Luận văn Nghiên cứu xây dựng bản đồ tính dễ bị tổn thương cho lưu vực sông Nhuệ Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội

lượng đọng, vùng trũng và bề mặt đất. Tham số này ảnh hưởng chủ yếu tới dòng tràn mặt đất/ độ thấm, sự thoát/ bốc hơi nước, dòng hội lưu. Kết quả nếu tăng Umax thì dòng 36 tràn mặt đất giảm (đặc biệt là khi bắt đầu giai đoạn ướt), bốc hơi nhiều hơn, độ thấm giảm, dòng hội lưu cao hơn. Thường thì : Umax  0,1Lmax Umax  10-20 mm CQOF: Là hệ số dòng chảy tràn mặt đất. Xác định dòng chảy tràn mặt đất và độ thấm. ứng với các giá trị CQOF khác nhau dẫn tới sự khác biệt giữa dòng chảy tràn mặt đất và độ thấm. CQIF: Là hệ số tiêu dòng chảy sát mặt (interflow drainage coefficient). CQIF thông thường = 500-1000 giờ. Kết quả nếu tăng CQIF thì dòng chảy mặt khuyếch đại tuyến tính, độ thấm giảm, dòng tràn mặt đất giảm. CK1,2: Là hằng số thời gian đối với đường quá trình dòng chảy. CK1 và CK2 đối với đường quá trình dòng chảy tràn mặt đất và dòng chảy sát mặt dọc theo độ dốc lưu vực và thông qua các lòng dẫn xuống cống thoát nước của lưu vực. Thiết lập thông thường CK1 = CK2. c) Dữ liệu đầu vào, đầu ra của mô hình NAM - Đầu vào của mô hình NAM Dữ liệu đầu vào của mô hình NAM bao gồm: Số liệu mưa thực đo của trạm khí tượng, số liệu bốc hơi trung bình và lưu lượng ở mặt cắt cửa ra với diện tích của lưu vực mà mưa rơi xuống. Các thông số mô phỏng bao gồm: Số lưu vực bộ phận, diện tích từng lưu vực bộ phận, các điều kiện ban đầu của lượng ẩm trong các bể và các thành phần dòng chảy. - Đầu ra của mô hình NAM Kết quả của mô hình NAM được mô phỏng qua đường quá trình lưu lượng theo thời gian. 2.5.1.2. Cơ sở lý thuyết mô hình diễn toán thủy lực Mike 11 Hệ phương tr ình Mô hình MIKE 11 là mô hình tính toán mạng sông dựa trên việc giải hệ phương trình một chiều Saint -Venant: 37 Phương trình liên tục: t A x Q      (2.5) hoặc 0      t h b x Q (2.6) Phương trình chuyển động: 0 2 2                ARC QgQ x h gA x A Q t Q  . (2.7) Trong đó: A là diện tích mặt cắt ngang (m2); t là thời gian (s); Q là lưu lượng nước (m3/s); x là biến không gian; g là gia tốc trọng trường (m/s2);  là mật độ của nước (kg/m3); b là độ rộng của lòng dẫn (m) và R là bán kính thủy lực (m). Phương pháp giải Hệ phương trình Saint - Venant về nguyên lý là không giải được bằng các phương pháp giải tích, vì thế trong thực tế tính toán người ta phải giải gần đúng bằng cách rời rạc hóa hệ phương trình. Có nhiều phương pháp rời rạc hóa hệ phương trình, và trong mô hình MIKE 11, các tác giả đã sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott. Điều kiện biên và điều k iện ban đầu Hệ phương trình (2.5 - 2.7) khi được rời rạc theo không gian và thời gian sẽ gồm có số lượng phương trình luôn ít hơn số biến số, vì thế để khép kín hệ phương trình này cần phải có các điều kiện biên và điều kiện ban đầu. Trong mô hình MIKE 11, điều kiện biên của mô hình khá linh hoạt, có thể là điều kiện biên hở hoặc điều kiện biên kín. Điều kiện biên kín là điều kiện tại biên đó không có trao đổi nước với bên ngoài. Điều kiện biên hở có thể là đường quá trình của mực nước theo thời gian hoặc của lưu lượng theo thời gian, hoặc có thể là hằng số. Các điều kiện ban đầu bao gồm mực nước và lưu lượng trên khu vực nghiên cứu. Thường lấy lưu lượng xấp xỉ bằng 0 còn mực nước lấy bằng mực nước trung bình. 38 Điều kiện ổn định Để sơ đồ sai phân hữu hạn ổn định và chính xác, cần tuân thủ các điều kiện sau: - Địa hình phải đủ tốt để mực nước và lưu lượng được giải một cách thoả đáng. Giá trị tối đa cho phép đối với x phải được chọn trên cơ sở này. - Điều kiện Courant dưới đây có thể dùng như một hướng dẫn để chọn bước thời gian sao cho đồng thời thoả mãn được các điều kiện trên. Điển hình, giá trị của Cr là 10 đến 15, nhưng các giá trị lớn hơn (lên đến 100) đã được sử dụng: x gyVt Cr    )( với V là vận tốc. Cr thể hiện tốc độ nhiễu động sóng tại nước nông (biên độ nhỏ). Số Courant biểu thị số các điểm lưới trong một bước sóng phát sinh từ một nhiễu động di chuyển trong một bước thời gian. Sơ đồ sai phân hữu hạn dùng trong MIKE 11 (sơ đồ 6 điểm Abbott), cho phép số Courant từ 10- 20 nếu dòng chảy dưới phân giới (số Froude nhỏ hơn 1). 2.5.2. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 21 Hệ phương trình cơ bản sử dụng trong mô hình MIKE 21 bao gồm 1 phương trình liên tục và 2 phương trình chuyển động: Phương trình liên tục : t d y q x p t            (2.8) Phương trình chuyển động :       0 1 22 222                                        a w x qxyxx w p x h fVV h y h xhC qpgp x gh h pq yh p xt p    (2.9)       0 1 22 222                                        a w y qxyyy w p xy h fVV h x h yhC qpgp y gh h pq xh p yt p    (2.10) 39 Trong đó : ),,( tyx : mực nước (m) ),,( tyxh : độ sâu dòng chảy (m) dh  ),,( tyxd : cao độ đáy (m) ),,(),,,( tyxqtyxp : lưu lượng đơn vị theo phương x và y C(x,y): hệ số Chezy (m0.5/s) g : gia tốc trọng trường (m/s2) f(V): hệ số sức cản của gió V,Vx,Vy(x,y,t): vận tốc của gió theo phương x và y ),( yx : hệ số Coriolit ),,( tyxpa : áp suất khí quyển (kg/m/s2) W : khối lượng riêng của nước. yyxyxx  ,, : thành phần ma sát bên Để giải hệ phương trình trên, người ta đã sử dụng phương pháp ADI (Alternating Direction Implicit) để sai phân hoá theo lưới không gian - thời gian. Hệ phương trình theo từng phương và tại mỗi điểm trong lưới được giải theo phương pháp Double Sweep (DS). Biểu diễn các thành phần theo các phương được thể hiện trên Hình 2.7. Hình 2.7. Các thành phần theo phương x và y 2.5.3. Các nguyên tắc coupling trong MIKE FLOOD Mặc dầu mô hình MIKE 11 và MIKE 21 có những ưu điểm vượt trội trong việc mô phỏng dòng chảy 1 chiều trong mạng lưới sông phức tạp (MIKE 11) và có thể mô phỏng bức tranh 2 chiều của dòng chảy tràn trên bề mặt đồng ruộng (MIKE 40 21), tuy nhiên nếu xét riêng rẽ chúng vẫn còn một số hạn chế trong việc mô phỏng ngập lụt. Đối với MIKE 11, sẽ rất khó khăn để mô phỏng dòng chảy tràn nếu không biết trước một số khu chứa và hướng chảy, không mô tả được trường vận tốc trên mặt ruộng hoặc khu chứa, còn trong MIKE 21, nếu muốn vừa tính toán