Tài liệu Xây dựng bản đồ ngập lụt và đề xuất các phương án phòng chống lụt bão và giảm nhẹ thiên tai cho hệ thống sông cả

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: - Luận văn này là sản phẩm nghiên cứu của riêng tôi. - Kết quả thực nghiệm được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trước đây. - Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Hà Nội, tháng 12 năm 2015 Tác giả luận văn Phạm Văn Viên LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ “Xây dựng bản đồ ngập lụt và đề xuất các phương án phòng chống lụt bão và giảm nhẹ thiên tai cho hệ thống sông Cả” đã được hoàn thành tại Khoa Thuỷ văn - Tài nguyên nước trường Đại học Thủy lợi tháng 12 năm 2015. Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của thầy cô, bạn bè và gia đình. Trước hết, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy TS. Trần Kim Châu đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, khoa Thuỷ văn Tài nguyên nước trường Đại học Thủy lợi và toàn thể các thầy cô đã giảng dạy, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian học tập cũng như thực hiện luận văn. Tác giả cũng chân thành cảm ơn tới các anh chị đồng nghiệp, bạn bè đã hỗ trợ chuyên môn, thu thập tài liệu liên quan để luận văn được hoàn thành. Trong khuôn khổ một luận văn, do thời gian và điều kiện hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô và đồng nghiêp. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, tháng 12 năm 2015 Tác giả luận văn Phạm Văn Viên MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ĐẶC ĐIỂM MƯA, LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ...............3 1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................................3 1.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ........................................................................7 1.3 Giới thiệu đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực nghiên cứu.......................................8 1.4 Mạng lưới khí tượng thủy văn trên lưu vực nghiên cứu ....................................21 1.5. Đặc điểm lũ trên lưu vực sông Cả .....................................................................23 1.5.1. Hình thế thời tiết gây ra mưa lũ ......................................................................23 1.5.2. Chế độ mưa .....................................................................................................26 1.5.3. Đặc điểm chính của một số sông nhánh lớn của hệ thống sông Cả ................28 1.5.4. Chế độ lũ .........................................................................................................30 Kết luận Chương 1 ....................................................................................................39 CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MÔ HÌNH THỦY VĂN VÀ VẬN DỤNG ĐỂ TÍNH BIÊN ĐẦU VÀO CHO MÔ HÌNH THUỶ LỰC ...................40 2.1. Phân tích lựa chọn mô hình thủy văn .................................................................40 2.2. Ứng dụng để tính biên đầu vào cho mô hình thuỷ lực .......................................59 2.2.1. Thiết lập mô hình thuỷ văn .............................................................................59 2.2.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. ...................................................................63 2.2.3. Mô phỏng tính toán nhập lưu cho các tiểu lưu vực trên hệ thống sông Cả ....65 Kết luận Chương 2 ....................................................................................................72 CHƯƠNG III: THIẾT LẬP MÔ HÌNH THỦY LỰC PHỤC VỤ DIỄN TOÁN LŨ CHO LƯU VỰC SÔNG CẢ ............................................................................73 3.1. Giới thiệu mô hình .............................................................................................73 3.2. Ứng dụng mô hình thủy lực phục vụ diễn toán lũ cho lưu vực sông Cả ...........79 3.2.1 Thiết lập sơ đồ thủy lực....................................................................................79 3.2.2 Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình ........................................................................81 3.2.3. Nguyên lý xây dựng bản đồ ngập lụt ..............................................................84 