Tài liệu đánh giá ngập lụt vùng hạ du sông trà khúc tỉnh quảng ngãi theo quy trình vận hành liên hồ

ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i MỤC LỤC ...................................................................................................................... ii TÓM TẮT LUẬN VĂN .................................................................................................iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU ..................................................v DANH MỤC CÁC HÌNH ..............................................................................................vi DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................ix MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu: .............................................................................................. 3 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: .......................................................................... 3 4. Nội dung nghiên cứu: .............................................................................................. 3 5. Cách tiếp cận, phƣơng pháp nghiên cứu: ................................................................ 3 5.1. Cách tiếp cận:................................................................................................... 3 5.2. Phƣơng pháp nghiên cứu: ................................................................................ 3 6. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: ................................................................................... 4 7. Cấu trúc luận văn: ................................................................................................... 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ TÌNH HÌNH NGẬP LỤT LƢU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC .............................................................................5 1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu ..................................................... 5 1.1.1. Vị trí địa lý .................................................................................................... 5 1.1.2. Đặc điểm địa hình ......................................................................................... 5 1.1.3. Đặc điểm mạng sông .................................................................................... 6 1.1.4. Mạng lƣới trạm quan trắc khí tƣợng thủy văn .............................................. 7 1.1.5. Đặc điểm khí hậu ........................................................................................ 10 1.1.6. Bão và các hình thái thời tiết đặc biệt ......................................................... 13 1.1.7. Chế độ mƣa ................................................................................................. 14 1.1.8. Đặc điểm Thủy văn: .................................................................................... 19 1.1.9. Chế độ triều mặn vùng ven biển ................................................................. 27 1.2. Tình hình kinh tế - xã hội ................................................................................... 29 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT .................35 2.1. Tổng quan chung ................................................................................................ 35 2.1.1. Khái niệm về bản đồ ngập lụt ..................................................................... 35 2.1.2. Các phƣơng pháp xây dựng bản đồ ngập lụt .............................................. 35 2.2. Giới thiệu mô hình MIKE SHE ......................................................................... 36 iii 2.2.1.Tổng quan về mô hình MIKE SHE ............................................................. 36 2.2.2. Lịch sử phát triển của mô hình MIKE-SHE ............................................... 37 2.2.3. Lý thuyết cơ bản của mô hình MIKE-SHE ................................................ 37 2.3.Thiết lập mô hình MIKE SHE ............................................................................ 45 2.3.1. Phạm vi mô phỏng ...................................................................................... 45 2.3.2. Cơ sở dữ liệu phục vụ tính toán mô phỏng ................................................. 47 2.4. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE SHE .................................................. 52 2.4.1. Hiệu chỉnh mô hình..................................................................................... 52 2.4.2. Kiểm định mô hình ..................................................................................... 54 2.4.3. Nhận xét kết quả hiệu chỉnh và kiểm định ................................................. 55 2.5. Cơ sở lý thuyết mô hình thủy lực ....................................................................... 56 2.5.1. Cơ sở lý thuyết MIKE FLOOD .................................................................. 