô hình MIKE gồm: MIKE AM, MIKE 11; MIKE 21 đã đƣợc áp
dụng trong luận văn cho lƣu vực sông am cho kết quả đáng tin cậy
- Kết quả từ mô hình MIKE F D đã mô phỏng tràn lũ cho hạ lƣu sông am là phù hợp. Đó là cơ sở để đánh giá khả năng phòng chống lũ, lụt của hệ thống đê dọc sông am ứng với lũ hiện trạng năm 1978 và lũ tần suất 1%. Từ đó xây dựng và tính toán các phƣơng án phòng chống lũ, lụt cho lƣu vực sông Lam. Đây cũng sẽ là nội dung của chƣơng tiếp theo mà luận văn cần phải làm sáng tỏ.
84
CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÒNG, CHỐNG LŨ HỆ THỐNG ĐÊ LƢU VỰC SÔNG LAM
4.1 Hiện trạng hệ thống đê ph ng chống lũ lƣu vực sông Lam.
Hiện nay trên lƣu vực sông am đã xây dựng nhiều công trình phòng, chống lũ và giảm nhẹ thiên tai. hững công trình lớn đã và đang đƣợc xây dựng nhƣ: đập Đô ƣơng, hệ thống đê Tả am, hồ Sông Sào, hồ Bản Vẽ và hồ gàn Trƣơi (Hà Tĩnh). Đặc biệt hệ thống đê dọc vùng hạ lƣu sông, riêng ghệ An đã có 437 km đê các loại với hơn 68km đê cấp III có vai trò rất quan trọng trong công tác phòng chống lũ. Quyết định số 78/2010/QĐ- UB D ngày 11/10/2010 của Ủy ban nhân dân tỉnh ghệ An [20] về “…Xây dựng hoàn thiện các hồ chứa đầu nguồn dòng chính sông Cả, sông Hiếu, sông Giăng để điều tiết nƣớc hạ du, phát điện, chống lũ và cải tạo môi trƣờng sinh thái”. Trong phƣơng án thực hiện, tiếp tục nghiên cứu xây dựng hồ Bản Mồng trên sông Hiếu, hồ Thác Muối trên sông Giăng. Tuy nhiên, hiện nay trên lƣu vực mới chỉ có hồ Bản Vẽ (có dung tích phòng lũ 300 triệu m3) đã hoạt động từ năm 2010, các hồ còn lại chƣa hoàn thành nên khả năng điều tiết lũ cho hạ du còn rất hạn chế.
hƣ vậy, có thể coi công trình chống lũ hiệu quả nhất hiện nay là hệ thống đê. Hệ thống đê ngăn lũ dài 251 km, chia thành 9 đoạn. Trong đó Trung ƣơng quản lý 89 km, địa phƣơng quản lý 71 km và 91 km là bờ và đƣờng giao thông đặt dƣới sự quản lý chung. Điển hình là đê 42 từ Nam Đàn đến Cửa Hội, đê 19-2 là những đoạn đê quan trọng ngăn lũ cho thành phố Vinh của ghệ An và vùng Hà Tĩnh. Hệ thống đê bờ phải, đoạn giữa sông a và sông Cả đƣợc sử dụng nhƣ phần diện tích hứng lũ và làm giảm đỉnh lũ.
Tiêu chuẩn phòng, chống lũ của hệ thống đê hiện nay ở hạ du sông Lam nhƣ sau: Mức chống lũ lấy theo lũ năm 1978 và đƣợc lựa chọn cho thời
85
kỳ chống lũ chính vụ từ tháng IX đến tháng XI. Phần lớn hệ thống đê đã đƣợc gia cố và nâng cấp bảo đảm chống đƣợc lũ năm 1978 (tần suất khoảng 2%). Theo quyết định số 2068/QĐ-TTg năm 2009 của Thủ tƣớng chính phủ về việc “Phê duyệt chư ng trình nâng cấp hệ thống đê s ng đến
2020”[14] thì chƣơng trình nâng cấp đê sông của lƣu vực sông am gồm: tại
ghệ An, tuyến đê Tả am; Đồng Văn và một số tuyến đê dƣới cấp III với tổng chiều dài 9.100 m. Tại Hà Tĩnh gồm tuyến đê a Giang và một số tuyến đê dƣới cấp III.
Mặc dù đã đƣợc nâng cấp nhƣng hệ thống đê vẫn còn một số đoạn cao trình mặt đê chƣa bảo đảm với mức chống lũ năm 1978 nhƣ: Đoạn đê Quýt guộc dài 30m, đê Bến Thủy - Làng Đỏ dài 2.700m, cao trình đỉnh đê thấp hơn so với thiết kế từ 0,07 - 0,17 m; đê hữu Lam huyện Nam Đàn thấp hơn so với thiết kế 1,2 m; đê Thanh Chƣơng thấp hơn so thiết kế 1,0 m. Mặt khác, theo quyết định số 1588 của Thủ tƣớng chính phủ năm 2012 về việc “ Phê duyệt quy hoạch thủy lợi iền rung giai đoạn 2012 – 2020 và
đinh hướng đến 2050 trong điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng” [10]
thì định hƣớng chiến lƣợc phát triển quy hoạch thuỷ lợi đến năm 2020, tiêu chuẩn chống lũ cho hạ du sông Lam phải đáp ứng chống lũ với tần suất P =1%. Trong đó hệ thống đê đảm bảo chống đƣợc lũ năm 1978 với Hmax = 10,38 m tại Nam Đàn. Phần còn lại là giao cho các hồ chứa lớn ở thƣợng nguồn điều tiết cắt giảm lũ và công tác phân, chậm lũ. Tuy nhiên do các hồ chứa và các khu phân chậm lũ hiện nay chƣa phát huy đƣợc đầy đủ vai trò phòng lũ cho hạ du nên luận văn sẽ xem xét, đánh giá khả năng phòng lũ của hệ thống đê, đặc biệt là khả năng tràn đê ứng với lũ năm 1978 và lũ tần suất 1% bằng việc sử dụng kết quả tính toán kết hợp giữa MIKE 11 và MIKE 21.
