(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Thành Lập Bản Đồ Phân Vùng Nguy Cơ Lũ Quét Và Cảnh Báo Vùng Ngập Lụt

GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

TRẦN ĐỨC THIỆN

NGHIÊN CỨU THÀNH LẬP BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG NGUY CƠ LŨ QUÉT VÀ

CẢNH BÁO VÙNG NGẬP LỤT DO NGHẼN DÒNG CHO LƯU VỰC SÔNG

NGÀN PHỐ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

TRẦN ĐỨC THIỆN

NGHIÊN CỨU THÀNH LẬP BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG NGUY CƠ LŨ QUÉT VÀ

CẢNH BÁO VÙNG NGẬP LỤT DO NGHẼN DÒNG CHO LƯU VỰC SÔNG

NGÀN PHỐ

Chuyên ngành: Thủy văn học

Mã số: 604490

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học:

1. PGS. TS Hoàng Minh Tuyển

2. PGS. TS Phạm Thị Hương Lan

Hà Nội – 2014

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu, học viên đã hoàn thành luận văn thạc sỹ

“Nghiên cứu thành lập bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét và cảnh báo vùng ngập

lụt do nghẽn dòng cho lưu vực sông Ngàn Phố”. Đây là một đề tài phức tạp và khó

khăn trong việc thu thập, phân tích thông tin số liệu. Vì vậy, trong quá trình thực hiện

để hoàn thành luận văn, ngoài sự cố gắng của bản thân còn có sự giúp đỡ nhiệt tình

của quý thầy cô, đồng nghiệp.

Trước hết học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và trân trọng tới PGS. TS

Hoàng Minh Tuyển, PGS. TS Phạm Thị Hương Lan đã chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ

học viên rất tận tình trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn.

Học viên xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, Khoa

Thủy văn Tài nguyên nước của trường Đại học Thủy lợi và toàn thể các thầy cô đã

giảng dạy, giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập cũng như thực hiện luận văn.

Tác giả cũng chân thành cảm ơn tới các bạn đồng nghiệp, bạn bè, đặc biệt

phòng Đánh giá Quy hoạch và Tài nguyên nước - Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn

và Biến đổi khí hậu nơi học viên đang công tác đã hỗ trợ chuyên môn, thu thập tài

liệu liên quan để luận văn được hoàn thành.

Do thời gian nghiên cứu không dài, trình độ và kinh nghiệm thực tiễn chưa

nhiều nên luận văn chắc chắn không thể tránh được những hạn chế và thiếu sót. Học

viên kính mong các thầy, cô giáo, đồng nghiệp đóng góp ý kiến để kết quả nghiên cứu

được hoàn thiện hơn.

Học viên xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội, ngày 3 tháng 12 năm 2014

Học viên

Trần Đức Thiện

BẢN CAM KẾT

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số

liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất

kỳ công trình nào khác.

Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã

được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc.

Học viên thực hiện luận văn

Trần Đức Thiện

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LŨ QUÉT ................... 4

1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới ....................................................................... 4

1.1.1 Các phương pháp dự báo, cảnh báo lũ quét ...................................................... 4

1.1.2 Các phương pháp lập bản đồ cảnh báo lũ quét ................................................. 5

1.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam ........................................................................... 6

1.2.1 Các nghiên cứu về lập bản đồ phân vùng nguy cơ xuất hiện lũ quét ............... 6

1.2.2 Các nghiên cứu về hệ thống cảnh báo lũ quét .................................................. 6

1.2.3 Các công trình nghiên cứu lũ quét .................................................................... 7

1.3 Tình hình nghiên cứu tại lưu vực ......................................................................... 8

1.4 Nhận xét .................................................................................................................. 9

CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP LẬP BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG NGUY CƠ LŨ

QUÉT .......................................................................................................................... 10

2.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự hình thành lũ và lũ quét ................................. 10

2.1.1 Mưa ................................................................................................................. 10

2.1.2 Địa hình ........................................................................................................... 13

2.1.3 Đặc trưng hình thái sông, suối ........................................................................ 14

2.1.4 Đất ................................................................................................................... 15

