Luận văn Nghiên cứu ứng dung mô hình toán mô phỏng lũ tràn đồng trên hệ thống sông Hương tỉnh Thừa Thiên Huế

-2- Lời cảm ơn Luận văn thạc sĩ khoa học "Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán mô phỏng lũ tràn đồng trên hệ thống sông Hương tỉnh Thừa Thiên Huế" đã được hoàn thành tại Khoa Khí tượng - Thủy văn - Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội tháng 6 năm 2008. Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của thầy cô và đồng nghiệp. Trước hết, tác giả luận văn xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Nguyễn Tiền Giang là người trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tác giả cũng chân thành cảm ơn TS. Lê Văn Nghị và các đồng nghiệp tại Viện Khoa học Thủy lợi, Viện Quy hoạch Thủy lợi đã hỗ trợ chuyên môn, thu thập các tài liệu liên quan để luận văn được hoàn thành. Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Nguyễn Văn Tuần và GS. TS. Hoàng Tư An đã quan tâm chỉ bảo trong suốt quá trình làm luận văn. Trong khuôn khổ của luận văn, do thời gian và điều kiện hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của độc giả và những người quan tâm. Tác giả -3- mục lục Trang Lời cảm ơn ................................................................................................................. 2 Danh mục bảng ......................................................................................................... 5 Danh mục hình.......................................................................................................... 7 Mở đầu ...............................................................................................................9 Chương 1. Tổng quan về các mô hình và những nghiên cứu trước đây ......... 11 1.1. Một số mô hình mưa rào - dòng chảy thông dụng....................................11 1.1.1. Mô hình đường đơn vị.......................................................................11 1.1.2. Mô hình TANK ................................................................................13 1.1.3. Mô hình SSARR...............................................................................14 1.1.4. Mô hình NAM..................................................................................15 1.2. Một số mô hình thủy lực thông dụng.......................................................16 1.2.1. Mô hình VRSAP...............................................................................17 1.2.2. Mô hình HEC-RAS...........................................................................19 1.2.3. Mô hình MIKE 11 ............................................................................20 1.2.4. Mô hình MIKE 21 ............................................................................23 1.2.5. Mô hình MIKE FLOOD ...................................................................25 1.2.6. Một số mô hình khác ........................................................................28 1.3. Những nghiên cứu trước đây về lưu vực...................................................30 1.4. Nhận xét .................................................................................................32 Chương 2. Tổng quan về lưu vực sông Hương ................................................... 34 2.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực .............................................................34 2.1.1. Vị trí địa lý .......................................................................................34 2.1.2. Đặc điểm địa hình.............................................................................35 2.1.3. Đặc điểm địa chất .............................................................................39 2.1.4. Thảm phủ thực vật ............................................................................40 2.1.5. Đặc điểm khí tượng ..........................................................................42 2.1.6. Đặc điểm thủy văn............................................................................47 2.2. Tình hình mưa - lũ trên hệ thống sông Hương .........................................52 2.2.1. Mưa lũ và các hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn.................................52 2.2.2. Tổ hợp mưa lũ trên 3 nhánh sông......................................................53 2.2.3. Đặc điểm dòng chảy lũ .....................................................................55 -4- 2.3. Các công trình tác động đến dòng lũ .......................................................59 2.4. Tình hình dân sinh kinh tế.......................................................................62 2.5. Nhận xét .................................................................................................64 Chương 3. Tính toán thủy lực hệ thống sông Hương bằng mô hình kết hợp 1 và 2 chiều.................................................. 