ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN NGỌC TUYẾN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 – GIS DỰ BÁO LŨ VÀ
CẢNH BÁO NGẬP LỤT CHO LƢU VỰC SÔNG LẠI GIANG TỈNH BÌNH
ĐỊNH

Chuyên ngành: Thủy văn học
Mã số: 60440224

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. ĐẶNG THANH MAI
PGS.TS. TRẦN NGỌC ANH

Hà Nội – 2016


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến hai thầy cô hướng dẫn TS.
Đặng Thanh Mai và PGS.TS.Trần Ngọc Anh đã chỉ bảo và hướng dẫn tôi hoàn thành
luận văn này. Tôi xin cảm ơn các thầy cô và cán bộ trong khoa Khí tượng Thủy văn và
Hải dương học đã tận tình giảng dạy kiến thức, giúp đỡ, tạo điều kiện về thời gian, cơ sở
vật chất trong suốt thời gian học tập tại nhà trường. Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo
Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Đồng Bằng Bắc Bộ nơi tôi đang công tác đã tạo điều
kiện về mặt thời gian. Các đồng nghiệp Phòng Quản lý mạng lưới trạm và Dự báo đã
chia sẻ công việc để bản thân có điều kiện hoàn thành khóa học. Cuối cùng, tôi xin gửi

2.1.Tình hình nghiên cứu về mô hình thủy văn, thủy lực ở trên thế giới và Việt Nam[1]
............................................................................................................................... 26
2.1.1. Một số nghiên cứu dự báo lũ trên thế giới ............................................... 26
2.1.2. Một số nghiên cứu dự báo lũ ở Việt Nam ............................................... 27


2.2. Một số phƣơng pháp dự báo lũ đang đƣợc áp dụng trên lƣu vực sông Lại Giang
............................................................................................................................... 28
2.3. Lựa chọn mô hình .......................................................................................... 28
2.3.1. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE NAM[4] ................................................ 29
2.3.2. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11 – GIS[4]Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE – GIS DỰ BÁO LŨ VÀ CẢNH BÁO
NGẬP LỤT LƢU VỰC SÔNG LẠI GIANG .......... Error! Bookmark not defined.
3.1. Tài liệu khí tƣợng thủy văn ........................... Error! Bookmark not defined.
3.2. Ứng dụng mô hình Mike NAM cho lƣu vực sông Lại GiangError! Bookmark
not defined.
3.2.1.Thiết lập mô hình Mike NAM .................. Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình............ Error! Bookmark not defined.
3.3. Ứng dụng mô hình thủy lực Mike 11 – GIS tính toán thủy lực lƣu vực sông Lại
Giang ..................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Chuẩn bị tài liệu địa hình ......................... Error! Bookmark not defined.
3.3.2.Xây dựng mạng thủy lực 1 chiều trong sôngError! Bookmark not defined.
3.3.3.Kết nối các dữ liệu biên cho mô hình thủy lực một chiều và thiết lập mô hình
MIKE GIS .......................................................... Error! Bookmark not defined.
3.4. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11 – GISError! Bookmark not defined.
3.4.1. Hiệu chỉnh MIKE 11 ............................... Error! Bookmark not defined.
3.4.2. Kiểm định MIKE 11 ................................ Error! Bookmark not defined.
3.4.3. Kết quả kiểm định của mô hình MIKE 11 – GIS ... Error! Bookmark not
defined.
3.5.Ứng dụng bộ mô hình Mike 11 – GIS dự báo lũ và cảnh báo ngập lụt lƣu vực sông

Bảng 15: Bảng tính diện tích ngập ........................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 16: Bảng tính độ sâu ngập ............................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 20: Tiêu chuẩn xếp loại chất lƣợng của phƣơng án dự báoError! Bookmark not
defined.
Bảng 17: Tiêu chuẩn đánh giá chất lƣợng của từng lần dự báo.Error! Bookmark not
defined.
Bảng 18: Bảng sai số cho phép tại vị trí trạm Bồng SơnError! Bookmark not defined.
Bảng 19: Bảng kết quả dự báo.................................. Error! Bookmark not defined.