CHƯƠNG IV: Đề XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN PHÒNG CHỐNG LỤT BÃO VÀ GIẢM NHẸ THIÊN TAI TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ ..............................95 4.1. Hiện trạng công tác phòng chống lụt bão trên địa bàn tỉnh Nghệ An ................95 4.1.1. Tình hình thiệt hại do thiên tai gây ra .............................................................95 4.1.2. Đánh giá về công tác PCTT và TKCN của tỉnh Nghệ An ..............................95 4.1.3. Hiện trạng các công trình phòng, chống thiên tai ...........................................97 4.1.4. Đánh giá ưu, khuyết điểm trong công tác ứng phó với thiên tai ...................103 4.2. Đề xuất các phương án phòng chống lụt bão và giảm nhẹ thiên tai cho Nghệ An trong thời gian tới ....................................................................................................105 4.2.1. Mục tiêu ........................................................................................................105 4.2.2. Các nội dung .................................................................................................105 4.2.3. Phương án phòng chống lụt bão và giảm nghẹ thiên tai cho tỉnh Nghệ An .106 Kết luận Chương 4 ..................................................................................................120 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................121 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Nước nhấn chìm nhiều ô tô trong trận lũ lụt ở thành phố Greenley, bang Colorado, Mỹ ngày 14/9/2013. Ảnh: Reuters .............................................................3 Hình 1.2: Các tòa nhà ngập chìm trong biển nước tại Srinagar-Ấn Độ ngày 11/9/2014, nguồn TheAtlantic ....................................................................................4 Hình 1.3: Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sông Cả ...............................23 Hình 1.4: Đường quá trình mực nước thượng lưu sông Cả ......................................35 Hình 1.5: Đường quá trình mực nước trung lưu sông Cả .........................................35 Hình 1.6: Đường quá trình mực nước hạ lưu sông Cả ..............................................36 Hình 1.7: Đường quá trình mực nước lưu vực sông La ............................................36 Hình 2.1: Giao diện phần mền Hec-HMS 4.0.0 ........................................................42 Hình 2.2: Biểu đồ mưa ..............................................................................................45 Hình 2.3: Tổn thất dòng chảy theo phương pháp SCS .............................................49 Hình 2.4: Các phương pháp cắt nước ngầm .............................................................56 Hình 2.5: Phân chia lưu vực tính đến Quỳ Châu ......................................................60 Hình 2.6: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo năm 1978 .....................64 Hình 2.7: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo năm 2007 .....................65 Hình 2.8: Nhập lưu 1 .................................................................................................66 Hình 2.9: Nhập lưu 2 .................................................................................................66 Hình 2.10: Nhập lưu 3 ...............................................................................................67 Hình 2.11: Nhập lưu 4 ...............................................................................................67 Hình 2.12: dòng chảy lũ tính toán của lưu vực 3 (năm 2002) ..................................70 Hình 2.13: Dòng chảy lũ tính toán của lưu vực 4 (năm 2005) .................................71 Hình 3.1: Thanh menu chính của mô hình Hec-Ras .................................................73 Hình 3.2 Sơ đồ sai phân ..........................................................................................75 Hình 3.3: Sơ đồ mạng lưới thuỷ lực hệ thống sông Cả .............................................79 Hình 3.4: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại trạm Nam Đàn, trận lũ 2002 ...........................................................................................................................82 