Nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu
lưu vực sông Ba

Bùi Minh Hòa Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn Thạc sĩ ngành: Thủy văn học; Mã số: 60 44 90
Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Thị Lan Hương
Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Đánh giá tổng hợp đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội và hệ thống tài nguyên
nước trên lưu vực sông Ba. Áp dụng thành công mô hình EFDC để tính toán, mô
phỏng diện ngập, độ sâu ngập và trường vận tốc tại các vị trí thuộc vùng hạ lưu sông
Ba. Qua đó có thể sử dụng mô hình để phục vụ công tác dự báo, cảnh báo và phòng
chống lũ. Xây dựng được các bản đồ cảnh báo cho khu vực nghiên cứu ứng với trận lũ
thực năm 2009 và các tần suất lũ 1%, 2%, 5% và 10%.

Keywords: Bản đồ; Sông Ba; Thủy văn học

Content
MỞ ĐẦU

i. Đặt vấn đề
Từ xưa tới nay lũ lụt luôn là mối đe dọa hàng đầu và đã gây ra nhiều thiệt hại về người
và của. Cùng với sự tăng trưởng của các ngành kinh tế và sự phát triển của xã hội, đòi hỏi
công tác quản lý, phòng chống thiên tai đặc biệt là lũ lụt nhằm đảm bảo mức độ an toàn ngày
càng cao và hạn chế đến mức thấp nhất về thiệt hại.
Trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội, việc khai thác tổng hợp tài nguyên nước
cho các mục đích khác nhau trên các hệ thống sông thuộc miền Trung nói chung và lưu vực
sông Ba nói riêng đã đem lại những giá trị to lớn về của cải xã hội đóng vai trò quan trọng cho

làm tài liệu tham khảo cho các nhà hoạch định chính sách và ra quyết định ở địa phương.
ii. Ý nghĩa của bản đồ ngập lụt
Bản đồ ngập lụt là một công cụ trực quan cho phép nắm bắt được khả năng ngập lụt khi
dự báo được diễn biến mực nước ở một vị trí đặc trưng nào đó trong khu vực ngập. Điều này rất
cần thiết cho các nhà quản lý khi quyết định xử lý tình huống khẩn cấp. Bản đồ ngập lụt nhằm:
1. Cho biết trước diện tích ngập, mức ngập tại bất kỳ điểm nào trong vùng ngập khi biết
được cấp mực nước lũ tại điểm chốt.
2. Đánh giá nguy cơ thiệt hại hàng năm và việc phân tích chi phí - lợi ích của những dự án
công trình phòng chống ngập lụt.
3. Tạo cơ sở lựa chọn và phối hợp các biện pháp phòng lụt và ngập úng.
4. Trợ giúp thực hiện phân vùng quản lý sử dụng đất trong khu vực thường xuyên ngập úng.
5. Tạo cơ sở nghiên cứu biện pháp phòng ngập trong xây dựng cơ bản.
6. Thiết kế và vận hành các công trình khống chế ngập úng. Việc thiết kế và vận hành các
công trình khống chế ngập như hồ chứa, trạm bơm phải dựa vào nhiều tài liệu nghiên cứu,
tính toán thuỷ văn, thuỷ lực trong đó bản đồ ngập lụt là tài liệu không thể thiếu.
Quy trình Vận hành hồ chứa đã có ảnh hưởng rất lớn đến ngập lụt vùng hạ lưu, điều

3
này cần được đánh giá đầy đủ hơn.
iii. Mục tiêu, phương pháp:
1. Mục tiêu :
Xây dựng bản đồ ngập lụt do ảnh hưởng của trận lũ thực năm 2009 và các bản đồ ngập
lụt ứng với các tần suất lũ đặc trưng nhằm trợ giúp cho việc hoạch định các hoạt động kinh tế
- xã hội trong trong khu vực hạ lưu sông Ba .
2. Phương pháp
Hiện nay trên thế giới có 2 phương pháp được sử dụng để xây dựng bản đồ ngập lụt, đó
là:
a. Xây dựng bản đồ ngập lụt dựa vào điều tra các trận lũ lớn thực tế đã xảy ra.
b. Xây dựng bản đồ ngập lụt dựa vào việc mô phỏng bằng các mô hình thủy văn, thủy lực.
Luận văn này sử dụng phương pháp thứ 2, tập trung vào ứng dụng các mô hình thủy


giới hạn bởi tọa độ 12
0
39‟

10‟‟

đến 13
0
45‟20‟‟ độ vĩ
bắc, 108
0
39‟45‟‟

đến 109
0
29‟20‟‟

độ kinh Đông. Có đường Quốc lộ 1A và đường sắt Bắc
Nam chạy qua, có sân bay Đông Tác, cảng biển Vũng Rô. Đặc biệt phía Tây giáp ranh với
vùng Tây Nguyên rộng lớn, được nối liền bằng quốc lộ 25, tỉnh lộ 645 và hưởng chung nguồn