56 2.5.2. Cơ sở lý thuyết MIKE 11 ............................................................................ 59 2.5.3. Cơ sở lý thuyết MIKE 21 ............................................................................ 61 2.6. Giới thiệu quy trình xây dựng bản đồ ngập lụt kết hợp công cụ GIS ................ 62 2.6.1. Khái niệm hệ thống thông tin địa lý (GIS) ................................................. 62 2.6.2. Xây dựng, quản lý cơ sở dữ liệu ................................................................. 63 2.6.3. Xây dựng bản đồ ngập lụt bằng công nghệ GIS ......................................... 63 CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT ......................................................64 3.1. Xây dựng mô hình thủy lực ............................................................................... 64 3.1.1. Xây dựng mô hình thủy lực 1 chiều ........................................................... 64 3.1.2. Xây dựng mô hình thủy lực 2 chiều ........................................................... 66 3.1.3. Thiết lập mô hình mô phỏng MIKE FLOOD ............................................. 68 3.2. Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình .......................................................................... 70 3.3. Xây dựng Bản đồ ngập lụt ................................................................................. 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................82 1. Kết luận ................................................................................................................. 82 2. Kiến nghị ............................................................................................................... 82 2.1. Giải pháp phi công trình: ............................................................................... 82 2.2. Giải pháp công trình: ..................................................................................... 83 NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP CỦA ĐỀ TÀI ......84 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................85 PHỤ LỤC ......................................................................................................................87 iv TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐÁNH GIÁ NGẬP LỤT VÙNG HẠ DU SÔNG TRÀ KHÚC TỈNH QUẢNG NGÃI THEO QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN HỒ Học viên: Hồ Hải Khôi Anh. Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình thủy Mã số: 60.58.02.02. Khóa: K35-CTT.QNg. Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN. Tóm tắt: Việc đánh giá ngập lụt vùng hạ du sông trà khúc tỉnh Quảng Ngãi theo quy trình vận hành liên hồ là rất cần thiết. Kết quả nghiên cứu là mô phỏng ngập lụt trên sông Trà Khúc ứng với các tần suất lũ, xây dựng bản đồ ngập lụt với các tần suất tƣơng ứng. Kết quả nghiên cứu đã thể hiện đƣợc khu vực bị ngập, diện tích ngập, chiều sâu ngập tại khu vực nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu cung cấp cho chính quyền địa phƣơng và cơ quan quản lý thiên tai trên địa bàn tỉnh những thông tin cần thiếtđể chủ động đối phó cũng nhƣ giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt trên lƣu vực sông Trà Khúc. Từ khóa: sông Trà Khúc, ngập lụt, Mike SHE, Mike 11, Mike 21, Mike Flood ASSESS FLOODING IN THE DOWNSTREAM AREA OF TRA KHUC RIVER IN QUANG NGAI PROVINCE UNDER THE IMPACT OF RESERVOIRS UPSTREAM Student name: Hồ Hải Khôi Anh. Major: Irrigation construction engineering ID: 60.58.02.02. Course: K35-CTT.QNg. University of science and technology - ĐHĐN. Abstract-The evaluation of flooding in the downstream area of Tra Khuc river in Quang Ngai province according to the inter-lake operation process is very necessary. The research results are simulating flooding in Tra Khuc river in response to flood frequencies, building flood maps with corresponding frequencies. Research results have shown the flooded area, flooded area, depth of flooding in the study area. The research results provide local authorities and disaster management agencies in the province with the necessary information to actively deal with and minimize damage caused by floods in the Tra Khuc basin. Key words: Tra Khuc river, Flooding, Mike SHE, Mike 11, Mike 21, Mike Flood v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT DHI : Viện thủy lực Đan Mạch MIKE 11 : Mô hình thủy lực 1 chiều thuộc bộ mô hình MIKE MIKE 21 : Mô hình thủy lực 2 chiều thuộc bộ mô hình MIKE MIKE SHE : Mô hình mƣa – dòng chảy (DHI) R : Hệ số tƣơng quan R2 : Hệ số NASH RMSE : Sai số căn bình phƣơng trung bình KKL : Không khí lạnh vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Bản đồ ngập lụt tần suất 10% (Nguồn:Dự án Giảm nhẹ thiên tai Quảng Ngãi) 2 Hình 2. Bản đồ ngập lụt tần suất 10 % (Nguồn: Dự án Quy hoạch PCL và chỉnh trị sông) ................................................................................................................................2 Hình 