BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE
FLOOD XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT LƯU
VỰC SÔNG KÔN - HÀ THANH

NGUYỄN VĂN LÝ

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC
MÃ SỐ: 60440224

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. TRẦN DUY KIỀU

HÀ NỘI, NĂM 2017


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn

: PGS. TS Trần Duy Kiều Cán

bộ chấm phản biện 1

: PGS.TS. Nguyễn Hữu Khải Cán

bộ chấm phản biện 2

Các Thầy, Cô Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội. Đặc
biệt là các Thầy, Cô thuộc Khoa Khí tượng Thủy văn, đã nhiệt tình hướng
dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp.
Lãnh đạo và đồng nghiệp tại cơ quan tôi đang công tác đã tạo điều kiện
cho tôi trong quá trình tham gia khóa học và hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Trong quá trình làm luận văn do giới hạn về thời gian nên không tránh
khỏi những thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự cảm thông và
những ý kiến đóng góp quý báu của các Thầy, Cô để tôi có thể hoàn thành
tốt luận văn tốt nghiệp này.
Xin trân trọng cảm ơn./.
Học viên

Nguyễn Văn Lý

II


THÔNG TIN LUẬN VĂN
+ Họ và tên học viên: Nguyễn Văn Lý
+ Lớp: CH2AT
+ Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS Trần Duy Kiều
+ Tên luận văn: Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE FLOOD xây
dựng bản đồ ngập lụt lưu vực sông Kôn - Hà Thanh.
+ Tóm tắt luận văn:
Lưu vực sông Kôn - Hà Thanh là lưu vực sông lớn nhất của tỉnh Bình
Định, có vị trí địa lý và vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội của
tỉnh. Những năm gần đây, lũ, ngập lụt trên lưu vực sông luôn tăng cả về tần
sô lẫn cường độ, đã gây thiệt hại lớn về tính mạng và tài sản của nhân dân,
làm khó khăn trong quá trình ứng phó thiên tai tại các địa phương, nhất là
khi có lũ lớn. Để chu động, kịp thời ứng phó với lũ lớn xảy ra trên lưu vực

1.1. Tổng quan về nghiên cứu lũ, lụt .............................................................. 3
1.2. Tổng quan vùng nghiên cứu..................................................................... 6
1.2.1.Vị trí địa lý ............................................................................................. 6
1.2.2. Đặc điểm địa hình, địa chất, thổ nhưỡng, thảm phu .............................
7
1.2.3. Đặc điểm khí hậu, thủy văn .................................................................. 7
1.2.4. Mạng lưới sông suối .............................................................................. 9
1.2.5. Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn .................................................... 10
1.2.6. Đặc điểm mưa lũ, ngập lụt .................................................................. 12
1.3. Nhận xét chương 1 ................................................................................. 15
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG .......... 17
BẢN ĐỒ NGẬP LỤT ................................................................................... 17
2.1. Hướng tiếp cận ...................................................................................... 17
2.2. Cơ sở lý thuyết cua mô hình toán ....................................................... 18
2.2.1. Mô hình MIKE NAM.......................................................................... 18
2.2.2. Mô hình MIKE 21 Toolbox ................................................................ 21
2.2.3. Mô hình MIKE 11 ............................................................................... 22
2.2.4. Mô hình MIKE 21 ............................................................................... 26

5


2.2.5. Kết nối Mô hình MIKE FLOOD......................................................... 28
2.3. Cơ sở dữ liệu .......................................................................................... 30
2.3.1. Dữ liệu địa hình................................................................................... 30
2.3.2. Tài liệu khí tượng thủy văn và hải văn ............................................... 31
2.3.3. Sô liệu kịch bản đầu vào ..................................................................... 31
2.4. Nhận xét chương 2 ................................................................................. 36
CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE FLOOD XÂY DỰNG
BẢN ĐỒ NGẬP LỤT SÔNG KÔN - HÀ THANH ..................................... 37