Hình 3.5: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại trạm Linh Cảm, trận lũ 2002. ......................................................................................................................82 Hình 3.6: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại trạm Nghĩa Khánh, trận lũ 2005. ..............................................................................................................83 Hình 3.7: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại trạm Đô Lương, trận lũ 2005 .......................................................................................................................83 Hình 3.8: Bản đồ ngập lụt hệ thống sông Cả ứng với tần suất 0.01% ......................86 Hình 3.9: Bản đồ ngập lụt hệ thống sông Cả ứng với tần suất 0. 1% .......................89 Hình 3.10: Bản đồ ngập lụt hệ thống sông Cả ứng với tần suất 1% .........................92 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Phân bố diện tích lưu vực sông Cả theo địa bàn hành chính ......................9 Bảng 1.2: Đất đai trên lưu vực sông Cả theo điều tra (đơn vị tính: ha) ....................20 Bảng 1.3: Các trạm thủy văn phục vụ dự báo trên hệ thống sông Cả .......................22 Bảng 1.4: Đặc trưng hình thái một số sông thuộc lưu vực sông Cả .........................30 Bảng 1.5: Đặc trưng mực nước đỉnh lũ cao nhất năm ..............................................31 Bảng 1.6: Thống kê số trận lũ từ báo động II trở lên trên hệ thống sông Cả ............31 Bảng 1.7: Đặc trưng lũ từ IX/2002 sông Ngàn Phố và các sông lân cận ...............38 Bảng 2.1: Diện tích các tiểu lưu vực trên lưu vực Quỳ Châu ...................................60 Bảng 2.2: Thông số về tổn thất .................................................................................61 Bảng 2-3: Thông số trong phương pháp SCS ...........................................................62 Bảng 2.4: Thông số phương pháp triết giảm.............................................................62 Bảng 2.5: Thông số của 6 kênh dẫn trong mô hình ..................................................63 Bảng 2.6: Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định ..............................................................64 Bảng 2.7: Các nhập lưu trên lưu vực sông Cả ..........................................................65 Bảng 2.8: Các thông số của mô hình Hec-HMS cho các tiểu lưu vực của nhập lưu 1.......68 Bảng 2.9: Các thông số của mô hình Hec-HMS cho các tiểu lưu vực của nhập lưu 2 ......68 Bảng 2.10: Các thông số của mô hình Hec-HMS cho các tiểu lưu vực của nhập lưu 3 ....69 Bảng 2.11: Các thông số của mô hình Hec-HMS cho các tiểu lưu vực của nhập lưu 4 ...69 Bảng 2.12: Số liệu mưa đầu vào và mô hình mưa ....................................................69 Bảng 3.1: Các biên trên hệ thống sông Cả ................................................................80 Bảng 3.2: Hệ số nhám của lưu vực sông Cả .............................................................81 Bảng 3.3: Kết quả hiệu chỉnh mô hình......................................................................83 Bảng 3.4: Kết quả kiểm định mô hình .....................................................................84 Bảng 3.5: Diện tích ngập lụt theo kịch bảng lũ có tần suất 0.01% ...........................87 Bảng 3.6: Diện tích ngập lụt theo kịch bảng lũ có tần suất 0.1% .............................90 Bảng 3.7: Diện tích ngập lụt theo kịch bảng lũ có tần suất 1% ................................93 Bảng 4.1: Dự kiến số người dân sơ tán theo KB VI - Lũ trên sông cả (đạt mức báo động III và khẩn cấp) ..............................................................................................109 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT KTTV : Khí tượng Thủy văn PCTT : Phòng chống thiên tai TKCN : Tìm kiếm cứu nạn UBND : Uỷ ban nhân dân UBQG : Uỷ ban quốc gia 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Sông Cả là hệ thống sông lớn nhất ở vùng Bắc Trung Bộ và là một trong 9 hệ thống sông lớn ở nước ta, hệ thống sông Cả nằm trong phạm vi toạ độ địa lý: 103014' - 106010' kinh độ đông, 17050' - 20030' vĩ độ bắc, riêng phần lưu vực thuộc lãnh