4
nước sông Ba. Phía Đông giáp Biển Đông với nhiều loài hải sản phong phú, trữ lượng lớn, có
thể đánh bắt quanh năm. Bờ biển Phú Yên dài 198km chạy từ Cù Mông đến Vũng Rô, một
bên là núi một bên là biển với nhiều bãi tắm đẹp, cấu trúc khá đặc biệt xen kẽ rất nhiều đầm,
vịnh, vũng, mũi điển hình như đầm Cù Mông, đầm Ô Loan, Vũng Rô và vịnh Xuân Đài đều là vị trí
thuận lợi để phát triển du lịch và nuôi trồng hải sản.
Lưu vực sông Ba có dạng chữ L, phình rộng ở trung lưu và thu hẹp ở hai đầu thượng và
hạ lưu. Mạng lưới sông ngòi khá dầy và được phân bố đều khắp trong vùng. Chiều rộng bình

Ngoài dòng chính, lưu vực sông Ba có 3 nhánh sông đáng chú ý:
 Sông Ayun: bắt nguồn từ đỉnh núi Krong Hơ Dung ở độ cao 1.220m, chảy theo hướng
Bắc Nam, sau chuyển hướng Tây Bắc - Đông Nam rồi nhập với dòng chính sông Ba tại vị trí
cách thị trấn Cheo Reo khoảng 1km về phía Bắc. Sông có diện tích lưu vực 2.950km
2
, độ dài
sông 175km.
 Sông Krong H'Năng: bắt nguồn từ đỉnh núi Chư Tung ở độ cao 1.215m. Hướng dòng
chảy tương đối phức tạp song chủ yếu là Bắc - Nam và Tây Bắc - Đông Nam rồi nhập với

5
sông chính tại ranh giới Gia Lai và Phú Yên. Sông có diện tích lưu vực là 1.840km
2
, độ dài là
130km.
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT
Các quá trình mô phỏng bằng mô hình thủy văn và thủy lực trên đây mới chỉ cho
chúng ta bức tranh về diện ngập, trường vận tốc, độ sâu ngập dưới dạng các hình ảnh số liệu.
Với số liệu thô này mới chỉ xây dựng được các bản đồ giấy thể hiện các trận ngập lụt xảy ra
mà chưa thể có các dạng thông tin hữu ích cần thiết. Ngày nay với sự phát triển không ngừng
của công nghệ thông tin địa lý thì những số liệu, dữ liệu trên lại là một phần không thể thiếu,
là cơ sở dữ liệu để các công cụ GIS tiến hành tính toán, phân tích và triết xuất ra các dạng dữ
liệu cần thiết để xây dựng bản đồ ngập lụt.
Khái niệm hệ thống thông tin địa lý
GIS (Geographic Information System) là một nhánh của công nghệ thông tin được
hình thành vào những năm 1960 và phát triển rất rộng rãi trong 10 năm lại đây. GIS ngày nay
là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều
quốc gia trên thế giới. GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các
doanh nghiệp, các cá nhân đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên,
kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các

 Tập hợp các dữ liệu địa hình 3 chiều và bề mặt khác;
 Dữ liệu đo đạc;
 Dữ liệu dạng địa chỉ;
 Các bảng dữ liệu là thành phần quan trọng của cơ sở dữ liệu không gian, được liên kết
với các thành phần đồ họa với nhiều kiểu liên kết khác nhau.
GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn cho các nhà hoạch
định chính sách. Các cơ quan chính phủ dùng GIS trong quản lý các nguồn tài nguyên thiên
nhiên, trong các hoạt động quy hoạch, mô hình hoá và quan trắc.
Các phƣơng pháp GIS xây dựng bản đồ ngập lụt
Rất nhiều các phần mềm GIS được ứng dụng trong ngành KTTV, đặc biệt hữu ích
trong lĩnh vực quản lý lưu vực cũng như xây dựng bản đồ ngập lụt. dưới đây là quy trình
chung khi tiến hành thành lập bản đồ ngập lụt (hình 14).
Xây dựng quản lý cơ sở dữ liệu
Các dữ liệu về lưu vực sông nghiên cứu được thu thập, số hóa từ các phần mềm khác
nhau như MicroStation, Mapinfo, ArcGIS, sau đó được quản lý thống nhất và lưu lại dưới
dạng .TAB file trong Mapinfo.

