Ứng dụng mô hình mike flood tính toán ngập lụt hệ thống sông nhuệ

7
Tp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa hc Tnhiên và Công ngh27, S1S (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 phòng của cả nước, hơn nữa lưu vực Nhuệ Đáy lại thường xuyên chịu tác động của ngập lụt khi có mưa lớn. Do đó việc mô phỏng bức tranh ngập lụt được đặt ra cấp thiết hơn bao giờ hết. Chính vì vậy nghiên cứu thực hiện xây dựng bức tranh ngập lụt chi tiết cho khu vực theo các _______ Tác giliên hệ. ĐT: 0987761757. E-mail: [email protected] kịch bản khác nhau sử dụng mô hình MIKE FLOOD, phc vquy hoch, cnh báo, dbáo din ngp lt phc vcông tác ng phó nhanh, cũng như ước tính thit hi do thiên tai. MIKE FLOOD là mô hình thuđộng lc hc dòng chy kết ni 1&2 chiu, có khnăng mô phng mực nước và dòng chy trên sông, ca sông, vnh và ven biển, cũng như mô phỏng dòng không ổn định hai chiu ngang trên đồng bng ngập lũ. Nó kết hợp ưu điểm ca mô hình 1 chiu cho mạng lưới sông (thi gian mô phng ngn) ln li thế ca mô hình 2 chiu (mô phng chính xác din ngp lụt và trường vn tc trên bmặt đồng bng ngập lũ), đồng

Upload: khanh-tuyen

Post on 25-Nov-2015

24 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • Tp ch Khoa hc HQGHN, Khoa hc T nhin v Cng ngh 27, S 1S (2011) 37-43

    37

    ng dng m hnh MIKE FLOOD tnh ton ngp lt h thng sng Nhu - y trn a bn thnh ph H Ni

    ng nh c, Trn Ngc Anh, Nguyn Nh*, Nguyn Thanh Sn

    Khoa Kh tng Thy vn v Hi dng hc, Trng i hc Khoa hc T nhin, HQGHN, 334 Nguyn Tri, H Ni, Vit Nam

    Nhn ngy 29 thng 4 nm 2011

    Tm tt. Trong nhng nm gn y, bin i cc hin tng cc oan gy tn tht ln v ngi

    v ca nhiu a phng cng nh nhiu lnh vc hot ng kinh t - x hi. Do vn qun

    l l tr thnh trng im quc gia. Chnh v th vic xy dng bn ngp lt tr thnh mt

    bi ton ht sc cn thit cung cp c s cho cng tc qun l l. i vi bi ton t ra, nghin

    cu s dng MIKE FLOOD lm cng c m phng ngp lt h thng sng Nhu - y trn a

    bn thnh ph H Ni. Trong , m hnh NAM c s dng xy dng chui s liu dng

    chy t ma lm iu kin bin cho m hnh MIKE FLOOD. B thng s m hnh kt ni 1-2

    chiu c hiu chnh v kim nh cho hai trn l ln nm 1984 v 2008 ti trm Ph L, kt hp

    vi cc ti liu o c din ngp lt ca trn l lch s 2008. Kt qu cho thy m hnh m phng

    vi chnh xc tng i cao th hin kh nng ng dng ca m hnh trong cng tc xy dng

    bn ngp lt, bn tn thng cng nh cnh bo nguy c ng lt cho khu vc Thnh ph H

    Ni. Bi bo c hon thnh vi s h tr ca ti nhm A, i hc Quc gia H Ni,

    QGT.10-06

    T kha: MIKE FLOOD, bn ngp lt, h thng sng Nhu - y.

    1. M u

    Din bin phc tp ca bin i kh hu

    ton cu ko theo s bt thng ca ma ln, l

    lt ... L mt lu vc c v tr chin lc trong

    pht trin kinh t - x hi v an ninh quc

    phng ca c nc, hn na lu vc Nhu y

    li thng xuyn chu tc ng ca ngp lt khi

    c ma ln. Do vic m phng bc tranh

    ngp lt c t ra cp thit hn bao gi ht.

    Chnh v vy nghin cu thc hin xy dng

    bc tranh ngp lt chi tit cho khu vc theo cc

    _______ Tc gi lin h. T: 0987761757.

    E-mail: [email protected]

    kch bn khc nhau s dng m hnh MIKE

    FLOOD, phc v quy hoch, cnh bo, d bo

    din ngp lt phc v cng tc ng ph nhanh,

    cng nh c tnh thit hi do thin tai.

