Luận văn Nghiên cứu xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu lưu vực sông Ba

ông Ba hiện tại còn quá ít, trong khi đó gần như năm nào vùng hạ du cũng bị thiệt hại rất lớn bởi ngập lụt. Bởi vậy việc nghiên cứu các giải pháp nhằm giảm thiệt hại do bão lũ gây ra trên lưu vực thực sự là việc làm cần thiết. [6] 1.3.4. Mục tiêu phòng chống lũ trên lưu vực Mặc dù ở vùng hạ lưu sông Ba lũ thường gây ngập trên diện rộng nhưng quá trình lũ lên nhanh và rút cũng nhanh. Mùa lũ hạ du sông Ba thường kéo dài 3 tháng từ 15/9 tới 15/12, mỗi năm thường xảy ra từ 1 tới vài ba trận lũ. Vào mùa mưa lũ chính vụ, toàn bộ vùng hạ lưu sông Ba bỏ ngỏ không sản xuất nông nghiệp đã trở thành tập quán canh tác tồn tại lâu đời. Vì vậy, mục tiêu chống lũ cho hạ lưu sông Ba như sau: - Lũ chính vụ: do tổng lượng lũ lớn gây cho vùng độ sâu bị ngập lớn, diện tích ngập rộng và dài ngày nên không thể phòng chống được một cách triệt để mà chỉ cố gắng phấn đấu giảm bớt tác hại của lũ, đảm bảo an toàn tính mạng và tài sản cho người dân trong vùng, hạn chế tới mức thấp nhất thiệt hại về người và tài sản do lũ bão gây ra. - Lũ sớm, lũ muộn và lũ tiểu mãn: các thời kỳ lũ này có cường độ lũ nhỏ, lượng mưa nội đồng không lớn nên có khả năng phòng chống được. Mục tiêu là 34 nghiên cứu các giải pháp để chống lũ lũ sớm, muộn và tiểu mãn, đảm bảo cho sản xuất nông nghiệp nhằm nâng cao sản lượng lương thực thúc đẩy sự phát triển kinh tế xã hội và ổn định đời sống nhân dân trong vùng. Tuy nhiên hiện nay chưa có quy hoạch phòng chống lũ riêng cho lưu vực chưa được xây dựng nên việc trước tiên là cần thiết phải xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm đưa ra được phương án phòng chống lũ phục vụ phát triển KTXH. 1.3.5. Phương án quy hoạch phòng chống lũ a. Quan điểm chống lũ Quan điểm về chống lũ cho hạ du sông Ba đã được đề cập tới trong các kết quả nghiên cứu như "Định hướng quy hoạch lũ miền Trung" (Viện QHTL 1998- 2000), "Hiệu quả chống lũ hạ du công trình thuỷ điện sông Ba hạ"... Do đặc điểm địa hình, lũ trên sông Ba lên nhanh và xuống cũng nhanh. Những năm lũ lớn (10/1993) lũ về gây ngập tràn lan khắp vùng hạ lưu với độ ngập sâu lớn (2m đến 3m), những năm lũ nhỏ thường gây ngập từ 01,5 đến 1m nhưng do dải đất đồng bằng hẹp, dốc, chạy sát biển nên nước rút nhanh ra biển. Vì vậy mà vùng hạ lưu sông Ba nói riêng cũng như các vùng duyên hải miền Trung Trung Bộ không xây dựng hệ thống đê ngăn lũ như các lưu vực sông khác thuộc miền Bắc. Do đó quan điểm phòng chống lũ cho hạ du sông Ba chủ yếu vẫn là thích nghi, sống chung với lũ là chính. Tuy nhiên cũng cần xem xét nhiệm vụ cắt lũ của một số công trình hồ chứa có quy mô lớn trên dòng chính sông Ba để giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra đối với vùng hạ lưu sông Ba. Qua phân tích liệt thống kê các trận lũ lớn thường xảy ra trong năm cho thấy lũ sớm mặc dù xuất hiện sau lũ tiểu mãn nhưng cường độ lũ lên cũng như độ lớn của lưu lượng đỉnh lũ, tổng lượng lũ lớn hơn so với lũ tiểu mãn. Vì vậy sẽ tập trung chống lũ cho lũ sớm, bởi nếu chống