Bảng 20: Bảng tính diện tích ngập thử nghiệm ........ Error! Bookmark not defined.

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1: Bản đồ lƣu vực sông Lại Giang ................................................................... 11
Hình 2: Bản đồ địa hình lƣu vực sông Lại Giang..................................................... 13
Hình 3: Bản đồ lƣu mạng lƣới trạm khí tƣợng thủy văn lƣu vực sông Lại Giang ... 16
Hình 4: Bản đồ phân bố lƣợng mƣa năm tỉnh Bình Định[2] .................................... 20
Hình 5: Cấu trúc thẳng đứng của mô hình NAM ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 6: Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott.. Error! Bookmark not defined.
Hình 7: Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x ̴ tError! Bookmark not
defined.
Hình 8: Các lƣu vực bộ phận trên hệ thống sông Lại Giang ... Error! Bookmark not
defined.
Hình 9: Sơ đồ phân bố các trạm mƣa. ...................... Error! Bookmark not defined.
Hình 10: Sơ đồ quá trình hiệu chỉnh bộ thông số mô hìnhError! Bookmark not defined.
Hình 11: Đƣờng quá trình lƣu lƣợng tính toán và thực đo tại trạm An Hòa mùa lũ năm
2007........................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 12: Đƣờng quá trình lƣu lƣợng tính toán và thực đo tại trạm Ân Thạnh mùa lũ năm
2007........................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 13: Đƣờng lũy tích tổng lƣợng tại trạm An Hòa mùa lũ năm 2007Error! Bookmark

Hình 32: Bộ thông số của mô hình thủy lực ............. Error! Bookmark not defined.
Hình 33: Mực nƣớc tính toán và thực đo trạm Bồng Sơn trận lũ 10/2008........ Error!
Bookmark not defined.
Hình 34: Kết quả tính ngập lụt trận lũ năm 2007 ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 35: Bản đồ ngập thử nghiệm............................ Error! Bookmark not defined.



MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài luận văn
Trong những năm gần đây, với sự biến đổi bất thƣờng của khí hậu, thời tiết đã gây ra
những trận lũ lớn và đặc biệt lớn làm thiệt hại về ngƣời, ảnh hƣởng nghiêm trọng đến đời
sống, sản xuất của nhân dân, sự phát triển của xã hội. Cũng nhƣ nhiều lƣu vực khác, lƣu
vực sông Lại Giang cũng chịu ảnh hƣởng rất nhiều từ những sự biến đổi bất thƣờng này
của lũ lụt gây ra. Để giảm thiểu những thiệt hại do lũ gây ra, một trong những biện pháp
quan trọng là phải nâng cao công tác dự báo, nghĩa là sản phẩm dự báo phải có độ chính
xác cao, nhanh chóng, kịp thời và thuận tiện nhằm tham mƣu, giúp cho các cấp lãnh đạo
và các cơ quan ban ngành liên quan cũng nhƣ nhân dân chủ động ứng phó khi có mƣa lũ
xảy ra để hạn chế thiệt hại đến mức thấp nhất. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn của việc cần
dự báo, quy hoạch phòng chống lũ trên lƣu vực sông Lại Giang, luận văn đã chọn đề tài:
“Nghiên cứu ứng dụng mô hình Mike 11 – GIS dự báo lũ và cảnh báo ngập lụt cho
lưu vực sông Lại Giang tỉnh Bình Định” để thực hiện.
2.Mục tiêu của luận văn
Xây dựng phƣơng án dự báo lũ và cảnh báo ngập lụt cho lƣu vực sông Lại Giang
trƣớc 12 – 24h, đáp ứng nhu cầu dự báo tác nghiệp; đƣa ra giải pháp kịp thời nhằm chủ
động ứng phó; giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt gây ra trong mùa mƣa - lũ.
3.Phƣơng pháp nghiên cứu
Luận văn có sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu sau:
- Phƣơng pháp xác suất thống kê: Phục vụ thu thập, xử lý số liệu và các tài liệu
liên quan, đánh giá kết quả dự báo .