    MIKE FLOOD l m hnh thu ng lc

    hc dng chy kt ni 1&2 chiu, c kh nng

    m phng mc nc v dng chy trn sng,

    ca sng, vnh v ven bin, cng nh m phng

    dng khng n nh hai chiu ngang trn ng

    bng ngp l. N kt hp u im ca m hnh

    1 chiu cho mng li sng (thi gian m

    phng ngn) ln li th ca m hnh 2 chiu

    (m phng chnh xc din ngp lt v trng

    vn tc trn b mt ng bng ngp l), ng

  • .. c v nnk. / Tp ch Khoa hc HQGHN, Khoa hc T nhin v Cng ngh 27, S 1S (2011) 37-43 38

    thi tng thch vi cc cu trc GIS thng

    dng. Do MIKE FLOOD c c nhiu s

    quan tm ca cc nh nghin cu cng nh c

    nhiu ng dng trong thc tin Vit Nam v

    trn th gii [1,3]

    2. Gii thiu vng nghin cu

    Lu vc sng Nhu-y nm hu ngn

    sng Hng trong phm vi t 200 n 21020' v

    Bc v t 1050 n 106030' kinh ng,

    vi tng din tch t nhin l 7665 km2 (hnh 1),

    vng nghin cu l Thnh ph H Ni vi din

    tch 3344,6 km2, gm 9 qun, 18 huyn, 2 thnh

    ph; dn s: 6.451.909 ngi (2009).

    Sng y bt ngun t sng Hng thng

    qua h thng phn cha l Vn Cc, Phc Th

    chy qua H Ni, H Nam, Ninh Bnh v Nam

    nh trc khi ra bin ng ti ca y.

    Sng Nhu cng ly nc t sng Hng

    qua cng Lin Mc T Lim, H Ni chy

    qua cc tnh H Ni v H Ty ri vo sng

    y ti Ph L, tnh H Nam.

    Nm trn vng chu th sng Hng, lu

    vc sng Nhu - y nm tri di theo phng

    v tuyn t H Ni n Nam nh. a hnh lu

    vc c s phn ho tng phn th hin r nt

    theo hng Ty-ng v hng Bc-Nam.

    Pha Ty v Ty Nam l a hnh i ni

    chim khong 40% din tch, thp dn t ng

    Bc xung Ty Nam ra bin v t Ty sang

    ng. Phn ln l cc dy ni thp, cao

    trung bnh 400-600m, an xen c mt vi khi

    ni c cao trn 1000m nh Ba V (1296m),

    i Thi (1198m), Vin Nam (1031m)

    Din tch vng ng bng chim khong

    60% lnh th, a hnh kh bng phng c

    cao < 20 m v thp dn t Ty sang ng, t

    Ty Bc xung ng Nam, b chia ct bi h

    thng sng v knh mng chng cht. Vng

    ng bng c th c chia thnh 4 khu vc c

    c im khc nhau: Vng ng bng pha Bc,

    Vng ng bng trung tm, Vng ng bng

    pha Nam, Vng ng bng thung lng.

    Thng lu sng un khc, hp v dc,

    nhiu ghnh, nc chy xit, l nguy c to nn

    cc hin tng xi l, l qut...Trung lu v h

    lu c m rng, dng sng chy chm, kh

    nng thot nc km dn n tnh trng ngp l

    mi khi xut hin ma ln.

    Hnh 1. S lu vc h thng sng Nhu - y v vng nghin cu.

    Khu vc nghin cu ch yu l ng bng

    c bi p bi cc dng sng vi cc bi bi

    i, cao v bc thm, xen gia l cc vng trng

    vi cc h, m..., vi cao trung bnh t 5

    20m thp dn t Bc xung Nam, Ty sang

    ng, nghing khng ln nn khi c lng

    nc ln bt thng d xy ra ngp ng.