được lũ sớm cũng có nghĩa là sẽ chống được lũ tiểu mãn. Còn với lũ chính vụ, do mức độ ngập lụt của hạ du rất lớn, nên việc chống lũ chính vụ là khó có thể. Hơn nữa tập quán canh tác của người dân vùng thường xuyên ngập lụt đã thích nghi với lũ chính vụ, trong mùa lũ chính vụ vùng ngập trũng thường bỏ ngỏ. Vì vậy, việc tính toán lũ chính vụ chỉ có tính chất kiểm tra. b. Vùng bảo vệ 35 Vùng hạ lưu sông Ba là vùng thường xuyên đối mặt với mưa bão lũ lụt, trong đó toàn bộ đất đai, cơ sở hạ tầng và dân cư nằm trong phạm vi đường 25 kết hợp với kênh chính Bắc Đồng Cam, đường liên huyện lên Sông Hinh kết hợp với kênh chính Nam và vùng cửa sông Đà Rằng chủ yếu thuộc địa phận các huyện Phú Hoà, Tuy Hoà và thị xã Tuy Hoà cần bảo vệ. c. Tiêu chuẩn chống lũ - Căn cứ vào tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 285-2002: các quy định chủ yếu về thiết kế. - Căn cứ vào tiêu chuẩn phân cấp đê ban hành theo nghị định 429-HĐBT. - Căn cứ vào quy phạm thuỷ lợi QPTL A.6.77. Áp dụng cho lưu vực sông Ba có vùng cần bảo vệ là hạ lưu sông Ba nằm trên địa bàn các huyện Tuy Hoà, thành phố Tuy Hoà, huyện Phú Hoà, hàng năm thường có khoảng hơn 5000 ha bị ngập. - Theo Nghị định 429 HĐBT tiêu chuẩn thiết kế đê cấp III. - Theo QPTL A.6-77 tiêu chuẩn thiết kế đê cấp IV Do vậy, chọn tần suất lũ thiết kế của công trình đê cấp IV: 10 %. d. Các phương án quy hoạch phòng chống lũ và tiêu úng Xây dựng các hành lang thoát lũ kết hợp công trình điều tiết lũ thượng lưu là biện pháp chống lũ cơ bản đối với vùng hạ lưu sông Ba. Hiện nay trên lưu vực đã hình thành 2 đập chắn lũ là Quốc lộ 1A và đường sắt thống nhất Bắc Nam. Phía hạ lưu hai bên tả hữu đã có kênh chính Bắc Nam đập Đồng Cam kết hợp giao thông là đường liên tỉnh 7B (Bắc) và 436 (Nam) nhưng nhiều đoạn khi có lũ lớn nước vẫn tràn qua. Trên lưu vực hiện tại chỉ có 2 hồ chứa đa mục tiêu trong đó có nhiệm vụ phòng lũ là hồ Ayun hạ và hồ Sông Hinh. Ngoài ra còn có hồ chứa sông Ba hạ đang được xây dựng. Trong tương lai quy hoạch đề nghị xây dựng bậc thang các công trình hồ chứa đa mục tiêu phía thượng nguồn có tác dụng cắt lũ cho hạ du bao gồm hồ Krông Hnăng, hồ An Khê – Kanak. [6] 36 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 2.1. TỔNG QUAN CHUNG 2.1.1. Khái niệm về bản đồ ngập lụt Bản đồ nguy cơ ngập lụt là tài liệu cơ bản, làm cơ sở khoa học cho việc quy hoạch phòng tránh lũ lụt, lựa chọn các biện pháp, thiết kế các công trình khống chế lũ, là thông tin cần thiết để thông báo cho nhân dân về nguy cơ thiệt hại do lũ lụt ở nơi học cư trú và hoạt động. Bản đồ ngập lụt thường thể hiện các nội dung sau:  Vùng úng ngập thường xuyên.  Vùng ngập lụt ứng với tần suất mưa, lũ khác nhau.  Khu vực nguy hiểm khi có lũ lớn.  Khu vực có nguy cơ bị trượt lở, sạt lở.  