Bảng 1.2: Danh sách trạm KTTV trên lưu vực sông Kôn - Hà Thanh ........... 12
Bảng 1.3: Lượng mưa sinh lũ trên sông Kôn - Hà Thanh(1977-2016) .......... 13
Bảng 1.4: Tổng lượng lũ lớn nhất thời đoạn tại Bình Tường ......................... 14
Bảng 1.5: Phân cấp lũ tại một sô vị trí trên lưu vực sông Kôn - Hà Thanh
[8]....... 15
Bảng 2.1: Thông sô triều tai Quy Nhơn .......................................................... 21
Bảng 2.2: Bảng tổng hợp đặc trưng lũ thiết kế ............................................... 32
Bảng 2.3: Lượng mưa 5 ngày lớn nhất ........................................................... 33
Bảng 2.4: Đặc trưng triều thiết kế tại Quy Nhơn ........................................... 35
Bảng 3.1: Lưu vực bộ phận sông Kôn - Hà Thanh ......................................... 37
Bảng 3.2: Trọng sô mưa các trạm trên lưu vực sông Kôn - Hà Thanh.......... 38
Bảng 3.3: Kết quả hiệu chỉnh mô hình MIKE 11 ........................................... 45
Bảng 3.4: Các lựa chọn kết nối trong MIKE FLOOD .................................... 52
Bảng 3.5: Tần suất lũ tại trạm Thạnh Hòa ...................................................... 55
Bảng 3.6: Thống kê tình hình ngập hạ lưu vực sông Kôn - Hà Thanh ........... 60
Bảng 3.7: Kịch bản ngập sử dụng ứng với mực nước lũ tại trạm Thạnh Hòa
........ 62

8


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Bản đồ lưu vực sông Kôn - Hà Thanh ............................................ 11
Hình 2.1: Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lụt lưu vực sông
....... 17
Hình 2.2: Cấu trúc mô hình mưa rào - dòng chảy NAM ................................ 18
Hình 2.3: Kiểm định triều khu vực Quy Nhơn ............................................... 22
Hình 2.4: a) Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott ................................. 23
b) Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t ............. 23
Hình 2.5: Nhánh sông với các điểm lưới xen kẽ............................................. 24

Hình 3.16: Kết quả kiểm định trận lũ năm 2013 tại trạm Thạnh Hòa ............ 49
Hình 3.17: Chia lưới phi cấu trúc miền tính ................................................... 50
Hình 3.18: Lưới chia chi tiết các công trình ................................................... 51
Hình 3.19: Liên kết mô hình một và hai chiều ............................................... 52
Hình 3.20: Sơ đồ vị trí vết lũ được điều tra năm 2007 ................................... 53
Hình 3.21: Đường tương quan thực đo và tính toán vết lũ điều tra năm 2007
......... 53
Hình 3.22: Sơ đồ vị trí vết lũ được điều tra năm 2013 ................................... 54
Hình 3.23: Đường tương quan thực đo và tính toán vết lũ điều tra năm 2013
....... 54
Hình 3.24: Bản đồ ngập hạ lưu sông Kôn – Hà Thanh kịch bản 1%.............. 56
Hình 3.25: Bản đồ ngập hạ lưu sông Kôn - Hà Thanh kịch bản 3% .............. 57
Hình 3.26: Bản đồ ngập hạ lưu sông Kôn - Hà Thanh kịch bản 5% .............. 58
Hình 3.27: Bản đồ ngập hạ lưu sông Kôn - Hà Thanh kịch bản 10% ............ 59

8


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
PCTT&TKCN: Phòng chông thiên tai và tìm kiếm cứu nạn
HDM
Kỳ) UBND

: Hydro Dynamic Model (Mô hình thủy lực 1 và 2 chiều của Hoa
: Ủy ban nhân dân

GIS

: Geographic Infomation System (Hệ thông thông tin địa lý)


: Khí tượng thủy văn

TP

: Thành phô

Xp

: Lượng mưa thiết kế

Qp

: Lưu lượng thiết kế

W

: Tổng lượng

TB

: Trung bình

WMO

: World Meteorological Organization (Tổ chức Khí tượng thế giới)