dòng tràn trên bề mặt ruộng, vừa muốn nghiên cứu dòng chảy chủ lưu trong các kênh dẫn thì cần phải thu nhỏ bước lưới đến mức có thể thể hiện được sự thay đổi của địa hình trong lòng dẫn mà hệ quả của nó là thời gian tính toán tăng lên theo cấp số nhân. Để kết hợp các ưu điểm của cả mô hình 1 và 2 chiều đồng thời khắc phục được các nhược điểm của chúng, MIKE FLOOD cho phép kết nối 2 mô hình MIKE 11 và MIKE 21 trong quá trình tính toán, tăng bước lưới của mô hình (nghĩa là giảm thời gian tính toán) nhưng vẫn mô phỏng được cả dòng chảy trong lòng dẫn và trên mặt ruộng hoặc ô chứa. Trong MIKE FLOOD có 4 loại kết nối sau đây giữa mô hình 1 và 2 chiều: Kết nối tiêu chuẩn (Standard link) Trong kết nối này, thì một hoặc nhiều ô lưới của MIKE 21 sẽ được liên kết với một đầu của phân đoạn sông trong MIKE 11. Loại kết nối này rất thuận tiện cho việc nối một lưới chi tiết của MIKE21 với một hệ thống mạng lưới sông lớn hơn trong MIKE 11, hoặc nối các công trình trong mô hình MIKE 21. Kết nối bên (Lateral link) Kết nối bên cho phép một chuỗi các ô lưới trong MIKE 21 có thể liên kết vào hai bên của một đoạn sông, một mặt cắt trong đoạn sông hoặc toàn bộ một nhánh sông trong MIKE 11. Dòng chảy chảy qua kết nối bên được tính toán bằng cách sử dụng các phương trình của các công trình hoặc các bảng quan hệ Q-H. Loại kết nối này đặc biệt hữu ích trong việc tính toán dòng chảy tràn từ trong kênh dẫn ra khu ruộng hoặc bãi, nơi mà dòng chảy tràn qua bờ đê bối sẽ được tính bằng công thức đập tràn đỉnh rộng. Kết nối công trình (Structure link) Kết nối công trình là nét mới đầu tiên trong một loạt các cải tiến dự định trong MIKE FLOOD. Kết nối công trình lấy thành phần dòng chảy từ một công 41 trình trong MIKE 11 và đưa chúng trực tiếp vào trong phương trình động lượng của MIKE 21. Quá trình này là ẩn hoàn toàn và vì thế không ảnh hưởng đến các bước thời gian trong MIKE 21. Kết nối khô (Zero link) Một ô lưới MIKE 21 được gán là kết nối khô theo chiều x sẽ không có dòng chảy chảy qua phía bên phải của ô lưới đó. Tương tự, một kết nối khô theo chiều y sẽ không có dòng chảy chảy qua phía trên của nó. Các kết nối khô này được phát triển để bổ sung cho các kết nối bên. Để chắc chắn rằng dòng chảy tràn trong MIKE 21 không cắt ngang từ bờ này sang bờ kia của sông mà không liên kết với MIKE 11, các kết nối khô này được đưa vào để đóng các dòng trong MIKE 21. Một cách khác để sử dụng kết nối khô là gán cho các ô lưới là đất cao, mà tùy thuộc vào độ phân giải của lưới tính có thể chưa mô tả được. Kết nối khô cũng được sử dụng để mô tả các dải phân cách hẹp trong động ruộng ví dụ như đê bối, đường, ... và khi đó thay vì sử dụng một chuỗi các ô lưới được định nghĩa là đất cao thì nên sử dụng chuỗi các kết nối khô. Sử dụng các kết nối trên đây ta có thể dễ dàng liên kết hai mạng lưới tính trong mô hình 1 chiều và 2 chiều với nhau. Khi chạy mô hình, để coupling chúng, MIKE FLOOD cung cấp 3 kiểu coupling sau đây tùy thuộc vào mục đích sử dụng mô hình: - Coupling động lực: các kết nối sẽ chỉ chuyển các thông tin và thủy động lực (cần thiết cho các tính toán trong MIKE 11 và MIKE 21) - Coupling truyền tải chất: các kết nối chỉ truyền các thông tin liên quan đến các quá trình vận tải và khuyếch tán (cần thiết cho các tính toán trong MIKE 11 và MIKE 21) - Coupling cả động lực và truyền tải chất. Các lựa chọn này sẽ được người sử dụng dễ dàng lựa chọn thông qua các hộp thoại trong mô hình. 42 CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE FLOOD MÔ PHỎNG NGẬP LỤT LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI Để mô phỏng ngập lụt trong khu vực nghiên cứu, ngoài các số liệu về địa hình thì cần có các đặc trưng về thuỷ văn và thuỷ lực trong lưu vực sông nghiên cứu. Trên lưu vực chỉ có trạm Ba Thá có số liệu dòng chảy, nhưng hiện nay trạm đã dừng quan trắc lưu lượng, do đó luận văn có sử dụng thêm mô hình mưa rào - dòng chảy để khôi phục số liệu lưu lượng còn thiếu tại các vị trí biên và nhập lưu khu giữa. 3.1. XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU MẠNG LƯỚI THỦY LỰC MỘT CHIỀU CHO MIKE 11 3.1.1. Áp dụng mô hình NAM để tính toán dòng chảy từ mưa Hai trạm thuỷ văn cần khôi phục số liệu là trạm thuỷ văn Ba Thá nằm trên sông Đáy và trạm Hưng Thi trên sông Bôi. Đặc điểm lưu vực của hai con sông này tương đối phù hợp để áp dụng mô hình mưa rào dòng chảy. a.Yêu cầu về số liệu Đối với mô hình mưa dòng chảy NAM, các số liệu yêu cầu phục vụ cho mô hình bao gồm: Số liệu khí tượng Số liệu khí tượng bao gồm số liệu mưa và bốc hơi được dùng để phục vụ cho mô hình tính toán mưa – dòng chảy (NAM). Các số liệu khí tượng có đóng vai trò làm biên đầu vào trong mô hình. Các trạm đo mưa và bốc hơi sử dụng trong tính toán dòng chảy trên 2 lưu vực nói trên được liệt kê trong Bảng 3.1. Số liệu mưa, bốc hơi và lưu lượng dòng chảy được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình là số liệu mưa giờ từ ngày 31/8/1973 đến 9/9/1973. Số liệu lưu lượng Số liệu lưu lượng tại vị trí mặt cắt cửa ra của lưu vực được dùng để hiệu chỉnh và kiểm nghiệm trong mô hình mưa - dòng chảy. Các trạm đo lưu lượng sử 43 dụng trong hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình mưa dòng chảy trên 2 lưu vực nói trên được liệt kê trong Bảng 3.2. Bảng 3.1: Các trạm mưa được sử dụng để tính toán dự báo thuỷ văn cho các trạm thượng nguồn hệ thống sông Đáy, sông Hoàng Long Lưu vực Vị trí cửa ra Diện tích (km 2 ) Trạm bốc hơi sử dụng Trạm mưa sử dụng Thượng nguồn sông Hoàng Long Trạm TV Hưng Thi 764 Nho Quan Hưng Thi Thượng nguồn sông Đáy Trạm TV Ba Thá 1416 Ba Thá Ba Thá Bảng 3.2: Các trạm mưa được sử dụng để tính toán dự báo thuỷ văn cho các trạm thượng nguồn hệ thống sông Đáy, sông Hoàng Long Lưu vực Vị trí cửa ra Diện tích (km 2 ) Trạm đo lưu lượng sử dụng Sông Bôi Trạm TV Hưng Thi 764 Hưng Thi Thượng sông Đáy Trạm TV Ba Thá 1416 Ba Thá b. Áp dụng mô hình NAM vào khu vực nghiên cứu Tuần tự các bước chuẩn bị để áp dụng mô hình NAM vào lưu vực nghiên cứu bao gồm các bước: - Từ bản đồ địa hình và vị trí mặt cắt cửa ra của lưu vực, xác định vị trí và diện tích các lưu vực cần tính