Vết xói lở bờ sông, sạt lở bờ biển, trượt lở sườn. Ngoài ra còn thể hiện hệ thống thủy lợi: hồ chứa, trạm bơm, đập dâng, cống đê và các yếu tố nền địa lý. Bản đồ ngập lụt phải xác định rõ ranh giới những vùng bị ngập do một trận mưa lũ nào đố gây ra trên bản đồ. Ranh giới vùng ngập lụt phụ thuộc vào các yếu tố mực nước lũ và địa hình, địa mạo của khu vực đó; trong khi nhân tố địa hình ít thay đổi nên ranh giới ngập lụt chỉ còn phụ thuộc vào sự thay đổi mực nước lũ. [1, 3] 2.1.2. Các phương pháp xây dựng bản đồ ngập lụt Hiện nay trên thế giới có 2 phương pháp được sử dụng để xây dựng bản đồ ngập lụt, đó là: 1. Xây dựng bản đồ ngập lụt dựa vào điều tra các trận lũ lớn thực tế đã xảy ra. 2. Xây dựng bản đồ ngập lụt dựa vào việc mô phỏng bằng các mô hình thủy văn, thủy lực Mỗi phương pháp trên đều có các ưu nhược điểm riêng trong việc xây dựng và ước lượng diện tích ngập lụt. Bản đồ ngập lụt xây dựng theo phương pháp điều tra các trận lũ lớn xảy ra chỉ tái hiện lại hiện trạng ngập lụt, chưa mang tính dự báo nhưng nó vẫn mang ý nghĩa to lớn về nhiều mặt trong công tác chỉ huy phòng chống lũ lụt cũng như làm cơ sở để đánh giá, so sánh các nghiên cứu tiếp theo. Tuy 37 vậy phương pháp này tốn công, mất nhiều thời gian, không đáp ứng nhu cầu thực tế và có những điểm người nghiên cứu không thể đo đạc được hoặc không thu thập được số liệu. Sử dụng công cụ mô phỏng, mô hình hóa bằng các mô hình thủy văn, thủy lực là rất cần thiết và có hiệu quả hơn rất nhiều và cũng là cách tiếp cận hiện đại và đang được sử dụng rộng rãi trong thời gian gần đây trên cả thế giới và ở Việt Nam trong sự kết hợp với cả các lợi thế của phương pháp truyền thống. Mặt khác, với sự phát triển của máy tính và các hệ thống thông tin, cơ sở dữ liệu ngày càng có nhiều ứng dụng phát triển dựa trên nền hệ thông tin địa lý (GIS), mà xây dựng bản đồ ngập lụt là một trong những ứng dụng quan trọng mang lại nhiều lợi ích thiết thực trong thực tiễn công tác phòng chống lụt bão và giảm nhẹ thiên tai. Do vậy luận văn này sẽ tập trung giới thiệu và phân tích các nhóm mô hình thủy văn, thủy lực có khả năng ứng dụng trong xây dựng bản đồ ngập lụt, nhằm làm cơ sở lựa chọn phương pháp sử dụng cho khu vực nghiên cứu cùng với việc giới thiệu các quy trình và công cụ xây dựng bản đồ ngập lụt tích hợp kết quả mô phỏng bằng mô hình thủy động lực với hệ thống cơ sở dữ liệu GIS. 2.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH THỦY VĂN, THỦY LỰC TÍNH TOÁN NGẬP LỤT 2.2.1. Các mô hình mưa dòng chảy:  Mô hình Ltank: do PGS.TS Nguyễn Văn Lai đề xuất năm 1986, là một phiên bản cải tiến từ mô hình Tank gốc của tác giả Sugawara (1959). Mô hình toán mưa rào dòng chảy dựa trên quá trình trao đổi lượng ẩm giữa các tầng mặt, ngầm lưu vực, và bốc hơi. Ứng dụng tốt cho lưu vực vừa và nhỏ.  Mô hình HEC-HMS: là mô hình mưa dòng chảy của trung tâm thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ được phát triển từ mô hình HEC-1, mô hình có những cải tiến đáng kể cả về kỹ thuật tính toán và khoa học thủy văn thích hợp với các lưu vực sông vừa và nhỏ. Là dạng mô hình tính toán thủy văn được dùng để tính dòng chảy từ số liệu đo mưa trên lưu vực. Trong đó các thành phần mô tả lưu vực sông gồm các công trình thủy lợi, các nhánh sông. 38 Kết quả của HEC-HMS được biểu diễn dưới dạng sơ đồ, biểu bảng tường minh rất thuận tiện cho người sử