thổ nước ta nằm trong phạm vi: 18015'00'' - 20010'30'' và 103045'20'' 105015'20''. Lưu vực hệ thống sông Cả tiếp giáp với lưu vực sông Mã - sông Chu ở phía bắc, các sông Yên (Hoàng Mai), Độ Ông, Dưa, Bùng, Cấm ở phía đông và đông bắc, thượng nguồn các sông Nậm Xoang, Nậm Ngùn, Nậm Giáp, Nậm Mouan và Nậm Ka Dinh - các sông nhánh của sông Mê Kông trên lãnh thổ nước CHDCND Lào, ở phía tây, sông Gianh ở phía nam, sông Rào Cái, Cửa Nhượng, Cửa Khẩu ở phía đông nam và biển ở phía đông. Với diện tích lưu vực 27.200 km2, trong đó 9470 km2 ở thượng lưu (chiếm 34,8%) nằm trong lãnh thổ Lào, 17.730 km2 (65,2%) ở trung và hạ lưu nằm trong phần lớn địa phận 2 tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh và một phần huyện Như Xuân của tỉnh Thanh Hoá. Là một trong chín hệ thống sông lớn của nước ta, hệ thống sông Cả nằm trong vùng thường xuyên chịu ảnh hưởng của các hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn và đã gây ra những trận lũ lịch sử gây thiệt hại to lớn về người và của cho nhân dân hai tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh như các trận lũ năm 1978, 1988 và gần đây nhất là trận lũ tháng IX/2002. Vì vậy việc nghiên cứu chế độ lũ hệ thống sông Cả phục vụ qui hoạch hệ thống công trình phòng lũ cũng như công tác dự báo nhằm xây dựng các phương án phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại do lũ gây ra có ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất to lớn. Xuất phát từ những yêu cầu nêu trên, tác giả lựa chọn đề tài “Xây dựng bản đồ ngập lụt và đề xuất các phương án phòng chống lụt bão và giảm nhẹ thiên tai cho hệ thống sông Cả” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình, với mong muốn đóng góp những kiến thức và hiểu biết của mình trong việc giảm thiểu ảnh hưởng do thiên tai gây ra, góp phần ứng phó với biến đổi khí hậu đang ngày một hiện hữu với cuộc sống của chúng ta nói chung và đối với lưu vực sông Cả nói riêng. 2 2. Phương pháp tiếp cận Để hoàn thành nội dung và vấn đề nghiên cứu của luận văn, tác giả dự kiến áp dụng các phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp điều tra thực tế thu thập nguồn số liệu trên địa bàn lưu vực sông Cả và một số vùng lân cận; Phương pháp mô hình toán; phương pháp viễn thám và GIS; phương pháp thống kê so sánh; phương pháp suy luận và phương pháp tham vấn ý kiến chuyên gia để để xuất các giải pháp. 3. Nhiệm vụ của Luận văn Trên cơ sở thu thập tài liệu thực tế trên lưu vực, kết hợp với các phương pháp khoa học trong luận văn để bước đầu xây dựng được bản đồ ngập lụt trên lưu vực sông Cả, góp phần cảnh báo tình hình ngập lụt trên lưu vực sông khi xảy ra mưa trên lưu vực. 4. Những nội dung chính của Luận văn Nội dung của Luận văn gồm phần mở đầu, phương pháp tiếp cận, nhiệm vụ của đồ án và 4 chương chính như sau: Chương I : Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam; đặc điểm mưa, lũ trên lưu vực sông Cả Chương II: Phân tích lựa chọn mô hình thủy văn và vận dụng để tính biên đầu vào cho mô hình thuỷ lực Chương III: Thiết lập mô hình thủy lực phục vụ diễn toán lũ cho lưu vực sông Cả Chương IV: Đề xuất các phương án phòng chống lụt bão và giảm nhẹ thiên tai trên lưu vực sông Cả 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ĐẶC ĐIỂM MƯA, LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ 1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới Thế giới thường xuyên phải đối diện với các thảm họa về lũ lụt, điển hình như Ấn Độ, Srilanca, Hoa Kỳ,... Ngày nay với tác động của biến đổi khí hậu thì các thảm họa về lũ lụt ngày một khốc liệt, dưới đây là một số hình ảnh nói nên tính khốc liệt của lũ lụt ở một số nơi trên thế giới: Hình 1.1: Nước nhấn chìm nhiều ô tô trong trận lũ lụt ở thành phố Greenley, bang Colorado, Mỹ ngày 14/9/2013. Ảnh: Reuters 4 Hình 1.2: Các tòa nhà ngập chìm trong biển nước tại Srinagar-Ấn Độ ngày 11/9/2014, nguồn TheAtlantic Vì vậy việc nghiên cứu các giải pháp phòng tránh lũ, lụt được các nước trên thế giới đã và đang được đặc biệt quan tâm, hiện nay có nhiều hướng tiếp cận khác nhau và một trong số đó là giải pháp kết hợp giữa giải pháp công trình và phi công trình. Các giải pháp công trình thường được sử dụng như hồ chứa, đê điều, cải tạo lòng sông... trong khi các giải pháp phi công trình có thể là