toán. Sau khi chuẩn bị các bước cần thiết chuẩn bị cho mô hình, quá trình sử dụng mô hình MIKE-11 phần mưa -dòng chảy được tóm tắt như sau: - Tạo lưu vực sông, khai báo các thông số lưu vực: Tên lưu vực, diện tích lưu vực, khai báo đường dẫn tới các tập tin lưu trữ số liệu mưa, bốc hơi. - Thiết lập các thông số, điều kiện ban đầu của mô hình cho từng lưu vực. 44 Sau khi khai báo đầy đủ các thông số và tiến hành chạy, mô hình sẽ cho ra kết quả là quá trình lưu lượng dòng chảy tại các mặt cắt cửa ra của lưu vực. Các quá trình lưu lượng này được đem so sánh với quá trình lưu lượng thực đo để xác định mức độ phù hợp bộ thông số của mô hình dùng trong lưu vực. Các kết quả này được ghi rõ trong phần hiệu chỉnh mô hình. Để tạo và khai báo các thông số của lưu vực, ta phải thao tác qua một trình thực đơn như hình 3.1. Hình 3.1. Hộp thoại khai báo các thông số lưu vực Hiệu chỉnh mô hình mưa - dòng chảy (mô hình NAM) Hiệu chỉnh mô hình là công việc rất quan trọng trong việc xây dựng và áp dụng mô hình toán. Các phương pháp để tiến hành hiệu chỉnh mô hình bao gồm phương pháp thử sai và phương pháp tối ưu. Phương pháp thử sai chủ yếu là phương pháp dò tìm bằng cách thay giá trị của các thông số để tìm ra bộ thông số thích hợp nhất. Phương pháp này thường đòi hỏi nhiều thời gian và công sức nhưng tận dụng được kinh nghiệm và kiến thức của người hiệu chỉnh nhiều hơn phương pháp tối ưu. Phương pháp dò tìm tối ưu được thực hiện dưới sự trợ giúp của máy tính dựa trên một hàm mục tiêu nào đó. Phương pháp này có ưu điểm là khả năng dò tìm rất chi tiết, tuy nhiên nhiều khi sử dụng phương pháp này gặp sai lầm do rơi 45 vào vùng cực trị địa phương. Trong nghiên cứu này sử dụng kết hợp cả hai phương pháp này nhằm giảm bớt thời gian. Mô hình mưa - dòng chảy được hiệu chỉnh dựa vào số liệu thời đoạn giờ. Số liệu mưa tại các trạm đo mưa và bốc hơi được sử dụng để tính toán. Số liệu lưu lượng thực đo từ tháng cùng thời gian và thời đoạn được dùng để hiệu chỉnh mô hình. Giá trị các thông số trong mô hình mưa dòng chảy (NAM) sau khi hiệu chỉnh được ghi trong bảng 3.3. Sai số giữa lưu lượng tính toán và thực đo trong bước hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình được đánh giá theo chỉ số Nash-Sutcliffe. 2 , , 2 1 2 , 1 1 n obs i sim i i n obs i obs i Q Q R Q Q             Trong đó: Qobs, i: lưu lượng thực đo tại thời điểm thứ i Qsim, i: lưu lượng tính toán tại thời điểm thứ i obsQ : lưu lượng thực đo trung bình các thời đoạn. Kết quả hiệu chỉnh đường quá trình lưu lượng tính toán và đường quá trình lưu lượng thực đo được trình bày trong các hình 3.2 và hình 3.3. Trên các hình này, sự trùng lặp khá tốt giữa số liệu đo đạc và kết quả tính toán bằng mô hình đã được ghi nhận. Kết quả hiệu chỉnh các thông số của mô hình được trình bày trong Bảng 3.3 và Bảng 3.4. Bảng 3.3. Giá trị các thông số mô hình mưa- dòng chảy (NAM) cho các lưu vực sông Thông số dòng chảy mặt và sát mặt Trạm Umax Lmax CQOF CKIF CK1,2 TOF TIF Hưng Thi 14.2 160 0.105 745.5 10.4 0.121 0.553 Ba Thá 23.9 271.0 0.296 606.6 10.2 0.113 0.103 46 Bảng 3.4. Kết quả hiệu chỉnh mô hình mưa - dòng chảy Lưu vực Tên trạm Chỉ số Nash(%) Thượng sông Đáy Trạm Ba Thá 71.1% Sông Bôi Trạm Hưng Thi 89.7% Hình 3.2. So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình mưa dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Ba Thá Hình 3.3. So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình mưa dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Hưng Thi 47 Kiểm định mô hình mưa - dòng chảy ( mô hình NAM) Kiểm định mô hình là công tác kiểm tra lại mức độ phù hợp của mô hình với bộ thông số tìm được sau khi hiệu chỉnh thành công trên lưu vực tính toán nhưng ở giai đoạn thời gian khác với thời gian hiệu chỉnh mô hình. Kiểm nghiệm mô hình mưa – dòng chảy cũng dựa vào số liệu có thời đoạn giờ. Số liệu mưa tại các trạm đo mưa trong lưu vực và số liệu lưu lượng tại mặt cắt cửa ra của các lưu vực đó từ 1/8/2001 đến 7/8/2001 được sử dụng để kiểm định mô hình. Kết quả kiểm nghiệm đường quá trình lưu lượng thực đo và đường quá trình lưu lượng tính toán được trình bày trong các Hình 3.4 và Hình 3.5. Kết quả kiểm nghiệm chỉ số hữu hiệu của mô hình được trình bày trong Bảng 3.5. Bảng 3.5. Kết quả kiểm nghiệm mô hình mưa - dòng chảy Lưu vực Tên trạm Chỉ số Nash Thượng sông Đáy Trạm Ba Thá 91% Sông Bôi Trạm Hưng Thi 81% Bộ số thông số NAM trong bảng 3.3 sẽ được dùng để tính toán dòng chảy trên các tiểu lưu vực, làm biên đầu vào cho mạng thủy lực một chiều và mạng hai chiều. Hình 3.4. So sánh giữa kết quả tính toán kiểm định mô hình mưa dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Ba Thá 48 Hình 3.5. So sánh giữa kết quả tính toán kiểm định mô hình mưa dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Hưng Thi 3.1.2. Xây dự cơ sở dữ liệu cho mạng thủy lực một chiều MIKE 11 (1D) Sơ đồ tính toán Do tính chất phức tạp của lũ lụt cũng như vấn đề thiếu số liệu vùng hạ lưu do vậy nghiên cứu sẽ mô phỏng cho một phần của lưu vực Nhuệ-Đáy, vị trí cửa ra hạn chế tại Ninh Bình thay vì đến Cửa Đáy. Hệ thống sông nghiên cứu tính toán trong mô hình thuỷ lực bao gồm 4 con sông với 122 mặt cắt bao gồm: sông Nhuệ (26 mặt cắt), sông Đáy (62 mặt cắt), sông Tích (20 mặt cắt) và sông Hoàng Long (14 mặt cắt), (hình 3.6, hình 3.7) trong đó: - Sông Nhuệ: Từ cống Liên Mạc tới nhập lưu với sông Đáy tại Phủ Lý - Sông Đáy: Từ trạm sau đập Đáy tới trạm Ninh Bình - Sông Hoàng Long: Từ trạm Hưng Thi tới nhập lưu với sông Đáy - Sông Tích: Từ Đồng Mô tới nhập lưu với sông Đáy tại Ba Thá Số liệu mặt cắt được dùng trong tính toán chủ yếu do Tổng cục Khí tượng Thuỷ văn đo năm 2000, trừ sông Nhuệ đo năm 1990. Nói chung số liệu về mặt cắt sử dụng trong mô hình có độ tin cậy tương đối cao, chỉ có sông Nhuệ do thời gian đo đạc đã lâu nên độ chính xác có giảm đi do các sông hàng năm luôn luôn có sự biến động về địa hình. Trong khu vực nghiên cứu, sơ đồ mạng lưới thuỷ văn rất phức tạp, với hệ 49 thống kênh mương tưới và tiêu chằng chịt, đan xen nhau gây khó khăn trong việc lập mạng lưới thuỷ lực và chia lưu vực thành các tiểu lưu vực