dụng. Ngoài ra, chương trình có thể liên kết với cơ sở dữ liệu dạng DSS của mô hình thủy lực HEC-RAS. Mô hình NAM: được xây dựng năm 1982 tại khoa thủy văn viện kỹ thuật thủy động lực và thủy lực thuộc đại học kỹ thuật Đan Mạch. Mô hình dựa trên nguyên tắc các bể chứa theo chiều thẳng đứng và hồ chứa tuyến tính. Mô hình tính quá trình mưa – dòng chảy theo cách tính liên tục hàm lượng ẩm trong năm bể chứa riêng biệt tương tác lẫn nhau. NAM mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy bằng việc mô tả liên tục cho các thành phần trong 4 vùng trữ lượng tương tác lẫn nhau bao gồm: trữ lượng tuyết; Trữ lượng nước mặt; Trữ lượng nước sát mặt; Trữ lượng nước ngầm. Các mô hình thủy văn trên đây cho kết quả là các quá trình dòng chảy tại các điểm khống chế (cửa ra lưu vực) vì vậy tự thân chúng đứng độc lập chưa đủ khả năng để đưa ra các thông tin về diện tích và mức độ ngập lụt mà phải kết hợp cới một số các công cụ khác như GIS, hoặc là biên cho các mô hình thủy động lực 1-2 chiều khác. [3] 2.2.2. Mô hình thủy lực:  Mô hình VRSAP (Vietnam River System And Plains): tiền thân là mô hình KRSAL do cố PSG.TS Nguyễn Như Khuê xây dựng từ 1965 đến 1993 và được sử dụng rộng rãi ở nước ta trong khoảng 25 năm trở lại đây. Đây là mô hình toán thủy văn - thủy lực của dòng chảy một chiều trên hệ thống sông ngòi có nối với đồng ruộng và các khu chứa khác. Dòng chảy trong các đoạn sông được mô tả bằng hệ phương trình Saint-Venant đầy đủ, không bỏ bớt một vài số hạng như trong một số mô hình khác. Dòng chảy qua các công trình được mô tả bằng các công thức thủy lực đã biết và được đưa vào cùng một số hạng như phương trình của các đoạn sông. Dòng chảy tràn vào các ô ruộng hay khu chứa được mô phỏng theo tư tưởng chung của mô hình SOGREAH. Các khu chứa nước và các ô đồng ruộng trao đổi nước với sông và trao đổi nước với nhau qua các tràn hay cống điều tiết. Do đó, mô hình đã chia các khu chứa và các ô đồng ruộng thành hai loại chính. Loại kín trao đổi nước với sông qua cống điều tiết, loại hở trao đổi nước với sông qua tràn mặt hay trực tiếp gắn với sông như các khu chứa thông thường. 39 Mô hình VRSAP cũng xét đến sự gia nhập của mưa trong tính toán thủy lực dòng chảy trong các hệ thống sông khi diễn toán lũ hay tính tiêu nước cho hệ thống thủy nông. Mô hình cụ̃ng xét đến khả năng truyền mặn trên hệ thống sông và đồng ruộng. Sơ đồ tính trong VRSAP là sơ đồ sai phân ẩn lưới chữ nhật có xét đến trọng số đối với các bước sai phân theo thời gian t và không gian x. Mô hình VRSAP phù hợp với điều kiện Việt Nam, có thể sử dụng để: + Tính toán và tìm ra quy luật thay đổi của lưu lượng Q và mực nước Z tại từng mặt cắt trên hệ thống sông và ô chứa kể cả vùng bị ảnh hưởng của thủy triều. + Giải bài toán tiêu úng, thoát lũ và cấp nước trên các hệ thống công trình thủy lợi vùng đồng bằng và ven biển. + Lập các phương án quy hoạch quản lý và khai thác thủy lợi trên lưu vực sông lớn nhỏ và các hệ thống công trình thủy lợi. + Tính truyền triều và truyền mặn trên các hệ thống sông v.v... Mô hình VRSAP là mô hình mã