GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH CẢNH BÁO NGUY CƠ NGẬP LŨ LƯU VỰC SÔNG LẠI GIANG, TỈNH BÌNH ĐỊNH
Trần Hữu Tuyên*, Nguyễn Hữu Xuân**, Đỗ Thị Việt Hương*, Trần Nguyễn Hữu Nguyên*
*Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế, ** Đại học Qui Nhơn
Tóm tắt: Ngập lũ là thiên tai tự nhiên thường xuyên xảy ra trên các lưu vực sông ở các tỉnh miền Trung, trong đó có lưu vực sông Lại Giang, tỉnh Bình Định. Với đặc điểm lưu vực sông thường ngắn, dốc; mưa có cường độ lớn và tập trung trong thời gian ngắn, nên thời gian truyền lũ về hạ lưu thường rất ngắn, khoảng từ 3 giờ và 6 giờ. Đây là khó khăn rất lớn trong các bài toán dự báo, cảnh báo ngập lũ vùng hạ lưu trong việc đảm bảo thời gian dự báo lũ nhằm đáp ứng kịp thời cho công tác phòng tránh thiên tai. Các phương pháp dự báo lũ trên mô hình thủy văn – thủy lực, đặc biệt trên mô hình hai chiều thường cho kết quả chính xác, trực quan trên diện rộng nhưng thời gian tính toán trên máy tính thường rất dài nên khó ứng dụng trong thực tế. Trong bài báo này, trên cơ sở ứng dụng tổ hợp phương pháp mô hình hóa và GIS, trình bày chương trình cảnh báo nguy cơ ngập lũ lưu vực sông Lại Giang từ lượng mưa dự báo. Chương trình được xây dựng theo phương pháp nhận dạng tượng tự từ kết quả mô phỏng ngập lũ của 48 kịch bản mưa khác nhau trên lưu vực sông Lại Giang. Mặc dù có một số hạn chế, nhưng chương trình đáp ứng được thời gian dự báo, đáp ứng được mục tiêu cảnh báo ngập lũ trên lưu vực sông Lại Giang.
Từ khóa: ngập lũ, Lại Giang, mô phỏng, MIKE, GIS.
1. Đặt vấn đề
Sông Lại Giang, một trong những con sông lớn ở phía Bắc tỉnh Bình Định với diện tích toàn lưu vực 1.683,27 km2, dân số ước tính năm 2010 khoảng 325.748 người, là nơi tập trung khá nhiều tiềm lực để phát triển kinh tế nông lâm nghiệp của địa phương. Trên lưu vực sông Lại Giang, mạng lưới sông được hình thành dựa vào 2 nhánh sông chính là An Lão và Kim Sơn hợp lưu tại ngã 3 Phú Vân rồi đổ ra biển qua cửa Lại Giang. Đoạn sông Lại Giang từ hợp lưu ngã 3 Phú Vân ra biển dài khoảng 23.000 m được tạo bởi 2 đoạn sông hình cong móc câu nối tiếp với 2 đoạn sông thẳng quá độ và nối với cửa sông nhỏ hẹp thường xuyên biến đổi vị trí và bị bồi lấp thu hẹp. Do tác động của các yếu tố khí tượng – thủy văn, nên hiện tượng ngập lũ xảy ra trên lưu vực sông Lại Giang thường có tần suất cao, cường độ lớn, xảy ra trên diện rộng, ... gây tác động bất lợi đến sự phát triển kinh tế - xã hội, để lại nhiều tổn thất to lớn về cơ sở hạ tầng và tính mạng của người dân. Chính vì vậy, vấn đề dự báo, cảnh báo nguy cơ ngập lụt, lũ quét là một đòi hỏi cấp thiết hiện nay.
Với mong muốn có một công cụ cảnh báo nguy cơ ngập lũ phục vụ cho công tác phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai, đã xây dựng chương trình (phần mềm) FFBDi (Flash Flood Binh Dinh). Phần mềm được xây dựng trên nguyên tắc “nhận dạng tương tự” trên cơ sở kết hợp ưu điểm của hai phương pháp: Mô hình hóa và GIS, vừa đáp ứng được độ chính xác cần thiết, vừa đảm bảo được thời gian cảnh báo và thuận tiện cho người sử dụng.