65 3.1. Tình hình tài liệu.....................................................................................65 3.1.1. Tài liệu chuỗi thời gian .....................................................................65 3.1.2. Dữ liệu địa hình và không gian .........................................................67 3.2. Thiết lập mô hình một chiều MIKE 11 ....................................................69 3.2.1. Phạm vi mô phỏng MIKE 11 ............................................................69 3.2.2. Thiết lập mô hình thủy lực mạng sông ..............................................71 3.2.3. Mô phỏng, hiệu chỉnh sơ bộ..............................................................75 3.3. Thiết lập biên trên cho mô hình MIKE 11 ...............................................78 3.3.1. Phân chia lưu vực..............................................................................78 3.3.2. Xác định trọng số các trạm quan trắc................................................79 3.3.3. Hiệu chỉnh mô hình ..........................................................................80 3.3.4. Xác định thông số.............................................................................81 3.3.5. Kết quả mô phỏng mưa - dòng chảy..................................................83 3.3.6. Kết nối mô hình NAM với mô hình MIKE 11...................................84 3.4. Thiết lập mô hình hai chiều MIKE 21 .....................................................86 3.4.1. Thiết lập bản đồ cao độ số Bathymetry .............................................86 3.4.2. Các thông số cơ bản của mô hình......................................................88 3.4.3. Điều kiện biên của mô hình ..............................................................89 3.4.4. Mô phỏng sơ bộ................................................................................91 3.5. Hiệu chỉnh mô hình MIKE FLOOD với trận lũ 11/2004..........................91 3.5.1. Thiết lập các kết nối..........................................................................91 3.5.2. Mô phỏng và hiệu chỉnh mô hình......................................................94 3.5.3. Kết quả mô phỏng ............................................................................98 3.6. Kiểm định mô hình MIKE FLOOD với trận lũ 11/1999 ........................102 3.6.1. Kiểm định mô hình.........................................................................102 3.6.2. Kết quả mô phỏng ..........................................................................105 3.6.3. So sánh kết quả tính toán ................................................................109 3.6.4. Nhận xét, đánh giá trận lũ tháng 11/1999........................................112 Kết luận .................................................................................................................. 113 Tài liệu tham khảo................................................................................................ 116 Phụ lục -5- Danh mục bảng Trang Bảng 2.1.1. Lượng mưa trung bình nhiều năm tại các trạm đo.............................. 44 Bảng 2.1.2. Lượng mưa lớn nhất năm 1999............................................................ 46 Bảng 2.1.3. Thống kê số trận bão đổ bộ vào Việt Nam từ năm 1891 đến 1999 ... 46 Bảng 2.1.4. Các đặc trưng thủy văn tại một số tuyến quan trắc............................. 48 Bảng 2.1.5. Diện tích úng ngập tại Thừa Thiên Huế một số năm.......................... 49 Bảng 2.2.1. Chênh lệch thời gian xuất hiện các trận mưa lũ lớn nhất hàng năm của 3 trạm mưa đại biểu ....................................................................... 54 Bảng 2.2.2. Thống kê mực nước lũ các năm tại Thừa Thiên Huế.......................... 57 Bảng 2.2.3. Lưu lượng lũ lớn nhất chính vụ trên sông Hương ............................... 57 Bảng 2.2.4. Lũ tiểu mãn thực đo trên sông Hương................................................. 58 Bảng 2.2.5. Mực nước lớn nhất trên sông Hương qua các trận lũ lớn ................... 58 Bảng 2.2.6. Mực nước lũ lớn nhất dọc sông Hương ............................................... 58 Bảng 2.3.1. Thông số của một số công trình trên hệ thống.................................... 62 Bảng 3.1.1. Các trạm quan trắc khí tượng............................................................... 65 Bảng 3.1.2. Các trạm quan trắc thủy văn ................................................................ 66 Bảng 3.2.1. Thông số mạng lưới sông tính toán ..................................................... 71 Bảng 3.2.2. Thống kê mặt cắt trên hệ thống ........................................................... 73 Bảng 3.2.3. Biên trong mô hình thủy lực MIKE 11................................................ 74 Bảng 3.3.1. Diện tích các tiểu lưu vực..................................................................... 79 Bảng 3.3.2. Các thông số của mô hình NAM......................................................... 82 Bảng 3.3.3. Kết quả mô phỏng dòng chảy từ mô hình NAM năm 2004............... 83 Bảng 3.3.4. Danh sách nối mô hình NAM vào mô hình MIKE 11 ....................... 84 Bảng 3.5.1. Các kết nối trong mô hình MIKE FLOOD ......................................... 91 Bảng 3.5.2. Giá trị mực nước và lưu lượng lũ lớn nhất tại một số vị trí ................ 98 Bảng 3.5.3. Chỉ tiêu đánh giá sai số giữa thực đo và tính toán tại trạm Phong Bình trên sông Ô Lâu.................................................. 99 -6- Bảng 3.5.4. Chỉ tiêu đánh giá sai số giữa thực đo và tính toán tại trạm Phú ốc trên sông Bồ............................................................... 99 Bảng 3.5.5. Chỉ tiêu đánh giá sai số giữa thực đo và tính toán tại trạm Kim Long trên sông Hương ................................................... 99 Bảng 3.5.6. Chỉ tiêu đánh giá sai số giữa thực đo và tính toán tại trạm Bình Điền trên sông Hữu Trạch ........................................... 100 Bảng 3.6.1. Lượng mưa ngày gây lũ 1999 tại Thừa Thiên Huế ........................... 102 Bảng 3.6.2. Giá trị mực nước và lưu lượng lũ lớn nhất tại một số vị trí .............. 