1.1. Lƣu vực sông Trà Khúc ...................................................................................5 Hình 1.2. Các hồ chứa ở thƣợng nguồn lƣu vực sông Trà Khúc.....................................8 Hình 2.1. Minh họa phƣơng pháp sử dụng trong luận văn ............................................36 Hình 2.2. Cấu trúc tổng quát của mô hình MIKE SHE .................................................37 Hình 2.3. Sơ đồ quá trình bốc hơi trong mô hình MIKE SHE (DHI,2012) ..................38 Hình 2.4. Rời rạc hóa vùng không bão hòa theo phƣơng đứng.....................................40 Hình 2.5.Quá trình hình thành dòng chảy trong mô hình MIKE SHE(DHI 2012). ......40 Hình 2.6. Couple link MIKE SHE và MIKE 11 (DHI 2012). .......................................41 Hình 2.7.Kết nối giữa mô hình MIKE 11 với các ô lƣới trong mô hình MIKE SHE. ..41 Hình 2.8. Liên kết điển hình giữa MIKE SHE và MIKE 11 (DHI 2012) .....................42 Hình 2.9.Kết nối giữa MIKE SHE và MIKE URBAN (DHI 2012). ............................43 Hình 2.10.Cơ chế kết nối giữa MIKE SHE và MIKE URBAN (DHI 2012). ...............43 Hình 2.11. Cấu trúc mô hình MIKE SHE với các mô đun hồ chứa tuyến tính cho vùng bão hòa (DHI, 2012e). ...................................................................................................44 Hình 2.12.Sơ đồ dòng chảy dựa trên các tiểu lƣu vực, mô đun dòng chảy hồ chứa tuyến tính (DHI, 2012e) ................................................................................................ 44 Hình 2.13. Các thành phần thiết lập trong MIKE SHE .................................................45 Hình 2.14. Phạm vivùng mô phỏng ...............................................................................46 Hình 2.15.Bản đồ số độ cao lƣu vực mô phỏng ............................................................47 Hình 2.16.Bản đồ sử dụng đất phạm vi mô phỏng ........................................................48 Hình 2.17.Bản đồ đất lƣu vực mô phỏng ......................................................................49 Hình 2.18.Mạng lƣới lƣu vực mô phỏng .......................................................................50 Hình 2.19. Mạng lƣới lƣu vực mô phỏng ......................................................................51 Hình 2.20.Kết quả hiệu chỉnh của MIKE SHE cho lƣu lƣợng tại trạm Sơn Giang từ năm 19952004 ................................................................................................................................ 53 Hình 2.21. Kết quả hiệu chỉnh của MIKE SHE cho lƣu lƣợng tại trạm An Chỉ từ năm 19952004 ................................................................................................................................ 53 vii Hình 2.22.Kết quả kiểm định của MIKE SHE cho lƣu lƣợng tại trạm Sơn Giang từ năm 2005-2014.......................................................................................................................54 Hình 2.23.Kết quả kiểm định của MIKE SHE cho lƣu lƣợng tại trạm An Chỉ từ năm 20052014................................................................................................................................ 55 Hình 2.24. Các ứng dụng trong kết nối tiêu chuẩn........................................................57 Hình 2.25. Một ứng dụng trong kết nối bên ..................................................................58 Hình 2.26. Một ví dụ trong kết nối công trình ..............................................................58 Hình 2.27. Lƣới tính toán trên một đoạn kênh ..............................................................60 Hình 3.1.Sơ đồ mạng lƣới sông tính toán MIKE 11 .....................................................64 Hình 3.2.Mặt cắt tại K45+012 (thƣợng lƣu cầu Trà Khúc gần trạm Trà Khúc) trong MIKE11 .........................................................................................................................65 Hình 3.3. Thiết lập bài toán mô phỏng thủy lực Hydrodynamic...................................66 Hình 3.4. Lƣới tính toán lƣu vực sông Trà Khúc ..........................................................67 Hình 3.5.Mô phỏng 2 chiều vùng bãi lƣu vực sông Trà Khúc trong mô hình 2 chiều .68 Hình 3.6.Thiết lập hệ số nhám trong MIKE 21 .............................................................68 Hình 3.7.Thiết lập hệ số nhám trong MIKE 21 .............................................................69 Hình 3.8.Sơ đồ kết nối Mike 11 và Mike 21 FM ..........................................................69 Hình 3.9.Sơ đồ chi tiết kết nối bên ................................................................................70 Hình 3.10. So sánh đƣờng mực nƣớc tại trạm Trà Khúc trận lũ từ ngày 07/12 đến 10/12/2016 .....................................................................................................................71 Hình 3.11. So sánh đƣờng mực nƣớc tại trạm Sông Vệ trận lũ từ ngày 07/12 đến 10/12/2016 .....................................................................................................................71 Hình 3.12. So sánh đƣờng mực nƣớc tại trạm Trà Khúc trận lũ từ ngày 04/11 đến07/11/2017 ...............................................................................................................72 Hình 3.13. So sánh đƣờng mực nƣớc tại trạm Sông Vệ trận lũ từ ngày 04/11 đến07/11/2017 ...............................................................................................................72 Hình 3.14. Bản đồ ngập lụt ứng với tần suất 1%...........................................................74 Hình 3.15. Bản đồ ngập lụt ứng với tần suất 5%...........................................................75 Hình 3.16. Bản đồ ngập lụt ứng với tần suất 10%.........................................................75 Hình 3.17. Bản đồ ngập lụt năm 2016 ...........................................................................76 Hình 3.18. Bản đồ ngập lụt năm 2017 ...........................................................................76 viii Hình 3.19. Bản đồ ngập lụt theo phƣơng án vận hành 1 ...............................................77 Hình 3.20. Bản đồ ngập lụt theo phƣơng án vận hành 2 ...............................................77 Hình 3.21. Bản đồ ngập lụt theo phƣơng án vận hành 3 ...............................................78 ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1.Đặc trƣng hình thái của các sông suối chính trong vùng nghiên cứu ..............7 Bảng 1.2.Thống kê các trạm đo khí tƣợng, thủy văn trong vùng ....................................9 Bảng 1.3.Chuyển đổi cao độ và cấp báo động vùng hạ lƣu sông Trà Khúc .................10 Bảng 1.4.Nhiệt độ bình quân tháng, năm tại các trạm trong vùng nghiên cứu .............12 Bảng 1.5. Số giờ nắng bình quân tháng trung bình nhiều năm trạm (giờ) ....................12 Bảng 1.6.Lƣợng mƣa trung bình tháng và tỷ lệ so với lƣợng mƣa năm của một số trạm thuộc vùng nghiên cứu ..................................................................................................15 Bảng 1.7. Lƣợng mƣa mùa lũ, mùa kiệt và tỷ lệ so với lƣợng mƣa năm .....................17 Bảng 1.8. Tỷ lệ % lƣợng mƣa sinh lũ xuất hiện trong các tháng mùa mƣa tại một số trạm trong vùng .............................................................................................................18 Bảng 1.9.Đặc trƣng của đợt lũ tháng 12/1986 xảy ra ở miền trung ..............................20 Bảng 1.10.Phần trăm xuất hiện lũ vào các tháng trong năm tại các trạm trong vùng nghiên cứu .....................................................................................................................22 Bảng 1.11.Lƣu lƣợng lớn nhất và nhỏ nhất ở các vị trí trạm trong và lân cận vùng nghiên cứu .....................................................................................................................22 Bảng 1.12.Phần trăm xuất hiện đỉnh lũ lớn nhất theo mùa lũ so với đỉnh lũ lớn nhất năm tại các trạm trong vùng nghiên cứu .......................................................................23 Bảng 1.13. Kết quả tính toán tần suất mực nƣớc max tại các trạm ...............................23 Bảng 1.14. Đặc trƣng lũ tại một số vị trí .......................................................................24 Bảng 1.15.Lũ lớn nhất trong vùng từ 1977–2007 .........................................................24 Bảng 1.16. Kết quả tính toán tần suất lƣu lƣợng max tại các trạm ...............................25 Bảng 1.17. Tổng lƣợng lũ lớn nhất thời đoạn tại các vị trí ...........................................26 Bảng 1.18. Đặc trƣng tổng lƣợng 1, 3, 5, 7 ngày max ứng với các tần suất thiết kế tại các vị trí .........................................................................................................................26 Bảng 1.19.Mực nƣớc lũ và tần suất xuất hiện của các trận lũ lớn tại trà khúc và các trạm tƣơng ứng ..............................................................................................................26 Bảng 1.20. Kết quả tính toán dòng chảy bùn cát tại các trạm .......................................27 Bảng 1.21. Đặc trƣng mực nƣớc triều tại trạm qui nhơn trong các tháng .....................28 Bảng 1.22. Đƣờng tần suất triều thiên văn mực nƣớc lớn nhất năm .............................29 x Bảng 1.23.Đƣờng tần suất triều thiên văn mực nƣớc lớn nhất năm có tính đến độ cao nƣớc dâng ......................................................................................................................29 Bảng 1.24.