nguồn mở, nên từ đó nhiều tác giả đã cải tiến để mô hình có thể tính được truyền tải phù sa, tính tiêu thoát nước đô thị. Các loại mô hình toán này hiện cũng đang được ứng dụng ở nước ta và cho kết quả tốt. Một số ứng dụng của mô hình cho hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình, sông Cả, sông Nhật Lệ, sông Hương, sông Thu Bồn, sông Cửu Long... đủ đạt các kết quả tin cậy. Mô hình VRSAP ứng dụng rất có hiệu quả đối với việc tính toán thủy lực tưới, tiêu các hệ thống thủy nông, quy hoạch và lập các dự án quản lý, khai thác hệ thống thủy nông, tính toán quy mô các công trình trên hệ thống, quản lý lưu vực và tài nguyên ở nước ta. Chuyển động của chất lỏng trong lòng dẫn hở có thể mô tả bằng hệ phương trình Saint - Venant. Trong mô hình VRSAP, hệ phương trình Saint - Venant của dòng chảy một chiều là hệ phương trình thủy động lực viết cho dòng chảy một chiều trong lòng dẫn hở:  Phương trình liên tục: + = (1)  Phương trình động lực: 40 (1 − ) + − ∗ + ∗ − = − (2) Mô hình VRSAP chỉ giải quyết được bài toán mà dòng chảy có số = < 1 (tức là dòng chảy êm). Hai hệ phương trình trên là hệ phương trình Saint – Venant có hai ẩn số là : + Q=Q(x,t) là lưu lượng trung bình mặt cắt phụ thuộc vào trục x và thời điểm t. + Z=Z(x,t) là mặt nước tại mặt cắt x, thời điểm t. Trong đó, biến không gian x và thời gian t là hai biến độc lập. Ý nghĩa của các đại lượng trong hệ phương trình Saint - Venant: Bc - chiều rộng toàn mặt cắt ngang sông, Bc = B + Bb; B - chiều rộng lòng sông; Bb - chiều rộng bãi sông; q - lưu lượng dòng chảy gia nhập trên một đơn vị dài theo đoạn sông; J - độ dốc thủy lực, được tính theo công thức tổn thất của dòng chảy ổn định, = .|| R- là bán kính thủy lực, = A - diện tích mặt cắt ướt; P - chu vi ướt; C - hệ số Chezy. Nếu tính theo công thức Manning, C= R 1/ 6 n - hệ số nhám Manning; hệ số động lượng; α hệ số sửa chữa động năng ∗ = 2 − Tuy nhiên mô hình VRSAP không phải là một mô hình thương mại, mà là mô hình có mã nguồn mở chỉ thích hợp với những người có sự am hiểu sâu rộng về 41 kiến thức mô hình; còn đối với công tác dự báo, cảnh báo nhanh cho một khu vực cụ thể, nhất là khu vực miền Trung thì mô hình tỏ ra chưa phù hợp.  Mô hình KOD-01 và KOD-02 của GS.TSKH Nguyễn Ân Niên dùng để tính thủy lực dòng chảy hở một và hai chiều trên hệ thống sông có công trình điều tiết và đồng ruộng. Hệ phương trình Saint - Venant được sử dụng ở dạng rút gọn. Sơ đồ tính là sơ đồ hiện tam giác hỗn hợp. Sơ đồ tính cho phép giải các bài toán dòng không ổn định một chiều như tính toán truyền triều, truyền lũ, phân phối nước, tiêu nước... cho mạng lưới sông, ô chứa, công trình điều tiết với độ phức tạp bất kỳ. Sơ đồ tính có thể phục vụ tính toán quy hoạch dự báo lũ và phân phối nước, phục vụ thiết kế và quản lý hệ thống kênh tưới tiêu và các mục đích khác trong công tác thủy lợi ở nước ta.  Mô hình WENDY: do Viện thủy lực Hà Lan (DELFT) xây dựng cho phép tính thủy lực dòng chảy hở, xói lan truyền, chuyển tải phù sa và xâm nhập mặn.  