(2)Ứng dụng công nghệ mô phỏng trong cảnh báo ngập lũ … 2

(1)

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học Huế Tập 2, Số 1 (2014)

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG

TRONG CẢNH BÁO NGẬP LŨ DO MƯA Ở THÀNH PHỐ HUẾ

Đinh Xuân Ngọc¹, Trần Hữu Tuyên^2*, Hoàng Ngô Tự Do², Lê Đình Thuận²

1 Sở GTVT Thừa Thiên Huế

2 Khoa Địa lý- Địa chất, Trường Đại học Khoa học Huế

*Email: thtuyen.hue@gmail.com

TÓM TẮT

Cùng với sự phát triển của khoa học máy tính, việc ứng dụng công nghệ mô phỏng trong nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên, cảnh báo, dự báo các tai biến tự nhiên và sự biến đổi môi trường ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta cũng như ở Khoa Địa lý – Địa chất. Thông qua các đề tài nghiên cứu khoa học, đã ứng dụng mô hình toán trong đánh giá, cảnh báo mức độ ngập lụt do mưa trên thành phố Huế trên quan hệ giữa lượng mưa, đặc điểm địa hình và hệ thống thoát nước theo các kịch bản cụ thể. Đây là một trong những kết quả chính của đề tài do ở T T thực hiện ng dụng mô hình h a và để cảnh áo ngập cục ộ trên một số tuyến đường ở thành phố uế .

Từ khóa: Mô phỏng, ngập lụt đô thị, thành phố Huế.

1. MỞ ĐẦU

Cùng với sự biến đối khí hậu và đô thị hóa, hệ thống thoát nước đô thị ngày càng xuống cấp, hiên tượng ngập lụt trong đô thị đang là ngày càng lớn và phổ biến ở các thành phố lớn ở Việt Nam, trong đó kể cả thành phố Huế. Hiện tại với sự điều tiết của các hồ chứa nước lớn trên thượng nguồn sông Hương vấn đề ngập lụt đô thị do nước sông chảy tràn sẽ được giảm thiểu nhưng thành phố sẽ phải đối mặt với nguy cơ ngập lụt do mưa với cường độ lớn trên độ thị và năng lực hệ thống thoát nước không đáp ứng được

Vấn đề cảnh báo nguy cơ ngập lụt đô thị, xác định nguyên nhân và các giải pháp giảm thiểu đã trở nên hết sức quan trọng và bức thiết. Trong nội dung bài báo này sẽ trình bày kết quả ứng dụng công nghệ mô hình hóa trên nền mô hình MIKE để cảnh báo nguy cơ ngập lụt đô thị Huế qua các kịch bản mưa với cường độ khác nhau. Do phạm vi bài báo có hạn, chúng tôi không đề cập đến cơ sở lý thuyết của mô hình, các công tác hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình mà đi sâu vào những kết quả đã đạt được.

(2)

Ứng dụng công nghệ mô phỏng trong cảnh báo ngập lũ …

2. NỘI DUNG CHÍNH 2.1. Phạm vi, nội dung nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu và sơ đồ thể hiện mối quan hệ giữa các nội dung nghiên cứu được thể hiện ở hình 1.

Hình 1. Phạm vi nghiên cứu và các nội dung nghiên cứu trong mô phỏng ngập lũ đô thị Huế

Nguyên tắc cảnh báo ngập úng đô thị, phương pháp tính toán mô phỏng từ lượng mưa bằng mô hình các mô hình toán được thể hiện ở hình 2.

Hình 2. Nguyên tắc cảnh báo ngập lụt cục bộ từ mưa trên đô thị qua mô hình MIKE

(3)

Việc cảnh báo ngập lụt đô thị Huế dựa trên các kịch bản tính toán được xây dựng theo các trận mưa thiết kế với các tần suất khác nhau. Đối với thành phố Huế là đô thị loại 1, cường độ mưa giới hạn được tính toán theo các tần suất xuất hiện là 2, 5 và 10 năm.

Có nhiều phương pháp xác định cường độ mưa giới hạn. Chúng tôi đã dựa vào số liệu quan trắc lượng mưa ngày lớn nhất trong hơn 100 qua của Trạm Khí tượng Huế để tính toán lượng mưa giới hạn (mm/3h) của thành phố Huế (Bảng 1). Biểu đồ phân bố của các trận mưa giới hạn được thể hiện ở hình 3.