2. Nội dung chính.
2.1. Giới thiệu chương trình FFBDi.
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp dự báo, cảnh báo ngập lũ khu vực hạ lưu. Tuy nhiên, do đặc điểm địa hình trên các lưu vực miền Trung cũng như sông Lại Giang nên thời gian truyền lũ từ thượng lưu về hạ lưu rất nhanh (khoảng từ 6h đến 8h), số lượng các trạm đo mưa trên các lưu vực sông Lại Giang rất thấp, việc dự báo mưa định lượng (trước 12h hoặc 24h) vẫn còn rất khó khăn, nên việc dự báo ngập lũ theo thời gian với độ chính xác cần thiết gần như không thể thực hiện được. Trong khi việc dự báo lũ dựa trên các phần mềm thủy văn – thủy lực như các mô hình MIKE, HEC, SOBEK … có độ chính xác cao, nhưng thời gian chạy chương trình kéo dài nên không đáp ứng được nhu cầu nhanh chóng, kịp thời cho công tác phòng tránh thiên tai. Để khắc phục hạn chế trên, phương pháp nhận dạng tương tự trận ngập lũ theo lượng mưa dự báo qua so sánh, đối chiếu từ nhiều trận ngập lụt đã được mô phỏng, dự báo từ các phần mềm MIKE đã được xây dựng cho lưu vực sông Lại Giang.
Phần mềm FFBDi được xây dựng trên nền hệ điều hành Windows với hai thư viện chính: NET.
FrameWork 4.5 và MapWindowGIS. Phần mềm tương thích với các hệ điều hành WindowXP, Window 7, Window 8 và các máy tính xách tay (laptop) hoặc để bàn (desktop). Yêu cầu phần cứng: Dung lượng ổ cứng trên 2Gb, Ram tối thiểu 1Gb. Việc cài đặt phần mềm rất đơn giản, chỉ cần click vào file setup.exe và làm theo hướng dẩn của chương trình.
2.2. Thiết kế và xây dựng chương trình FFBDi
Các trận mưa được lựa chọn trong tính toán hoặc dự báo là các trận mưa ngày (mưa 24h) tại Trạm Thủy văn An Hòa, Bình Sơn trên lưu vực sông Lại Giang.
Dựa trên mô hình MIKE FLOOD kết hợp giữa mô hình một chiều MIKE11 (lũ trên sông) và hai chiều MIKE21 FM (lũ tràn đồng) do chúng tôi xây dựng, đã được hiệu chỉnh và kiểm nghiệm, chúng tôi đã tiến hành mô phỏng dòng chảy và ngập lũ trên lưu vực sông Lại Giang (Hình 1) với nhiều lượng mưa khác nhau. Có có 48 kịch bản đã được xây dựng dựa trên số liệu các trận mưa ngày xảy ra rên lưu vực có cường độ từ 100 mm/ngày đến 550 mm/ngày. Kết quả mô phỏng đã cho 48 bản đồ ngập lũ: độ sâu ngập lớn nhất, vận tốc và hướng dòng chảy lũ, thời gian ngập lũ của lưu vực sông Lại Giang ứng với 48 lượng mưa khác nhau (Hình 2).