xây dựng bản đồ nguy cơ ngập lụt, quy hoạch trồng rừng và bảo vệ rừng, xây dựng và vận hành các phương án phòng tránh lũ lụt và di dân khi cần thiết,... Trong đó, để di dân được sớm và chính xác thì việc có thông tin dự báo chính xác, cảnh báo lũ lụt và khu vực ngập lụt chính xác là vô cùng quan trọng, ở đây việc xây dựng bản đồ ngập lụt là một trong những nội dung quan trọng của việc phòng tránh lũ lụt. Hiện nay trên thế giới có ba phương pháp thường được ứng dụng dể xây dựng bản đồ ngập lụt, đó là: - Phương pháp truyền thống: xây dựng bản đồ ngập lụt dựa vào điều tra thủy văn và địa hình. - Xây dựng bản đồ ngập lụt dựa vào điều tra các trận lũ lớn thực tế đã xảy ra. - Xây dựng bản đồ ngập lụt dựa vào việc mô phỏng các mô hình thủy văn, thủy lực. 5 Mỗi phương pháp trên đây đều có các ưu nhược điểm riêng trong việc xây dựng và ước lượng diện tích ngập lụt. Bản đồ ngập lụt xây dựng theo phươg pháp truyền thống chỉ tái hiện lại hiện trạng ngập lụt, chưa mang tính dự báo nhưng nó vẫn mang ý nghĩa to lớn về nhiều mặt trong công tác chỉ huy phòng chống lũ lụt cung như làm cơ sở để đánh giá, so sánh các nghiên cứu tiếp theo. Tuy vậy phương pháp này tốn công, mất nhiều thời gian, không đáp ứng được nhu cầu thự tế và có những vị trí mà người nghiên cứu không thể đo đạc được hoặc không thu thập được số liệu đo đạc. Việc xây dựng bản đồ ngập lụt dựa vào số liệu điều tra, thu thập từ nhiều trận lũ đã xảy ra là đáng tin cậy nhất, tuy nhiên dữ liệu và thông tin điều tra cho các trận lũ lớn là đáng tin cậy nhất, tuy nhiên dữ liệu và thông tin điều tra cho các trận lũ lớn là rất ít lại không có tính dự báo trong tương lai, do vậy hạn chế nhiều ưu điểm và tính ứng dụng của bản đồ ngập lụt trong thực tế. Sử dụng công cụ mô phỏng, mô hình hóa bằng các mô hình thủy văn, thủy lực là rất cần thiết và có hiệu quả hơn rất nhiều và cũng là cách tiếp cận hiện đại và đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới trong thời gian gần đây, cùng với đó là sự kết hợp các lợi thế của phương pháp truyền thống. Mặt khác, với sự phát triển của máy tính và các hệ thống thông tin, cơ sở dữ liệu, ngày càng có nhiều ứng dụng phát triển dựa trên nền hệ thông tin địa lý (GIS), mà xây dựng bản đồ ngập lụt là một trong những ứng dụng quan trọng, mang lại nhiều lợi ích thiết thực trong thực tiễn công tác phòng chống lụt bão và giảm nhẹ thiên tai. Hiện nay trên thế giới có một số mô hình điển hình để tính toán ngập lụt như sau: - Mô hình HEC-HMS: là mô hình mưa dòng chảy của Trung tâm Thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ được phát triển từ mô hình HEC-1, mô hình có những cải tiến đáng kể cả về kỹ thuật tính toán và khoa học thủy văn thích hợp với các lưu vực sông vừa và nhỏ. Là một dạng mô hình toán thủy văn được dùng để tính dòng chảy từ số liệu mưa trên lưu vực. Trong đó các thành phần mô tả lưu vực sông gồm các công trình thủy lợi, các nhánh sông. 6 Kết quả của HEC-HMS được diễn tả dưới dạng sơ đồ, biểu bảng tường minh rất thuận tiện cho người sử dụng. Ngoài ra, chương trình có thể liên kết với cơ sở dữ liệu dạng DSS của mô hình thủy lực HEC-RAS. - Mô hình NAM: được xây dựng năm 1982 tại khoa thủy văn viện kỹ thuật thủy động lực và thủy lực thuộc đại học kỹ thuật Đan Mạch. Mô hình dựa trên nguyên tắc các bể chứa theo chiều thẳng đứng và hồ chứa tuyến tính. Mô hình tính quá trình mưa – dòng chảy theo cách tính liên tục hàm lượng ẩm trong năm bể chứa riêng biệt tương tác lẫn nhau. Các mô hình thủy văn trên đây cho kết quả là các quá trình dòng chảy tại các điểm khống chế (cửa ra lưu vực) vì vậy tự thân chúng đứng độc lập chưa đủ khả năng để đưa ra các thông tin về diện tích và mức độ ngập lụt mà phải kết hợp với một số các công cụ khác như GIS, hoặc là biên cho các mô hình thủy động lực 1-2 chiều khác. - Mô hình WENDY: do Viện thủy lực Hà Lan xây dựng cho phép tính thủy lực dòng chảy hở, xói lan truyền, truyền tải phù sa và xâm nhập mặn. - Mô hình HEC-RAS: do Trung tâm Thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ xây dựng được áp dụng để tính toán thủy lực cho hệ thống sông. Phiên bản mới nhất hiện nay đã được bổ sung thêm modul tính vận chuyển bùn cát và tải khuếch tán. Mô hình HEC-RAS được xây dựng để tính toán dòng chảy trong hệ thống sông có sự tương tác 2 chiều