Bảng 1. Cường độ mưa giới hạn (mm/3h) xác định theo các phương pháp

Tần suất xuất hiện (năm) 2 5 10

Lượng mưa 3h theo TCVN 7957-2008 112 134 150

Lượng mưa 3h theo Dự án cải thiện môi trường nước 85 92 101 Lượng mưa 3h theo phương pháp phân tích tần suất dựa trên số liệu quan

trắc mưa tại Huế từ 1900 đến nay

72 122 156

Hình 3. Biểu đồ phân bố mưa của các trận mưa thiết kế cho đô thị Huế

2.2.2. Mô phỏng ngập úng đô thị bằng mô hình 1D với trận mưa thực đo từ ngày 01/10/2010 đến ngày 03/10/2010 bằng mô hình MOUSE

Đây là trận mưa mà chúng tôi đã tiến hành quan trắc đo đạc mực nước, lưu lượng tại các cống thoát nước, độ sâu ngập tại cá tuyến đường. Chúng tôi đã tiến hành hiệu chỉnh mô hình thoát nước đô thị Huế dựa trên số liệu quan trắc này. Kết quả mô phỏng ngập lụt được thể hiện ở hình 4.

(4)

Độ sâu ngập lớn nhất (m) các tuyến đường ở Huế Mực nước các tuyến cống: Hùng Vương, Bến Nghé, Đống Đa

Hình 4. Một số kết quả mô phỏng ngập úng đô thị Huế trong trận mưa 1/10 đến 3/10/2010

2.2.3. Kết nối mô hình 1D và 2D, mô phỏng ngập lụt cục bộ đô thị Huế (MIKE FLOOD) Kết quả mô phỏng về độ sâu ngập lớn nhất, thời gian ngập trong trận mưa ngày 03/10/2010 như hình 5.

560000.0 561000.0 562000.0 563000.0 564000.0

[m]

1819500.0 1820000.0 1820500.0 1821000.0 1821500.0 1822000.0 1822500.0 1823000.0 1823500.0 1824000.0 1824500.0

[m] FLOOD Meter - Maximum HueTN_H8_2010.PRF ^[Meter]

0.50 <

0.40 0.50 0.30 0.40 0.20 0.30 0.10 0.20 0.00 0.10 < 0.00

0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0 500.0 550.0 600.0 650.0

[m]

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 [m]

Link Water Level - 3-10-2010 03:25:00 HueTN_H8_2010.PRF

HG0898

HG0895 HG0894

HG0888 HG0886

HG0903 HG0908

HG0911 HG0651

CX037

Ground Lev.

Invert lev.

Length Diameter Slope o/oo

[m]

2.81 2.67 2.70 2.943.123.09 3.57 3.88 3.88

1.20 1.10 1.20 1.201.301.54 1.57 1.40 1.23

219.63 113.18 135.42 74.97 19.66 79.05

0.60 0.80 0.60 0.60 0.60 0.80 0.80 0.80

0.46 6.32 0.00 0.19 2.24 8.90 9.17

m3/s

Discharge 0.100 -0.030 -0.175 -0.482 0.842 0.845

0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0 500.0 550.0 600.0 650.0 700.0 750.0 800.0

[m]

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 [m]

HG 2566

HG 2567

HG 2577

HG 3064

HG 2582

HG 2592

HG 2593

HG 3786

HG 3787

CX042

Ground Lev.

Invert lev.

[m]

2.67 2.54 2.732.48 2.962.59 3.51 3.75 3.59

0.74 0.74 0.791.08 0.850.72 0.99 0.98 0.79

44.02 206.27 184.84 87.07 123.34 92.38

0.80 0.60 0.60 0.80 0.80 1.00

0.00 0.21 1.23 3.19 0.12 3.17

m3/s

Discharge -0.036 -0.045 0.148 0.392 0.446 1.250

0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0 500.0 550.0 600.0 650.0 700.0 750.0 800.0 850.0

[m]

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 [m]

HG1317 HG2166

HG1309 HG1308

HG0073 HG1306

HG4838 HG2654

HG2432 HG2430

CX 026

Ground Lev.

Invert lev.

[m]

2.72 2.46 2.392.58 2.57 2.75 2.732.78 3.02 4.13

0.62 0.56 0.540.68 0.77 0.65 0.730.73 0.71 0.57

98.31 81.57 120.68 161.23 177.30 97.37 85.44

0.80 0.80 0.80 0.80 1.00 1.00 1.00

0.63 0.20 0.76 0.73 0.65 0.24 1.67

m3/s

Discharge -0.020 0.018 0.020 -0.049 -0.405 1.278 1.273

(5)

Hình 5. Kết quả mô phỏng ngập úng đô thị trong trận mưa ngày 03/10/2010

2.2.4. Xây dựng các bản đồ mức ngập lụt đô thị theo các kịch bản cảnh báo trên bài toán thoát nước đô thị từ kết quả dự báo trên mô hình MIKE

Dựa trên tần suất và trận mưa thiết kế cho đô thị Huế và cao độ mực nước lũ trên sông Hương (Trạm Kim Long), có 09 kịch bản cảnh báo được đề xuất (bảng 2).