Mô hình HEC-RAS: do Trung tâm Thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ (Hydrologic Engineering Center of US Army Corps of Engineers) xây dựng. Mô hình có ưu điểm là cho kết quả rõ ràng, có sơ đồ mạng lưới sông, mặt cắt của từng nút sông. Các quan hệ Q ~ t và Z ~ t được trình bày ở dạng biểu bảng và đồ thị, đường mặt nước trong sông được mô tả chi tiết. Mô hình HEC-RAS là mô hình tính dòng chảy một chiều của hệ thống sông, dòng chảy trong sông được mô tả bằng hệ phương trình Saint - Venant đầy đủ và được xây dựng theo sơ đồ sai phân ẩn có xét đến trọng số đối với các bước sai phân theo thời gian t và chiều dọc theo dòng chảy x. Mô hình có hạn chế là không xét đến lượng mưa rơi xuống các khu chứa sau đó gia nhập dòng chảy. Trong những năm gần đây HEC-RAS đã được sử dụng ở nước ta trong các nghiên cứu về lũ, đặc biệt là trong công tác đào tạo tại các trờng đại học. Dòng chảy trong sông thiên nhiên được coi là dòng không ổn định biến đổi chậm chảy một chiều, thay đổi theo không gian và thời gian. Các yếu tố được mô tả bằng hệ phương trình Saint - Venant, gồm phương trình liên tục và phương trình động lực. Hệ phương trình Saint - Venant trong mô hình này có dạng:  Phương trình liên tục: 42 + + = (3)  Phương trình động lực: + ( ) + + = 0 (4) Để giải hệ gồm hai phương trình liên tục (2.3) và động lực (2.4) dùng phương pháp sai phân hữu hạn thay các đạo hàm riêng bằng tỷ số các sai phân. Giống như mô hình VRSAP, trong mô hình HEC-RAS cũng sử dụng sơ đồ ẩn (lưới sai phân chữ nhật) để giải hệ phương trình Saint-Venant.  Họ mô hình MIKE: do viện thủy lực Đan Mạch (DHI) xây dựng được tích hợp rất nhiều các công cụ mạnh, có thể giải quyết các bài toán cơ bản trong lĩnh vực tài nguyên nước. Tuy nhiên đây là mô hình thương mại, phí bản quyền rất cao nên không phải cơ quan nào cũng có điều kiện sử dụng.  MIKE 11: là mô hình một chiều trên kênh hở, bãi ven sông, vùng ngập lũ, trên sông kênh có kết hợp mô phỏng các ô ruộng mà kết quả thủy lực trong các ô ruộng là “giả hai chiều”. MIKE 11 có một số ưu điểm nổi trội so với các mô hình như: i. Liên kết với GIS; ii. Kết nối với các mô hình thành phần khác của bộ MIKE ví dụ mô hình mưa rào - dòng chảy NAM, mô hình thủy động lực học 2 chiều MIKE 21, mô hình dòng chảy nước dưới đất, dòng chảy tràn bề mặt và dòng bốc thoát hơi thảm phủ (MIKE SHE); iii. Tính toán chuyển tải chất khuyếch tán; iv. Vận hành công trình; v. Tính toán quá trình phú dưỡng; Hệ phương trình sử dụng trong mô hình là hệ phương trình Saint - Venant một chiều không gian, với mục đích tìm quy luật diễn biến của mực nước và lưu lượng dọc theo chiều dài sông hoặc kênh dẫn và theo thời gian. Mô hình MIKE 11 đã được ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới. Tuy nhiên MIKE 11 không có khả năng mô phỏng tràn bãi nên trong các bài toán ngập lụt MIKE 11 chưa mô phỏng một cách đầy đủ quá trình nước 43 dâng từ sông vào tràn bãi vào ruộng và ngược lại để cái thiện vấn đề này bộ MIKE có thêm mô hình thủy lực hai chiều MIKE 21 và bộ kết nối MIKE FLOOD.  