Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 37-43
37
Ứng dụng mô hình MIKE FLOOD tính toán ngập lụt hệ thống
sông Nhuệ - Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội
Đặng Đình Đức, Trần Ngọc Anh, Nguyễn Ý Như*, Nguyễn Thanh Sơn
Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN,
334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam

Nhận ngày 29 tháng 4 năm 2011

Tóm tắt. Trong những năm gần đây, biến đổi các hiện tượng cực đoan gây tổn thất lớn về người
và của ở nhiều địa phương cũng như nhiều lĩnh vực hoạt động kinh tế - xã hội. Do đó vấn đề quản
lý lũ đã trở thành trọng điểm quốc gia. Chình vì thế việc xây dựng bản đồ ngập lụt trở thành một
bài toán hết sức cần thiết cung cấp cơ sở cho công tác quản lý lũ. Đối với bài toán đặt ra, nghiên
cứu đã sử dụng MIKE FLOOD làm công cụ mô phỏng ngập lụt hệ thống sông Nhuệ - Đáy trên địa
bàn thành phố Hà Nội. Trong đó, mô hình NAM được sử dụng để xây dựng chuỗi số liệu dòng
chảy từ mưa làm điều kiện biên cho mô hình MIKE FLOOD. Bộ thông số mô hình kết nối 1-2
chiều được hiệu chỉnh và kiểm định cho hai trận lũ lớn năm 1984 và 2008 tại trạm Phủ Lý, kết hợp
với các tài liệu đo đạc diện ngập lụt của trận lũ lịch sử 2008. Kết quả cho thấy mô hình mô phỏng
với độ chính xác tương đối cao thể hiện khả năng ứng dụng của mô hình trong công tác xây dựng
bản đồ ngập lụt, bản đồ tổn thương cũng như cảnh báo nguy cơ úng lụt cho khu vực Thành phố Hà
Nội. Bài báo được hoàn thành với sự hỗ trợ của đề tài nhóm A, Đại học Quốc gia Hà Nội,
QGTĐ.10-06
Từ khóa: MIKE FLOOD, bản đồ ngập lụt, hệ thống sông Nhuệ - Đáy.
1. Mở đầu


Diễn biến phức tạp của biến đổi khí hậu
toàn cầu kéo theo sự bất thường của mưa lớn, lũ
lụt Là một lưu vực có vị trí chiến lược trong
phát triển kinh tế - xã hội và an ninh quốc

trên thế giới [1,3]
2. Giới thiệu vùng nghiên cứu
Lưu vực sông Nhuệ-Đáy nằm ở hữu ngạn
sông Hồng trong phạm vi từ 20
0
đến 21
0
20' vĩ
độ Bắc và từ 105
0
đến 106
0
30' kinh độ Đông,
với tổng diện tích tự nhiên là 7665 km
2
(hình 1),
vùng nghiên cứu là Thành phố Hà Nội với diện
tích 3344,6 km
2
, gồm 9 quận, 18 huyện, 2 thành
phố; dân số: 6.451.909 người (2009).
Sông Đáy bắt nguồn từ sông Hồng thông
qua hệ thống phân chứa lũ Vân Cốc, Phúc Thọ
chảy qua Hà Nội, Hà Nam, Ninh Bình và Nam
Định trước khi đổ ra biển Đông tại cửa Đáy.
Sông Nhuệ cũng lấy nước từ sông Hồng
qua cống Liên Mạc ở Từ Liêm, Hà Nội chảy
qua các tỉnh Hà Nội và Hà Tây rồi đổ vào sông
Đáy tại Phủ Lý, tỉnh Hà Nam.
Nằm trên vùng châu thổ sông Hồng, lưu

Khu vực nghiên cứu chủ yếu là đồng bằng
được bồi đắp bởi các dòng sông với các bãi bồi
đại, cao và bậc thềm, xen giữa là các vùng trũng
với các hồ, đầm , với độ cao trung bình từ 5 –
20m thấp dần từ Bắc xuống Nam, Tây sang
Đông, độ nghiêng không lớn nên khi có lượng
nước lớn bất thường dễ xảy ra ngập úng.
Đ.Đ. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 37-43
39
3. Giới thiệu mô hình MIKE FLOOD
Dòng chảy trong vùng ngập lũ là dòng chảy
2 chiều theo phương ngang, vừa có dòng chảy
tập trung trong các mạng lưới sông suối vừa có
dòng chảy tràn trên bề mặt, do vậy nếu sử dụng
mô hình 2 chiều để mô phỏng quá trình này thì
yêu cầu lưới tính khá chi tiết để mô tả đủ chính
xác ảnh hưởng của dòng chảy tập trung trong
các kênh, rãnh. Mặt khác, dòng chảy tràn trên
bề mặt chỉ xuất hiện khi có mực nước trong
sông cao hơn cao trình bờ (hoặc đê), vì thế để
giảm thời gian và khối lượng tính toán có thể
kết hợp các ưu điểm của cả mô hình 1 và 2
chiều bằng cách kích hoạt mô đun tính toán 2
chiều khi xuất hiện dòng chảy tràn. Mô hình
MIKE FLOOD thực hiện các kết nối giữa mô
hình MIKE 11 (tính toán thủy lực mạng sông 1
chiều) với mô hình MIKE 21 (mô phỏng dòng
chảy nước nông 2 chiều theo phương ngang)
bằng 4 loại kết nối: a) kết nối tiêu chuẩn: sử
dụng khi một nhánh sông một chiều đổ trực tiếp