  • .. c v nnk. / Tp ch Khoa hc HQGHN, Khoa hc T nhin v Cng ngh 27, S 1S (2011) 37-43 39

    3. Gii thiu m hnh MIKE FLOOD

    Dng chy trong vng ngp l l dng chy

    2 chiu theo phng ngang, va c dng chy

    tp trung trong cc mng li sng sui va c

    dng chy trn trn b mt, do vy nu s dng

    m hnh 2 chiu m phng qu trnh ny th

    yu cu li tnh kh chi tit m t chnh

    xc nh hng ca dng chy tp trung trong

    cc knh, rnh. Mt khc, dng chy trn trn

    b mt ch xut hin khi c mc nc trong

    sng cao hn cao trnh b (hoc ), v th

    gim thi gian v khi lng tnh ton c th

    kt hp cc u im ca c m hnh 1 v 2

    chiu bng cch kch hot m un tnh ton 2

    chiu khi xut hin dng chy trn. M hnh

    MIKE FLOOD thc hin cc kt ni gia m

    hnh MIKE 11 (tnh ton thy lc mng sng 1

    chiu) vi m hnh MIKE 21 (m phng dng

    chy nc nng 2 chiu theo phng ngang)

    bng 4 loi kt ni: a) kt ni tiu chun: s

    dng khi mt nhnh sng mt chiu trc tip

    vo vng ngp 2 chiu; b) kt ni bn: s dng

    khi mt nhnh sng nm k vng ngp, v khi

    mc nc trong sng cao hn cao trnh b th

    s kt ni vi li tng ng ca m hnh 2

    chiu; c) kt ni cng trnh (n): s dng cc

    dng lin kt qua cng trnh; v d) kt ni kh

    (zero flow link): l kt ni khng cho dng

    chy trn qua [1, 4-6].

    M hnh MIKE FLOOD c pht trin bi

    Vin Thy lc an Mch (DHI) thc cht l

    phn mm lin kt gia m hnh MIKE 11 v

    MIKE 21 c xy dng trc . B m

    hnh ny c th tch hp nhiu m un khc

    nhau, nhng trong khun kh nghin cu ny

    ch s dng m un RR (m hnh ma-dng

    chy NAM) to dng chy bin u vo cho

    m hnh thy lc mng sng (HD) kt hp vi

    m hnh thy lc 2 chiu MIKE 21 [1, 4-6].

    4. ng dng MIKE FLOOD tnh ton ngp lt lu vc Nhu - y trn a bn Thnh Ph H Ni

    4.1. Xy dng c s d liu

    - D liu a hnh: Bn s cao khu

    vc nghin cu c xy dng vi phn gii

    30x30m t bn a hnh t l 1: 25.000 kt

    hp vi mt s cc s liu cao b sung thu

    thp t cc ngun khc nhau [4]. Cc mt ct

    ngang sng cho khu vc nghin cu thu thp

    gm: 39 mt ct trn sng y, 26 mt ct trn

    sng Nhu, 20 mt ct trn sng Tch v 12 mt

    ct trn sng Hong Long.

    - D liu kh tng thu vn: bao gm s

    liu ma ngy, ma gi ti Lng, H ng, Ba

    Th, Sn Ty, Hng Thi, Ph L cc nm 1984

    v 2008; mc nc gi ti cc trm: Ph L,

    Ninh Bnh cc nm 1984 v 2008; s liu trch

    l lu lng ti trm Ba Th nm 1972, 1978.

    Trn ton b vng nghin cu hin nay khng

    c trm o lu lng, do vy lm c s cho

    vic hiu chnh v kim nh m hnh ma-

    dng chy (NAM), s liu lu lng trm Ba

    Th nm 1972 v 1978 c s dng.

    4.2. Thit lp m hnh MIKE FLOOD cho h thng sng Nhu - y

    - Xy dng mng li thu lc mt chiu

    Mng li thy vn khu vc nghin cu

    c m t bng s thy lc bao gm sng

    chnh l sng y vi chiu di 182 km, 39

    mt ct, bin trn l trm thy vn p y,

    bin di l trm thy vn Ninh Bnh, sng

    Nhu vi chiu di 74 km vi 26 mt ct, bin

    trn ly ti v tr cng Lin Mc, vo dng

    chnh sng y ti ng ba Ph L. Ngoi ra,

    mng thy lc cn bao gm mt s sng nh

    sng Tch, sng Hong Long (hnh 2).