Sơn bắt nguồn từ vùng núi rừng huyện Hoài Ân chảy theo hƣớng Tây Nam - Đông Bắc.
Sông An Lão và sông Kim Sơn nhập lƣu tại ngã ba cách cầu Bồng Sơn khoảng 2km về
phía Tây rồi đổ ra biển qua cửa An Dũ.
Nhánh sông An Lão với chiều dài 75km
Nhánh sông Kim Sơn có chiều dài 64km
Từ chỗ hợp lƣu cửa 2 nhánh sông trên (cách cầu Bồng Sơn 2km về phía thƣợng lƣu) sông
chảy thẳng ra biển ở cửa An Dũ với chiều dài 18 km đƣợc gọi là Lại Giang[2].
1.2.Điều kiện địa hình và mặt đệm[2]
1.2.1. Địa hình
Lƣu vực sông Lại Giang có hình dạng rất đặc biệt quyết định đến các đặc trƣng
của lũ đó là dạng nhƣ một khúc cây lớn nằm song song với bờ biển và một cành cụt nằm
ngang – đoạn 18km Lại giang đổ ra biển, phần nhánh này chỉ chiếm 9,3 % của lƣu vực.
Từ đó lũ hình thành giống với bình tƣới hơn là miệng ra đƣợc mở rộng nhƣng khả năng
dẫn nƣớc lại kém.
Sông suối trong lƣu vực với mật độ 0.65 km/ km2 hình thành một mạng lƣới sông
cành cây với rất nhiều nhánh chảy giữa những thung lũng hẹp giữa các triền núi chia cắt.
Núi non chiếm tới 80 % diện tích lƣu vực và từ dãy Trƣờng Sơn với các đỉnh nhƣ Làng
Dầu (763m), Đột Cự (1012m), Cha Tre (1006m) có các đỉnh Trịnh vân (850 m), Vạn
Đình Thƣợng (472m), Cây Giếp (641m) và đến sát biển là Hòn Cao (619m), Hóc Mu
(284m), phía bờ trái sát biển là Hòn Bô 154 m.
Độ cao trung bình của lƣu vực là 277m, độ dốc bình quân là 22%, tuy nhiên dọc
các triền núi độ dốc tới 60-80%.


Hình 2: Bản đồ địa hình lƣu vực sông Lại Giang
1.2.2. Mặt đệm và thổ nhƣỡng
Theo thống kê đầu năm 2000 tỷ lệ che phủ của toàn tỉnh Bình Định là 32.1% trong
đó gần 3/4 là rừng tự nhiên. Độ che phủ trong lƣu vực không đều. Lƣu vực gồm toàn bộ
2 huyện An Lão và Hoài Ân và phần lớn huyện Hoài Nhơn thì độ che phủ nhƣ sau:

cần nói các nhánh chính An Lão và Kim Sơn có rất nhiều các suối theo các khe núi hẹp 2
bên đổ vào nhƣ:
-

Sông An Lão có các nhánh chính: sông Nƣớc Dinh, sông Đình, sông Nƣớc Giáp,

sông Vố, sông Nƣớc Song, sông Nƣớc Đổ, sông Nƣớc Xáng, sông Cẩm Đức, sông Nƣớc
Trép, sông Cà Tang…
-

Sông Kim Sơn có các nhánh chính nhƣ sông Lớn, sông Nƣớc Luông, sông Nƣớc

Láng, sông Ben Vách, sông Du Tự, suối Rùn[2].