nhỏ, làm nhiệm vụ góp nước đổ vào các nhánh trong hệ thống sông. Dựa trên bản đồ địa hình 1:25000 với các đường đẳng cao đã tiến hành việc chia lưu vực sông Đáy – Nhuệ thành các lưu vực con. Sau đó tính toán dòng chảy mà mỗi lưu vực con này gia nhập vào hệ thống khi có mưa thông qua mô hình mưa - dòng chảy (NAM). Như vậy trong mạng lưới thủy lực vẫn có xét đến sự góp mặt của hệ thống sông nhỏ, kênh nội đồng. Hình 3.6. Sơ đồ mạng sông trong MIKE 11 50 Hình 3.7. Sơ đồ mạng lưới thủy lực 1D Điều kiện biên của mô hình Điều kiện biên được sử dụng trong mô hình là các giá trị thực đo theo chuỗi thời gian tại một số vị trí được dùng làm biên để tính toán. ở đây có ba loại biên, đó là biên trên, biên dưới và biên gia nhập khu giữa. Giả thiết biên trên của sông Đáy tại Đập Đáy và biên trên của sông Nhuệ tại Liên Mạc được đóng kín, các biên khác được tóm tắt trong bảng 3.6. Bảng 3.6. Các biên sử dụng trong mô hình TT Tên trạm Sông Số liệu Mục đích 1 ND1 Tích Q Biên Trên 2 ND2 Tích Q Gia nhập khu giữa 3 Hưng Thi (ND5) Bôi Q Biên trên 4 ND3 Đáy Q Gia nhập khu giữa 5 ND6 Hoàng Long H Gia nhập khu giữa 6 Ninh Bình Đáy H Biên dưới 51 3.2. XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU MẠNG LƯỚI HAI CHIỀU CHO MIKE 21 3.2.1. Cơ sở dữ liệu: Cơ sở dữ liệu sử dụng trong mạng thủy lực hai chiều là bản đồ DEM khu vực nghiên cứu (file dạng *.xyz) với các điểm cao độ đã được chuẩn hóa theo cao độ quốc gia VN 2000 với mốc chuẩn tại Hòn Dấu. Dữ liệu này được xây dựng từ nhiều nguồn khác nhau như:  Trích điểm cao từ bản đồ địa hình tỉ lệ 1:25.000 của Viện Địa lý Việt Nam.  Trích điểm cao từ bình đồ tỷ lệ 1:500 khu vực Bắc Thường Tín do Công ty MEINHARDT Việt Nam cấp.  Thu thập điểm cao từ phần mềm Google Earth.  Thu thập, xử lý, chuẩn hóa dữ liệu địa hình từ mô hình cao độ số DEM độ phân giải 30x30 m. Lưới tính toán và các biên Miền ngập lụt được xác định: phía Đông và phía Bắc là đê hữu Hồng, phía Tây giáp hệ thống các đồi núi, dựa theo đường bình độ địa hình và một số tuyến đường giao thông, phía Nam trùng với đường giao thông, diện tích vùng hai chiều khoảng 3262km2 (Hình 3.8). Từ đó dữ liệu địa hình đã có, nghiên cứu đã xây dựng lưới tính toán 2D, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với lưới phi cấu trúc, vùng nghiên cứu được rời rạc hóa thành 25.792 nút tính toán (Hình 3.9). Biên của mô hình 2D gồm có: Lưu lượng tính toán từ mô hình NAM cho tiểu lưu vực ND4 nhập lưu trực tiếp vào mô hình 2 chiều. Lượng mưa thời đoạn giờ trạm Láng. 52 Hình 3.8. Giới hạn miền tính toán 2D Hình 3.9. Lưới tính khu vực nghiên cứu 3.2.2. Thực hiện kết nối trong mô hình MIKE FLOOD Sau khi xây dựng mạng thủy lực 1 và 2 chiều, hai mạng này được kết nối thông qua các loại hình kết nối đã mô tả trong mục 2.5.3 của luận văn này (bảng 3.7 và hình 3.10). Bảng 3.7. Các kết nối đã thực hiện trong MIKE FLOOD Tên sông Loại kết nối Số ô lưới kết nối trong MIKE 21 Modun Đáy Bên trái 520 HD Đáy Bên phải 500 HD Nhuệ Bên trái 263 HD Nhuệ Bên phải 250 HD Tích Bên trái 210 HD 53 Tên sông Loại kết nối Số ô lưới kết nối trong MIKE 21 Modun Tích Bên phải 211 HD Hoàng Long Biên trái 18 HD Hoàng Long Biên phải 32 HD Hình 3.10. Kết nối trong mô hình MIKE FLOOD 3.3. HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH Hiệu chỉnh mô hình Do gặp khó khăn về số liệu địa hình, số liệu thủy văn và nhiều tài liệu khác nên nghiên cứu dừng lại ở việc hiệu chỉnh và kiểm định 2 trận lũ: năm 2007 và 2008 trên mô hình 1D sau khi đã được kết nối với 2D. Kết quả hiệu chỉnh với trận lũ 2007 54 thu được tốt, theo chỉ tiêu NASH đạt 97,5% (hình 3.11). Hệ số nhám manning sau khi hiệu chỉnh cho năm 2007 được lấy theo từng đoạn sông, trong khoảng 0.028 - 0.035, tùy thuộc từng đoạn. Hình 3.11. Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại trạm Phủ Lý (Trận lũ 10/2007) Kiểm định mô hình Kiểm định với trận lũ năm 2008 tại trạm Phủ Lý, Ba Thá và Hà Đông báo cáo thu được kết quả tốt, chỉ tiêu NASH đạt lần lượt: 94,1%; 90,2%; 91,1% (hình 3.12, 3.13, 3.14). Hình 3.12. Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại trạm Phủ Lý (Trận lũ 11/2008) 55 Hình 3.13. Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại trạm Ba Thá (Trận lũ 11/2008) Hình 3.14. Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại trạm Hà Đông (Trận lũ 11/2008) Diện tích ngập thực tế và tính toán trận mưa 2008 được dùng làm tiêu chí kiểm định mô hình ngập lụt (Bảng 3.8), sai số diện tích ngập từng quận giữa tính toán và thực tế còn nhiều sai số, tuy nhiên cũng nằm trong phạm vi cho phép. Như vậy, áp dụng mô hình MIKE FLOOD mô phỏng ngập lụt hệ thống sông Nhuệ Đáy bước đầu cho kết quả khả quan. Mô hình đã tái hiện tương đối rõ nét bức tranh ngập lụt do các trận lũ gây ra. Bộ mô hình với các thông số trên được áp dụng để mô phỏng ngập lụt theo các kịch bản mưa tần suất: 1%, 2%, 5%, 10%, các giá trị mưa thiết kế này đã tính đến sự ảnh hưởng cực đoan của biến đổi khí hậu (bảng 3.9, hình 3.15). 56 Bảng 3.8. Diện tích ngập lớn nhất tính toán và thực tế trong trận mưa 2008 (lưu vực sông Nhuệ Đáy, phần thuộc thành phố Hà Nội) TT Quận/Huyện Diện tích ngập thực tế (km 2 ) Diện tích ngập tính toán (km 2 ) Sai số (km 2 ) 1 Q. Tây Hồ 7.632 7.214 0.418 2 Q. Ba Đình 1.741 0.6219 1.119 3 Q. Cầu Giấy 2.550 0.5481 2.002 4 Q. Hoàn Kiếm 1.004 0.1721 0.832 5 Q. Đống Đa 1.277 0.9863 0.291 6 Q. Hai Bà Trưng 2.051 1.35 0.701 7 Q. Thanh Xuân 0.333 0.1566 0.176 8 Q. Hà Đông 3.952 2.464 1.488 9 Ba Vì 41.124 72.88 31.756 10 TX. Sơn Tây 44.664 28.37 16.294 11 Phúc Thọ 42.794 34.52 8.274 12 Đan Phượng 25.406 24.51 0.896 13 Thạch Thất 68.972 60.53 8.442 14 Quốc Oai 56.911 64.06 7.149 15 Hoài Đức 33.926 29.87 4.056 16 Từ Liêm 18.442 14.32 4.122 17 Thanh Trì 22.963 19.06 3.903 18 Thường Tín 31.808 28.58 3.228 19 Thanh Oai 28.894 22.99 5.904 20 Chương Mỹ 40.330 32.93 7.400 21 Mỹ Đức 67.987 58.78 9.207 22 Ứng Hòa 102.333 128.4 26.067 23 Phú Xuyên 143.536 146.9 3.364 Tổng 780.213 790.63 10.417 57 Bảng 3.9. Giá trị mưa 2 ngày lớn nhất ứng với các tần suất thiết kế Đặc trưng Lượng mưa ứng với tần suất P=1% P=2% P=5% P=10% X2MAX 501,0 441,1 351,3 293,9 