7
Chuẩn bị, phân tích và đánh giá các thông số cho mô hình, vấn đề chuẩn bị dữ liệu và
thông số đầu vào cho các mô hình là một trong những vấn đề lớn nhất, đòi hỏi tốn nhiều thời
gian và khá phức tạp. Sơ đồ xây dựng bản đồ ngập lụt bằng phương pháp GIS
Trong trường hợp liên kết với mô hình thủy văn - thủy lực, GIS là một hợp phần
quan trọng không thể thiếu được. Vai trò của công cụ GIS thể hiện ở:
1. Tổng hợp và chọn lọc tài liệu như là đầu vào cần thiết cho mô hình thủy văn, thủy
lực đặc biệt trong đó là việc phân tích các đặc trưng bề mặt của lưu vực.
2. Phân tích, hình dung và đánh giá diện tích và mức độ ngập lụt sử dụng các kết quả
tính toán từ mô hình nêu trên.

Kế t quả : bả n đồ ngậ p
lụ t
Thu thậ p dữ liệ u
Tiề n xử lý ả nh

8
được tích hợp hoàn toàn tự động, nhanh chóng. Trong trường hợp một thông số đầu vào nào
thay đổi thì việc tính toán lại các thông số đầu vào cũng dễ dàng hơn. CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU Mô hình
mưa rào dòng chảy NAM
Xác định bộ thông số cho mô hình và hiệu chỉnh mô hình được thực hiện bằng việc
thiết lập bộ thông số cho lưu vực phía thượng lưu Củng Sơn, với số liệu lượng mưa ở 3 trạm
Sơn Hòa, Yaun và An Khê. Bộ thông số được hiệu chỉnh bằng giá trị lượng mưa sinh dòng
chảy tới Củng Sơn và lưu lượng thực đo tại Củng Sơn.
Bộ thông số được lấy từ kết quả hiệu chỉnh con lũ 10/1993 trên lưu vực sông Ba phía
thượng lưu trạm Củng Sơn với số liệu của 3 trạm đo mưa trên lưu vực là Sơn Hòa, Ayun và
An Khê. Việc chạy mô hình MIKE NAM để xác định bộ thông số được thực hiện chạy hiệu
chỉnh với con lũ 10/1993 và kiểm định với con lũ tháng 11/2003.
Mô hình EFDC
a. Lựa chọn và xây dựng miền mô hình
Khu vực mô phỏng là nhánh sông chính phần hạ lưu sông Ba từ Củng Sơn đến cửa Đà
Rằng

Sơ hoạ phạm vi mô phỏng hạ lưu sông Ba

9
Miền mô hình được xây dựng thuộc dạng lưới ĐềCác. Đây là dạng lưới mô hình phù
hợp với vùng nghiên cứu vì nó đáp ứng được các đặc điểm về địa hình và dòng chảy trong

Phú Lâm
Kết quả kiểm định mô hình:
Sau khi hiệu chỉnh, bộ thông số thủy lực đã được chọn sẽ được kiểm định cho con lũ
11/2003 để kiểm định mô hình. Đây là con lũ có mức độ lớn trung bình thường xuyên xảy ra
trên lưu vực. Lưu lượng đỉnh lũ tại Củng Sơn đạt 10000m
3
/s, trong trận lũ này, mực nước tại
Phú Lâm được quan trắc và sử dụng để đánh giá kết quả kiểm định. Bước thời gian thực hiện
mô phỏng kiểm định cũng được lựa chọn là 1.5s. Kết quả mô phỏng kiểm định cho con lũ
11/2003 được thể hiện trong các hình .
Chỉ tiêu đánh giá sai số thực đo và tính toán tại trạm Phú Lâm

10
∆H
max (m)

∆t
max (h)

Nash (%)
R
2

0.22
1.2
89
0.86

Water Surface Elevation (m)
-1.00

2

0.21
1.3
88
0.85 11
Water Surface Elevation (m)
-0.50
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
02-Nov-2009 12:00 03-Nov-2009 12:00 04-Nov-2009 12:00 05-Nov-2009 12:00 06-Nov-2009 12:00 07-Nov-2009 12:00
Time (days)
Legend
H Phu Lam-Model
H Phu Lam-data