105 Bảng 3.6.3. Chỉ tiêu đánh giá sai số giữa thực đo và tính toán tại trạm Phú ốc trên sông Bồ............................................................. 106 Bảng 3.6.4. Chỉ tiêu đánh giá sai số giữa thực đo và tính toán tại trạm Kim Long trên sông Hương ................................................. 106 Bảng 3.6.5. Kết quả tính toán mực nước lũ lớn nhất tại một số vị trí .................. 111 -7- Danh mục Hình Trang Hình 1.1.1. Cấu trúc mô hình NAM ..................................................................16 Hình 1.2.1. Bảo toàn khối lượng ........................................................................22 Hình 1.2.2. Sơ đồ kết nối chuẩn.........................................................................26 Hình 1.2.3. Sơ đồ kết nối hai bên.......................................................................27 Hình 1.2.4. Sơ đồ kết nối công trình ..................................................................27 Hình 2.1.1. Vị trí địa lý vùng nghiên cứu...........................................................34 Hình 2.1.2. Bản đồ địa hình tỉnh Thừa Thiên Huế..............................................36 Hình 2.1.3. Địa hình tỉnh Thừa Thiên Huế nhìn từ hạ lưu ..................................36 Hình 2.1.4. Đường đẳng trị lượng mưa bình quân năm lưu vực sông Hương ......45 Hình 3.1.1. Vị trí các trạm khí tượng - thủy văn.................................................66 Hình 3.1.2. Mô hình cao độ số (DEM) độ phân giải 90 m  90 m......................67 Hình 3.1.3. Số liệu mặt cắt năm 1999 trên sông Bồ tại vị trí 2.010.....................68 Hình 3.1.4. Địa hình vùng đồng bằng sông Hương ............................................68 Hình 3.1.5. Bình đồ đầm phá và cửa biển...........................................................68 Hình 3.1.6. Địa hình đáy biển............................................................................68 Hình 3.1.7. Sơ đồ thủy lực hệ thống sông Hương trong mô hình VRSAP...........69 Hình 3.2.1. Phạm vi mô phỏng của mô hình ......................................................70 Hình 3.2.2. Mạng lưới sông tính toán ................................................................70 Hình 3.2.3. Vị trí các mặt cắt trong hệ thống .....................................................72 Hình 3.2.4. Các công trình trên hệ thống ...........................................................73 Hình 3.2.5. Vị trí các biên trong mô hình MIKE 11...........................................74 Hình 3.2.6. Các điểm tính toán lưu lượng và mực nước......................................76 Hình 3.2.7. Mực nước thực đo và tính toán tại 2 trạm Phú ốc và Phong Bình.....77 Hình 3.2.8. Mực nước thực đo và tính toán tại 2 trạm Kim Long và Bình Điền ..77 Hình 3.3.1. Sơ đồ khối xây dựng mô hình NAM................................................78 Hình 3.3.2. Phân vùng các tiểu lưu vực..............................................................79 Hình 3.3.3. Đường lũy tích tổng lượng tại trạm Thượng Nhật ............................80 -8- Hình 3.3.4. Đường quá trình lưu lượng tại trạm Thượng Nhật ............................80 Hình 3.3.5. Đường lũy tích tổng lượng tại trạm Cổ Bi........................................81 Hình 3.3.6. Đường quá trình lưu lượng tại trạm Cổ Bi........................................81 Hình 3.3.7. Dòng chảy sinh ra trên 7 tiểu lưu vực từ ngày 20/11  04/12/2004 ..83 Hình 3.3.8. Vị trí nối mô hình NAM vào mô hình MIKE 11..............................86 Hình 3.4.1. Phạm vi mô phỏng mô hình MIKE 21.............................................87 Hình 3.4.2. Dữ liệu địa hình đầu vào của bản đồ DEM......................................87 Hình 3.4.3. Bản đồ cao độ số Bathymetry với độ phân giải 120 m  120 m........88 Hình 3.4.4. Địa hình vùng nghiên cứu mô phỏng bằng MIKE 21.......................88 Hình 3.4.5. Mực nước thực đo ở phía ngoài cửa Thuận An 11/2004...................90 Hình 3.4.6. Mực nước thực đo ở phía ngoài cửa Tư Hiền 11/2004......................90 Hình 3.5.1. Mô hình MIKE FLOOD .................................................................93 Hình 3.5.2. Mực nước thực đo và tính toán tại trạm Phong Bình trên sông Ô Lâu ..............................................................................96 Hình 3.5.3. Mực nước thực đo và tính toán tại trạm Phú ốc trên sông Bồ ..........96 Hình 3.5.4. Mực nước thực đo và tính toán tại trạm Kim Long trên sông Hương .............................................................................97 Hình 3.5.5. Mực nước thực đo và tính toán tại trạm Bình Điền trên sông Hữu Trạch .......................................................................97 Hình 3.5.6. Phạm vi ngập lụt lớn nhất lúc 20h00 ngày 26/11/2004 ....................98 Hình 3.5.7. Trường vận tốc chi tiết tại cửa Thuận An và ngã ba Sình lúc 20h00 ngày 26/11....................................................................101 Hình 3.6.1. Kết quả mô phỏng từ mô hình NAM với trận lũ tháng 11/1999 .....103 Hình 3.6.2. Mực nước thực đo và tính toán tại trạm Phú ốc trên sông Bồ ........104 Hình 3.6.3. Mực nước thực đo và tính toán tại trạm Kim Long trên sông Hương ...........................................................................104 Hình 3.6.4. Trường vận tốc tại ngã ba Sình lúc 15h00 ngày 02/11/1999...........107 Hình 3.6.5. Phạm vi ngập lụt lớn nhất lúc 10h00 ngày 03/11/1999 ..................108 Hình 3.6.6. Diễn biến ngập lụt trên hệ thống sông Hương................................109 Hình 3.6.7. Phạm vi ngập lụt lúc 03h00 ngày 06/11/1999................................110 Hình 3.6.8. ảnh vệ tinh ngày 06/11/1999 ........................................................110 -9- Mở đầu 1. Đặt vấn đề Trong lịch sử tồn tại và phát triển của dân tộc ta, lũ lụt luôn là mối đe dọa hàng đầu và đã gây ra nhiều thiệt hại về người và của. Cùng với sự tăng trưởng của các ngành kinh tế, đòi hỏi mức độ an toàn chống lũ lụt ngày càng cao và hạn chế tối đa thiệt hại. Hệ thống sông Hương - tỉnh Thừa Thiên Huế bắt nguồn từ phía Đông dãy Trường Sơn và núi Bạch Mã, dòng chính chảy theo hướng Nam - Bắc đổ ra biển thông qua cửa Thuận An và Tư Hiền. Lưu vực tập trung tới 70% dân số và chiếm tới 90% tổng sản phẩm hàng năm của cả tỉnh. Thành phố Huế nằm ở trung tâm của lưu vực, đây là trung tâm kinh tế, văn hóa, chính trị và là một trong những trung tâm du lịch lớn nhất cả nước. Trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội, việc khai thác tổng hợp tài nguyên nước cho các mục đích khác nhau trên hệ thống sông Hương đã đem lại những giá trị to lớn đóng vai trò quan trọng cho các ngành kinh tế trong tỉnh như: du lịch, công nghiệp, thủy lợi, thủy sản, nông nghiệp... Tỉnh Thừa Thiên Huế là tỉnh thường xuyên phải gánh chịu thiệt hại do lũ lụt gây ra như phá hủy cơ sở hạ tầng, gây ngập lụt trên diện rộng, làm đình trệ sản xuất, ngoài ra còn gây mất mát về người và tài sản của nhân dân và nhà nước. Đặc biệt, thành phố Huế do địa hình thấp nên bị ngập trong nước lũ làm hư hỏng di tích lịch sử, gây tổn hại đến di sản văn hóa của đất nước và thế mạnh du lịch của tỉnh. Điển hình như trận lũ tháng 11 năm 1999 đã gây ngập lụt trên diện rộng, làm chết 358 người, ước tính tổng thiệt hại về kinh tế lên tới 1.738 tỷ đồng, gây phá hủy nhiều công trình, cơ sở hạ tầng, làm sập nhiều nhà dân. Do vậy, "Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán mô phỏng lũ tràn đồng trên hệ thống sông Hương tỉnh Thừa Thiên Huế" là rất cần thiết, đang là mối quan tâm của các nhà quản lý và những người làm khoa học. 2. Mục đích của đề tài + Phân tích nguyên nhân gây ngập lụt trên hệ thống sông Hương. + Nghiên cứu mô phỏng chi tiết tình trạng ngập lụt trên toàn hệ thống. -10- 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu + Đối tượng: Dòng chảy lũ trên hệ thống sông Hương. + Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông Hương - Thừa Thiên Huế (gồm toàn bộ đồng bằng và đầm phá ven biển). 4. Phương pháp nghiên cứu + Phân tích tổng hợp tài liệu. + Mô hình toán thủy văn thủy lực: Mô hình MIKE FLOOD (1D + 2D). 5. Bố cục của luận văn Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 3 chương chính: + Chương 1. Tổng quan về các mô hình và những nghiên cứu trước đây. + Chương 2. Tổng quan về lưu vực sông Hương. + Chương 3. Tính toán thủy lực hệ thống sông Hương bằng mô hình MIKE FLOOD kết hợp 1 và 2 chiều. -11- Chương 1 Tổng quan về các mô hình và những nghiên cứu trước đây 1.1. Một số mô hình mưa rào - dòng chảy thông dụng Mô hình hệ thống thủy văn có thể là mô hình vật lý, mô hình tương tự hay mô hình toán học. Mô hình vật lý bao gồm các mô hình tỷ lệ tức là các mô hình biểu thị hệ thống thật dưới dạng thu nhỏ như mô hình thủy lực của đập tràn. Mô hình tương tự là một mô hình vật lý khác có tính chất tương tự như mô hình nguyên thể, ví dụ như mô hình tương tự điện trong thủy lực. Mô hình toán học miêu tả hệ thống dưới dạng toán học. Mô hình toán học là tập hợp các phương trình toán học, các mệnh đề logic thể hiện các quan hệ giữa các biến và các thông số của mô hình để mô phỏng hệ thống tự nhiên hay nói cách khác mô hình toán học là một hệ thống biến đổi đầu vào (hình dạng, điều kiện biên, lực v.v...) thành đầu ra (tốc độ dòng chảy, mực nước, lưu lượng v.v...). Các mô hình thủy văn có thể được dùng để xác định điều kiện biên cho mô hình thủy lực. Trong thủy văn có nhiều dạng hàm tập trung nước và có nhiều phương pháp xây dựng nó. Phương pháp chảy đẳng thời dựa vào tốc độ chảy biến đổi để xác định diện tích chảy đằng thời, từ đó xác định được đường tập trung nước. Phương pháp đường lưu lượng đơn vị lần đầu tiên do Sherman đề nghị, sau đó được nhiều tác giả phát triển và hoàn thiện. Đường tập trung nước của Kalinin - Miliukov và đường đơn vị Nash đều xem sự điều tiết trong sông hay trong lưu vực tương đương với sự điều tiết của một hệ thống hồ chứa tuyến tính đồng nhất. Từ giả thiết đó, tuy bước đi và cách giải quyết cụ thể có khác nhau, nhưng cả hai đều dẫn tới đường tập trung nước có dạng tương tự dạng hàm Gamma. Một số dạng đường đơn vị tổng hợp như Snyder, SCS, Clark... được nghiên cứu xây dựng để tính toán cho lưu vực không có tài liệu quan trắc dòng chảy. 1.1.1. Mô hình đường đơn vị Mô hình được Sherman đề xuất năm 1932, là một dạng mô hình thủy văn tất định hộp đen ra đời sớm nhất trên thế giới. Bản chất của phương pháp là xử lý hàm tập trung nước bằng đường đơn vị. Đường đơn vị được định nghĩa là đường quá trình dòng chảy trực tiếp được tạo ra bởi một đơn vị lượng mưa vượt quá thấm -12- (hay mưa hiệu quả) phân bố đều trên lưu vực và có cường độ mưa không đổi trong khoảng thời gian mưa hiệu quả. Mối quan hệ lượng mưa vào và lượng dòng chảy ra của hệ thống được biểu đạt thông qua một hàm truyền, còn gọi là hàm tập trung nước hoặc hàm ảnh hưởng hoặc đường đơn vị tổng hợp. Hàm truyền thường được tính ngược từ tài liệu thực đo của lượng vào và lượng ra của hệ thống. Khi hàm truyền được xác định, lượng ra của hệ thống được tính theo tích phân Duhamel: [8, 27, 35]           t 0 Q t h .f t .d (1.1.1) Trong đó: Q(t) - lưu lượng tại thời điểm t bất kỳ; h() - lượng mưa hiệu quả; f(t – ) - hàm ảnh hưởng. Có 3 phương pháp thường dùng để xác định đường đơn vị: + Xây dựng đường đơn vị trực tiếp từ tài liệu