86
4.2 Ứng dụng kết quả mô hình MIKE FLOOD đánh giá khả năng ph ng lũ hệ thống đê hạ lƣu sông Lam.
Hình 4 - 1: Sơ đồ hệ thống đê dọc sông am
4.2.1. Đánh giá khả năng ph ng lũ của hệ thống đê với lũ năm 1978
a. Thiết lập kịch bản
ũ năm 1978 là trận lũ lịch sử xảy ra đồng thời trên các sông nhánh và sông chính của lƣu vực sông Lam. Ứng với lũ năm 1978 thì đê hiện trạng vẫn chƣa đảm bảo yêu cầu chống lũ. Do đó, luận văn đi sâu nghiên cứu xây dựng hai phƣơng án: (i) - mô phỏng lũ năm 1978 với đê hiện trạng và (ii) - phƣơng án nâng cao trình đê tại những vị trí tràn lũ dọc sông.
b. Mô phỏng các kịch bản ngập lụt
87
Mô phỏng tràn lũ từ mô hình MIKE FLOOD ứng với lũ năm 1978 để xem xét khả năng tràn đê.
Với mạng sông tính toán đã đƣợc xác định ở trên, biên mô phỏng của mô hình là quá trình lƣu lƣợng, mực nƣớc theo thời gian Q(t), H(t) tại các vị trí đƣợc minh họa ở bảng 4 – 1 dƣới đây.
Bảng 4- 1: Biên mô phỏng của mô hình
TT Trạm Sông Tài liệu
sử dụng Biên
1 Thác Muối Giăng Q Biên trên
2 Dừa Cả Q Biên trên
3 Sơn Diệm Ngàn Phố Q Biên trên
4 Hoà Duyệt Ngàn Sâu Q Biên trên
5 Cửa Hội Lam H Biên dƣới
Kết quả mô phỏng nhƣ hình 4-2 cho thấy:
88
Đê ghệ An vị trí từ am Đàn đến ngã ba sông (sông Cả + sông La + sông Lam) còn một số vị trí có cao trình đê chƣa đáp ứng yêu cầu chống lũ năm 1978 nhƣ: từ cống am Đàn đến thị trấn am Đàn có vị trí điểm đê tràn sâu nhất đến gần 0,5 m.
- Phương án 2: Nâng cấp cao trình đê hiện trạng tại một số vị trí tràn d c đê
Cơ sở để đề xuất phƣơng án nâng cao độ của đê tại những vị trí tràn: tác giả kế thừa kết quả nghiên cứu của TS Trần Duy Kiều về “Nghiên cứu quản
l lũ lớn lưu vực s ng am”. Trong nghiên cứu này đã xem xét đƣợc khả
năng chống lũ của đê hiện trạng ứng với lũ tần suất 1%. Căn cứ vào kết quả này, tác giả đề xuất nâng cao trình đê hiện trạng tại những vị trí tràn đê chƣa đảm bảo yêu cầu thiết kế chống lũ năm 1978, cụ thể: vị trí đê từ am Đàn đến ngã ba sông (sông Cả + sông La + sông Lam): đề xuất nâng cao trình đê lên thêm 0,45m. Kết quả mô phỏng nhƣ hình 4-3 cho thấy:
Hình 4-3: Vị trí tràn đê dọc theo sông ứng với nâng cấp đê hiện trạng Giá trị đỉnh lũ tại một số vị trí tràn đã giảm từ 20cm đến 50cm; một số đoạn đê vẫn bị tràn nhƣng với mức độ thấp hơn, cụ thể: Tại vị trí từ am Đàn
89
đến ngã ba sông (sông Cả + sông La + sông Lam) mức độ tràn đã giảm, có vị trí giảm đến 60%.
b. Xây dựng bản đồ ngập lụt
Từ kết quả ngập lụt trong mô hình MIKE FLOOD, kết hợp với bản đồ khu vực Nghệ An- Hà Tĩnh, luận văn đã đƣa ra các bản đồ ngập lụt cho hạ lƣu sông Lam với giả thiết nƣớc lũ tràn đê nhƣng không xảy ra vỡ đê theo hai phƣơng án: (i) – Hiện trạng đê với lũ năm 1978 và (ii) – Nâng cấp các vị trí tràn đê. Các bản đồ này đƣợc minh họa trong hình 4-4 và 4-5 dƣới đây.
Kết quả cho thấy khu vực ngập sâu nhất ngoài đê dao động độ sâu từ 5 m đến 8,6 m, khu vực ngập trong đê phổ biến từ 0,5 m đến 5 m.
Độ sâu ngập và diện ngập của cả hai phƣơng án cụ thể nhƣ bảng 4-2, bảng 4-3 và hình 4-4, hình 4-5. (chi tiết tại phụ lục 3)
90
91