MIKE 21 & MIKE FLOOD: là mô hình thủy động lực học dòng chảy 2 chiều trên vùng ngập lũ đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới. Mô hình MIKE 21 HD là mô hình thủy động lực học mô phỏng mực nước và dòng chảy trên sông, vùng cửa sông vịnh và ven biển. Mô hình mô phỏng dòng chảy không ổn định hai chiều ngang đối với một lớp dòng chảy. Mike 21 HD có thể mô hình hóa dòng chảy tràn với nhiều điều kiện được tính đến, gao gồm: i. Ngập và tiêu nước cho vùng tràn ii. Tràn bờ iii. Dòng chảy qua công trình thủy lợi iv. Thủy triều v. Nước dâng do mưa bão Phương pháp mô phỏng bao gồm phương trình liên tục kết hợp với phương trình động lượng mô tả sự biến đổi của mực nước và lưu lượng. Lưới tính toán sử dụng trong mô hình là lưới hình chữ nhật. Tuy nhiên MIKE 21 nếu độc lập cũng khó có thể mô phỏng tốt quá trình ngập lụt tại một lưu vực sông với các điều kiện ngập thấp. Để có thể tận dụng tốt các ưu điểm và hạn chế những khuyết điểm của cả hai mô hình một chiều và hai chiều trên, DHI đã cho ra đời một công cụ nhằm tích hợp cả hai mô hình trên; đó là công cụ MIKE FLOOD. MIKE FLOOD là một công cụ tổng hợp cho việc nghiên cứu các ứng dụng về vùng bãi tràn và các nghiên cứu về dâng nước do mưa bão. Ngoài ra, MIKE FLOOD còn có thể nghiên cứu về tiêu thoát nước đô thị, các hiện tượng vỡ đập, thiết kế công trình thủy lợi và tính toán cho các vùng sông lớn. MIKE FLOOD được sử dụng khi cần có sự mô tả hai chiều ở một số khu vực (MIKE 21) và tại những nơi cần kết hợp mô hình một chiều (MIKE 11). Trường hợp cần kết nối một chiều và hai chiều là khi cần có một mô hình vận tốc chi tiết cục bộ (MIKE 21) trong khi thay đổi dòng chảy sông được điều tiết bởi các công 44 trình phức tạp (cửa van, cống điều tiết, các công trình thủy lợi đặc biệt) mô phỏng theo mô hình MIKE 11. Khi đó mô hình một chiều MIKE 11 có thể cung cấp điều kiện biên cho mô hình MIKE 21 và ngược lại.  Bộ mô hình MIKE 11 và MIKE 11-GIS của viện thủy lực đan mạch (DHI) sử dụng để xây dựng bản đồ ngập lụt cho vùng hạ lưu sông. MIKE 11-GIS là bộ công cụ mạnh trong trình bày và biểu diễn về mặt không gian và thích hợp công nghệ mô hình bãi ngập và sông của MIKE 11 cùng với khả năng phân tích không gian của hệ thông tin địa lý trên môi trường ARCGIS 9.1. MIKE 11-GIS có thể mô phỏng diện ngập lớn nhất, nhỏ nhất hay diễn biến từ lúc nước lên cho tới lúc nước xuống trong một trận lũ. Độ chính xác của kết quả tính từ mô hình và thời gian tính toán phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của DEM. Nó cho biết diện ngập và độ sâu tương ứng từng vùng nhưng không xác định được hướng dòng chảy trên đó.  Mô hình MIKE SHE: mô hình toán vật lý thông số phân bổ mô phỏng hệ thống tổng hợp dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm lưu vực sông. Mô phỏng biến đổi về lượng và chất hệ thống tài nguyên nước. Bao gồm dòng chảy trong lòng dẫn, dòng chảy tràn bề mặt, dòng chảy ngầm tầng không áp, dòng chảy ngầm tầng có áp, dòng chảy tầng ngầm chuyển tiếp giữa tầng có áp và tầng không áp, bốc thoát hơi từ tầng thảm phủ, truyền chất, vận chuyển bùn cát. Ứng dụng thực tiễn: đã được ứng dụng tính toán rộng