Hiện trạng thoát lũ vùng cửa sông Lại Giang

Để mô phỏng đánh giá hiện trạng thoát lũ vùng cửa sông Lại Giang kết nối lưu vực sông với vùng cửa sông với vùng cửa sông nhỏ hẹp và vùng biển tại nơi không còn bị ảnh hưởng của lũ, trong nghiên cứu đã sử dụng bộ mô hình hiện đại MIKE FLOOD của Đan Mạch với kỹ thuật lưới mềm linh động FM. Để khắc phục vấn đề thiếu số liệu cơ bản đồng thời để nâng cac độ tin cậy của bài toán, các biên lưu luơng phía trên, được xác định bằng 2 phương pháp: Sử dụng mô hình SSARR và mô hình  MIKE NAM; Các biên phía biển được sử dụng bộ số liệu dự báo mực nước thủy triều cho vùng biển nghiên cứu từ 1984 - 2008 của 08 sóng chính của 03 eo biển: Đài Loan, Basi và Malaska và bộ HSĐH 30 sóng của vùng biển cửa Mỹ Á. Mô hình MIKE FLOOD được hiệu chỉnh với trận lũ thực đo 11/2008. Kết quả nghiên cứu đã mô tả khá đầy đủ về bức tranh hiện trạng thoát lũ vùng cửa sông Lại Giang với các trận lũ 11/2008; lũ chính vụ p=10%; lũ muộn p=5%. Phương pháp giải quyết có thể nói là khá đầy đủ và toàn diện, có thể áp dụng cho các vùng cửa sông Miền Trung có điều kiện tương tự.

I. Giới thiệu chung

Cửa Lại Giang là cửa thông ra biển của  con sông Lại Giang, một trong những con sông lớn của tỉnh Bình Định và là cửa tiêu thoát toàn bộ lượng nước lũ của lưu vực sông Lại Giang. Tuy nhiên, cửa sông Lại Giang thường xuyên bị bồi lấp về mùa kiệt và được mở rộng hơn về mùa lũ mà bồi lấp là chủ yếu.

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 23.000m 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. Một điểm rất đáng lưu ý trong nghiên cứu thoát lũ vùng cửa sông Lại Giang là bên cạnh sự bồi lấp cửa sông ( phía biển) vốn đã hẹp và nông thì đoạn sông cong gấp khúc đột ngột “Khánh Trạch - cửa An Dũ” (xem hình 1.1) bị uốn cong gấp khúc đột ngột là 1 trong những yếu tố có thể gây cản trở đáng kể đến thoát lũ và biến đổi vị trí cửa.

Vấn đề nghiên cứu, đánh giá hiện trạng thoát lũ vùng cửa sông Lại Giang không chỉ khó và phức tạp về mặt mô phỏng toán học mà còn gặp phải sự không đầy đủ của các số liệu cơ bản đã được giải quyết 1 cách khá toàn diện và trọn vẹn trên cơ sở ứng dụng mô hình Mike Flood kết nối 1D và 2D, sử dụng được các ưu điểm của 2 loại mô hình này. Ngoài ra sử dụng công nghệ lưới mềm linh động FM mô phỏng chi tiết vùng cửa sông nhỏ hẹp và mở rộng ở các khu ngập lũ và biển. Bên cạnh đó, việc giải quyết bài toán rất được chú trọng về việc xây dựng cơ sở khoa học để xử lý, xác định các biên trên là đường quá trình lũ, bằng phương pháp khác nhau khi sử dụng mô hình SSARR và MIKE NAM, cũng như sử dụng phương pháp dự báo thủy triều với liệt số liệu 25 năm cho các biên ngoài biển và việc kiểm định hiệu chỉnh mô hình với các số liệu mưa dòng chảy và  trận lũ đo đạc thực tế (11/2008)  để nâng cao độ tin cậy của kết quả tính toán.