2.1.5 Rừng, lớp phủ thực vật. ................................................................................... 17

2.1.6 Các hoạt động kinh tế - xã hội của con người ................................................ 18

2.2 Phân vùng lũ quét dựa trên phương pháp phân tích nhân tố ......................... 21

2.2.1 Xác định nhân tố tổng hợp bằng phương pháp phân tích nhân tố. ................. 22

2.2.2 Xác định chỉ số định lượng tổng hợp và phân vùng nguy cơ lũ quét ............. 27

2.2.3 Chỉ tiêu phân cấp lũ quét ................................................................................ 29

2.3 Phân vùng lũ quét cho cấp dòng dựa trên phân vùng trượt lở ....................... 30

2.4 Phân vùng lũ quét dựa trên phân vùng trượt lở ............................................... 31

2.4.1 Phân vùng lũ bùn đá ........................................................................................ 31

2.4.2 Phân vùng nguy cơ lũ bùn đá: ......................................................................... 32

2.4.3 Phân vùng nguy cơ lũ quét nghẽn dòng và hỗn hợp ....................................... 33

2.4.4 Phân vùng nguy cơ lũ quét sườn ..................................................................... 33

2.5 Phân vùng lũ quét dựa trên tổ hợp các nhân tố ................................................ 34

2.6 Lựa chọn phương pháp phân vùng nguy cơ lũ quét ......................................... 36

2.6.1 Cơ sở phương pháp phân tích nhân tố ............................................................ 37

2.6.2 Nội suy không gian ......................................................................................... 37

2.6.3 Xác định trọng số nhân tố ............................................................................... 37

2.6.4 Phân cấp các nhân tố hình thành lũ quét ......................................................... 39

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG NGUY CƠ

LŨ QUÉT CHO LƯU VỰC SÔNG NGÀN PHỐ ................................................... 45

3.1 Đặc điểm tự nhiên vùng lưu vực sông Ngàn Phố .............................................. 45

3.1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên ................................................................................. 45

3.1.2 Đặc điểm địa hình ........................................................................................... 46

3.2 Đặc điểm khí tượng - thủy văn ........................................................................... 47

3.2.1 Đặc điểm khí hậu ............................................................................................ 47

3.2.2 Đặc điểm thủy văn .......................................................................................... 52

3.3 Đặc điểm mưa lũ trên lưu vực sông Ngàn Phố .................................................. 53

3.3.1 Một số trận lũ quét xảy ra trên lưu vực sông Ngàn Phố ................................. 54

3.3.2 Điều kiện mưa lũ hình thành lũ quét ............................................................... 55

3.4 Xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét cho lưu vực sông Ngàn Phố .... 57

3.4.1 Xác định trọng số các nhân tố ......................................................................... 58

3.4.2 Phân cấp các nhân tố hình thành lũ quét trên lưu vực sông Ngàn Phố ........... 58

3.4.3 Thành lập bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét ................................................. 63

CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ CẢNH BÁO VÙNG NGẬP

LỤT DO NGHẼN DÒNG CHO LƯU VỰC SÔNG NGÀN PHỐ ......................... 65

4.1 Thiết lập sơ đồ tính toán ...................................................................................... 65

4.2 Lựa chọn công cụ tính toán ................................................................................. 67

4.2.1 Mô hình mưa - dòng chảy ............................................................................... 67

4.2.2 Giới thiệu mô hình thủy lực ............................................................................ 73

4.2.3 Phần mềm ARCGIS ........................................................................................ 76

4.3 Xây dựng bản đồ ngập lụt ................................................................................... 78

4.3.1 Xác định biên tính toán ................................................................................... 78

4.3.2 Thiết lập mạng sông và điều kiện đầu vào của mô hình ................................. 83

4.3.3 Xây dựng bản đồ ngập lụt ............................................................................... 84

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ .......................................................................................... 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 91

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2-1. Các nhân tố hình thành lũ quét [3] .............................................................. 10

Hình 2-2. Tổ hợp của các hình thế thời tiết gây mưa lớn và lũ quét trên các vùng ..... 12

Hình 2-3. Sơ đồ quy trình xác định trọng số aj cho các nhân tố .................................. 38

Hình 3-1. Lưu vực sông Ngàn Phố .............................................................................. 45

Hình 3-2. Địa hình lưu vực sông Ngàn Phố ................................................................. 46

Hình 3-3. Bản đồ thống kê các vùng đã xảy ra lũ ........................................................ 57

Hình 3-4. Tần suất mưa 1 ngày lớn nhất trạm Hương Sơn .......................................... 59