thực đo. + Tính toán đường đơn vị từ phương trình rời rạc của tích phân chập Duhamel. + Phương pháp đường đơn vị dạng Nash. Đường đơn vị tổng hợp: Phương pháp này được áp dụng khi lưu vực không có tài liệu quan trắc dòng chảy. Có 3 dạng đường thường dùng là Snyder; Clark và SCS. - Đường đơn vị tổng hợp Snyder: Phương pháp do Snyder đề xuất năm 1938 dựa theo mối quan hệ giữa các đặc trưng hình dạng của một đường quá trình đơn vị chuẩn. Các đặc trưng của đường đơn vị cần xác định đối với thời gian mưa hiệu quả cho trước là: thời gian trễ Tp; lưu lượng đỉnh trên một đơn vị diện tích của lưu vực qp; độ dài thời gian đáy tb và các chiều rộng W của đường quá trình tại các tung độ bằng 50%; 75%... của lưu lượng đỉnh. Sử dụng các đặc trưng này có thể xác định được đường quá trình đơn vị theo yêu cầu. - Đường quá trình đơn vị Clark: Phương pháp này được đề xuất năm 1945, đòi hỏi phải xác định 3 yếu tố làm cơ sở cho tính toán đường đơn vị, đó là thời gian tập trung dòng chảy Tc; hệ số lượng trữ R và đường quan hệ thời gian ~ diện tích lưu vực. -13- - Đường đơn vị không thứ nguyên SCS: Phương pháp do Cơ quan Bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ đề xuất năm 1972, cho phép tính đường đơn vị thông qua các đặc trưng lưu vực và giới hạn giữ nước tối đa trên lưu vực được tính từ phương pháp đường cong SCS. Phương pháp này đơn giản và đã được áp dụng cho nhiều lưu vực sông suối ở nước ta. 1.1.2. Mô hình TANK Mô hình TANK ra đời năm 1956 tại trung tâm quốc gia phòng chống lũ lụt Nhật, tác giả là M. Sugawar. Lưu vực được mô tả như một chuỗi các bể chứa sắp xếp theo hai phương thẳng đứng và nằm ngang. Giả thiết cơ bản của mô hình: dòng chảy mặt cũng như dòng thấm là các hàm số của lượng nước trữ trong các tầng đất. Mô hình có hai dạng cấu trúc đơn và kép. [8, 27, 35] + Mô hình TANK đơn: không xét sự biến đổi của độ ẩm đất theo không gian, phù hợp với những lưu vực nhỏ trong vùng ẩm ướt quanh năm. Lưu vực được mô tả bởi bốn bể chứa xếp theo chiều thẳng đứng. Mỗi bể chứa có một hoặc một vài cửa ra ở thành bên và một cửa ra ở đáy. Lượng mưa rơi xuống mặt đất đi vào bể trên cùng. Sau khi khấu trừ tổn thất bốc hơi một phần sẽ thấm xuống bể dưới theo cửa ra ở đáy, một phần cung cấp cho dòng chảy trong sông theo các cửa ra ở thành bên. Quan hệ giữa lượng dòng chảy qua các cửa với lượng ẩm trong các bể là tuyến tính. Y = (X – H) (1.1.2) Y0 = X (1.1.3) Trong đó: X - lượng mưa; H - độ cao cửa ra thành bên; ,  - hệ số cửa ra thành bên và đáy; Y, Y0 - dòng chảy tại cửa ra thành bên và đáy. Mô hình TANK mô phỏng cấu trúc ẩm trong các tầng đất của lưu vực. Lượng dòng chảy hình thành từ các bể thể hiện đặc tính các thành phần dòng chảy mặt sát mặt và dòng chảy ngầm. Dòng chảy hình thành từ tất cả các bể chứa mô tả sự biến dạng dòng chảy do tác dụng điều tiết của dòng sông là lớp nước có sẵn ban đầu trong sông. -14- + Mô hình TANK kép: xét đến sự biến đổi độ ẩm của đất theo không gian. Lưu vực được chia thành các vành đai có độ ẩm khác nhau. Một vành đai được diễn tả bằng một mô hình TANK đơn. Về nguyên tắc số lượng vành đai có thể bất kỳ. Nhưng trong thực tế tính toán thường lấy 4 vành đai mỗi vành đai có 4 bể, tổng cộng toàn mô hình có 16 bể chứa. Với sự mô phỏng này, trên toàn lưu vực có những phần ẩm, phần khô biến đổi theo quy luật nhất định. Khi mưa bắt đầu, phần lưu vực ẩm ướt sẽ phát triển từ khu hẹp ven sông lan dần đến những vùng cao hơn theo thứ tự S4, S3, S2, S1 (trong đó Si biểu thị vành đai thứ i so với toàn lưu vực). Ngược lại, khi mùa khô bắt đầu do lượng ẩm ướt cung cấp ít dần hoặc không có, lưu vực sẽ khô dần từ những vành đai cao nhất đến vành đai thấp hơn theo thứ tự S1, S2, S3, S4. Trong cấu trúc kép, lớp nước tự do trong mỗi bể được chuyển động theo hai hướng: thẳng đứng và nằm ngang. Mỗi bể chứa nhận được nước từ phía bể trên cùng vành đai và từ bể phía trước ở cùng tầng. Đối với mô hình TANK kép thì còn có thêm các thông số Si (i = 1, 2, 3, 4). 1.1.3. Mô hình SSARR Mô hình SSARR do Rockwood đề xuất từ năm 1956. Khi xây dựng mô hình này, tác giả quan niệm rằng hệ thống sông ngòi dù phức tạp cũng chỉ gồm các thành phần cơ bản sau: các lưu vực sông nhỏ; các hồ chứa tự nhiên và nhân tạo; các đoạn sông. Do đó, tác giả xây dựng mô hình toán cho từng loại. Sau cùng tập hợp lại để có được một mô hình toán của cả hệ thống sông. Các mô hình toán thành phần đều sử dụng hai phương trình cơ bản là phương trình liên tục và phương trình lượng trữ. [8] Phương trình liên tục:    1 1 2 2t t 1 t t 1 t 1 t1 1Q Q t Q Q t W W 2 2          (1.1.7) Phương trình lượng trữ: sW T Q   (1.1.8) Trong đó: Ts - thời gian trữ nước; Chỉ số trên - vị trí mặt cắt; Chỉ số dưới - thời đoạn. Như vậy nếu biết được lưu lượng chảy vào trung bình, lưu lượng chảy ra ở đầu thời đoạn tính toán Qt và thời gian trữ nước của hồ Ts thì có thể tính được lưu lượng chảy ra ở cuối thời đoạn tính toán Q2. -15- Các mô hình thành phần trong SSARR gồm có: + Mô hình lưu vực. + Mô hình dòng chảy trong sông. + Mô hình hồ chứa. + Mô hình hệ thống sông. 1.1.4. Mô hình NAM Mô hình thủy văn NAM mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy xảy ra tại phạm vi lưu vực sông. NAM là một mô đun mưa - dòng chảy (RR) của hệ thống mô hình sông MIKE 11. Mô đun này có thể áp dụng độc lập hoặc sử dụng để tính toán cho một hoặc nhiều lưu vực tham gia tạo dòng chảy gia nhập khu giữa vào một mạng sông. Do đó có thể thực hiện việc tính toán riêng một lưu vực nhỏ hoặc xử lý một lưu vực lớn có nhiều lưu vực nhỏ và một mạng sông ngòi phức tạp. [15, 19, 22, 44] NAM là từ viết tắt của tiếng