GPS

: Global Positioning System (Hệ thông định vị toàn cầu)


suất xuất hiện lũ lớn trên lưu vực sông Kôn - Hà Thanh là hết sức cần thiết, nhằm
giảm thiểu thiệt hại do lũ, lụt gây ra ở Bình Định và nâng cao năng lực trong công
tác phòng chông thiên tai. Để góp phần giải quyết vấn đề trên, luận văn lựa chọn
nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE FLOOD xây dựng bản
đồ ngập lụt lưu vực sông Kôn - Hà Thanh.
2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
- Xây dựng được bản đồ ngập lụt lưu vực sông Kôn - Hà Thanh ứng với các
tần xuất mưa lũ thiết kế: 1%, 3%, 5% và 10%.
- Phạm vi nghiên cứu khu vực hạ lưu sông Kôn - Hà Thanh.
3. Phương pháp nghiên cứu
1) Phương pháp tổng hợp, thông kê, phân tích: thực hiện thu thập tài liệu,
xử lý, phân tích, kiểm tra và tổng hợp một cách chọn lọc, đánh giá và sử dụng cho
yêu cầu cua luận văn. Luận văn thực hiện phân tích sô liệu KTTV để tính toán tần
suất mưa lũ thiết kế;
2) Phương pháp chuyên gia thực hiện thông qua các hội thảo, xin ý kiến
đóng góp và kinh nghiệm cua các chuyên gia trong các lĩnh vực xây dựng bản đồ

1


ngập lụt, tránh được những trùng lặp với những nghiên cứu đã có, đồng thời kế
thừa được những thành quả đã đạt được.
3) Phương pháp kế thừa các nghiên cứu đã có như: kết quả cua các đề tài,
dự án xây dựng bản đồ ngập lụt trên các lưu vực sông thuộc tỉnh Bình Định; tư đó
có thể kế thừa những thành quả đã đạt được và tham khảo các kết quả nghiên cứu
đã có,tránh trùng lặp.
4) Phương pháp mô hình toán: Thiết lập mô hình thủy văn tính toán dòng
chảy cho các lưu vực thiếu sô liệu; thiết lập sơ đồ mạng lưới thủy lực một và hai
chiều; hiệu chỉnh và kiểm định mô hình; sử dụng công nghệ GIS xây dựng bản đồ
ngập lụt.

tế về cải thiện hệ thông phòng chông thiên tai dựa trên cơ sở phân tích nguy cơ
thiên tai liên quan đến bão và mưa lớn dưới sự bảo trợ cua Liên Hợp Quôc, đã
hướng dẫn quy trình thu thập sô liệu, điều tra lũ, lụt, thiệt hại do lũ, lụt, quy trình
xây dựng các bản đồ nguy cơ ngập lụt dựa trên cơ sở điều tra khảo sát, phân tích
thủy văn, thủy lực. Báo cáo cũng đề cập đến kinh nghiệm xây dựng bản đồ ngập
lụt và công tác quy hoạch phòng chông lũ lụt cua các nước như Hoa Kỳ, Băng La
Đét, Trung Quôc… [5].
Ở Hoa Ky đã có “Chiến lược giảm nhẹ thiên tai” với nội dung chính: Xây
dựng các hồ chứa ở thượng nguồn; xây dựng hệ thông đê, tường chắn lũ ở nhưng
nơi xung yếu trên lưu vực sông; xây dựng các hệ thông đo đạc, giám sát...Ngoài
các giải pháp công trình, Hoa Ky ngày càng chú trọng sử dụng các giải pháp phi
công trình có hiệu quả như phân vùng lũ, lụt để có giải pháp ứng phó và kiểm soát
lũ phù hợp; qui hoạch các khu dân cư, di dời khi có lũ lớn [4].
Băng La Đét đã xây dựng thành công hệ thống giám sát và cảnh báo ngập
lụt trên cơ sở sử dụng mô hình thủy văn, thủy lực MIKE11 (cua Đan Mạch) dưới
sự trợ giúp cua UNDP/WMO kết hợp với sử dụng tư liệu viễn thám GMS, NOAA12 và NOAA-14. Hệ thông giám sát và cảnh báo ngập lụt này được áp dụng cho