  • .. c v nnk. / Tp ch Khoa hc HQGHN, Khoa hc T nhin v Cng ngh 27, S 1S (2011) 37-43 40

    Hnh 2. S thy lc h thng sng Nhu - y.

    - Xy dng mng thy lc hai chiu

    Gii hn vng ngp h lu c xc nh

    trn c s bn a hnh kt hp vi mt s

    ti liu kho st cc trn l lch s nhm m

    bo bao trm ton b vng ngp lt ti a. Bn

    DEM khu vc nghin cu vi phn gii

    30 x 30m xy dng trn c s dng lm

    nn a hnh cho m hnh MIKE 21. Nn a

    hnh ny c kt hp vi cc ti liu mng

    li ng st, ng quc l v tnh l trong

    khu vc. Khu vc nghin cu c ri rc ha

    theo li phn t hu hn (FEM) vi khong

    cch cc li l t 200 1000 m. V

    1.000.000 m2, gc

    nh nht 30o ton b vng ngp lt chia

    27.846 6.678 3).

    - Kt ni (Coupling) trong MIKE FLOOD

    v

    tnh ton trong MIKE 11 v MIKE 21,

    chng trong MIKE FLOOD vi

    trong 1.

    4.3. Hiu chnh, kim nh MIKE FLOOD

    tnh ton, m phng qu trnh dng chy

    l trn lu vc bng m hnh thy vn, thy lc

    cn thc hin cc bc hiu chnh v kim nh

    b thng s cho m hnh tnh ton. Do bin u

    vo ca m hnh MIKE FLOOD phi tnh gin

    tip t ma bng m hnh NAM, do vy trc

    ht phi kim nh v hiu chnh m hnh NAM

    - Hiu chnh v kim nh m hnh NAM

    Da trn tnh hnh ti liu o c lu lng

    ti trm Ba Th trn l nm 1972 v 1978, hai

    trn l c s liu lu lng thc o ny c

    la chn hiu chnh v kim nh m hnh.

    C th:Trn l 23/07/1972 n 20/09/1972 s

    dng cho hiu chnh. Trn l t 28/8/1978 n

    19/10/1978 s dng cho kim nh

    Kt qu hiu chnh v kim nh NAM ti

    Ba Th c th hin trong cc hnh 4 v 5. Ch

    s Nash c s dng nh hm mc tiu trong

    nghin cu, kt qu hiu chnh l 84.6% v

    kim nh l 73,4% u t loi kh v m

    bo yu cu cho cc bc tnh ton tip theo.

    - nh gi kt qu tnh din ngp lt trn l

    2008

    Nhm mc tiu nh gi kh nng tnh ton

    din ngp lt bng m hnh kt ni xy

    dng, kt qu tnh ton c xut ra di dng

    file ASCII, v x l bng phn mm ArcGis 9.3

    nhm xy dng vng ngp lt vi su ngp

    khc nhau thnh cc lp thng tin (layer) trn

    GIS. T kt hp lp ranh gii hnh chnh c

    sn, xc nh din ngp ng cc mc ngp su

    cho ton vng. S liu tnh ton c so snh

    vi nh v tinh c chp ngy 7/11/2011. Tuy

    khng bt c thi gian xut hin nh l,

    nhng phn no cng phn nh c din ngp

    tnh ton ph hp vi thc t. Bn din tch

    ngp lt tng ng vi trn l 2008 c

    xy dng vi t l 1/25.000 v c minh ha

    trong hnh 9.

  • .. c v nnk. / Tp ch Khoa hc HQGHN, Khoa hc T nhin v Cng ngh 27, S 1S (2011) 37-43 41

    Tn sng Mun Coupling trong Mike 21

    y HD Bn 474

    Nhu HD Bn 250

    Tch HD Bn 304

    Hong Long HD Bn 128

    Hnh 3. S li phn t hu hn dng trong m hnh 2 chiu.

    Hnh 4. Kt qu hiu chnh m hnh NAM.

    Hnh 5. Kt qu kim nh m hnh NAM.

    Hnh 6. Kt qu hiu chnh m hnh MIKE FLOOD ti Ph L (1984).

    Hnh 7. Kt qu kim nh m hnh MIKE FLOOD

    ti H ng (2008).