rãi trên phạm vi toàn thế giới. Ở Việt Nam MIKE SHE được ứng dụng mô phỏng dòng hệ thống dòng chảy ngầm, mặt lưu vực. Qua thực tế việc sử dụng các mô hình thủy văn, thủy lực hiện nay trên thế giới và tại Việt Nam; với mong muốn mô phỏng một cách chính xác nhất quá trình ngập lụt trong khu vực nghiên cứu, tác giả nhận thấy bộ mô hình MIKE-FLOOD của Viện thủy lực Hà Lan có thể đáp ứng được yêu cầu xây dựng bản đồ ngập lụt cho khu vực nghiên cứu với các lý do sau:  Bộ mô hình MIKE bao gồm: mô hình thủy văn MIKE NAM, dùng để tính toán các biên đầu vào cho mô hình thủy lực 1 chiều MIKE 11, cũng như biên gia nhập khu giữa cho mô hình thủy lực hai chiều MIKE 21. Mô hình thủy lực một chiều MIKE 11 mô phỏng dòng chảy một chiều trong sông và mô hình hai chiều 45 MIKE 21 mô phỏng dòng chảy hai chiều ngang bãi tràn. Bộ mô hình này rất phù hợp để mô phỏng ngập lụt ở hạ lưu lưu vực sông Ba nơi thường xuyên xảy ra các trận lũ từ nhở đến lớn.  Điều kiện số liệu đo đạc trong khu vực hạn chế do nhiều nguyên nhân khác nhau nên việc sử dụng mô hình MIKE-NAM để tính toán dòng chảy từ mưa làm biên đầu vào cho mô hình thủy lực là cần thiết.  Mô hình MIKE FLOOD là một công cụ tổng hợp cho việc nghiên cứu các ứng dụng về vùng bãi tràn phù hợp cho vùng trũng nghiên cứu, có thể thể hiện được cả mức độ ngập lụt lẫn tốc độ và hướng dòng chảy lũ trong vùng ngập lụt.  Mô hình EFDC Mô hình EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code) là một phần mềm mô hình toán có khả năng dự báo, tính toán và mô phỏng các quá trình dòng chảy, lan truyền có tính đến các quá trình sinh - địa - hóa trong sông, hồ, hồ chứa, các vùng cửa sông Mô hình được cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ US EPA phát triển từ những năm 1980 đến 1994 được các nhà khoa học viện khoa học biển Virgina tiếp tục xây dựng. Mô hình được xây dựng dựa trên các phương trình động lực, nguyên tắc bảo toàn khối lượng và bảo toàn thể tích. Mô hình là mô hình đa chiều (1 chiều, 2 chiều, 3 chiều) nên có khả năng đạt độ chính xác cao trong việc mô hình hóa các hệ thống đầm lầy, đất ngập nước, kiểm soát dòng chảy, các dòng sinh song gần bờ và các quá trình vận chuyển trầm tích. [3] 2.2.3. Lựa chọn mô hình diễn toán Với những đặc trưng, tính năng, của các mô hình toán thủy văn, thủy lực ở trên, đồng thời qua tình hình sử dụng cụ thể các mô hình này hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Với mong muốn mô phỏng một cách chính xác nhất quá trình tập trung nước, diễn biến quá trình mưa rào - dòng chảy và đặc biệt là mô phỏng chính xác quá trình ngập lụt trong vùng nghiên cứu tác giả nhận thấy phần mềm EFDC có thể đáp ứng được yêu cầu đánh giá mức độ ngập lụt cho một hệ thống.  Lựa chọn mô hình thủy văn : 46 Do điều kiện số liệu thực đo đầu vào cho mô hình, đặc biệt là số liệu mưa cũng như số liệu gia nhập khu giữa của mạng sông nghiên cứu là rất hạn chế cả về số lượng trạm đo và chế độ đo. Chính vì vậy, việc sử dụng MIKE - NAM để tính toán dòng chảy từ mưa làm biên đầu vào cho mô hình thủy lực là rất cần thiết và phù hợp.  Lự