Đƣờng tần suất triều thiên văn mực nƣớc thấp nhất năm ............................29 Bảng 1.25. Kết quả khảo sát độ mặn ngày 24-25/4/2002 – sông Trà Khúc ..................29 Bảng 1.26. Tổng sản phẩm trên địa bàn theo giá thực tế ..............................................30 Bảng 1.27.Thống kê các đợt thiên tai từ 2008 - 2018 ...................................................32 Bảng 2.1. Các chỉ số của mô hình MIKE SHE sau khi hiệu chỉnh ...............................52 Bảng 2.2. Các chỉ số của mô hình MIKE SHE kiểm định ............................................54 Bảng 3.1. Kết quả các chỉ tiêu đánh giá sai số mô hình ................................................71 Bảng 3.2. Tổng hợp tình hình ngập lũ trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi theo các kịch bản .......................................................................................................................................78 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Quảng Ngãi là một tỉnh thuộc miền Trung Việt Nam, có diện tích tự nhiên 5.152,49 km2, gồm 14 huyện thị và thành phố với dân số khoảng 1.254.184 ngƣời. Là một tỉnh lại chịu nhiều tác động của thiên tai nhƣ lũ lụt, bão tố, hạn hán….Trên toàn tỉnh có 4 con sông chính, bao gồm: Sông Trà Bồng, sông Trà Khúc, sông Vệ và sông Trà Câu. Trong đó, sông Trà Khúc là con sông lớn và quan trọng nhất của tỉnh, lƣu vực sông Trà Khúc bao gồm địa bàn lãnh thổ của 8 huyện, thành phố thuộc tỉnh Quảng Ngãi và một phần lãnh thổ của huyện Kon Plong tỉnh Kon Tum. Diện tích lƣu vực tính đến cửa ra là 3.240 km2, chiếm 55,3% diện tích tự nhiên của tỉnh. Hàng năm, lũ lụt thƣờng xuyên xảy ra trên lƣu vực sông Trà Khúc, gây nhiều thiệt hại về ngƣời và tài sản, ảnh hƣởng lớn đến đời sống nhân dân sinh sống ở vùng đồng bằng ngập lũ cũng nhƣ tình hình phát triển kinh tế xã hội của toàn tỉnh. Trƣớc tình hình đó, năm 2003, đƣợc sự tài trợ của Chính phủ Úc và Chính phủ Việt Nam, tỉnh Quảng Ngãi đã tổ chức thực hiện dự án "Giảm nhẹ thiên tai Quảng Ngãi". Dự án đã xây dựng đƣợc các Bản đồ ngập lụt ứng với các tần suất 1%, 2%, 5%, 10% (hình 1) và Kế hoạch tổng hợp quản lý hiểm họa lũ lụt cho vùng đồng bằng ngập lũ lƣu vực các sông Trà Khúc, sông Vệ; sông Trà Bồng; sông Thoa và sông Trà Câu. Kế hoạch đã đƣợc UBND tỉnh Quảng Ngãi phê duyệt tại Quyết định số 1800/QĐ-UBND ngày 16/8/2007, đem lại nhiều kết quả rất thiết thực, nhất là việc góp phần hỗ trợ năng lực quản lý rủi ro lũ lụt trên địa bàn tỉnh. Ngoài ra, để phòng chống và giảm thiểu các thiệt hại do lũ lụt gây ra trên lƣu vực sông Trà Khúc, ngày 29 tháng 9 năm 2014, UBND tỉnh Quảng Ngãi đã phê duyệt Quy hoạch phòng chống lũ và chỉnh trị sông Trà Khúc đoạn từ hạ lƣu đập Thạch Nham đến Cửa Đại làm cơ sở để quản lý lƣu vực sông này theo quy định của Luật Đê điều. Quy hoạch cũng đã tính toán, xây dựng bản đồ ngập lụt cho vùng hạ duứng với các tần suất: 2%, 5% và 10% (hình 2). Tuy nhiên, trong những năm gần đây, việc đầu tƣ xây dựng các hồ thủy điện ở thƣợng nguồn (thủy điện: Đakđrinh, Nƣớc Trong, Sơn Trà 1, Đăk Re và Sơn Tây) đã tác động lớn đến dòng chảy tự nhiên trên sông Trà Khúc. Đồng thời, sự thay đổi địa hình tự nhiên, thảm phủ và việc đầu tƣ các công trình mới đã có những tác động không nhỏ đến tình trạng ngập lụt ở vùng hạ du. Mặc dù, đã đƣợc Thủ tƣớng Chính phủ quan tâm và ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lƣu vực sông Trà Khúc tại Quyết định số 911/QĐ-TTg ngày 25/7/2018 (sau đây gọi tắt là Quy trình vận hành liên hồ 911) nhƣng đến nay việc quản lý, vận hành các hồ chứa, còn gặp nhiều khó khăn nhất là trong mùa mƣa lũ. Do đó, việc đánh giá ngập lụt vùng hạ du sông Trà 2 Khúc tỉnh Quảng Ngãi theo quy trình vận hành liên hồ để phục vụ việc hỗ trợ ra quyết định trong công tác phòng chống thiên tai ở địa phƣơng là rất cần thiết. Hình 1. Bản đồ ngập lụt tần suất 10% (Nguồn:Dự án Giảm nhẹ thiên tai Quảng Ngãi) Hình 2. Bản đồ ngập lụt tần suất 10 % (Nguồn: Dự án Quy hoạch PCL và chỉnh trị sông) 3 2. Mục đích nghiên cứu: - Ứng dụng bộ phần mềm MIKE (DHI) và công nghệ GIS để mô phỏng ngập lụt hạ lƣu sông Trà Khúc. - Xây dựng bản đồ ngập lụt trên sông Trà Khúc theo một số kịch bản vận hành hồ chứa nƣớc Nƣớc Trong và hồ thủy điện Đakđrinh ở thƣợng nguồn. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tƣợng nghiên cứu: Hạ lƣu sông Trà Khúc và một phần hạ lƣu sông Vệ, sông Phƣớc Giang. - Phạm vi nghiên cứu: Sông Trà Khúc từ thƣợng nguồn đến Cửa Đại, một phần sông Vệ và sông Phƣớc Giang. 4. Nội dung nghiên cứu: - Mô phỏng ngập lụt trên sông Trà Khúc ứng với các tần suất lũ. - Xây dựng bản đồ ngập lụt cho các trận lũ ứng với tần suất (1%; 5%; 10%); một số trận lũ gần đây (năm 2009, 2013); một số tình huống xả lũ theo Quy trình vận hành liên hồ. 5. Cách tiếp cận, phƣơng pháp nghiên cứu: 5.1. Cách tiếp cận: - Thu thập và phân tích các trận lũ lịch sử, đặc điểm lũ và các giải pháp quản lý lƣu vực sông Trà Khúc. - Khảo sát, thu thập các số liệu về các mặt cắt trên sông, các công trình trên sông (đập dâng, đê kè..), dữ liệu về địa hình… - Thu thập các tài liệu về lý thuyết cũng nhƣ các giải pháp xử lý, các mô hình thủy lực để tham khảo, chọn lọc, từ đó xây dựng mô hình thủy lực cho lƣu vực sông Trà Khúc. - Dựa vào kết quả nghiên cứu để đánh giá tình trạng ngập lụt ở hạ du so với các đánh giá của Dự án Giảm nhẹ thiên tai Quảng Ngãi và Quy hoạch phòng chống lũ và chỉnh trị sông Trà Khúc và đề xuất một số nội dung liên quan. 5.2. Phương pháp nghiên cứu: - Phƣơng pháp phân tích tài liệu; - Phƣơng pháp kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan; - Phƣơng pháp mô hình hóa; - Phƣơng pháp thống kê khách quan; 4 6. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Đề tài nghiên cứu sẽ đƣa ra đƣợc các kết quả sau: Xây dựng đƣợc bản đồ ngập lụt, trong đó cung cấp thông tin cơ bản: khu vực bị ngập, diện tích, chiều sâu ngập. 7. Cấu trúc luận văn: Luận văn gồm phần Mở đầu, 03 chƣơng, Kết luận và Kiến nghị. Mở đầu Chƣơng 1: Tổng quan về khu vực nghiên cứu và tình hình ngập lụt ở lƣu vực sông Trà Khúc. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết xây dựng bản đồ ngập lụt. Chƣơng 3: Xây dựng bản đồ ngập lụt khu vực nghiên cứu. Kết luận và kiến nghị. 5 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ TÌNH HÌNH NGẬP LỤT LƢU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC 1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu 1.1.1. Vị trí địa lý Các lƣu vực sông Trà Bồng, Trà Khúc, sông Vệ và sông Trà Câu thuộc tỉnh Quảng Ngãi có đặc trƣng chung là đều có hƣớng chảy vĩ tuyến hoặc á vĩ tuyến, phân bố khá đều trên vùng đồng bằng của tỉnh. Trong đó Sông Trà Khúc có diện tích lƣu vực tính đến cửa ra là 3.240 km2 chiếm 55,3% diện tích tự nhiên của tỉnh. Vùng nghiên cứu có vị trí địa lý: Từ 14o50’ đến 15o 20’ Vĩ độ Bắc Từ 108o10 đến 109o00 Kinh độ Đông. Ranh giới lƣu vực: Phía Bắc giáp lƣu vực sông Trà Bồng. Phía Nam giáp lƣu vực sông Vệ. Phía Tây giáp lƣu vực sông Sê San. Phía Đông giáp Biển Đông Hình 1.1. Lưu vực sông Trà Khúc (Nguồn: Quy hoạch phòng chống lũ và chỉnh trị sông Trà Khúc) Tổ chức hành chính trong vùng nghiên cứu gồm 8 huyện và 1 thành phố (TP Quảng Ngãi, các huyện Sơn Tịnh, Tƣ Nghĩa, Nghĩa Hành, Trà Bồng, Sơn Hà, Minh Long, Tây Trà và Sơn Tây). Tổng diện tích tự nhiên 2.951,67 km2 và dân số khoảng 712.059 ngƣời chiếm 57,9% dân số toàn tỉnh. 1.1.2. Đặc điểm địa hình Vùng nghiên cứu nằm ở phía Đông Trƣờng Sơn, có dạng địa hình thấp dần từ Tây sang Đông nhƣng khá phức tạp. Từ vùng núi xuống đồng bằng địa hình đột nhiên hạ thấp đáng kể, hình thành hai bậc địa hình cao thấp nằm kế tiếp nhau, không có khu đệm chuyển tiếp. Vùng Thƣợng du của lƣu vực là vùng núi cao có cao độ từ 500 đến 1000 m, còn ở Hạ du là đồng bằng chỉ có cao độ từ 5 đến 15 m và vùng cát ven biển có cao độ 2 đến 10 m. Nhìn chung toàn lƣu vực có 3 dạng địa hình chính sau: a) ng n i cao và trung ình 6 Vùng núi cao và trung bình nằm ở phía Tây, chiếm khoảng 70% diện tích tự nhiên. Đây chính là sƣờn phía Đông dãy Trƣờng Sơn với cao độ trung bình từ 500 700m, thỉnh thoảng có đỉnh cao trên 1.000 m nhƣ đỉnh Hòn Bà 1.146 m, vùng Sơn Hà. Với dạng địa hình những dãy núi chạy dài bao bọc 3 phía Bắc, Tây và Nam hình thành một cánh cung bao bọc vùng đồng bằng Quảng Ngãi. Chính dạng địa hình này rất thuận lợi đón gió mùa Đông Bắc và các hình thái thời tiết từ biển Đông đƣa vào đã làm cho lƣợng mƣa trong vùng khá dồi đào, hình thành các tâm mƣa nhƣ: Ba Tơ, Trà Bồng, Gia Vực... có lƣợng mƣa từ 3.200 4.000 mm/năm. b) ng đồng ng Vùng đồng bằng chạy dọc từ Bắc vào Nam và tiến sát ra gần biển. Bề mặt không đƣợc bằng ph ng có nhiều gò đồi theo hƣớng dốc từ Tây sang Đông với cao độ biến đổi từ 20 đến 2 m chiếm khoảng 20% diện tích tự nhiên. Vùng này có nhiều ƣu thế trồng cây lƣơng thực, thực phẩm và cây công nghiệp ngắn ngày có giá trị hàng hoá cao. c) ng c t v n i n Đây là vùng bao gồm các cồn cát, đụn cát phân bố thành một dải hẹp, chạy dài ven biển với chiều rộng trung bình trên dƣới 2 km và có độ cao hơn vùng đồng bằng. Vùng này có khả năng canh tác thích hợp với cây mía, thuốc lá... song chƣa đƣợc khai thác do chƣa có biện pháp giải quyết nƣớc tƣới. Hiện tại những cồn cát sát biển đƣợc trồng phi lao để ngăn gió và cát bay. 1.1.3. Đặc điểm mạng sông và thông tin hồ chứa ở thượng nguồn sông Trà Khúc a) Đặc đi m mạng sông: Nằm ở giữa tỉnh Quảng Ngãi, sông Trà Khúc là sông lớn có lƣợng nƣớc dồi dào nhất so với các sông khác trong toàn tỉnh. Ở thƣợng nguồn sông có 03 nhánh chính: - Nhánh thứ nhất từ vùng Giá Vực, phía Tây huyện Ba Tơ, chảy theo hƣớng Nam - Bắc, đến địa hạt huyện Sơn Hà gọi là sông Rhe. - Nhánh thứ hai bắt nguồn từ vùng Đông Kon Tum và huyện Sơn Tây, với các suối lớn, nhỏ hợp nƣớc với nhau chảy theo hƣớng Tây - Đông xuống Sơn Hà, gọi là sông Rinh (Đắk Rinh). Một nguồn nƣớc rất quan trọng của sông Rinh là sông Tang. Sông Tang bắt nguồn từ huyện Tây Trà, chảy theo hƣớng Tây Bắc - Đông Nam, hợp nƣớc với sông Rinh ở đoạn làng Lô, làng Mùng xã Sơn Bao phía Tây Bắc huyện Sơn Hà. Trên sông Tang đang xây dựng một hồ chứa nƣớc lớn là hồ Nƣớc Trong. - Nhánh thứ ba bắt nguồn từ Tây Nam huyện Sơn Hà giáp với huyện Sơn Tây, chảy theo hƣớng Tây Nam- Đông Bắc, gọi là sông Xà Lò (Đắk Sêlô). 