Đan Mạch “Nedbor - Afstromnings - Model”, có nghĩa là Mô hình Giáng thủy - Dòng chảy mặt. Mô hình này do Khoa Tài nguyên nước và Thủy lợi của trường Đại học Đan Mạch xây dựng (Nielsen và Hansen, 1973). Mô hình thủy văn toán học như NAM là một bộ biểu thức toán học kết nối mô tả bằng hình thức toán học đơn giản có xét đến cả quá trình tổn thất thấm qua đất trong chu trình thủy văn. NAM tính đến các yếu tố khác nhau trong quá trình mưa - dòng chảy thông qua việc xem xét liên tục các thành phần của nước trong bốn dạng trữ khác nhau và tương tác nhau. Mỗi dạng trữ thể hiện một thành phần vật lý khác nhau của lưu vực sông nhỏ. NAM có thể sử dụng cho việc thiết lập một loạt mô hình thủy văn liên tục hoặc mô phỏng những sự kiện riêng lẻ. Mô hình NAM là một công cụ kỹ thuật tốt, đã được áp dụng cho một số lưu vực sông nhỏ trên thế giới, với các hiện tượng thủy văn và điều kiện khí hậu khác nhau. NAM là một mô hình khái niệm dựa trên phương trình và cấu trúc vật lý cùng với cấu trúc bán kinh nghiệm. Mô hình NAM xử lý mỗi một lưu vực như là một đơn vị riêng lẻ. Do đó, tham số và biến số thể hiện giá trị trung bình cho toàn lưu vực. Một vài tham số mô hình được xác định từ dữ liệu lưu vực vật lý nhưng giá trị tham số cuối cùng phải được tiến hành bằng cách thẩm định với chuỗi quan trắc thực đo. -16- NAM hình thành nên một phần mô đun mưa - dòng chảy (RR) của hệ thống mô hình MIKE 11. Cấu trúc NAM được trình bày theo sơ đồ (Hình 1.1.1). Ghi chú: các ký hiệu như trong phụ lục PL.1.1 Hình 1.1.1. Cấu trúc mô hình NAM 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 mặt; - Trữ lượng sát mặt; - Trữ lượng nước ngầm. Ngoài ra NAM cho phép xử lý các can thiệp của con người trong chu kỳ thủy văn như tưới và bơm nước ngầm. Các thành phần cơ bản của mô hình MIKE NAM được trình bày trong phần phụ lục (PL.1.1). 1.2. Một số mô hình thủy lực thông dụng Hiện nay, ở nước ta và trên thế giới đang sử dụng nhiều mô hình thủy lực để tính toán các đặc trưng khác nhau của dòng chảy. Các mô hình được sử dụng -17- nhiều nhất và phổ biến nhất là các mô hình toán thủy lực dòng chảy hở một chiều để xác định lưu lượng Q và mực nước Z trong nhiều bài toán như truyền triều, truyền lũ... trên hệ thống sông và kênh dẫn. Ngoài ra còn có các mô hình truyền chất (mặn, phù sa...) trên hệ thống sông, mô hình tính toán thủy lực dòng chảy xiết trên kênh có độ dốc lớn, mô hình tính thủy lực công trình... 1.2.1. Mô hình VRSAP Mô hình VRSAP (Vietnam River System And Plains) do cố PGS. TS. Nguyễn Như Khuê xây dựng từ 1965 đến 1993. Tiền thân của nó là mô hình KRSAL, được sử dụng rộng rãi ở nước ta trong khoảng 30 năm trở lại đây. Hiện nay VRSAP cũng như KRSAL đã có nhiều cải tiến, chủ yếu là ở các thủ tục ra - vào của chương trình tính, còn phần cốt lõi của của chương trình vẫn giữ nguyên. 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 [7]. Dòng chảy qua các công trình được mô tả bằng các công thức thủy lực đã biết và được đưa về 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. 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 cũng 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. -18- + 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... đều 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: [1, 5, 7, 14, 19, 21] + Phương trình liên tục: c Q Z B q x t       (1.2.1) + Phương trình động lực:   * c 2 2* 0 2 3 B ' BZ 1 Q Z 1 Fr Q x gA t tgA QQ A q J xgA gA                    (1.2.2) Mô hình VRSAP chỉ giải quyết được bài toán mà dòng chảy có số Froude ( 2 0 3 Q Fr B gA   ) nhỏ hơn 1 (tức là dòng chảy êm). Hệ gồm hai phương trình (1.2.1) và (1.2.2) là hệ phương trình Saint-Venant có hai ẩn số là: + Q = Q(x, t) là lưu lượng trung bình mặt cắt phụ thuộc vị trí x và thời điểm t. + Z = Z(x, t) là mực nước tại mặt cắt x, thời điểm t. Trong đó, biến không gian x và thời gian t là hai biến độc lập. -19- 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, 2 2 Q Q J A C R  ; R - bán kính thủy lực, A R P  ; A - diện tích mặt cắt ướt; P - chu vi ướt; C - hệ số Chezy. Nếu tính theo công thức Manning, 1 6 1 C R n  . n - hệ số nhám Manning; 0 - hệ số động lượng;  - hệ số sửa chữa động năng; * = 20 –  1.2.2. Mô hình HEC-RAS Mô hình HES-RAS của Trung tâm Thủy văn công trình thuộc hiệp hội kỹ sư quân sự 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 -20- 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 trường đại học. [21] 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: c AA Q q t t x         (1.2.3) + Phương trình động lực:  VQQ Z gA J 0 t x x             (1.2.4) ý nghĩa các đại lượng toán học trong hai phương trình (1.2.3) và (1.2.4) giống như trong mô hình VRSAP được nêu ở mục 1.2.1. Lưu lượng Q có giá trị dương nếu dòng chảy xuôi từ mặt cắt trên xuống mặt cắt dưới (theo chiều dương của x), có giá trị âm nếu dòng chảy theo chiều ngược lại. Tương tự, trong phương trình liên tục (1.2.3) thì qt có giá trị dương nếu dòng chảy từ ngoài đổ vào sông. Để giải hệ gồm hai phương trình liên tục (1.2.3) và động lực (1.2.4) 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. 