II. Thiết lập mô hình MIKE FLOOD mô phỏng quá trình lan truyền lũ vùng cửa sông Lại Giang

2.1. Xác lập miền tính và lưới tính

Trên cơ sở mục tiêu nghiên cứu và phân tích các đặc điểm địa hình vùng cửa sông Lại Giang cũng như các ưu, nhược điểm của mô hình Mike 11 và Mike 21, miền tính cho mô phỏng bài toán lan truyền lũ, miền tính ( hình2.1) bao gồm:

- Mạng lưới sông trên mô hình 1D  gồm:

+ Nhánh sông Lại Giang dài 22.155,73 km với 27 mặt cắt ngang

+ Nhánh An Lão dài 8.094,22 km với 05 mặt cắt ngang.

- Miền tính cho mô hình 2 chiều 2D lưới FM: có kích thước 29.136 ô lưới và 15.225 điểm nút

Hình 2.1 Miền tính của  mô hình MIKE FLOOD

2.2. Hiệu chỉnh mô hình MIKE FLOOD

- Mô hình Mike Flood vùng cửa sông Lại Giang được hiệu chỉnh với trận lũ thực đo 11/2008, với biên trên là lưu lượng lũ thực đo tại cầu Mỹ Thành trên nhánh sông An Lão và tại cầu An Thường trên nhánh sông Kim Sơn; Biên dưới là biên mực nước thủy triều cùng thời điểm tại 03 biên lỏng phía biển [1]

- Kết quả hiệu chỉnh mô hình Mike Flood ( bảng.2.1 và hình 2.1) là chấp nhận được, có thể dùng để nghiên cứu khảo sát hiện trạng thoát lũ vùng cửa sông Lại Giang và các giải pháp cải thiện điều kiện thoát lũ.

Hình 2.2. Kết quả so sánh đường quá trình mực nước lũ giữa tính toán và đo đạc con lũ 11/2008 tại các vị trí H1; H2 và H3

Bảng 2.1 Đánh giá sai số hiệu chỉnh mô hình MIKE FLOOD

III. Đánh giá hiện trạng thoát lũ vùng cửa sông Lại Giang

Kết quả nghiên cứu hiện trạng thoát lũ vùng cửa sông Lại Giang trên mô hình Mike Flood theo các kịch bản nghiên cứu (Lũ chính vụ tần suất thiết kế 10%; Lũ muộn tần suất thiết kế 5%; Lũ 11/2008 và khi có nước dâng) cho phép đánh giá hiện trạng thoát lũ vùng cửa sông Lại Giang thông qua:

1. Biến đổi đường mực nước lũ max dọc sông Lại Giang với lũ chính vụ P = 10%, lũ muộn P = 5% và lũ 11/2008 so với cao trình hệ thống đê hiện trạng được thể hiện trên hình 3.1 và bảng 3.1

Hình 3.1. Biến đổi đường mực nước lũ max dọc sông Lại Giang với lũ chính vụ P = 10%, lũ muộn P = 5% và lũ 11/2008

Bảng 3.1. Giá trị cao trình mực nước lũ lớn nhất dọc sông Lai Giang với

2. Trị số mực nướcvà lưu lượng đỉnh lũ dọc theo sông Lại Giang tại các vị trí Bồng Sơn( H1), Hoài Sơn( H2), cửa sông(H3) được tổng hợp trên bảng 3.2.

Bảng 3.2. Mực nước đỉnh lũ và thời gian xuất hiện tại các vị trí H1, H2 và H3 với lũ 11/2008, lũ chính vụ P = 10% và lũ muộn P = 5%  

3. Phạm vi và quy mô ngập lụt vùng cửa sông Lại Giang được thể hiện trên bảng 3.3, hình 3.2 và hình 3.3,  thông qua các thông số đánh giá về: Diện tích ngập lụt,  độ sâu ngập, thời gian ngập sâu.