7 Ba nhánh sông chính từ các hƣớng khác nhau cùng hợp nƣớc ở các xã Sơn Trung, Sơn Hải, phía Đông Nam huyện lỵ Sơn Hà và đoạn sông này ngƣời ta thƣờng gọi là sông Hải Giá. Từ Hải Giá sông chảy theo hƣớng Tây Nam - Đông Bắc đến Thạch Nham (giáp với 03 huyện Sơn Hà, Sơn Tịnh, Tƣ Nghĩa) thì thoát khỏi núi non, chảy một đoạn nữa đến thôn Hƣng Nhƣợng xã Tịnh Đông thì hƣớng chảy cơ bản là Tây - Đông. Ở Thạch Nham, ngƣời ta đã xây dựng đập chắn ngang sông để dâng lên và dẫn theo hai kênh Chính Bắc- Chính Nam tƣới cho các đồng bằng Quảng Ngãi. Công trình đại thủy nông Thạch Nham là một công trình thủy lợi kỳ vĩ. Xƣa kia trên sông Trà Khúc từ Đồng Nhơn (xã Tịnh Đông, huyện Sơn Tịnh) đến cuối nguồn ngƣời ta đặt rất nhiều guồng xe nƣớc lớn để tƣới cho đồng ruộng. Sông Trà Khúc ở các hợp lƣu thƣợng nguồn, sông đào lòng dữ dội qua các thung lũng, đến hạ lƣu nƣớc vẫn chảy khá xiết cho đến khi đổ ra cửa Đại. Sông Trà Khúc có độ dài khoảng 135km, trong đó có khoảng 2/3 chiều dài sông chảy qua vùng núi và rừng rậm, có độ cao 200 ÷ 1.000m, phần còn lại chảy qua vùng đồng bằng. Sông Trà Khúc có diện tích lƣu vực khoảng 3.240 km2, bao gồm phần đất của các huyện Sơn Hà, Tƣ Nghĩa, một phần huyện Ba Tơ, Minh Long, Sơn Tịnh, Trà Bồng và Tây Trà, có một phần nguồn nhỏ thuộc địa phận tỉnh Kon Tum. Trên bề mặt lƣu vực sông có khoảng nửa diện tích kể từ nguồn là rừng già, còn lại là rừng thƣa kiểu cao nguyên và cây bụi rậm; vùng hạ lƣu là đất canh tác và đồng bằng trồng lúa là chính. ảng 1.1.Đặc trưng hình th i của các sông suối chính trong vùng nghiên cứu Tên sông Sông Trà Khúc - Dac lang - Nƣớc Lác - Dak Se Lo - Tam Dinh - Xã Điệu - Tam Rao - Sông Giang - Sông Phƣớc - Phụ lƣu số 9 Chiều dài sông (km) 135 19 16 63 18 13 20 16 20 10 Diện tích lƣu vực (km2) 3240 96 93 1760 67 63 64 100 45 40 Độ cao nh qu n lƣu vực (m) 558 Độ dốc nh qu n lƣu vực (%) Chiều rộng nh qu n lƣu vực km Hệ số uốn khúc Mật độ lƣới s ng (km/km2) 18,5 26,3 6,0 5,5 25,2 4,5 3,7 3,8 5,6 2,6 4,0 1,69 1,73 1,51 1,47 1,64 1,30 1,43 1,26 1,67 1,18 0,39 751 19,6 301 16,3 0,32 0,86 ) Đặc đi m hồ chứa: Hiện nay, trên thƣợng nguồn sông Trà Khúc có 05 hồ chứa nƣớc bao gồm: Hồ Đakđrinh, hồ Nƣớc Trong, Sơn Trà 1, ĐăkRe và Sơn Tây. Trong đó, công trình hồ Đakđrinh và hồ Nƣớc Trong có công trình điều tiết lũ (hồ Đakđrinh có 4 khoang tràn có cửa van cung, kích thƣớc bxh =15x17,5 m; hồ Nƣớc Trong có 5 khoang tràn có cửa 8 van cung, kích thƣớc bxh =12,5x14 m), các hồ còn lại sử dụng dạng tràn tự do. Việc vận hành các hồ chứa này đƣợc thực hiện theo Quy trình vận hành liên hồ 911 và các Quy trình vận hành đơn hồ. Trong phạm vi luận văn, học viên đề xuất nghiên cứu một số kịch bản vận hành theo các quy trình gồm: Quy trình vận hành liên hồ 911, Quy trình vận hành hồ chứa Thủy điện Đakđrinh (Ban hành kèm theo Quyết định số 10314/QĐ-BCT ngày 31/12/2013 của Bộ Công Thƣơng) và Quy trình vận hành điều tiết hồ chứa nƣớc Nƣớc Trong (Ban hành kèm theo Quyết định số 316/QĐ-BNNTCTL ngày 10/02/2017 của Bộ Nông nghiệp và PTNT). (Có các thông số kỹ thuật chính kèm theo ở phần Phụ lục) Hình 1.2. Các hồ chứa ở thượng nguồn lưu vực sông Trà Khúc (Nguồn: Google Earth) 1.1.4. Mạng lưới trạm quan trắc khí tượng thủy văn a) rạm h tượng và đo mưa Trong vùng nghiên cứu có trạm đo khí tƣợng: Quảng Ngãi, Ba Tơ và 15 trạm đo mƣa khác. Hai trạm khí tƣợng Quảng Ngãi và Ba Tơ đƣợc đo đầy đủ các yếu tố khí tƣợng (Nhiệt độ, tốc độ gió, độ ẩm, tổng lƣợng bốc hơi, số giờ nắng) đến nay vẫn còn tiếp tục đo. Trong số 15 trạm đo mƣa trong vùng nghiên cứu hiện nay chỉ có 11 trạm đo mƣa vẫn đang hoạt động. 9 ) rạm thu v n Trên sông Trà Khúc có hai trạm thủy văn là: - Trạm Sơn Giang: Trạm Sơn Giang nằm ở thƣợng nguồn sông Trà Khúc, vị trí trạm đƣợc đặt nằm giữa hai thác, hai bên bờ đều có núi cao khống chế lũ lớn. Về mùa kiệt lòng sông rộng có nhiều bãi nổi nên có dòng chảy xiết. Trạm Sơn Giang có hồ sơ ghi lại các dữ liệu về mực nƣớc, lƣu lƣợng dòng chảy và lƣợng mƣa, nhiệt độ nƣớc và nồng độ phù sa. Các số đo tốc độ đƣợc lấy thƣờng xuyên trên các nhánh lên và xuống của đƣờng quá trình lũ, tạo nên một đƣờng cong quan hệ mực nƣớc – lƣu lƣợng dạng vòng, Trận lũ cao nhất ghi lại đƣợc xảy ra vào năm 1986, khi đo nƣớc tràn mạnh qua Hữu ngạn và gây ngập cả trạm đo trên Tả ngạn. - Trạm Trà Khúc tại cầu Trà Khúc: Trạm Trà Khúc đƣợc đặt ngay tại phía thƣợng lƣu bên bờ Bắc(Tả ngạn) cầu Trà Khúc thuộc thành phố Quảng Ngãi. Trạm không đo tốc độ mà chỉ đo mực nƣớc. Trạm đã đƣợc rời từ vị trí phía hạ lƣu của cầu vào năm 1999, khi xây dựng khách sạn Mỹ Trà. Vì thế trận lũ 1999 đƣợc ghi lại tại một vị trí đo mới. Kết quả đo đạc cho thấy trận lũ năm 1999 có mức nƣớc cao nhất tuy nhiên vẫn chƣa tràn qua cầu và Tả ngạn vẫn cao trên mực nƣớc lũ, nƣớc chỉ tràn qua bờ Nam vào thành phố Quảng Ngãi. Ngoài ra trong tính toán cũng sử dụng tài liệu của các trạm lân cận vùng nghiên cứu, đó là các trạm thuộc tỉnh Quảng Nam và Bình Định. Mạng lƣới trạm khí tƣợng thủy văn xem ở Bảng sau: ảng 1.2.Thống kê các trạm đo h tượng, thủy v n trong v ng TT Tên Trạm Loại trạm Liệt tài liệu 1976- 2009 1976-2009 1976- 1988 1995-2002 1976- 2007 1977-2009 1985-2000 1987-2009 1976-2009 1958-2009 1977-2009 1976-2009 77-93,95-97 