1.2.3. Mô hình MIKE 11 MIKE là một họ phần mềm gồm nhiều mô đun khác nhau, từ việc tính toán cân bằng nước (MIKE BASIN), mưa - dòng chảy (MIKE NAM), dòng một chiều (MIKE 11), hai chiều lưới thẳng (MIKE 21), hai chiều lưới cong (MIKE 21 C), lưới bất kỳ (MIKE 21 FM) và ba chiều (MIKE 3); mô hình kết hợp một và hai chiều MIKE FLOOD... Hiện nay, MIKE là bộ phần mềm được sử dụng khá rộng, với khả năng bao trùm tất cả các vấn đề về quản lý khai thác tài nguyên nước. [15, 22, 41] Trong luận văn sử dụng mô hình MIKE FLOOD là mô hình kết hợp một chiều MIKE 11 và hai chiều MIKE 21 để mô phỏng lũ tràn đồng trên hệ thống sông Hương tỉnh Thừa Thiên Huế nên ở đây chỉ nêu tổng quan về ba mô hình -21- này. Các mô hình khác trong bộ mô hình MIKE đã được trình bày khá chi tiết tại website MIKE 11 do DHI Water & Environment phát triển, là một gói phần mềm dùng để mô phỏng dòng chảy, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở các cửa sông, sông, kênh tưới. MIKE 11 là mô hình động lực một chiều và thân thiện với người sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý, vận hành cho sông cũng như hệ thống kênh dẫn đơn giản và phức tạp. Với môi trường đặc biệt thân thiện với người sử dụng, linh hoạt và tốc độ, MIKE 11 cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch. Mô hình thủy động lực MIKE 11 (HD) là một phần trọng tâm của mô hình MIKE 11, mô hình cho phép tính thủy lực trên mạng lưới sông, kênh có thể áp dụng với chế độ sóng động lực hoàn toàn ở cấp độ cao. Trong chế độ này, MIKE 11 có khả năng tính toán với: - Dòng thay đổi gấp. - ảnh hưởng thủy triều. - Sóng lũ. - Lòng dẫn dốc. - Thay đổi mặt cắt dòng chảy. Các công trình được mô phỏng trong MIKE 11 bao gồm: - Đập (đập tràn đỉnh rộng). - Cống (Cống hình chữ nhật, hình tròn...). - Trạm bơm. - Hồ chứa. - Công trình điều tiết. - Cầu. 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 theo thời gian. Hệ gồm hai phương trình: phương trình liên tục và phương trình động lượng: -22- + Phương trình liên tục: Q A q x t       (1.2.5) Hình 1.2.1. Bảo toàn khối lượng + Phương trình động lượng: 2 2 Q QQ Q Z gA g 0 t x A x C AR               (1.2.6) Trong đó: Z - mực nước ở thời đoạn tính toán (m); t - thời gian tính toán (s); Q - lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt (m3/s); x - không gian (dọc theo chiều dòng chảy) (m); A - diện tích mặt cắt ướt (m2); q - lưu lượng gia nhập dọc theo đơn vị chiều dài (m2/s); C - hệ số Chezy, y 1 C R n  ; n - hệ số nhám; R - bán kính thủy lực (m); y - hệ số, theo Manning y = 1/6; g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2;  - hệ số động lượng. -23- Thuật toán và phương pháp giải chung của mô hình MIKE 11 được trình bày chi tiết trong phần phụ lục (PL.1.2). 1.2.4. Mô hình MIKE 21 Mô hình MIKE 21 là mô hình hai chiều, gồm các mô đun chính: - Mô đun thủy động lực học (Hydrodynamic): mô phỏng chuyển động của dòng chảy theo cả không gian và thời gian. - Mô đun thủy động lực học và truyền tải khuếch tán (Hydrodynamic and Advection - Dispersion) có mô phỏng thêm sự khuếch tán của các chất. - Mô đun thủy động lực học và vận chuyển bùn cát (Hydrodynamic and Mud Transport). - Mô đun thủy động lực học và ECO Lab. Với mục đích của đề tài là mô phỏng lũ nên trong luận văn chỉ sử dụng mô đun thủy động lực học HD để tính toán. MIKE 21 HD là một mô đun thủy động lực học dùng để mô hình hóa dòng chảy tràn. Nó được dùng để mô phỏng sự biến động của mực nước và lưu lượng ứng với các thay đổi về chế độ thủy lực trong sông, hồ và các vùng chảy tràn. Mực nước và lưu lượng được tính trong lưới hình chữ nhật chứa khu vực nghiên cứu khi có dữ liệu địa hình, độ nhám đáy, điều kiện biên, trường gió... [6, 22, 41] MIKE 21 HD có thể mô hình hóa dòng chảy tràn với nhiều điều kiện được tính đến, bao gồm: + Ngập và tiêu nước cho vùng tràn; + Tràn bờ; + Dòng chảy qua công trình thủy lợi; + Thủy triều; + Nước dâng do mưa bão. Hệ thống giải hệ phương trình phi tuyến của phương trình liên tục và bảo toàn động lượng theo thời gian. Phương pháp giải bằng cách sử dụng sơ đồ sai phân hữu hạn ẩn có độ chính xác bậc hai. Các lực và hiện tượng được xét đến trong giải pháp bao gồm: + ứng suất cắt đáy (ma sát đáy); -24- + ứng suất cắt của gió tại bề mặt (ma sát gió); + Sự phân tán động lượng; + Lưu lượng qua công trình thủy lợi; + Vùng tràn ngập và cạn; + Bốc hơi. 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. Hệ phương trình mô phỏng bao gồm phương trình liên tục kết hợp với phương trình động lượng chiều ngang (x, y) mô tả sự biến đổi của mực nước và lưu lượng. Lưới tính toán sử dụng trong mô hình là lưới hình chữ nhật. + Phương trình liên tục: Z p q 0 t x y          (1.2.7) + Phương trình động lượng theo chiều x: 2 22 2 2 w gp p qp p pq Z 1 gh t x h y h x C h                            axx xy x w ph h h q fVV 0 x y x                  (1.2.8) + Phương trình động lượng theo chiều y: 2 22 2 2 w gq p qq q pq Z 1 gh t y h x h y C h                            ayy xy y w ph h h p fVV 0 y x y                  (1.2.9) Trong đó: h - độ sâu mực nước tại điểm (x, y) tính từ đáy, h = h(x, y, t) (m); Z - cao trình mực nước (m), Z = Z(x, y, t) (m); p - lưu lượng đơn vị theo chiều x, p = p(x, y, t) (m3/s/m), p = uh -25- u - vận tốc bình quân thủy trực theo chiều x; q - lưu lượng đơn vị theo chiều y, q = q(x, y, t) (m3/s/m), q = vh v - vận tốc bình quân thủy trực theo chiều y; C - hệ số Chezy, C = C(x, y, t) (m0,5/s); g - gia tốc trọng trường (m/s2); f(V) - hệ số ma sát gió; V - vận tốc gió, V = V(x, y, t) (m/s); Vx, Vy - thành phần vận tốc gió theo hai chiều x và y;  - thông số Coriolis,  = (x, y), phụ thuộc vào vĩ độ, (s-1); pa - áp suất khí quyển, pa = pa(x, y, t) (kg/m/s 2); w - mật độ nước (kg/m 3); x, y - tọa độ không gian (m); t - thời gian (s); xx, xy, yy - các thành phần ứng suất tiếp. Thuật toán chi tiết của mô hình MIKE 21 được trình bày trong phần phụ lục (PL.1.3). 