a. Vị trí các mặt cắt trong hệ thống trên sông Lại Giang
b. Vị trí gán biên trong mô hình MIKE 11 trên sông Lại Giang
c. Lưới tính hai chiều lưu vực sông Lại Giang MIKE 21FM
Hình 1. Mạng lưới tính toán trong mô hình MIKE 11 và MIKE 21FM lưu vực sông Lại Giang
Độ sâu ngập lớn nhất sông Lại Giang Vận tốc dòng chảy lớn nhất sông Lại Giang Hình 2. Một số các kết quả mô phỏng dòng chảy và mức độ ngập lũ trên lưu vực sông Lại Giang
Kết quả của các bài toán mô phỏng được chuyển thành một seri bản đồ ngập lụt (dựa trên độ sâu ngập lụt lớn nhất) tương ứng với các trận mưa khác nhau trên nền GIS với khuôn dạng shapfile. Với kích thước mạng lưới tam giác từ 25 m đến 100 m, thời gian mô phỏng ngập lũ bằng mô hình MIKE FLOOD trên máy tính cho một trận lũ khoảng 18h. Thời gian tính toán trong máy tính quá dài lớn hơn thời gian truyền lũ cũng là hạn chế trong việc sử dụng phương pháp mô hình hóa trong bài toán dự báo. Với cách tiếp cận đề tài trong xây dựng chương trình FFBDi, hạn chế về thời gian đã được khắc phục.
2.3. Cấu trúc và giao diện chương trình
Giao diện chương trình sau khi cài đặt, chạy gồm các khối thông tin (Hình 3):
Hình 3. Giao diện chính của chương trình FFBDi
1. Khối dữ liệu đầu vào: Nhập lượng mưa trung bình ngày dự báo trên các lưu vực sông Lại Giang, có thể lấy theo các bản tin dự báo của ngành Khí tượng – Thủy văn.
2. Khối điều khiển: Các nút điều khiển hiển thị bản đồ gồm: Out (thu nhỏ), In (Phóng to), Full (xem toàn bộ bản đồ) và Pan (di chuyển bản đồ).
Nút START được chọn để chương trình bắt đầu tính toán. Chương trình sẽ thoát khi click vào nút x ở bên phải và phía trên màn hình.
3. Khối bản đồ nền: Tùy theo mục đích, người sử dụng có thể thể hiện hoặc tắt các bản đồ nền: Dân cư, Cơ sở hạ tầng, Quốc lộ-Tỉnh lộ, Đường liên xã (loại đường khác), Sông, Suối, Hành chính (ranh giới và tên các xã trong tỉnh) và Địa hình (DEM). Lưu ý, nếu không chọn DEM, bản đồ sẽ hiển thị bản đồ Google Map và thời gian tính toán sẽ giảm đáng kể.
4. Khối dữ liệu đầu ra, gồm hai loại:
a. Khối bản đồ: thể hiện bản đồ độ sâu ngập (nếu chọn phương án ngập lũ) hoặc bản đồ nguy cơ lũ quét (nếu chọn phương án lũ quét) theo dữ liệu mưa được nhập ở khối dữ liệu đầu vào.
b. Ngoài ra, còn thể hiện các bản đồ được chọn trong khối bản đồ nền.
c. Khối dữ liệu: Thể hiện mực nước tại các Trạm Thủy văn chính: Bồng Sơn và độ sâu ngập tại một số điểm chính trên bản đồ.
Để tạo thuận lợi cho người sử dụng, giao diện chương trình trên một màn hình duy nhất.
2.4. Một số kết quả của chương trình FFBDi.
Tùy theo số lượng thông tin được lựa chọn để hiển thị, thời gian chạy chương trình FFBDi chỉ khoảng từ 1 đến 5s. Một số kết quả của chương trình (ảnh chụp từ màn hình).