1976-2009 1976-2009 1 2 An Chỉ Ba Tơ TV KT 3 Châu Ổ H 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Đức Phổ Giá Vực Lý Sơn Minh Long Mộ Đức Quảng Ngãi Sơn Giang Sơn Hà Sông Vệ Trà Bồng Trà Khúc X X KT X X KT TV X X,H X H Toạ độ Kinh độ Vĩ Độ 108,48' 14,58' 108,43 14,46 108,46' 15,16' 108,53' 108,47 108,31' 108,34' 14,58' 15,08 15,08' 15,05' 108,32' 108,47' 15,15' 15,08' Cao độ trạm (m) 8 Ghi chú: X:Mưa;K : trạm Kh tượng đo: Nhiệt độ,độ ẩm, bốc hơi, gió; H: Mực nước TV: trạm Thủy v n (đo c c yếu tố mực nước; Lưu lượng; Độ đục) 10 c) Đ nh gi chất lượng tài liệu: Phần lớn các trạm đo có tài liệu quan trắc từ 1976 đến nay, chỉ có một số trạm khí tƣợng và trạm đo mƣa có tài liệu từ đầu thế kỷ 20 nhƣ Quảng Ngãi, Ba Tơ nhƣng trong thời kỳ chiến tranh chống Pháp, Mỹ bị gián đoạn. Các trạm khí tƣợng thuỷ văn đƣợc bố trí chủ yếu ở huyện lỵ, thị trấn, vùng đồng bằng ven biển, còn ở vùng núi và các nơi h o lánh chƣa có trạm đo, do đó cũng chƣa nắm bắt đƣợc các diễn biến hiện tƣợng thời tiết và đặc điểm thủy văn dòng chảy một cách chi tiết trên toàn vùng. Tóm lại, qua phân tích cho thấy ở các trạm đo đạc trong và lân cận vùng nghiên cứu, tài liệu từ năm 1976 liên tục và đáng tin cậy có thể sử dụng để tính toán. Cao độ tại các trạm thuỷ văn: Từ khi thành lập đến tháng 12/1994 các trạm thuộc lƣu vực Trà Khúc tỉnh Quảng Ngãi nói riêng và miền duyên hải Nam Trung bộ nói chung đều sử dụng hệ cao độ giả định. Từ tháng 1/1995 đã đƣợc chuyển về hệ cao độ quốc gia với hệ số chuyển đổi nhƣ sau: ảng 1.3.Chuy n đổi cao độ và cấp o động vùng hạ lưu sông rà Kh c Tên trạm thu văn Cao độ c m Cao độ mới m Hệ số chu ển đổi m Sơn Giang 50,961 43,315 -7,65 Trà Khúc 9,00 8,189 -0,81 áo động I (m) 3,5 áo động II (m) 5,0 áo động III (m) 6,5 1.1.5. Đặc điểm khí hậu a) Khí hậu theo mùa: Vùng nghiên cứu có chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa nội chí tuyến, chịu ảnh hƣởng sâu sắc của địa hình dãy Trƣờng sơn và các nhiễu động thời tiết ngoài biển Đông. Trong vùng nghiên cứu có hai mùa khí hậu khác nhau: - Khí hậu mùa Đông: từ tháng XI đến tháng IV là thời kỳ hoạt động của gió mùa Đông Bắc và tín phong Đông Bắc: + Gió mùa Đông Bắc mang không khí lạnh (tuy đã biến tính trong quá trình di chuyển qua các dãy núi Bạch Mã, Hải Vân) làm cho nhiệt độ của vùng nghiên cứu thời kỳ này tƣơng đối lạnh. Nhiệt độ thấp nhất tại một số trạm xuống đến 10 - 13oC. Vào đầu mùa Đông gió mùa Đông Bắc qua biển mang theo hơi ẩm và kết hợp với hoạt động của các nhiễu động thời tiết trên biển Đông nhƣ bão, ATNĐ, khi vào đến đất liền gặp dãy Trƣờng sơn đã gây mƣa vừa đến mƣa to. Giữa và cuối mùa Đông cƣờng độ hoạt động của các nhiễu động thời tiết này đã lùi sâu hơn vào phía Nam nên sự hội tụ 11 giƣã gió mùa Đông Bắc với hƣớng gió Đông, Đông Nam đã yếu đi hoặc không tồn tại, do đó trong thời kỳ này trong vùng chỉ có mƣa nhỏ hoặc mƣa rào nhẹ. + Tín phong Đông Bắc mà nguồn gốc là không khí lạnh cực đới đã nhiệt đới hoá (ấm và ẩm hơn nhiều so với ban đầu) luân phiên với gió mùa Đông Bắc chi phối thời tiết trong suốt mùa đông. - Khí hậu mùa hạ: Từ tháng V đến tháng X là các hoạt động của gió mùa Tây Nam và Đông Nam. + Gió mùa hƣớng Tây Nam có nguồn gốc từ Vịnh Thái Lan mang theo hơi ẩm, khi qua sƣờn phía Tây của dải Trƣờng Sơn đã để lại lƣợng mƣa đáng kể và tạo thành hiện tƣợng phơn làm cho không khí sƣờn phía Đông Trƣờng sơn khô và nóng. + Gió hƣớng Đông Nam có nguồn gốc từ Đông châu c hoặc xích đạo gây nên các nhiễu động biển Đông, mang theo hơi ẩm vào các tỉnh Nam Trung bộ vào các tháng V, VI hàng năm cung cấp lƣợng mƣa vừa làm dịu mát và làm bớt đi sự khô hạn trong vùng. Từ tháng VII đến tháng IX toàn vùng có lƣợng mƣa không đáng kể nên lại là thời kỳ khô hạn. Tóm lại với chế độ gió mùa, điều kiện bức xạ và vị trí địa lý, đặc điểm địa hình đã tạo cho khí hậu của lƣu vực có những đặc điểm chủ yếu sau: - Chế độ gió mùa cùng với dải Trƣờng Sơn đã tạo ra sự tƣơng phản sâu sắc giữa mùa khô và mùa mƣa trên toàn vùng nghiên cứu. - Hoạt động của gió mùa, tín phong Đông Bắc và các nhiễu động thời tiết ở biển Đông cùng với địa hình dãy Trƣờng Sơn đã tạo ra mùa mƣa phong phú trong các tháng từ tháng IX đến tháng XII. - Do sự xâm nhập sâu về phía Nam của gió mùa Đông Bắc nên Quảng Ngãi tƣơng đối lạnh trong tháng XII, I. - Do hiệu ứng phơn của dãy Trƣờng Sơn đối với gió mùa Tây Nam nên ở vùng nghiên cứu xuất hiện một thời kỳ nắng nóng và khô hạn trong suốt các tháng mùa hạ. b) Nhiệt độ: Đƣợc thừa hƣởng chế độ bức xạ mặt trời nhiệt đới đã dẫn đến một nền nhiệt độ cao trong toàn vùng. Nhiệt độ có xu hƣớng tăng dần từ Bắc vào Nam và từ miền núi xuống đồng bằng. Nhiệt độ bình quân hàng năm vùng núi: 25.3oC, vùng đồng bằng ven biển: 25.7oC, nhiệt độ bình quân nhiều năm tại Quảng Ngãi 25,8 oC, Ba Tơ 25,3oC. Tháng có nhiệt độ bình quân cao nhất là tháng VI, VII có thể đạt tới 28 oC 29oC, tháng có nhiệt độ bình quân nhỏ nhất là tháng I đạt 21oC.Chênh lệch nhiệt độ giữa tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất từ 6 - 7oC.