Hình 3.15. Quá trình mưa giờ thực đo trận mưa thiết kế 1% Năm 2008 là một năm mưa lớn điển hình với, gây ra đợt ngập lụt diện rộng trên toàn thành phố Hà Nội. Diện tích ngập lớn nhất tính toán được là 791 km2 (chiếm 34% diện tích vùng nghiên cứu). Các điểm ngập sâu phổ biến từ 0-1m, có khá nhiều điểm ngập trên 1m cá biệt có những nơi hiện tượng ngập xảy ra hết sức nghiêm trọng trên 2m nước. 58 Hình 3.16a. Bản đồ ngập lụt lưu vực sông Nhuệ- Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) ứng với mưa tần suất 1% tại trạm Láng 59 Hình 3.16b. Bản đồ ngập lụt lưu vực sông Nhuệ- Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) ứng với mưa tần suất 2% tại trạm Láng 60 Hình 3.16c. Bản đồ ngập lụt lưu vực sông Nhuệ- Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) ứng với mưa tần suất 5% tại trạm Láng 61 Hình 3.16d. Bản đồ ngập lụt lưu vực sông Nhuệ- Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) ứng với mưa tần suất 10% tại trạm Láng 62 3.4. XÂY DỰNG BẢN ĐỒ HIỂM HỌA LŨ, NGẬP LỤT VỚI TẦN SUẤT 1% Dựa trên bộ thông số của mô hình đã được hiệu chỉnh và kiểm định với các trận lũ năm 2007 và năm 2008 tiến hành xây dựng bản đồ ngập lụt ứng với tần suất 1%, với số liệu đầu vào của mô hình được tính từ mưa thiết kế thông qua mô hình mưa dòng chảy NAM. Các kết quả mô phỏng và xây dựng bản đồ độ sâu ngập và thời gian ngập lụt được thể hiện trên hình 3.17 và hình 3.18. Các mối nguy hiểm trong lũ bao gồm: độ sâu ngập lụt, vận tốc dòng lũ, thời gian ngập lụt được tích hợp trong bản đồ hiểm họa lũ dựa trên phương pháp chồng xếp bản đồ theo trọng số. Các trọng số được kế thừa trong nghiên cứu của Mai Dang (2010) [11] được thể hiện trong bảng 3.10. Bảng 3.10: Trọng số của các yếu tố tạo lên nguy cơ lũ Cấp độ Độ sâu ngập Thời gian ngập Vận tốc đỉnh lũ Trọng số 0.0974 0.5695 0.3331 (m) Trọng số (days) Trọng số (m/s) Trọng số 1 0.5 0.0282 1 0.0425 0.0-1.0 0.0286 2 0.5-1.2 0.0596 1-5 0.0853 1.0-2.0 0.0633 3 1.2-2.0 0.1588 5-10 0.2241 2.0-3.8 0.1174 4 2.0-3.0 0.2744 >10 0.6482 3.8-5.8 0.2344 5 >3.0 0.4800 >5.8 0.5563 Trong đó, thời gian ngập lụt có trọng số 0.5695 là nhân tố chủ yếu trong việc xác định nguy cơ lũ do gây ra ứ đọng nước làm ngập úng hoa màu, chết vật nuôi và làm gián đoạn các hoạt động kinh tế - xã hội. Độ sâu ngập có trọng số là 0.0974, còn vận tốc lũ có trọng số là 0.3332 đóng vai trò quan trọng thứ 2 trong nguy cơ lũ bởi với vận tốc dòng lũ lớn sẽ quấn trôi các vật liệu như đất đá, cây cối, nhà cửa, các công trình gây nguy hiểm cho người và thiệt hại lớn về kinh tế. Kết quả bản đồ nguy cơ lũ được thể hiện trên hình 3.19. 63 Hình 3.18. Bản đồ thời gian ngập lụt lưu vực sông Nhuệ- Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) ứng với mưa tần suất 1% tại trạm Láng 64 Hình 3.19: Bản đồ hiểm họa lũ, ngập lụt lưu vực sông Nhuệ- Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) ứng với mưa tần suất 1% tại trạm Láng 65 CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TÍNH DỄ BỊ TỔN THƯƠNG DO NGẬP LỤT LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY, TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI 4.1. XÂY DỰNG BẢN ĐỒ ĐỘ LỘ DIỆN TRƯỚC HIỂM HỌA LŨ, NGẬP LỤT LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY, TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI Bản đồ hiểm họa lũ, ngập lụt chỉ cho ta thấy những vị trí có mức độ nguy hiểm cao khi xuất hiện mưa lớn gây nên các hiện tượng trên, tuy nhiên không hẳn những khu vực có hiểm họa cao thì mức độ nguy hiểm lớn. Ví dụ ở các khu vực đồng trũng, nơi thường xuyên xảy ra ngập lụt khi mưa lớn, thời gian ngập kéo dài, vận tốc dòng chảy lớn, nói cách khác đây là những khu vực có hiểm họa lớn, nhưng nếu đó chỉ là một cánh đồng cỏ, không có tài sản giá trị thì mức độ nguy hiểm của nó không hẳn đã cao; ngược lại, với khu vực dân cư, có hiểm họa lũ, ngập lụt ở mức độ trung bình, nhưng do tập trung một lượng lớn tài sản nên mức độ rủi ro sẽ cao hơn nhiều. Sự lộ diện của các đối tượng trước hiểm họa lũ, ngập lụt được xác định bằng cách xem xét vị trí các đối tượng trước hiểm họa lũ, ngập lụt. Với lý luận đó, bản đồ độ lộ diện của các đối tượng trước nguy cơ lũ được xây dựng dựa trên việc chồng ghép bản đồ hiểm họa lũ và bản đồ hiện trạng sử dụng đất trên khu vực nghiên cứu. Luận văn đã sử dụng bản đồ hiện trạng sử dụng đất được cung cấp bởi sở Tài nguyên và Môi trường thành phố Hà Nội năm 2005 với 63 loại đất. Sau khi nghiên cứu, tổng hợp và phân tích đã chia thành 6 loại đất: đất trống và đất thủy lợi, đất rừng, đất nông nghiệp, đất nhà ở tại nông thôn, đất nhà ở đô thị, đất công cộng và an ninh quốc phòng (hình 4.1). Mức độ nguy hiểm gây ra do ngập lụt với các nhóm đất sử dụng cho thấy: nhóm đất sử dụng cho các công trình công cộng như: trường học, bệnh viện, khu vực quốc phòng an ninh, khu vực sản suất kinh doanh… là những nơi bị thiệt hại về giá trị nặng nhất, bơi đây là nơi tập trung nhiều dân cư cũng như tài sản, là trung tâm của các hoạt động cứu trợ. Một ví dụ dễ dàng nhận thấy là nếu đường giao thông bị ngập thì người dân sẽ bị cô lập trong vùng lũ, dẫn đến thiệt hại gây ra sẽ vô 66 cùng lớn. Nhóm đất nhà ở đô thị và nhà ở nông thôn ít bị thiệt hại so với đất công cộng nhưng vẫn ở mức cao và trung bình do nhà ở của người dân cũng là nơi tập trung nhiều của cải, tài sản của cả gia đình như: vật dụng sinh hoạt, lương thực thực phẩm, vật nuôi, và đương nhiên khi xảy ra ngập lụt thì nhóm đất dân cư đô thị sẽ bị thiệt hại về tài sản quy ra giá trị vật chất lớn hơn nhiều so với nhóm đất dân cư nông thôn. Hình 4.1. Nhóm sử dụng đất vùng nghiên cứu 67 Khu vực nghiên cứu có khoảng 1237.70 km2 đất phục vụ nông nghiệp, chiếm 52.4% diện tích tự nhiên toàn vùng. Nếu như với cộng đồng dân cư đô thị thì công việc kinh doanh, công nghiệp, dịch vụ…chiếm phần lớn thu nhập thì các cộng đồng dân cư vùng nông thôn có nguồn thu chính phụ thuộc vào nông nghiệp như: trồng các loại cây lương thực, hoa màu, các loại cây trồng phục vụ làng nghề… Khi các loại cây trồng này bị ngập úng, việc không thể phục hồi sẽ gây nên những thiệt hại đáng kể và ảnh hưởng lâu dài tới cuộc