giữa dòng chảy trong sông và dòng chảy vùng đồng bằng lũ. Khi mực nước trong sông dâng cao, nước sẽ tràn qua bãi ngập vùng đồng bằng, khi mực nước trong sông hạ thấp nước sẽ chảy lại vào sông. - Họ mô hình MIKE: do Viện thủy lực Đan Mạch xây dựng được tích hợp rất nhiều công cụ mạnh, có thể giải quyết các bài toán cơ bản trong lĩnh vực tài nguyên nước. Tuy nhiên đây là mô hình thương mại, phí bản quyền rất cao nên không phải cơ quan nào cũng có điều kiện sử dụng. + MIKE 11: là mô hình một chiều trên kênh hở, bãi ven sông, vùng ngập lũ, trên sông kênh có kết hợp mô phỏng các ô ruộng mà kết quả thủy lực trong các ô ruộng là giả 2 chiều. MIKE 11 có một số ưu điểm nổi trội so với các mô hình khác 7 như: (i) liên kết với GIS, (ii) kết nối với các mô hình thành phần khác của bộ MIKE, ví dụ như mô hình mưa rào – dòng chảy NAM, mô hình thủy động lực học 2 chiều MIKE21, mô hình dòng chảy nước dưới đất, dòng chảy tràn bề mặt và dòng bốc thoát hơi thảm phủ , (iii) tính toán chuyển tải chất khuyếch tán, (iv) vận hành công trình, (v) tính toán quá trình phú dưỡng... + MIKE 21&MIKE FOOL: Là mô hình thủy động lực học dòng chảy 2 chiều trên vùng ngập lũ đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới. Mô hình MIKE 21 HD là mô hình thủy động lực học mô phỏng mực nước và dòng chảy trên sông, vùng cửa sông, vịnh và ven biển. Mô hình mô phỏng dòng chảy không ổn định hai chiều ngang đối với một lớp dòng chảy. - Bộ mô hình MIKE11 và MIKE-GIS của viện thủy lực Đan Mạch sử dụng để xây dựng bản đồ ngập lụt cho vùng hạ lưu sông. MIKE11-GIS là bộ công cụ mạnh trong trình bày và biểu diễn về mặt không gian và thích hợp công nghệ mô hình bãi ngập và sông của MIKE11 cùng với khả năng phân tích không gian của hệ thống tin địa lý trên môi trường ArcGIS 9.1. - Mô hình MIKE SHE: Mô hình toán vật lý thông số phân bổ mô phỏng hệ thống tổng hợp dòng chảy mặt – dòng chảy ngầm lưu vực sông. Được ứng rộng rãi trên thế giới. 1.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam Nước ta nhiều đồi núi, địa hình, điều kiện khí tượng, khí hậu, thuỷ văn diễn biến phức tạp. Cùng với sự ấm lên của khí hậu toàn cầu các hiện tượng thời tiết bất thường như hạn hán, lũ lụt ngày càng gia tăng và mức độ gây tổn hại ngày càng lớn. Vì vậy việc nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lụt để cảnh báo trước, từ đó có các biện pháp phòng tránh và ứng cứu kịp thời. Các phương pháp được sử dụng phổ biến để xây dựng bản đồ ngập lụt ở nước ta hiện nay cũng giống như trên thế giới, đó là: - Phương pháp truyền thống: xây dựng bản đồ ngập lụt dựa vào điều tra thủy văn và địa hình. - Xây dựng bản đồ ngập lụt dựa vào điều tra các trận lũ lớn thực tế đã xảy ra. 8 - Xây dựng bản đồ ngập lụt dựa vào việc mô phỏng các mô hình thủy văn, thủy lực: Hec-Ras, Mike 11... Ngoài ra, hiện này công nghệ Viễn thám sẽ giúp quan sát trên trên khu vực rộng lớn, đặc biệt là lưu vực sông, quan sát rõ nước tại lưu vực đó sẽ chảy khu vực sông nào. Từ đó xây dựng các bản đồ ngập lụt, vùng ngập nước, ngập mặn do nước biển dâng... 1.3 Giới thiệu đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực nghiên cứu 1.3.1 Vị trí địa lí Sông Cả là một trong 9 hệ thống sông lớn của nước ta. Sông bắt nguồn từ nước bạn Lào, chảy qua hầu hết địa phận tỉnh Nghệ An, phần này được gọi là sông Cả. Đến hạ lưu vùng Nam Đàn sông tiếp nhận phụ lưu sông La từ Hà Tĩnh chảy sang. Từ ngã ba này ra tới biển sông được gọi là sông Lam. Lưu vực sông Cả nằm ở vùng Bắc Trung bộ, có toạ độ địa lý từ 18015' đến 20010'30'' vĩ độ Bắc; 103045'20'' đến 105015'20'' kinh độ Đông. Điểm đầu của lưu vực nằm ở toạ độ 20010'30'' độ vĩ Bắc; 103045'20'' kinh độ Đông. Cửa ra của lưu vực nằm ở toạ độ 18045’27” độ vĩ Bắc; 105046’40” kinh độ Đông. Điểm sông Cả chảy vào đất Việt Nam tại Biên giới Việt Lào trên dòng Nậm Mô có toạ độ: 19024'59'' độ vĩ Bắc; 104004'12'' kinh độ Đông. Lưu vực sông Cả nằm trên hai quốc gia, phần thượng nguồn nằm trên đất tỉnh Phông Sa Vẳn và Sầm Nưa của nước Cộng hoà dân chủ nhân dân Lào. Ở Việt Nam, lưu vực sông nằm trên địa phận của 3 tỉnh Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh. - Thuộc tỉnh Thanh Hoá, lưu vực sông Cả chiếm 1/2 diện tích huyện Như Xuân trên lưu vực sông Nhánh - sông Chàng. - Thuộc tỉnh Nghệ An, lưu vực nằm trên