1.3.2. Mạng lƣới trạm quan trắc khí tƣợng thủy văn
Tại lƣu vực có các trạm quan trắc: An Hòa, Bồng Sơn, Hoài Ân, Hoài Nhơn quan
trắc các yếu tố và thời gian hoạt động nhƣ sau:
Bảng 1: Bảng thống kê các trạm khí tƣợng thủy văn lƣu vực sông Lại Giang
TT

Tên trạm

1

Thủy văn An Hòa

2

Thủy văn Bồng Sơn

1.4. Nguyên nhân hình thành và một số đặc điểm của chế độ mƣa – lũ[2]
Nhƣ đã phân tích ở trên, nguyên nhân sinh ra lũ trên lƣu vực sông Lại Giang là
mƣa. Theo quan trắc nhiều năm thì các trận lũ lớn trên lƣu vực thƣờng xuất hiện cùng
với bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ trực tiếp vào Bình Định hoặc các tỉnh lân cận nhất là
bão gặp không khí lạnh từ Bắc bán cầu di chuyển xuống gây mƣa, lũ lớn. Tuy nhiên, dải
hội tụ nhiệt đới kết hợp với không khí lạnh là loại hình thời tiết thƣờng gây mƣa và lũ rất
lớn.
1.4.1. Bão và áp thấp nhiệt đới
Xoáy thuận là những nhiễu động khí quyển với khí áp giảm từ ngoài rìa vào trung
tâm (tâm có trị số khí áp thấp nhất). Trong xoáy thuận, gió thổi ngƣợc chiều kim đồng hồ
(đối với Bắc Bán Cầu), hoặc thổi thuận chiều kim đồng hồ (đối với Nam Bán Cầu) và hội
tụ từ ngoài rìa vào trung tâm. Xoáy thuận đƣợc chia làm 2 loại: Xoáy thuận nhiệt đới và
xoáy thuận ngoại nhiệt đới. Tham gia vào chuyển động trong xoáy thuận nhiệt đới là một


khối không khí nóng - ẩm khổng lồ, phạm vi chiều ngang từ 200 - 2000km, phạm vi
thẳng đứng có thể từ mặt đất lên trên 10km.
Mùa bão ở Bình Định (trong đó có lƣu vực sông Lại Giang) đƣợc xác định từ
tháng 09 đến tháng 12 hàng năm, nhiều nhất là tháng 10 và tháng 11, nhƣng cũng có năm
từ giữa tháng 06 đã có bão đổ bộ (bão số 2 ngày 12/06/2004, bão số 2 ngày 30/06/1978
đều đổ bộ vào Bình Định)
Bảng 2: Số cơn bão và áp thấp nhiệt đới trung bình đổ bộ trực tiếp và ảnh hƣởng trực tiếp
tới Bình Định.
(số liệu thống kê từ năm 1954-2010)
Tháng

5

6


0,02

0,52

Ảnh hƣởng(TT)

0,00

0,10

0,00

0,00

0,12

0,31

0,39

0,06

0,98

Từ bảng 1 cho thấy, tháng 11, bão và áp thấp nhiệt đới có nhiều khả năng ảnh
hƣởng đến Bình Định nhất, sau đó là tháng 10, còn hai tháng 09 và 12 có khả năng nhƣ
nhau.
1.4.2. Đặc điểm mƣa và hình thế thời tiết gây mƣa
1.3.2.1. Chế độ mƣa
a/ Lƣợng mƣa trung bình nhiều năm

(2)

(3)

(4)

Bồng Sơn

2180

3492

1998

1219

1982

Hoài Nhơn

2026

3490

1981

1014

1982


(6)

c/ Số ngày mƣa trung bình nhiều năm
Nhìn chung trong cùng địa điểm, số ngày mƣa trung bình năm những trạm khí
tƣợng, thủy văn cơ bản thƣờng cao hơn những điểm đo mƣa khác khoảng 35 - 45 ngày,
trung bình hàng tháng cao hơn 3 - 4 ngày.
Bảng 4: Lƣợng mƣa năm ứng với các tần suất[2].
(Đơn vị: mm)
Tần suất P %
Trạm