Hình 3-5. Tần suất mưa 1 ngày lớn nhất trạm Sơn Diệm ............................................ 59

Hình 3-6. Bản đồ phân cấp mưa trên lưu vực sông Ngàn Phố .................................... 60

Hình 3-7. Bản đồ phân cấp độ dốc trên lưu vực sông Ngàn Phố ................................. 61

Hình 3-8. Bản đồ phân cấp thảm phủ lưu vực sông Ngàn Phố .................................... 62

Hình 3-9. Bản đồ phân cấp loại đất trên lưu vực sông Ngàn Phố ................................ 63

Hình 3-10. Bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét lưu vực sông Ngàn Phố ..................... 64

Hình 4-1. Sơ đồ khối quy trình xây dựng bản đồ cảnh báo ngập lụt ứng với các cấp

lượng mưa .................................................................................................................... 66

Hình 4-2. Biến số trong phương pháp SCS trong tổn thất mưa ................................... 69

Hình 4-3. Nguyên lý xếp chồng được áp dụng cho đường quá trình dòng chảy ......... 71

Hình 4-4. Đường lũ đơn vị SCS (a) Đường không thứ nguyên.(b) Đường tam giác .. 72

Hình 4-5. Nhánh sông với các điểm lưới xen kẽ ......................................................... 74

Hình 4-6. Hình dạng các điểm lưới xung quanh nút tại đó ba nhánh gặp nhau .......... 75

Hình 4-7. Hình dạng các điểm lưới và các nút trong mô hình hoàn chỉnh .................. 75

Hình 4-8. Qúa trình mưa thực đo và mưa 1 ngày max thu phóng về tần suất 1 % tại

trạm Sơn Diệm ............................................................................................................. 80

Hình 4-9. Thông số mô hình UHM tại Sơn Diệm ....................................................... 81

Hình 4-10. Quá trình dòng chảy thực đo và tính toán trạm Sơn Diệm ........................ 82

Hình 4-11. Sơ đồ xây dựng bản đồ ngập lụt ................................................................ 83

Hình 4-12. Sơ đồ mạng thủy lực sông Ngàn Phố ........................................................ 84

Hình 4-13. Bản đồ mô phỏng ngập năm 2002 ............................................................. 85

Hình 4-14. Bản đồ ngập lụt do nghẽn dòng lưu vực sông Ngàn Phố .......................... 86

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1. Phân cấp tổ hợp nền tiềm năng gây lũ quét................................................. 35

Bảng 2-2. Phân cấp Độ dốc bề mặt (I) ......................................................................... 40

Bảng 2-3. Tên đất theo phân loại phát sinh ................................................................. 41

Bảng 2-4. Phân loại đất phục vụ phân vùng nguy cơ lũ quét ...................................... 42

Bảng 2-5. Phân cấp Thảm phủ thực vật (T) ................................................................. 44

Bảng 3-1. Nhiệt độ không khí trung bình nhiều năm .................................................. 49

Bảng 3-2. Tốc độ gió trung bình và tối trung bình tháng tại một số trạm .................. 49

Bảng 3-3.Tổng lượng mưa tháng và năm trung bình nhiều năm ................................. 50

Bảng 3-4. Phân phối lượng mưa theo mùa .................................................................. 51

Bảng 3-5. Số ngày mưa trung bình tháng và năm tại một số trạm trên lưu vực .......... 51

Bảng 3-6.Đặc trưng độ ẩm tại một số trạm trên lưu vực ............................................. 51

Bảng 3-7.Lượng bốc hơi trung bình nhiều năm ........................................................... 52

Bảng 3-8.Trạm quan trắc khí tượng, khí hậu trên lưu vực .......................................... 53

Bảng 3-9. Trạm đo mưa thu thập trên lưu vực ............................................................. 53

Bảng 3-10. Trạm đo thủy văn trên lưu vực .................................................................. 53

Bảng 3-11. Trọng số các nhân tố trong lưu vực sông Ngàn Phố ................................. 58

Bảng 3-12. Phân cấp thảm phủ lưu vực sông Ngàn Phố.............................................. 61

Bảng 3-13. Bảng phân cấp loại đất trên lưu vực sông Ngàn Phố ................................ 62

Bảng 4-1. Diện tích các xã bị ngập ứng với các cấp ngập ........................................... 86