đất huyện Quế Phong, Quỳ Châu, Quỳ Hợp, Nghĩa Đàn, Tân Kỳ (nhánh sông Hiếu). Kỳ Sơn, Tương Dương, Con Cuông, Anh Sơn, Đô Lương, Thanh Chương, Nam Đàn, Hưng Nguyên (nhánh dòng chính sông Lam). - Thuộc tỉnh Hà Tĩnh lưu vực nằm ở các huyện Hương Sơn, Hương Khê, Vũ Quang, Nghi Xuân. 9 Lưu vực sông Cả được giới hạn bởi phía Bắc tỉnh Nghệ An từ đường quốc lộ 1A lên giáp với lưu vực sông Hoàng Mai, Khe Dứa, Độ Ông - lưu vực sông Mực lưu vực sông Chu; Phía Tây giáp lưu vực sông Mã, sông Mê Kông; Phía Nam giáp lưu vực sông Gianh, sông Trí và sông Rào Cái; Biển ở phía Đông. Theo tài liệu đặc trưng mạng lưới sông ngòi Việt Nam của tổng cục Thuỷ Văn xuất bản, diện tích tự nhiên toàn bộ lưu vực sông Cả, tính từ thượng nguồn đến cửa sông là 27.200 km2 và phân bố trên các địa dư hành chính như sau: Bảng 1.1: Phân bố diện tích lưu vực sông Cả theo địa bàn hành chính Lưu vực Sông Diện tích tự Diện tích lâm Diện tích nông Diện tích Cả nhiên (km2) nghiệp (ha) nghiệp (ha) khác (ha) Tổng lưu vực 27.200 1.798.830 449.266 471.910 Lào 9.470 681.840 66.290 198.870 Việt Nam 17.730 1.116.990 382.976 273.034 Thanh Hóa 441,21 32.400 1.500 10.221 Nghệ An 13860,79 884.410 331.734 168.935 Hà Tĩnh 3.428 200.180 49.742 92.878 1.3.2 Đặc điểm địa hình lưu vực sông Cả 1.3.2.1 Địa hình đồng bằng và đồng bằng ven biển Đồng bằng sông Cả nằm dọc hai bên bờ sông tính từ phần trung lưu của sông trở xuống bao gồm Đô Lương, Thanh Chương, Nam Đàn, Hưng Nguyên và chủ yếu là vùng đồng bằng hưởng lợi từ nguồn nước của lưu vực sông Lam như vùng đồng bằng Diễn-Yên-Quỳnh, Nam-Hưng-Nghi, sông Nghèn và Nghi Xuân. Đây là vùng đất đã được khai thác lâu đời đưa vào sản xuất nông nghiệp. Cho đến nay vùng đồng bằng này cũng là nơi tập trung phát triển kinh tế xã hội của lưu vực. Địa hình đồng bằng sông Cả theo dạng lòng máng. Sát mép sông cao độ tăng dần, đến vùng đáy máng trũng và sau đó sát với sườn đồi. Điển hình của dạng địa hình này là vùng hữu Thanh Chương. Cao độ đồng bằng ven sông Cả biến đổi dần: từ khu Đô Lương (+10m ÷ + 15m), vùng Thanh Chương (+7m ÷ +8m) và vùng Nam Đàn, Hưng Nguyên (+2,5m ÷ + 1,0m). Đồng bằng sông Cả thuộc loại nhỏ, hẹp và nằm sát với dòng 10 chính. Toàn bộ đồng bằng được bảo vệ bằng đê hai bên bờ sông, trừ vùng hữu Thanh Chương và vùng hữu Nam Đàn chỉ bảo vệ bằng đê bối và đây được xác định là vùng chứa lũ khi mực nước sông Cả vượt báo động III. Tổng diện tích mặt bằng vùng đồng bằng khoảng 350.000ha, chiếm 10% diện tích lưu vực sông Cả, là vùng cần chủ động về thuỷ lợi tưới, tiêu, chống lũ để thâm canh. 1.3.2.2 Vùng đồi trung du Trung du lưu vực sông Cả nằm ở các huyện Nghĩa Đàn, Quỳ Hợp, Tân Kỳ, Anh Sơn, Thanh Chương, Vũ Quang, Hương Sơn và Hương Khê. Đây là dạng địa hình phức tạp, dạng đồi bát úp và đồi cao xen kẽ, có các thung lũng thấp như khu Bãi Tập - Quỳ Hợp, vùng sông Sào - Nghĩa Đàn, vùng trung tâm huyện Hương Khê, Vũ Quang, vùng Sơn Hà của Hương Sơn cao độ biến đổi từ +20 đến +200 m. Dạng địa hình này bị chia cắt mạnh có thế dốc nhiều chiều do các sông nhỏ tạo nên. Ven các sông Hiếu, sông Dinh, sông Cả, sông Ngàn Sâu, Ngàn Phố địa hình tương đối bằng phẳng và có thế dốc chính vào các lòng sông, càng xa sông địa hình càng phức tạp. Dạng địa hình này ít khi ngập úng và ít bị lũ đe doạ nhưng lại thường xuyên thiếu nước cho cây trồng. Tổng diện tích mặt bằng dạng địa hình này khoảng 680.000 ha. Tiềm năng đất đai trên dạng địa hình này còn rất lớn, cần có kế hoạch khai thác gieo trồng hợp lý. Với dạng địa hình dốc theo nhiều kiểu như phía sông Hiếu, sông Lam ít khi xảy ra lũ quét.Nhưng dạng địa hình hữu Thanh Chương, trên sông Ngàn Phố, Ngàn Sâu tương đối không bằng phẳng, thế dốc theo một chiều nên dễ sinh lũ quét, lũ sườn dốc. Tuy nhiên, dạng địa hình đồi thấp ở đây do có nhiều sông suối nên rất nhiều vị trí cho phép xây dựng các hồ chứa vừa và nhỏ, rất thuận lợi cho công tác phát triển nguồn nước để tưới và cấp nước cho các mục tiêu phát triển kinh tế trên lưu vực. 1.3.2.3 Dạng địa hình vùng núi cao Địa hình vùng núi cao chủ yếu tập trung ở phía Tây, Tây Bắc và Tây Nam lưu vực. Chạy suốt từ Đồng Văn Thông Thụ (Quế Phong), men theo biên giới Việt Lào đến tận Hương Liên (Hương Khê - Hà Tĩnh). Các dãy núi liền đỉnh như dãy Giăng Màn ở Hà Tĩnh và dãy núi biên giới từ Nậm Mô (Làng