Bồng Sơn

X

Cv

0,2 0,5

5

10

20

25

50

75


3

2

46

7

80

5

7

4

Cs

6


Hoài Nhơn

Hoài Ân

An Hòa

302


9

8

1

3

443

404

361

346

292

0

3

7

8

8

163 148
2


29

0

22

21

199

30

57

2

33

0,2 0,7
7

5

0,2 1,0
4

4

0,2 0,8

II

14

4

7

0

III

11

11

7

11

IV

18

14

7

4


VIII

61

46

57

32

IX

100

93

96

89

X

100

96

100

100


chiếm 28 - 34%, ven biển thƣờng chiếm 21 - 26% lƣợng mƣa năm.


Bảng 6: Phân bố lƣợng mƣa trong các mùa[2].
Yếu tố

Tổng lƣợng mƣa

Tỷ lệ

mùa khô (mm)

Trạm

%

Tổng lƣợng mƣa
mùa mƣa (mm)

Tỷ lệ
%

(1)

(2)

(3)

(4)


75

An Hòa

850

28

2182

72

1.4.3.Đặc điểm chung về chế độ dòng chảy lũ
1.4.3.1. Mực nƣớc đỉnh lũ
a. Mực nƣớc cao nhất
Mực nƣớc cao nhất đóng một vai trò rất quan trọng trong việc chủ động điều hành
các hoạt động kinh tế, chính trị, xã hội của tỉnh và nhất là trong công tác quy hoạch thiết
kế các công trình có nguy cơ chịu ảnh hƣởng bởi độ cao mực nƣớc và phòng chống lũ lụt.
Bảng 7: Mực nƣớc cao nhất các trạm[2].
Sông

Thời gian

Hmax

Thời gian

quan trắc

(cm)

5

10

25

50

75

90

Cv
Tbình

Trạm
An

Cs

2615 25237 2482 2408 2328

2251

2184

2330

0,05 0,15


Cƣờng suất (cm/h)
Sông

An Lão

Biên độ (cm)

Trạm

An Hoà

T bình

Lớn nhất

T bình

Lớn nhất

76

152

351

550

1.4.3.2. Dòng chảy lũ
Dòng chảy lũ là một đặc trƣng quan trọng trong nghiên cứu tính toán phòng chống
lũ lụt và thiết kế công trình . Cũng nhƣ mực nƣớc, lƣu lƣợng lớn nhất đóng một vai trò rất


Bảng 11: Tần suất lƣu lƣợng đỉnh lũ, môdun đỉnh lũ[2].

Trạm

Tần suất (%)

Đặc trƣng
dòng chảy

Trun
g

1

3

5

10

20

bình

6480

5080

4430

3

(m /s)

(19822010)

Mmax
(m3/s.km2)

1.5. Các trận lũ điển hình và tình hình ngập lụt[2]
Lƣu vực sông Lại Giang là một lƣu vực nhỏ, không có vùng trung lƣu nên khi có
mƣa lớn lũ lên, xuống nhanh và thƣờng gây ngập lụt nhiều diện tích khu dân cƣ ven sông,
nhất là khu vực thị trấn Bồng Sơn. Trong thời gian gần đây, do tác động của biến đổi khí
hậu, cƣờng độ mƣa lớn và lũ cao xuất hiện ngày càng thƣờng xuyên hơn trên lƣu vực
sông Lại Giang, gây thiệt hại đáng kể cho dân vùng ngập lụt. Nhƣ trận mƣa lũ năm 1996,
do ảnh hƣởng của bão kết hợp với không khí lạnh; trận mƣa lũ đầu tháng 12 năm 1999
(có lƣợng mƣa lớn nhất trong những năm gần đây; trận mƣa lũ giữa tháng 10 năm 2003
và trậm mƣa lũ đầu tháng 11 năm 2007. Tài liệu mƣa các tháng mùa mƣa lƣu vực Lại
Giang ( Phụ lục 1) .