3


vùng lãnh thổ rộng 82.000 km2, trên đoạn dài 7.270 km sông, 195 nhánh, sử dụng
30 trạm giám sát[3].
Trung Quôc đã xây dựng hệ thông giám sát và cảnh báo ngập lụt trên cơ sở
sử dụng tư liệu viễn thám FY-II, OLR, GPCP, ERS-II, SSM/I. Tại Trung Quôc,
trong vài năm gần đây, ngày càng có nhiều dấu hiệu cho thấy sự không bền vững
trong sử dụng tài nguyên nước và các hệ sinh thái tại các lưu vực sông. Nhận thức
được vấn đề này, Ủy ban Hợp Tác Quôc Tế về Môi Trường và Phát Triển Trung
Quôc (CCICED) đã đề xuất áp dụng quản lý tổng hợp lưu vực sông tại Trung
Quôc dựa trên cách tiếp cận hệ sinh thái[3].
- Trong nước: Việc xây dựng bản đồ ngập lụt được các nhà khoa học Thủy

liệu thực đo. Một sô mô hình 1 chiều được áp dụng rộng rãi hiện nay tại vùng
Đồng bằng sông Cửu Long xây dựng các bản đồ ngập lụt như MIKE 11, ISIS,
VRSAP, HydroGIS.
Mô hình thủy lực 2 chiều: Mô hình thủy lực 1/2 chiều được sử dụng có
thể bao gồm mô hình 2 chiều (full 2D) cho toàn bộ khu vực ngập lụt hay kết
hợp mô phỏng thủy lực 1 chiều cho dòng chảy trên sông và mô phỏng 2 chiều
khi nước sông tràn bờ (1/2D). Thiết lập mô hình 2 chiều đòi hỏi sô liệu chi tiết
hơn mô hình một chiều (ví dụ ngoài mô hình sô địa hình, cần phải có mô hình
sô địa vật). Một sô mô hình 2 chiều được áp dụng rộng rãi hiện nay như MIKE
21, MIKE FLOOD (tích hợp MIKE 21, MIKE 11), SOBEK, TELMAC.
Phương pháp mô hình ngoài việc tính toán mô phỏng các trận lũ gây ngập lụt
trong quá khứ, còn tính toán xây dựng bản đồ ngập lụt ứng với các tần suất
mưa, lũ thiết kế trong tương lai phục vụ công tác phòng chống thiên tai và quy
hoạch phát triển kinh tế - xã hội.
Mỗi mô hình đều có các ưu nhược điểm riêng trong việc xây dựng và
xác định diện tích ngập lụt: Mô hình thủy lực 1 chiều kết hợp GIS được sử
dụng nhiều, nhưng chưa chi tiết hóa được các vùng ngập, như vai trò của các
khu chứa, đê bao trong vùng ngập lũ vẫn chưa được thể hiện trong mô hình.
Ngoài ra, khi nghiên cứu chi tiết tác động của các công trình thủy lợi đối với
một khu vực cụ thể, phương pháp này cũng có những hạn chế nhất định. Mô
hình thủy lực 1, 2 chiều cho kết quả tính toán chi tiết. Tuy nhiên, đối với các
mô hình này đòi hỏi phải chuẩn bị dữ liệu chi tiết, thời gian tính toán lâu. Cải
thiện tốc độ máy tính khi sử dụng mô hình này bằng các kỹ thuật tính toán bậc
cao hay tính toán song song để nâng cao hiệu quả mô hình.
- Nghiên cứu về ngập lụt trên sông Kôn - Hà Thanh: Trên lưu vực sông
Kôn - Hà Thanh có các nghiên cứu về ngập lụt bằng việc ứng dụng mô hình toán

5



6


1.2.2. Đặc điểm địa hình, địa chất, thổ nhưỡng, thảm phủ
- Lưu vực sông Kôn - Hà Thanh nằm gọn bên sườn phía đông dãy Trường
Sơn Nam, địa hình dôc và bị chia cắt mạnh. Hướng dôc chính tư Tây sang Đông,
núi và đồng bằng xen kẽ nhau do một sô dãy núi tư Trường Sơn kéo dài xuông
biển tạo thành các lưu vực sông riêng biệt. Tư Tây Nguyên xuông đồng bằng Bình
Định địa hình hạ thấp đáng kể. Nếu ở Cao Nguyên phía tây có cao độ tư 500 - 700
m thì ở Đồng Bằng phía đông chỉ có cao độ 20 - 30 m, vùng ven biển cao độ 2 - 3
m, hình thành hai loại bậc địa hình nằm kế cận nhau và không hình thành rõ nét
khu đệm chuyển tiếp. Địa hình được chia làm 3 dạng chính: vùng núi cao và trung
bình nằm ở phía Tây cua tỉnh chiếm 10 