Nhãn) đến cửa khẩu 11 Cầu Treo (Hương Sơn). Dạng địa hình này có cao độ từ 1200m ÷1500m như một bức tường thành ngăn giữa lưu vực sông Mê Kông và lưu vực sông Lam. Các huyện miền núi cao thuộc lưu vực sông Cả là: Kỳ Sơn, Tương Dương, Con Cuông, Quế Phong, Quỳ Châu và một phần đất đai của Quỳ Hợp, Nghĩa Đàn, Như Xuân, Anh Sơn, Thanh Chương, Nam Đàn, Hương Khê, Vũ Quang. Dạng địa hình này có độ dốc lớn, thung lũng hẹp, chiếm tới 60% diện tích lưu vực nhưng diện tích đất canh tác chỉ chiếm 1,5 ÷2% tổng diện tích mặt bằng. Đây là vùng đất được xác định chủ yếu là rừng phòng hộ đầu nguồn, vùng cung cấp nước chủ yếu cho sông Cả về mùa kiệt và điều tiết giảm dòng chảy lũ khi chảy về hạ lưu. Do thung lũng tạo ra dọc dòng chính sông Lam, sông Hiếu, sông Giăng, sông Ngàn Sâu và sông Ngàn Phố lại nằm trong vùng địa chất tốt nên trên dạng địa hình này có thể tìm được những vị trí xây dựng hồ nước lớn như Bản Lả, Huổi Nguyên, Thác Muối, Bản Mồng, Khe Bố, Kim Cương, Đá Gân, Ngàn Trươi, Chúc A để điều tiết lũ và kiệt cho hạ du. Ngoài ra còn nhiều vị trí có thể xây dựng các nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ như Bản Kộc, Nhạn Hạc, Sao Va, Yên Na, Cánh Tráp, Cốc Nà… Có thể nói dạng địa hình này có tiềm năng về thuỷ điện và phát triển lâm nghiệp của lưu vực sông Cả. Tóm lại: Địa hình sông Cả là một dạng địa hình tổng hợp, đa dạng, thích hợp cho phát triển kinh tế tổng hợp, rất thuận lợi cho nền nông nghiệp đa dạng hoá cây trồng vật nuôi và có khả năng tạo ra các vùng chuyên canh cây hàng hoá, cây công nghiệp. 1.3.3. Đặc điểm về thảm phủ thực vật Nói đến thảm phủ thực vật thường xét đến điều kiện rừng trên lưu vực tuy nhiên thảm phủ thực vật phải xét đến độ che phủ trong năm của toàn lưu vực. 1.3.3.1. Thảm phủ thực vật vùng canh tác nông nghiệp Diện tích canh tác nông nghiệp trên toàn lưu vực chỉ chiếm khoảng 7% diện tích toàn lưu vực. Trên diện tích đất này hiện nay canh tác với hệ số quay vòng ruộng đất từ 1,7 đến 1,8 lần trong năm nghĩa là trong một năm chỉ có khoảng 6 tháng có cây che phủ còn lại 6 tháng đất trống. Trong 6 tháng phần cây có lá che phủ cho diện tích chỉ chiếm 3,5-4 tháng. Có thể đánh giá thảm phủ thực vật trên đất nông nghiệp chỉ đạt 20-25%. 12 1.3.3.2. Thảm phủ thực vật trên đất Lâm nghiệp Rừng ở lưu vực sông Cả tập trung chủ yếu ở ba tỉnh phía Lào (Bô-li-khăm-xay, Siêng Khoảng và Hủa Phăn). Theo khảo sát sơ bộ và đánh giá tài nguyên riêng phía Lào thảm phủ còn hơn 555.000 ha. Ở Việt Nam, rừng tập trung ở phía Bắc, Tây Bắc và Tây Nam lưu vực trên cao độ từ 150m ÷ 1.500m. Lưu vực có hai vùng rừng quốc gia là Pù Mát (Nghệ An) và Vũ Quang (Hà Tĩnh). Trước năm 1995, rừng bị suy giảm nhanh do rừng trồng bổ sung không kịp với tốc độ cháy rừng, phá rừng làm nương rẫy và du canh du cư của đồng bào dân tộc ít người. Theo tài liệu điều tra rừng trên lưu vực sông Cả, phía Việt Nam năm 1943 có khoảng 12.106 ha, đến năm 1999 đánh giá rừng chỉ còn khoảng 710.000 ha, mức che phủ còn 35,5 %. So với cùng thời kỳ, các khu vực khác phía Bắc như rừng ở Tuyên Quang còn 28,5%, vùng Tây Bắc còn 8% thì lưu vực sông Cả rừng còn phong phú hơn. Từ năm 1995 đến 2003 do tốc độ trồng rừng nhanh cộng với chính sách giao đất, giao rừng và các chương trình phát triển kinh tế miền núi nên cho tới nay rừng trên lưu vực đã bắt đầu được bảo tồn và phục hồi. Độ che phủ rừng đã đạt 41,51% ở Nghệ An và 39,18% ở Hà Tĩnh, trong đó có trên 90% là rừng tự nhiên. Trên lưu vực sông Cả theo thống kê có tới 153 họ, 522 chi và 986 loài thân gỗ, chưa kể các loại thân thảo, thân leo, trong đó có 23 loài thân gỗ và 6 loài thân thảo được ghi vào sách đỏ Việt Nam. - Thân gỗ bao gồm: Bách Xanh, Thông Đỏ, Phủ ba mùi, Thông tre, Thông Pà Có, Thông Đà Lạt, Thuỷ Tùng (Thông nước), Sam Bông, Sam Lạnh, Trầm (gió bàu), Hoàn Dâu, Thông hai lá dẹt, Cẩm Lai, Cẩm lai Bà Rịa, Cẩm lai Đồng Lai , Gõ đỏ (Cà Tre), Gụ mật (Gõ mật), Giáng Hương, Cambốt, Giáng Hương mắt chim, Lát hoa, Lát đa đồng, Lát Chua, Trắc, Trắc Mây, Trắc Cambốt, Pơmu (Ngọc An) Mưu, Mưu sọc, Đinh, Sến mật, Nghiến, Lim xanh, Kim Giao - Thân thảo gồm: Ba Gạc, Ba Kích, Bách Hợp, Sâm Ngọc Linh, Sa Nhân, Thảo Quả. Rừng trên lưu vực sông Cả tập trung ở thượng lưu và được phân thành hai kiểu: - Rừng kín thường xanh phân bố ở độ cao 150 m ÷ 700 m.