Hình 3.2. Biểu đồ biến đổi độ sâu ngập lụt max vùng cửa sông Lại Giang

Hình 3.3. Bản đồ ngập lũ vùng cửa sông Lại Giang - phạm vi ngập lụt lớn nhất. Từ phải sang trái: lũ chính vụ P= 10%; lũ muộn 5%; Lu 11/2008

Bảng 3.3. Các thông số ngập lũ vùng cửa sông Lại Giang

- Nước dâng phía biển (trong điều kiện xem xét) ảnh hưởng không nhiều đến quá trình thoát lũ.

- Qua phân tích kết quả tính toán mô phỏng cho phép đánh giá hiện trạng thoát lũ vùng cửa sông Lại giang như sau:

+ Với lũ chính vụ p=10%, mực nước lũ max vùng cửa sông Lại Giang là rất lớn có giá trị trung bình là 8.27m và vùng gần cửa sông là 5.913m, nếu so với cao trình đê ở dọc theo vùng cửa sông Lại Giang (như trên hình 3.1) cho thấy mực nước lũ max p=10% vượt cao trình đê rất lớn: độ vượt trung bình là 3.58m lớn nhất là 6.8m – lúc này hệ thống đê không còn có tác dụng chống lũ.

Độ sâu ngập sâu xảy ra cũng rất lớn: trung bình là 4.4 m ,lớn nhất là 7.9m; Phạm vi vùng cửa sông từ Hoài Sơn ÷ biển (khoảng 5km) độ ngập sâu là lớn nhất so với toàn vùng cửa: trung bình là 6.25m;

+ Với lũ muộn  p=5% mực nước lũ max vùng cửa sông Lại Giang có giá trị trung bình là 5.75 m và vùng gần cửa sông là 3.28 m, nếu so với cao trình đê ở dọc theo vùng cửa sông Lại Giang (như trên hình 3.1) cho thấy: Vùng thượng lưu Bồng Sơn và đoạn giữa từ Bồng Sơn ÷ Hoài Sơn  độ vượt cao trung bình của mực nước lũ trên cao trình đê trung bình không nhiều là < 0.3m;

Vùng gần cửa sông ( trong phạm vi 5km từ cửa) độ vượt cao trung bình của mực nước lũ trên cao trình đê trung bình là 2.1m. Như vậy, vấn đề đặt ra cho đoạn hạ du cửa sông là: cần có sự tác động chống bồi lấp mở rộng cửa sông cải tại lòng dẫn để cải thiện điều kiện thoát lũ cho khu vực này.

+ Với lũ 11/2008 mực nước lũ max vùng cửa sông Lại Giang chỉ vượt cao hơn cao trình đê chủ yếu trong phạm vi từ Hoài Sơn ÷ cửa sông trung bình là 0.35m lớn nhất < 1m gây ảnh hưởng không đáng kể. Độ sâu ngập sâu trung bình là 0.84 m và lớn nhất là 1.8 m.

+  Đoạn cong gấp khúc đột ngột “Khánh Trạch” gần cửa sông có ảnh hưởng lớn đến thoát lũ: làm lũ bị dồn ứ và dâng cao mực nước lên khoảng 1.5m với lũ p=10%. Trong trường hợp lũ nhỏ (từ lũ muộn p=5% trở xuống) sử ảnh hưởng này là không nhiều.

+ Độ dốc mực nước lũ max biến đổi từ: 0.015%;0.025%; 0.037% tương ứng với lũ 11/2008, lũ muộn P = 5% và lũ chính vụ P = 10%,

+  Tốc độ lan truyền mực nước đỉnh lũ từ trạm Bồng Sơn H1 đến trạm cửa sông H3: Với lũ p=10% và 5%  trung bình là 3.7km/giờ hoặc 1.02 m/s;  với lũ  11/2008 là 11km/giờ hoặc 3.06m/s.