  • .. c v nnk. / Tp ch Khoa hc HQGHN, Khoa hc T nhin v Cng ngh 27, S 1S (2011) 37-43 42

    5. Kt lun

    M hnh MIKE FLOOD ng dng tnh ton

    ngp lt cho khu vc sng Nhu - y trn a

    bn Thnh ph H Ni c hiu chnh v kim

    nh vi kt qu nh gi theo ch tiu Nash

    u trn 90%. Ring vi din ngp, so snh nh

    v tinh chp ngy 7/11/2011 cho thy m hnh

    m phng kh ph hp vi thc t.

    Hnh 8. Kt qu kim nh m hnh MIKE FLOOD trm Ph L (2008).

    Hnh 9. Bn ngp lt lu vc sng Nhu - y trn a bn Thnh ph H Ni.

    iu ny th hin kh nng m phng tt qu trnh ngp lt trn lu vc nghin cu ca m hnh. Tc gi cng ang tip tc hon thin m hnh nh kho st b sung vt l, chi tit hn bn a hnh v cc loi ti liu khc hng ti vic s dng m hnh ny trong cng tc m phng l tn sut, xy dng cc kch bn l, nh gi tnh d b tn thng gy ra do ngp lt trn lu vc sng Nhu - y phc v cng tc cnh bo, d bo, phng chng gim nh thin tai.

    Bng 11. Din tch ngp ln nht theo cc cp cao trong trn l nm 1984 v 2008 trn a bn Thnh ph H Ni

    Mc ngp 0.1- 0.5m 0.5- 1m 1- 2m 2- 3m >3m

    Din tch ngp (Km2) Trn l 1984 269.2 402.1 78.8 4.3 1.1

    Trn l 2008 282.7 394.7 76.4 5.2 1.6

    Ti liu tham kho

    [1] Hong Thi Bnh, Xy dng bn ngp lt h

    lu h thng sng Nht L (M Trung - Tm Lu -

    ng Hi), Lun vn Thc s khoa hc, Trng

    i hc Khoa hc T nhin, i hc Quc gia H

    Ni, 2009.

    [2] Nguyn Vn C v nnk, Bo co kt qu d n

    KHCN cp nh nc: mi trng sng Nhu- y

    phn I, H Ni, 2003.

  • .. c v nnk. / Tp ch Khoa hc HQGHN, Khoa hc T nhin v Cng ngh 27, S 1S (2011) 37-43 43

    [3] ng nh Kh, ng dng m hnh MIKE

    FLOOD tnh ton mc ngp lt khu vc Bc

    Thng Tn, kha lun tt nghip, trng i hc

    Khoa hc T nhin, i hc Quc gia H Ni, 2009.

    [4] ng nh c, Th nghim kh nng m phng

    mc ngp lt m hnh MIKE FLOOD trn lu

    vc sng Nhu - y, Bo co khoa hc, trng

    i hc Khoa hc T nhin, HQGHN, 2010.

    [5] Denmark Hydraulic Institute (DHI), 2007,

    MIKE FLOOD Reference Manual DHI, 514 pp.

    [6] Denmark Hydraulic Institute (DHI), 2007,

    MIKE FLOOD User Guide DHI, 514 pp.

    Simulation of flood inundation using MIKE FLOOD model in

    Nhue - Day river system - Ha Noi city

    Dang Dinh Duc, Tran Ngoc Anh, Nguyen Y Nhu, Nguyen Thanh Son

    Faculty of Hydro-Meteorology & Oceanography, Hanoi University of Science, VNU,

    334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam

    In recent years, variation of extreme events causes damage to human and properties of many local

    region as well as eco-societies activities. Flood management problem is therefore a national focus.

    Thus, flood mapping becomes the neccessary problem, provides a basis for flood management goals.

    To this problem, the research applied MIKE FLOOD to simulation of inundation in Nhue Day river

    basin within Ha Noi. In which, NAM is used to produce flow from rainfall and these simulated flow is

    applied to a boundary condition of MIKE FLOOD. Observed headwater data of 2 historical flood

    events, 1984 and 2008, at Phu Ly station and inundation area data of the flood event in 2008 are used

    to optimize the parameter set of 1-2 dimensional model. The results indicated that this model achieves

    a fairly high accuracy, reveals ability to apply to inundation vulnerable mapping as well as flood risk

    warning for Ha Noi. This study is completed with the support of A project group, Vietnam National

    University, QGT.10-06

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