75% diện tích tự nhiên; vùng

đồi gò
chiếm 7  10% diện tích tự nhiên, độ cao trung bình 100 m; độ dốc lớn,
độ phu
thực vật kém; Đồng bằng ven biển: chiếm 20% diện tích đất tự nhiên. Đồng bằng
nhỏ nằm ở hạ lưu và các thung lũng sông; dọc ven biển có các dải cát.
- Lưu vực sông có 11 nhóm đất và 30 loại đất khác nhau. Đất đồi núi chiếm
70% diện tích tự nhiên, còn lại là địa hình bằng, thoải. Diện tích đất có tầng mỏng
hơn 50cm chiếm 37,7% trong đó đất phù sa chiếm 7,57%, đất Glei chiếm 2,65%
đây là nhóm đất quan trọng nhất thích hợp với cây trồng lương thực và cây công
nghiệp ngắn ngày, đất mặn ít và mặn trung bình (chiếm 1,06%), đất đỏ và đất xám
Feralire (chiếm 74,21%). Sông Kôn - Hà Thanh nằm trên đới cấu tạo KonTum, với
sô liệu phân tích cho thấy nguồn gôc đá mẹ gồm 2 loại chính sau: khôi Macmacid
điển hình là đá Granite, thành phần chu yếu là thạch anh, ngoài ra còn có Mica.
Đất hình thành trên đá Granite thường có thành phần cơ giới nhẹ; đá trầm tích

ven biển tư 1.600 - 1.700 mm.
Mùa mưa tư tháng 9 - 12 với tổng lượng mưa mùa chiếm 70 - 77% tổng
lượng mưa năm, tháng mưa lớn tập trung vào hai tháng là tháng 10 - 11 chiếm 45 50% tổng lượng mưa năm, vì vậy lũ lớn thường xuất hiện vào hai tháng này.
Mùa khô tư tháng 1 - 8, tháng mưa ít nhất là tháng 2 - 4; trong thời ky này
vào tháng 5 - 6 thường có mưa lũ tiểu mãn với lượng mưa có thể đạt trên dưới 100
mm.
- Dòng chảy năm: dòng chảy sông ngòi tỉnh Bình Định chu yếu do mưa
cung cấp, nên sự phân bô cua dòng chảy tương tự sự phân bô cua mưa.
Độ sâu dòng chảy trên các lưu vực trong tỉnh khoảng 1.000 - 2.500 mm.
Biến đổi khoảng tư 900 - 1.000 mm ở vùng phía đông các huyện An Nhơn, Tuy

8


Phước theo hướng tây bắc lên khoảng 2.400 - 2.500 mm ở vùng núi huyện An Lão
và theo hướng tây nam lên khoảng 1.400 - 1.500 mm ở vùng núi huyện Vân Canh.

9


Lượng dòng chảy những tháng mùa lũ chiếm khoảng tư 71% - 73% lượng
dòng chảy cả năm, lượng dòng chảy những tháng mùa cạn chỉ chiếm khoảng tư
27% - 29% lượng dòng chảy cả năm.

Bảng 1.1: Cán cân nước các lưu vực sông Kôn - Hà Thanh
Tổng lượng (109m3 )

Lượng (mm)
TT



6,20

4,30

1,90

0,69

2

S.Hà Thanh

1.990

1.390

600

1,07

0,75

0,32

0,70

- Thuỷ triều: Biển Quy Nhơn có chế độ nhật triều không đều, biên độ triều
thay đổi không đáng kể; trong tháng có 18 - 22 ngày nhật triều đều, 2 lần triều
cuờng, 2 lần triều kém; thời gian triều dâng dài hơn rút. Biên độ triều 1,5 - 2,0 m,

thời gian di chuyển Đài KTTV đã quan trắc đồng thời mực nước cả 2 trạm trong
năm 2009, chuỗi sô liệu quan trắc đồng thời sau này sẽ được sử dụng tính toán
tương quan mực nước để điều chỉnh cấp báo động tại trạm Bình Nghi phục vụ
công tác phòng chông thiên tai và các đề tài nghiên cứu khoa học liên quan đến 2
trạm này.

11


Hình 1.1: Bản đồ lưu vực sông Kôn - Hà Thanh

11