cắt trên sông Hoàng Long.
- Dữ liệu khí tượng thuỷ văn: bao gồm số
liệu mưa ngày, mưa giờ tại Láng, Hà Đông, Ba
Thá, Sơn Tây, Hưng Thi, Phủ Lý các năm 1984
và 2008; mực nước giờ tại các trạm: Phủ Lý,
Ninh Bình các năm 1984 và 2008; số liệu trích
lũ lưu lượng tại trạm Ba Thá năm 1972, 1978.
Trên toàn bộ vùng nghiên cứu hiện nay không
có trạm đo lưu lượng, do vậy để làm cơ sở cho
việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mưa-
dòng chảy (NAM), số liệu lưu lượng trạm Ba
Thá năm 1972 và 1978 được sử dụng.
4.2. Thiết lập mô hình MIKE FLOOD cho hệ
thống sông Nhuệ - Đáy
- Xây dựng mạng lưới thuỷ lực một chiều
Mạng lưới thủy văn khu vực nghiên cứu
được mô tả bằng sơ đồ thủy lực bao gồm sông
chính là sông Đáy với chiều dài 182 km, 39
mặt cắt, biên trên là trạm thủy văn Đập Đáy,
biên dưới là trạm thủy văn Ninh Bình, sông
Nhuệ với chiều dài 74 km với 26 mặt cắt, biên
trên lấy tại vị trí cống Liên Mạc, đổ vào dòng
chính sông Đáy tại ngã ba Phủ Lý. Ngoài ra,
mạng thủy lực còn bao gồm một số sông như
sông Tích, sông Hoàng Long (hình 2).
Đ.Đ. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 37-43
40 Hình 2. Sơ đồ thủy lực hệ thống sông Nhuệ - Đáy.

vào của mô hình MIKE FLOOD phải tính gián
tiếp từ mưa bằng mô hình NAM, do vậy trước
hết phải kiểm định và hiệu chỉnh mô hình NAM
- Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình NAM
Dựa trên tình hình tài liệu đo đạc lưu lượng
tại trạm Ba Thá trận lũ năm 1972 và 1978, hai
trận lũ có số liệu lưu lượng thực đo này được
lựa chọn để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình.
Cụ thể:Trận lũ 23/07/1972 đến 20/09/1972 sử
dụng cho hiệu chỉnh. Trận lũ từ 28/8/1978 đến
19/10/1978 sử dụng cho kiểm định
Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định NAM tại
Ba Thá được thể hiện trong các hình 4 và 5. Chỉ
số Nash được sử dụng như hàm mục tiêu trong
nghiên cứu, kết quả hiệu chỉnh là 84.6% và
kiểm định là 73,4% đều đạt loại khá và đảm
bảo yêu cầu cho các bước tính toán tiếp theo.
- Đánh giá kết quả tính diện ngập lụt trận lũ
2008
Nhằm mục tiêu đánh giá khả năng tính toán
diện ngập lụt bằng mô hình kết nối đã xây
dựng, kết quả tính toán được xuất ra dưới dạng
file ASCII, và xử lý bằng phần mềm ArcGis 9.3
nhằm xây dựng vùng ngập lụt với độ sâu ngập
khác nhau thành các lớp thông tin (layer) trên
GIS. Từ đó kết hợp lớp ranh giới hành chính có
sẵn, xác định diện ngập ứng các mức ngập sâu
cho toàn vùng. Số liệu tính toán được so sánh
với ảnh vệ tinh được chụp ngày 7/11/2011. Tuy
không bắt được thời gian xuất hiện đỉnh lũ,


Hình 3. Sơ đồ lưới phần tử hữu hạn dùng trong mô hình 2 chiều.
Hình 4. Kết quả hiệu chỉnh mô hình NAM. Hình 5. Kết quả kiểm định mô hình NAM.

Hình 6. Kết quả hiệu chỉnh mô hình MIKE FLOOD
tại Phủ Lý (1984).

Hình 7. Kết quả kiểm định mô hình MIKE FLOOD
tại Hà Đông (2008).
Đ.Đ. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 37-43
42
5. Kết luận
Mô hình MIKE FLOOD ứng dụng tính toán
ngập lụt cho khu vực sông Nhuệ - Đáy trên địa
bàn Thành phố Hà Nội được hiệu chỉnh và kiểm
định với kết quả đánh giá theo chỉ tiêu Nash
đều trên 90%. Riêng với diện ngập, so sánh ảnh
vệ tinh chụp ngày 7/11/2011 cho thấy mô hình
mô phỏng khá phù hợp với thực tế.
Hình 8. Kết quả kiểm định mô hình MIKE FLOOD
trạm Phủ Lý (2008).

269.2
402.1
78.8
4.3
1.1
Trận lũ 2008
282.7
394.7
76.4
5.2
1.6

Tài liệu tham khảo
[1] Hoàng Thái Bình, Xây dựng bản đồ ngập lụt hạ
lưu hệ thống sông Nhật Lệ (Mỹ Trung - Tám Lu -
Đồng Hới), Luận văn Thạc sỹ khoa học, Trường
Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà
Nội, 2009.
[2] Nguyễn Văn Cư và nnk, Báo cáo kết quả dự án
KHCN cấp nhà nước: môi trường sông Nhuệ- Đáy
phần I, Hà Nội, 2003.
Đ.Đ. Đức và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 27, Số 1S (2011) 37-43
43
[3] Đặng Đình Khá, Ứng dụng mô hình MIKE

Keywords: MIKE FLOOD, inundation, flooding map, Nhue - Day river.