sống của người dân. Các khu vực đất trống, đất thủy lợi, sông ngòi là những nơi ít bị ảnh hưởng nhất bởi lũ, ngập lụt. Sáu nhóm đất chính được tổng hợp trong nghiên cứu này được thể hiện trong bảng 4.1. Bảng 4.1: Tính dễ bị tác động của nhóm sử dụng đất TT Nhóm sử dụng đất Diện tích (km 2 ) Mức độ thiệt hại 1 Đất công cộng và an ninh quốc phòng 97.62 Rất cao 2 Đất ở đô thị và cơ sở sản xuất kinh doanh 457.07 Cao 3 Đất ở nông thôn 33.87 Trung bình 4 Đất nông nghiệp 1237.70 Thấp 5 Đất trồng rừng và cây công nghiệp 153.99 Rất thấp 6 Đất trống, đất thủy lợi và sông ngòi 381.2 Không bị tổn thương Độ lộ diện của một đối tượng trước lũ, ngập lụt tại một vị trí nhất định không chỉ phụ thuộc vào giá trị của đối tượng tại nơi đó mà còn phụ thuộc vào mức độ ngập lụt, vận tốc dòng lũ và thời gian ngập. Do vậy, việc kết hợp giữa bản đồ sử dụng đất và bản đồ hiểm họa lũ, ngập lụt sẽ cho ta bản đồ thể hiện sự lộ diện, phơi bày của các đối tượng trước khi có lũ, ngập lụt. Phương pháp chồng xếp bản đồ theo 68 ma trận sử dụng công nghệ GIS xây dựng bản đồ sự lộ diện của các đối tượng trước lũ, ngập lụt từ bản đồ sử dụng đất và bản đồ hiểm họa lũ, ngập lụt (Hình 4.2), trọng số tính toán độ độ diện dựa trên mức nguy cơ lũ và các giá trị kinh tế xã hội được trình bày trong bảng 4.2. Bảng 4.2: Ma trận tính toán sự lộ diện của các đối tượng trước lũ, ngập lụt C á c g iá t rị k in h t ế x ã h ộ i Rất cao (5) 6 7 8 9 10 10 Rất cao Cao (4) 5 6 7 8 9 8-9 Cao Trung bình (3) 4 5 6 7 8 6-7 Trung bình Thấp (2) 3 4 5 6 7 4-5 Thấp Rất thấp (1) 2 3 4 5 6 2-3 Rất thấp + Rất thấp (1) Thấp (2) Trung bình (3) Cao (4) Rất cao (5) Mức Mức hiểm họa lũ Độ lộ diện 69 Hình 4.2. Bản đồ độ lộ diện trước nguy cơ lũ, ngập lụt của các đối tượng trên lưu vực sông Nhuệ Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) 70 4.2. XÂY DỰNG BẢN ĐỒ KHẢ NĂNG CHỐNG CHỊU CỦA NGƯỜI DÂN Khả năng chống chịu hay khả năng thích nghi thể hiện qua các giải pháp mà con người sử dụng trước, trong và sau thiên tai đề ứng phó, thích nghi với những hậu quả bất lợi và là một hàm của nhiều yếu tố xã hội [29]. Để định lượng hóa khả năng chống chịu của hệ thống (hay vùng nghiên cứu), trong nghiên cứu này đã tiến hành phân tích số liệu kinh tế xã hội (mật độ dân số, các khu vực sản suất kinh doanh…), nghiên cứu đã tiến hành nhiều đợt thực địa điều tra để từ đó định lượng hóa khả năng chống chịu của các cộng đồng dân cư trong vùng nguy cơ ngập lụt. Đợt khảo sát lần thứ nhất tiến hành từ 23/12-25/12/2011 với nhiệm vụ chính là thu thập các vết lũ, diện ngập hiệu chỉnh mô hình ngập lụt và phát phiếu điều tra xã hội học khu vực Quận Thanh Xuân, Quận Hoàng Mai, Quận Hà Đông, Huyện Thanh Trì, Huyện Thường Tín. Đợt khảo sát lần thứ hai tiến hành từ: 16/03-18/03/2012 với nhiệm vụ điều tra xã hội học khu vực Q. Đống Đa, Ba Đình, Cầu Giấy, huyện Từ Liêm, Hoài Đức, Đan Phượng, Phúc Thọ, Thạch Thất, Quốc Oai. Đợt khảo sát lần thứ ba tiến hành từ: 06/04-08/04/2012 với nhiệm vụ điều tra xã hội học khu vực các huyện: Chương Mỹ, Thanh Oai, ứng Hòa, Mỹ Đức, Phú Xuyên. Tổng kết 3 đợt khảo sát thực địa, nghiên cứu đã phát ra và thu về 102 phiếu câu hỏi (mẫu phiếu điều tra minh họa trong Hình 4.3). Các câu hỏi giải quyết những vấn đề như: khả năng nhận thức của người dân đối với các vấn đề ngập lụt, các biện pháp phòng ngừa, khả năng hồi phục sau ngập lụt, công tác cảnh báo ngập lụt, lũ và sự hỗ trợ của các cơ quan chức năng. Nhận thức của người dân về ngập lụt, lũ được thể hiện qua công tác sẵn sàng ứng phó và những biện pháp thích ứng với những nguy hại mà nó có thể gây ra. Sự nhận thức này có được trước hết do trình độ dân trí, kinh nghiệm địa phương của người dân, sau đó là qua sự tuyên truyền của các cơ quan chức năng. Khu vực nghiên cứu là một vùng thường xuyên xảy ra ngập lụt mỗi khi có mưa lớn, trình độ dân trí nhìn chung là khá cao so với các khu vực khác, thông tin về ngập lụt và lũ 71 cũng tương đối đầy đủ, kịp thời, do vậy sự thích ứng của cư dân địa phương khá tốt. Tuy vậy, vẫn có sự phân hóa giữa các cộng đồng dân cư, nhất là các cộng đồng dân cư khu vực ngoại thành, vùng ngoài đê, các cộng đồng cư dân sống ven sông… Hình 4.3 Bảng câu hỏi điều tra khả năng chống chịu lũ, ngập lụt 72 Sau khi thu lại các phiếu điều tra, nghiên cứu tiến hành định lượng hóa các phương án trả lời của các phiếu điều tra, kết quả được trình bày trong Hình 4.4. Hình 4.4. Bản đồ thể hiện khả năng chống chịu của cộng đồng 73 4.3. THÀNH LẬP BẢN ĐỒ TÍNH DỄ BỊ TỔN THƯƠNG DO NGẬP LỤT TRÊN LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY, PHẦN THUỘC THÀNH PHỐ HÀ NỘI Mức độ tổn thương của các đối tượng trong vùng nguy cơ lũ sẽ ở mức cao nhất, bằng với độ lộ diện nếu như đối tượng đó không có khả năng chống chịu, tuy nhiên trong thực tế con người luôn có những biện pháp nhằm giảm thiểu những tổn thương do lũ gây ra. Do đó để thể hiện được mức độ tổn thương của các đối tượng trong vùng, nghiên cứu đã tiến hành kết hợp bản đồ sự lộ diện lũ với bản đồ khả năng chống chịu của cộng đồng để đưa ra bản đồ tổn thương lũ cho khu vực nghiên cứu. Phương pháp GIS, chồng xếp bản đồ theo ma trận (Bảng 4.3) để tính toán tổn thương lũ, ngập lụt; mức độ tổn thương dược chia thành 5 cấp độ từ rất thấp, thấp, trung bình, cao, rất cao. Sau khi tính toán sự tổn thương do lũ, nghiên cứu đã tiến hành xây dựng bản đồ tổn thương gây ra bởi lũ, ngập lụt lưu vực sông Nhuệ Đáy, trên địa bàn thành phố Hà Nội (Hình 4.5). Ta có thể thấy một số khu vực mức độ tổn thương cao như: TT Phùng, Song Phượng (Đạn Phượng); Ngọc Liệp, Phùng Xá, Liệp Tuyết, Tuyết Nghĩa (Quốc Oai); Trung Hưng, Tích Giang, Lại Thượng (Sơn Tây)… Diện tích khu vực tổn thương theo các cấp độ được thể hiện trong Bảng 4.4. 