Tốc độ lan truyền mực nước đỉnh lũ  với lũ lớn là chậm hơn do cửa sông cửa sông quá hẹp không đủ sức tiêu thoát lũ lớn, gây cản trở thoát lũ, mặt khác là do sự cản trở tiêu thoát lũ của các đoạn cong.

‡Tại vị trí co hẹp cửa sông ra biển, vận tốc dòng chảy lũ là rất lớn Vmax = 2.7m/s; 3.8 m/s và 5.9 m/s tương ứng với lũ 11/2008, lũ muộn P = 5% và lũ chính vụ P = 10%. Điều này cũng minh chứng rằng: dòng chảy lũ  lớn là một trong những yếu tố chủ yếu trong việc hình thành cửa bởi sự chọc thủng dải ngăn cách giữa biển và đầm.

Ngoài ra cũng chỉ ra rằng: trong thiết kế các công trình chỉnh trị cần xem xét kiểm tra ổn định công trình với các giá trị vận tốc max qua cửa, mà nói chung thường bị bỏ qua khi thiết kế.

IV. Kết luận và kiến nghị

Kết quả nghiên cứu đánh giá hiện trạng thoát lũ vùng cửa sông Lại Giang cũng đã giúp cho nhận thức quan trọng là:

- Với vùng cửa sông Lại Giang nói riêng, cũng như đối với các vùng cửa sông Miền Trung, giải pháp phòng chống lũ cần thiết là sự kết hợp: làm hố chứa điều tiết ở thượng nguồn và công trình cải thiện điều kiện tiêu thoát lũ vùng cửa sông. Đối với lũ chính vụ các giải pháp chỉ có tác dụng giảm nhẹ.

- Các giải pháp chống bồi lấp, ổn định và cải tạo luồng lạch cửa sông, sẽ chỉ có tác dụng chủ yếu cải thiện điều kiện thoát lũ và giảm nhẹ ngập lụt cho vùng hạ du ( với vùng cửa sông Lại Giang là từ Bồng sơn ra biển).

- Để cải thiện điều kiện thoát lũ vùng cửa sông Lại Giang nên tập trung vào 2 vấn đề:

 + Giữa ổn định chống bồi lấp cửa bằng biện pháp công trình, kết hợp với nạo vét tạo luồng lạch cải thiện điều kiện giao thông thủy.

+  Cắt cong đoạn sông “ Khánh trạch- An Dũ”.

- Dòng chảy lũ là yếu tố quyết định đến vị trí cửa.

- Công trình chỉnh trị cửa sông Lại giang cần được xem xét trên quan điểm đa mục tiêu, mà ưu tiên là thoát lũ và giao thông thủy.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyễn Việt Liên - Dự báo mực nước thủy triều tại các biên lỏng cho vùng biển nghiên cứu - Báo cáo chuyên đề, đề tài “Nghiên cứu giải pháp KHCN chống bồi lấp, ổn định thoát lũ cửa sông Lại Giang” - 2009.

[2]. Đặng Hoàng Thanh - Tổng hợp, phân tích, thống kê, xác định các biên lưu lượng tại các mặt cắt trên các nhánh sông Kim Sơn và An Lão và các nhập lưu ứng với trận lũ có tần suất theo tiêu chuẩn phòng chống lũ - Báo cáo chuyên đề, đề tài “Nghiên cứu giải pháp KHCN chống bồi lấp, ổn định thoát lũ cửa sông Lại Giang” - 2009.

[3]. Viện Thủy lực Đan Mạch DHI - Mike Flood User Manual

[4]. Nguyễn Ân Niên, Lê Mạnh Hùng - Nghiên cứu biện pháp phòng chống lũ lưu vực sông Lại Giang - 2002.

Tác giả: PGS.TS. Trịnh Việt An, ThS. Nguyễn Thị Thu Huyền, TS. Đặng Hoàng Thanh
Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

Tạp chí KH&CN Thủy lợi