Từ các kịch bản cảnh báo, dựa trên kết quả mô phỏng trên bộ mô hình MIKE, bộ bản đồ cảnh báo ngập úng cục bộ đã xây dựng: Độ sâu ngập (hình 6), Thời gian ngập (hình 7).

(6)

(7)

Hình 6. Bản đồ cảnh báo độ sâu ngập (m) ở một số các kịch bản Bảng 2. Các kịch bản tính toán phục vụ bài toán cảnh báo ngập úng đô thị TT Kịch

bản

Lượng

mưa mm/3h Mực nước

m TT Kịch

bản

Lượng mưa mm/3h

Mực nước m

1 R1H1 72 0,5 6 R2H1 122 0,5

2 R1H2 72 1,0 7 R2H2 122 1,0

3 R1H3 72 1,5 8 R2H3 122 1,5

4 R3H1 156 0,5 9 R3H2 156 1,0

5 R3H3 156 1,5

(8)

Hình 7. Bản đồ cảnh báo thời gian ngập (giây) ở một số các kịch bản

Dựa vào kết quả ở các kịch bản cảnh báo, diện tích ngập và số điểm ngập úng được thống kê như sau (bảng 3, hình 8):

Bảng 3. Thống kê các điểm ngập theo các kịch bản cảnh báo

Kịch bản

Thống kê điểm ngập Tổng

điểm ngập

Mức 1

<0,25m

Mức 2 0,25m-0,50m

Mức 3

>0,5m

R1H2 50 - 47 3

R2H1 129 - 122 7

R2H2 131 1 120 10

R2H3 131 1 125 5

R3H1 132 - 118 13

R3H2 142 1 129 10

R3H3 132 4 113 13

(9)

3. KẾT LUẬN

Diện tích ngập ở đô thị Huế ở các kịch bản cảnh báo dao động từ 58 ha đến 298 ha, tùy theo lượng mưa trên thành phố và mực nước sông Hương. Diện tích ngập không lớn ở trận mưa có cường độ 72 mm nhưng sẽ tăng rất nhanh ở các trận mưa có cường độ trong khoảng từ 122 mm đến 156 mm. Điều đó chứng tỏ hiện tượng ngập lụt ở Huế phụ thuộc chặt chẻ vào lượng mưa, nghĩa là hệ thống thoát nước không đũ khả năng thoát nước khi gặp trận mưa có cường độ lớn hơn 122 mm. Tượng tự như diện tích ngập, số lượng các điểm ngập úng ở đô thị Huế có diện tích lớn hơn 100 m² thay đổi từ 50 điểm đến 142 điểm. Tuy nhiên, quan hệ giữa lượng mưa và số điểm ngập không chặt do khi có mưa lớn, một số các các vùng ngập sẽ nhập với nhau và tạo thành một vùng ngập có diện tích lớn hơn.

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã được tiến hành trên địa bàn, tỉnh Thừa Thiên Huế cần tiếp tục đầu tư xây dựng bộ mô hình thủy văn – thủy lực cho đô thị Huế trong tính toán, dự báo ngập úng đô thị do mưa kết hợp với lũ thượng nguồn nhằm phục vụ cho bài toán qui hoạch đô thị, thiết kế hệ thống thoát nước, xây dựng các hành lang thoát lũ… Đây là một công cụ cần thiết trong điều kiện Huế không ngừng được mở rộng và phát triển để trở thành một đô thị hạt nhân của thành phố Thừa Thiên Huế trong thời gian sắp đến.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Đinh Xuân Ngọc (2012). “Ứng dụng công nghệ mô hình hóa và GIS trong giảm thiểu ngập lụt ở một số tuyến đường thành phố Huế”, Báo cáo tổng kết đề tài cấp tỉnh Thừa Thiên Huế.

[2]. TCVN 7957-2008. Thoát nước – Mạng lưới công trình bên ngoài – Tiêu chuẩn thiết kế, Hà Nội.

(10)

SIMULATION TECHNOLOGY APPLICATIONS IN THE FLOOD WARNING BY RAIN IN HUE CITY

Dinh Xuan Ngoc¹, Tran Huu Tuyen^2*, Hoang Ngo Tu Do², Le Dinh Thuan²

1 Thua Thien Hue Transport department

2 Department of Geography and Geology, Hue University of Sciences

*Email: thtuyen.hue@gmail.com ABSTRACT

Along with the development of computer science, the application of simulation technology in the study of natural resources, alerts, prediction of natural hazards and environmental change is used more and more widely in our country as well as in the Department of Geography - Geology. Through scientific research, mathematical models applied in assessment, stogether with alerting the flood level in Hue city based on the relationship between rainfall, topographic features and drainage system followed by specific scenarios.

This is one of the main study results that was carried out by the Department of Transportation Thua Thien Hue "Applied Modeling and GIS for warning of the locally flooded situation on some roads in Hue city" .

Keywords: Hue city, simulation, urban flood.