74 Bảng 4.3. Ma trận tính toán mức độ tổn thương do lũ, ngập lụt Đ ộ l ộ d iệ n Rất cao (5) 4 3 2 1 0 4 Rất cao Cao (4) 3 2 1 0 - 3 Cao Trung bình (3) 2 1 0 - - 2 Trung bình Thấp (2) 1 0 - - - 1 Thấp Rất thấp (1) 0 - - - - 0 Rất thấp - Rất thấp (1) Thấp (2) Trung bình (3) Cao (4) Rất cao (5) Cấp độ Khả năng chống chịu Tổn thương Bảng 4.4: Thống kê diện tích tổn thương theo các cấp độ TT Cấp độ tổn thương Diện tích (km 2 ) 1 Rất thấp 290.6 2 Thấp 125.8 3 Trung bình 121.3 4 Cao 32.54 5 Rất cao 4.85 75 Hình 4.5. Bản đồ tính dễ bị tổn thương do lũ, ngập lụt của các đối tượng trên lưu vực sông Nhuệ Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội) 76 KẾT LUẬN VÀ GIẢI PHÁP Luận văn đã tổng quan các nghiên cứu trước đây về vấn đề tổn thương gây ra do ngập lụt. Từ đó lựa chọn công thức tính toán tổn thương và xây dựng phương pháp tính toán tổn thương do ngập lụt cho lưu vực sông Nhuệ Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội Luận văn đã mô phỏng ngập lụt thành phố Hà Nội, tái hiện lại sự kiện mưa lớn gây ngập lụt lịch sử năm 2008 cũng như mô phỏng ngập lụt với các tần suất thiết kế khác nhau, đã xét tới tính cực đoan của hiện tượng biến đổi khí hậu Trong khuôn khổ luận văn, đã tổ chức được 3 đợt thực địa với mục đích tìm hiểu nhận thức, hành động ứng phó của người dân thành phố Hà Nội về vấn đề ngập lụt cũng như công tác khắc phục hậu quả sau ngập lụt và sự trợ giúp của chính quyền địa phương. Luận văn đã xây dựng thành công bản đồ tính dễ bị tổn thương đối với ngập lụt cho lưu vực sông Nhuệ Đáy. Căn cứ trên bộ các bản đồ ngập lụt và bản đồ tính dễ bị tổn thương đối với ngập lụt đã xây dựng cũng như các bản đồ trung gian, có thể nhận thấy rằng trên lưu vực sông Nhuệ Đáy thuộc địa phận thành phố Hà Nội, một số khu vực có độ lộ diện và dễ bi tổn thương cao là các xã (phường): Ngọc Tảo, Hát Môn, Liên Hiệp (huyện Phúc Thọ), Cần Kiệm, Bình Phú, Chàng Sơn, Hương Ngải, Hữu Bằng (huyện Thạch Thất), Liệp Tuyết, Nghĩa Hương, Tuyết Nghĩa, Ngọc Mỹ (huyện Quốc Oai), Duyên Thái, Ninh Sở, Liên Phương, Hồng Vân (huyện Thường Tín), Thanh Liệt, Tam Hiệp, Tứ Hiệp (huyện Thanh Trì), Đại Kim, Yên Sở, Trần Phú (quận Hoàng Mai), La Khê, Dương Nội, Hà Cầu, Vạn Phúc (quận Hà Đông), Mễ Trì, Trung Văn, Tây Mỗ, Xuân Phương, Tân Lập (huyện Từ Liêm), Nam Phong, Nam Triều, Quang Lãng (huyện Phú Xuyên), và phần lớn các huyện Chương Mỹ và Mỹ Đức. Dựa trên nghiên cứu tính dễ bị tổn thương, đánh giá các điều kiện về hạ tầng cơ sở hiện có (chủ yếu là hạ tầng cơ sở giao thông), đề tài đề xuất một số các giải pháp thích ứng như sau: 77 1. Các giải pháp công trình  Xây dựng, củng cố và nâng cấp các đê bao, đê ngăn lũ: trong đó tập trung cho các tuyến đê trọng yếu là đê hữu sông Đà, đê hữu Hồng, đê Vân  Xây dựng mới và củng cố hệ thống bơm tiêu úng: theo các nghiên cứu trên mô hình thủy lực, nhận thấy đối với phần trung lưu của lưu vực, khả năng thoát nước từ nội đồng ra hệ thống các sông chính (sông Tích, sông Nhuệ, sông Đáy) gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là do có hệ thống đê cao. Mặt khác, trên lưu vực sông Nhuệ Đáy, lũ xảy ra khi có mưa lớn trên diện rộng, do vậy khi nội đồng ngập úng cũng thuờng trùng thời điểm với lũ dâng cao trong các hệ thống sông dẫn đến khả năng tiêu thoát tự chảy gặp nhiều khó khăn.  Nghiên cứu hệ thống hồ điều hòa trên cơ sở kết hợp với các khu đô thị, dân cư mới. 2. Các giải pháp phi công trình  Bên cạnh các giải pháp công trình Thủ đô đang thực hiện cần kêu gọi sự chung tay của toàn cộng đồng. Hà Nội cần có chính sách khuyến khích người dân và các nhà đầu tư áp dụng các giải pháp điều hòa nước mưa như xây dựng các bể chứa nước mưa, giếng chìm phục vụ sinh hoạt, tăng cường khả năng thấm của nước mưa xuống đất (nên có các quy định bắt buộc về kết cấu vỉa hè, đường nội bộ khu dân cư theo hướng tăng khả năng thấm nước mưa xuống đất, giảm tải cho hệ thống thoát nước trong mùa mưa bão).  Tăng cường công tác dự báo thời tiết, tăng cường công tác thông tin thời tiết trên các phương tiện thông tin đại chúng, đặc biệt là hệ thống phát thanh để thông tin đến được nhanh nhất với các cộng đồng dân cư.  Tăng cường cơ sở vật chất và mạng lưới cứu hộ thiên tai bão, lũ, cần có quy hoạch, xây dựng các khu vực tránh bão, tránh lũ, vận động người dân (có điều kiện kinh tế) xây nhà kiên cố, nhà cao tầng nhằm hạn chế tối đa tổn thất về người và của. Từng địa phương, vùng có phương án, tổ chức diễn tập theo phương án và tổ chức tốt cho người dân di chuyển đến nơi cao và an toàn trước các trận bão và lũ lụt có cường độ lớn. 78  Tăng cường hợp tác với các nước, các tổ chức quốc tế trong lĩnh vực BĐKH và phòng tránh thiên tai, xây dựng các danh mục dự án thuộc lĩnh vực BĐKH để kêu gọi tài trợ và thiếp nhận công nghệ từ các nước công nghiệp và các nước phát triển.  Đẩy mạnh hợp tác quốc tế trong đào tạo, nâng cao năng lực thông qua đầu tư trực tiếp, tư vấn và xây dựng các hệ thống cảnh báo sớm. 79 KIẾN NGHỊ VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Nghiên cứu này là bước đầu tạo nền tảng cho những nghiên cứu tiếp theo sâu sắc hơn về vấn đề tổn thương gây ra bởi ngập lụt trên lưu vực sông Nhuệ Đáy (phần thuộc thành phố Hà Nội). Do khuôn khổ luận văn còn nhiều hạn chế về thời gian cũng như kinh phí nên độ chính xác của các kết quả tính toán mới chỉ dừng lại ở cấp độ quy hoạch. Luận văn đưa ra một số hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực nghiên cứu tổn thương như sau: Các trận mưa gây lũ lụt trên địa bàn thành phố Hà Nội, đặc biệt trong khu vực nội thành, ngoài việc tính toán các đặc trưng thủy lực trong kênh hở thì không thể bỏ qua việc tính toán thủy lực trong hệ thống đường ống, cống, việc vận hành các trạm bơm... Mô hình MIKE FLOOD cần tích hợp thêm mô hình 1D đô thị (MIKE URBAN) để làm được đó. Đây là hướng nghiên cứu có tính ứng dụng thực tiễn rất cao, nếu thành công thì sẽ là một công cụ tốt cho cuộc sống. Mức độ tổn thương do ngập lụt trong nghiên cứu mới phản ảnh hiện tượng ngay sau lũ, chưa tính đến sự tổn thương lâu dài của các cộng đồng dân cư như vấn đề môi trường sinh thái, bệnh tật. Do vậy cần nghiên cứu xã hội học đầy đủ hơn. 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Trần Ngọc Anh (2011), “Xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu các sông Bến Hải và Thạch Hãn, tỉnh Quảng Trị”. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 27, số 1S, tr. 1-8. 2. Cục thống kê Thành phố Hà Nội (2012), “Niên giám thống kê” 2011. 