a. Bản đồ cảnh báo ngập lũ khi tất cả các thông tin được chọn (Hình 4)
Hình 4. Cảnh báo nguy cơ ngập lũ theo lượng mưa dự báo (lượng mưa xem ở trên hình 4) b. Bản đồ cảnh báo ngập lũ quét khi một số thông tin được chọn (Hình 5)
Hình 5. Cảnh báo nguy cơ lũ quét theo lượng mưa dự báo (lượng mưa xem thông tin ở trên hình) c. Bản đồ cảnh báo nguy cơ ngập trên nền Google Map (Hình 6)
Hình 6. Cảnh báo nguy cơ ngập theo lượng mưa dự báo trên nền Google Map 3. Kết luận và khuyến nghị
Chương trình FFBDi được xây dựng trong khuôn khổ đề tài “Xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ xảy ra lũ quét, lũ ống tỉnh Bình Định và đề xuất các giải pháp phòng tránh” với mục tiêu chính là xây dựng được các bản đồ nguy cơ lũ quét, lũ ống. Để phù hợp với mục tiêu như trên, các trận mưa thời đoạn ngắn (mưa ngày) đã được chúng tôi lựa chọn để xây dựng chương trình cảnh báo FFBDi. Với ưu điểm là trực quan, dể sử dụng, có được độ chính xác cần thiết cho công tác cảnh báo, thời gian đáp ứng nhanh có thể cài đặt trên nhiều máy tính; chương trình cảnh báo nguy cơ ngập lũ, lũ quét theo lượng mưa dự báo trên lưu vực sông Lại Giang, tỉnh Bình Định sẽ phục vụ kịp thời công tác phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai trong mùa mưa lũ. Các kết quả của chương trình FFBDi mang lại phù hợp với thực tế và có tác dụng cảnh báo nguy cơ ngập lụt, lũ quét theo lượng mưa dự báo trên lưu vực sông của khu vực nghiên cứu. Cần xây dựng chương trình cảnh báo trên nền FFBDi trên cơ sở bổ sung các số liệu đầu vào cho mô hình: số liệu từ các trạm đo mưa, lượng mưa và các biểu đồ phân bố mưa dự báo, sự điều tiết các hồ chứa, quá trình đô thị hóa và các kịch bản biến đổi khí hậu.
Tài liệu tham khảo
Trịnh Việt An (2009), Nghiên cứu giải pháp KHCN chống bồi lấp, ổn định thoát lũ cửa sông Lại Giang. Báo cáo tổng kết đề tài cấp Nhà nước.
Nguyễn Tấn Hương (2009), Xây dựng bản đồ nguy cơ ngập lụt tỉnh Bình Định, Báo cáo tổng kết đề tài, Lưu trữ tại Sở KHCN Bình Định.
Nguyễn Tấn Hương (2005), Đặc điểm Khí hậu Thủy văn tỉnh Bình Định. Báo cáo tổng kết đề tài. Lưu trữ tại Sở KHCN Bình Định.
Trần Hữu Tuyên (2014), Xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ xảy ra lũ quét, lũ ống tỉnh Bình Định và đề xuất các giải pháp phòng chống. Báo cáo tổng kết đề tài cấp tỉnh. Lưu trữ tại Sở KHCN Bình Định.
Lê Đình Thuận, Trần Hữu Tuyên, Tống Phước Hoàng Sơn (2015), Ứng dụng viễn thám xây dựng bản đồ hiện trạng lũ quét tỉnh Bình Định. Kỷ yếu Hội nghị GIS 2015.
INTRODUCTION THE PROGRAM OF RISK WARNING ABOUNT FLOODED IN LAI GIANG RIVER BASIN, BINH DINH PROVINCE
Tran Huu Tuyen*, Nguyen Huu Xuan**, Do Thi Viet Huong*, Tran Nguyen Huu Nguyen*
*Hue University of Sciences, ** Qui Nhon University
Summary: Flooding as natural disasters often occur in river basins in the central provinces, including Lai Giang river basin, Binh Dinh Province. Featuring a river basin are short, steep; intense rainfall and focus, so the time passed downstream flooding is usually very short, about 3 hours and 6 hours. This is the great difficulty in forecasting problems, warning flooding downstream in ensuring flood prediction time to respond promptly to avoid disaster prevention. The flood forecasting methods in hydrological - hydraulic modeling, especially on a two-dimensional model usually results in accurate, intuitive but computational time on the computer very long difficult in practical applications . In this paper, on the basis of applying combinatorial methods of modeling and GIS, the program presents the risk warnings flooded Lai Giang river basin from the rainfall forecast. The program is built in the analog identification method simulation results from flooding of rain 48 different scenarios on Lai Giang river basin. Although there are some restrictions, but programs to meet forecast period, meet the goals flooding warning Lai Giang river basin.
Keywords: flooding, Lai Giang, simulation, MIKE, GIS.