Biểu đồ đường quá trình mực nước thực đo và tính toán trận lũ 11/2009
Phú Lâm

So với một số mô hình thủy văn, thủy lực khác cho thấy mô hình EFDC cho phép tính
toán đồng thời một hệ thống với đầy đủ các thuộc tính đặc trưng của lưu vực.
Qua phân tích tình hình lũ lụt vùng hạ lưu sông Ba có thể nói lũ ở đây khá trầm trọng.
Kết quả tính toán thủy lực cho thấy, khi con lũ chính vụ 10/1993 (là con lũ có lưu lượng lớn
nhất tại Củng Sơn đạt 20700 m
3
/s) xảy ra có khoảng gần 22612 ha đất tự nhiên bị ngập lũ
chiếm tới 52% diện tích đất tự nhiên các ô ngập vùng hạ lưu, trong đó có khoảng 110485 ha
bị ngập sâu trong nước từ 2m trở lên, 4178 ha bị ngập sâu hơn 4 m trở lên. Còn đối với con lũ
11/2009 vẫn có khoảng 18300 ha bị ngập lũ. Đặc biệt là khu vực TP.Tuy Hòa luôn bị ngập
mỗi khi có lũ
Những năm gần đây, do hoạt động của các hồ chứa phía thượng lưu làm cho tình hình
lũ lụt càng trở nên phức tạp và khó kiểm soát hơn như 10/2010 vừa qua làm TP.Tuy Hòa ngập
sâu trong nước.
Với bộ thông số đã hiệu chỉnh và kiểm định, cho ta kết quả tương đối chính xác về
lượng, dạng lũ và thời gian xuất hiện. Vì vậy có thể sử dụng cho việc mô phỏng, cảnh báo lũ
cho vùng hạ lưu sông Ba.
Vùng nghiên cứu thuộc hạ lưu sông Ba, là vùng thường xuyên bị ngập úng do tác
động của mưa lớn và bão hàng năm gây ảnh hưởng và thiệt hại đến đời sống dân sinh kinh tế.
Để góp phần giảm thiểu nguy cơ ảnh hưởng của lũ lụt luận văn đã xây dựng bản đồ cảnh báo
ngập lụt bằng mô hình thủy động lực học kết hợp với công cụ GIS là hướng tiếp cận hiện đại
và cho kết quả khả quan.
Luận văn cũng đã tổng quan được phương pháp thành lập bản đồ nói chung và phương
pháp GIS để xây dựng bản đồ nói riêng. Xây dựng được quy trình thành lập bản đồ ngập lụt
kết hợp giữa các tài liệu GIS và kết quả mô phỏng từ mô hình thủy động lực học EFDC.

13
Luận văn cũng đã áp dụng thành công mô hình EFDC để tính toán, mô phỏng diện
ngập, độ sâu ngập và trường vận tốc tại các vị trí thuộc hạ lưu lưu vực sông Ba .
Luận văn đã xây dựng được các bản đồ cảnh báo cho khu vực nghiên cứu với trận lũ

sông Nhật Lệ ( Mỹ Trung – Tám Lu – Đồng Hới).

14
3. Bộ môn tính toán thủy văn – Trường Đại học Thủy Lợi (2004): Bài tập thực hành viễn
thám GIS.
4. Nguyễn Hữu Khải, Doãn Kế Ruân: Tổ hợp lũ và điều tiết lũ liên hồ chưa sông Ba. Tạp
chí khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội. Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, T.27 số 1S
– 2011, tr 151-157. Hà Nội.
5. Tổng cục thống kê tỉnh Phú Yên (2010): Niên giám thống kê tỉnh Phú Yên năm 2009.
6. Cấn Thu Văn (2010), luận văn thạc sĩ: Ứng dụng mô hình MIKE-FLOOD tính toán
ngập lụt hạ lưu sông Ba.
Tiếng Anh
1. Craig, P.M., 2009, “Users Manual for EFDC_Explorer: A Pre/Post Processor for the
Environmental Fluid Dynamics Code”, Dynamic Solutions, LLC, Hanoi, Vietnam.
2. Craig, P.M., 2010, “Hydrodynamics of the Lower Nam Hinboun Floodplain Hydraulic
Model”, Dynamic Solutions, LLC, Hanoi, Vietnam.
3. Hamrick, J.M., 1992a: A Three-Dimensional Environmental Fluid Dynamics
Computer Code: Theoretical and Computational Aspects. The College of William and
Mary, Virginia Institute of Marine Science. Special Report 317, 63 pp.
4. Hamrick, J.M., 1996: A User's Manual for the Environmental Fluid Dynamics
Computer Code (EFDC). The College of William and Mary, Virginia Institute of
Marine Science, Special Report 331, 234 pp.