3. Nguyễn Văn Cư và nnk (2003), “Báo cáo kết quả dự án KHCN cấp nhà nước: môi trường sông Nhuệ- Đáy phần I”. 4. Đặng Đình Đức, Trần Ngọc Anh, Nguyễn Ý Như, Nguyễn Thanh Sơn (2011), “Ứng dụng mô hình MIKE FLOOD tính toán ngập lụt hệ thống sông Nhuệ Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Tập 27, số 1S, 37-43. 5. Đặng Đình Khá (2011), “Nghiên cứu tính dễ bị tổn thương do lũ lụt hạ lưu sông Thạch Hãn, tỉnh Quảng Trị”, Luận văn Thạc sỹ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. 6. Vũ Đức Long, Trần Ngọc Anh, Hoàng Thái Bình và Đặng Đình Khá (2010), “Giới thiệu công nghệ dự báo lũ hệ thống sông Bến Hải và Thạch Hãn sử dụng mô hình MIKE 11”. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 26, số 3S, 397. 7. Nguyễn Thanh Sơn, Cấn Thu Văn (2012), “Các phương pháp đánh giá tính dễ bị tổn thương – Lý luận và thực tiễn. Phần 1. Khả năng ứng dụng trong đánh giá tính dễ bị tổn thương lũ lụt ở Miền Trung Việt Nam”. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Tập 28, số 3S, 115-122. 8. Nhóm nghiên cứu Khoa KTTV & HDH (2007), “Tính toán thủy văn, thủy lực, phục vụ tiêu thoát nước KCN Bắc Thường Tín”. Tiếng Anh 9. Balica Stefania Florina (2007), “Development and Application of Flood Vulnerability Indices for Various Spatial Scales”, Master of Science Thesis, UNESCO-IHE, Institude for water education, 157p. 81 10. Dang - Nguyen Mai, Mukand S. Babel, Huynh T. Luong (2010), “Evaluation of food risk paramerter in the Day River flood Diversion Area, Red River Delta, Vietnam”. Nartural Hazards and Earth System Sciences, Springer, Accepted: 13 May 2010. DOI 10.1007/s11069-010-9558-x. 11. Downing, T.E. and Patwardhan, A., with Klein, R.J.T., Mukhala, E., Stephen, L., Winograd, M. and Ziervogel, G. (2005), “Assessing Vulnerability for Climate Adaptation; In Adaptation Policy Frameworks for Climate Change: Developing Strategies, Policies and Measures. Lim, B., Spanger-Siegfried, E., Burton, I., Malone, E. and Huq, S. (Eds)”, Cambridge University Press, Cambridge. 12. Fuchs S (2009), “Susceptibility versus resilience to mountain hazards in Austria of paradigms of vulnerability revisited”. Nartural Hazards and Earth System Sciences, Vol.9 p. 337 – 352. 13. International Strategy for Disaster Reduction (2004), “Living with Risk: A global review of disaster reduction initiatives”, Under-Secretary-General for Humanitarian Affairs Jan Egeland. 14. IPCC (2001), “Climate change 2001: The scientific basis”. Cambridge, Cambridge University. 15. Janet Edwards (2007), “Handbook for Vulnerability Mapping”. EU Asia ProEco project. 16. Jorn Birkmann (2006), “Approaches to flood vulnerability assessment, first expert meeting. “Guidelines on flood maping””, United Nations University. 17. Messner F, Meyer V (2006), “Flood damage, vulnerability and risk perception of challenges for food damage research. In: Schanze J, Zeman E, Marsalek J (eds)”. Flood risk management of hazards, vulnerability and mitigation measures. Springer, p 149 – 167. 18. NFRAG (The National Flood Risk Advisory Group) (2008), “Flood risk management in Australia”. The Australia J. Emerg Manag 23(4): 21–27p. 19. Nicola Lugeri, Zbigniew W. Kundzewicz, Elisabetta Genovese, Stefan Hochrainer, Maciej Radziejewski (2010), “River flood risk and adaptation in 82 Europe – assessment of the present status”. Mitig Adapt Strateg Glob Change Vol. 15 p. 621-639. 20. Pilon PJ (ed) (2003), “Guidelines for reducing flood losses report”, UN Department of Economic and Social Affairs (DESA). Inter-Agency Secretariat of the International Strategy for Disaster Reduction (UN/ ISDR), UN Economic and Social Commission for Asia and the pacific (UNESCAP), United States of America, National Oceanic and Atmospheric Administration (USA NOAA), World Meteorological Organization (WMO). Available via DIALOG: guidelines.pdf. And accessed 13 July 2011. 21. Ramade, (1989). Eléments d’ecologie: Ecologie appliquée, McGraw-Hill, Paris. 579 p. 22. Richard F. Conner. Flood vulnerability index. www.oieau.fr/IMG/pdf/09- WWF4_FVI.pdf 23. Samuels P, Gouldby B, Klijn F, Messner F, van Os A, Sayers P, Schanze J, Udale-Clarke H (2009) Language of risk - project definitions. Floodsite project report T32-04-01, second edition. www.foodsite.net/html/partner_area/projectdocs/T32_04_01_FLOODsite_Languag e_of_Risk_D32_2_v5_2_P1.pdf 24. Sebastian Scheuer, Dagmar Haase, Volker Meyer (2010), Exploring multicriteria flood vulnerability by integrating economic, social and ecological dimension of flood risk and coping capacity: from a starting point view towards an end point view of vulnerability, Nartural Hazards and Earth System Sciences, Springer, Accepted: 3 November 2010. DOI 10.1007/s11069-010-9666-7. 25. Second Assessment Report (1996), IPCC. 26. Takeuchi K (2006), ICHARM calls for an alliance for localism to manage the risk of water-related disasters. In: Tchiguirinskaia I, Thein KNN, HuberP (eds) Frontiers in flood research, International Association of Hydrological Science (IAHS), Red Book Series, p 305. 83 27. Viet Trinh, Lars Ribbe, Jackson Roehrig & Phong Nguyen (2010), Flood risk assessment for the Thach Han River Basin, Quang Tri Province, Vietnam. Proc. of the Sixth World FRIEND Conference: Global Change: Facing Risks and Threats to Water Resources in Fez, Morocco, October 2010. IAHS Publ. 340. 28. Villagran de Leon JC (2006), Vulnerability – conceptual and methodological review. Studies of the university: research, counsel, education, publication series of UNU-EHS4/2006. Bonn. 29. W. Neil Adger (2006), Vulnerability, Global Environmental Change Vol.16 p.268 – 281. 30. Watts M.J. and Bohle H.G., (1993), The space of vulnerability: the causal structure of hunger and famine, Progress in Human Geography 17:43-67. 31. 32. DHI Water & Environment, (2004) MIKE 11 A modelling system for Rivers and Channels, User Guide. 33. Denmark Hydraulic institute (DHI), 2007, “MIKE 21 Reference Manual”, DHI, 90pp. 34. Denmark Hydraulic institute (DHI), 2007, “MIKE 21 User Manual”, DHI, 90pp. 35. Denmark Hydraulic institute (DHI), 2007, “MIKE Flood User Manual”, DHI, 514pp.