1.2.5. Mô hình MIKE FLOOD MIKE FLOOD là một công cụ ghép nối các mô hình một chiều và hai chiều, nhằm mục đích nghiên cứu kết hợp giữa dòng chảy một và hai chiều. Mô hình một chiều có thể đưa vào để ghép nối trong MIKE FLOOD gồm mô hình thủy lực mạng sông MIKE 11 và mô hình tiêu thoát nước đô thị MOUSE; mô hình hai chiều gồm mô hình lưới chữ nhật (MIKE 21 HD), mô hình lưới cong (MIKE 21 C) và mô hình lưới tuỳ ý - lưới tam giác (MIKE 21 FM). Trong luận văn, MIKE FLOOD được sử dụng để ghép nối mô hình mạng sông MIKE 11 HD và mô hình hai chiều lưới chữ nhật MIKE 21 HD. Mô hình một chiều được sử dụng để mô phỏng hệ thống sông; mô hình hai chiều được sử dụng để mô phỏng dòng chảy trên khu chứa và vùng đầm phá. Việc liên kết mô hình một chiều và hai chiều được thực hiện bởi các kết nối hiện. Sử dụng MIKE FLOOD sẽ mô phỏng được chi tiết điều kiện vật lý của hệ -26- thống. Mô hình hai chiều sẽ mô phỏng dòng chảy tại các vùng nước nông như: khu chứa, vùng đất ngập nước, hệ đầm phá. Mô hình một chiều được sử dụng để mô phỏng hệ thống sông bao gồm các công trình phức tạp mà mô hình hai chiều không thực hiện được. 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 sự thay đổi dòng chảy của sông được điều tiết bởi các công 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 hai chiều MIKE 21 và ngược lại. [41] Để kết nối được linh hoạt, mô hình cho phép thực hiện các kết nối sau: 1. Kết nối chuẩn Kết nối này cho phép nối kết một hoặc nhiều ô lưới trong MIKE 21 với phần cuối của một nhánh MIKE 11. Dạng kết nối này dùng để nối một lưới MIKE 21 chi tiết vào một mạng MIKE 11 lớn hoặc để nối một công trình hay một tính năng bên trong lưới MIKE 21. Dòng chảy vào hoặc ra ở nhánh một chiều MIKE 11 được áp dụng như nguồn cấp hoặc nguồn thu đối với các ô hai chiều trong MIKE 21 (Hình 1.2.2). Kết nối chuẩn Nối kết M11 vào lưới chi tiết của M21 Nối kết công trình trong M11 với M21 M ạn g M11 Mạng M11 Mạ ng M11 Mạng M11 Lưới M21 Hình 1.2.2. Sơ đồ kết nối chuẩn 2. Kết nối hai bên Kết nối này cho phép mỗi chuỗi các ô MIKE 21 được nối hai bên tạo nên một đoạn kênh trong MIKE 11 hoặc một đoạn của một nhánh sông hay cả nhánh -27- sông. Lưu lượng đi qua kết nối hai bên được tính bằng một phương trình công trình hoặc một quan hệ lưu lượng với mực nước (Q ~ H). Loại kết nối này đặc biệt thích hợp để mô phỏng dòng tràn từ sông vào vũng bãi tràn mà tại đó dòng chảy qua đê được tính bằng một phương trình đập tràn (Hình 1.2.3). Xác định dòng chảy tràn qua trái hoặc qua bờ phải Kết nối 2 bên: Dòng chảy ngang qua đập từ sông M11 vào bãi tràn M21. Nối từng điểm h của nhánh sông với mỗi ô kết nối M21, Mạng M 11 Lưới M21 Hình 1.2.3. Sơ đồ kết nối hai bên 3. Kết nối công trình Kết nối công trình là một kết nối ẩn. Công trình kết nối lấy thành phần lưu lượng từ một công trình trong MIKE 11 và đưa trực tiếp vào phương trình động lượng MIKE 21. Công trình này hoàn toàn ẩn, vì vậy nó sẽ không làm ảnh hưởng bước thời gian trong MIKE 21. Hình 1.2.4. Sơ đồ kết nối công trình -28- Kết nối công trình được dùng để mô phỏng các công trình trong mô hình MIKE 21. Công trình kết nối gồm một nhánh MIKE 11 có 3 điểm (mặt cắt thượng lưu, công trình và mặt cắt hạ lưu) mà các thành phần dòng chảy tác động vào một ô lưới hoặc một nhóm ô trong MIKE 21 (Hình 1.2.4). Trong ví dụ thể hiện trên hình 1.2.4 thì dòng chảy tràn qua đường giao thông được mô hình hóa bằng nhánh Z - Q - Z trong MIKE 11 biểu thị một hoặc nhiều công trình ẩn được đưa vào các phương trình dòng chảy trong MIKE 21. Điều kiện về dòng chảy của MIKE 11 cũng có thể được thay bằng điều kiện dòng chảy trong MIKE 21 hoặc được bổ sung vào một dòng chảy MIKE 21 hiện có. 4. Kết nối không có dòng chảy (x và y) Sẽ không có dòng chảy đi qua cạnh bên phải của một ô MIKE 21 khi ô đó được xác định là một kết nối không có dòng chảy theo hướng x. Tương tự, một kết nối không có dòng chảy theo hướng y sẽ không có dòng chảy đi qua cạnh bên trên của ô. Kết nối không có dòng chảy được phát triển để bổ sung cho kết nối dòng chảy hai bên. Để đảm bảo dòng chảy tràn trong MIKE 21 không chảy trực tiếp ngang qua sông vào vùng bãi tràn phía đối diện mà không đi qua MIKE 11, cần phải đưa các kết nối không có dòng chảy vào để khóa dòng chảy MIKE 21. Một cách dùng kết nối không có dòng chảy là dùng ô đất nhưng có thể không phù hợp vì còn phụ thuộc vào độ phân giải của lưới. Một trường hợp khác áp dụng nối kết không có dòng chảy là đưa vật chặn dòng hẹp vào vùng bãi tràn như đường giao thông hoặc đê thay vì dùng một chuỗi các ô đất hoặc cũng có thể dùng một chuỗi các ô không có dòng chảy. 1.2.6. Một số mô hình khác Hiện nay ở nước ta đang sử dụng nhiều mô hình thủy lực để tính toán các đặc trưng khác nhau của dòng chảy. Nhiều nhất và phổ biến nhất là các mô hình toán thủy lực dòng hở một chiều để xác định lưu lượng Q và mực nước Z trong các bài toán truyền triều, truyền lũ trên hệ thống kênh và sông thiên nhiên. Ngoài mô hình VRSAP của PGS. TS. Nguyễn Như Khuê được nêu ở mục trên còn có mô hình KOD - 01 của GS. TSKH. Nguyễn −n Niên, mô hình FWQ86M của PGS. TS. Nguyễn Tất Đắc, mô hình WENDY của Hà Lan, mô hình SOGREAH tính toán lũ đồng bằng sông Cửu Long... Các loại mô hình thủy lực khác như mô hình HGKOD của GS. TS. Nguyễn Thế Hùng dùng để tính bài toán thủy lực hai chiều đứng, mô hình KOD - 02 của GS. TS. Nguyễn − n Niên dùng để tính truyền -29- lũ trên đồng bằng. Ngoài ra, còn có các mô hình truyền chất trên hệ thống sông, mô hình tính thủy lực dòng chảy xiết trên kênh có độ dốc lớn, mô hình tính thủy lực công trình... [14, 21, 24] WENDY là mô hình toán thủy lực do Viện Thủy lực Hà Lan xây dựng. Đây là loại mô hình thủy động lực học theo sơ đồ sai phân ẩn cho phép tính thủy lực dòng chảy hở, xói lan truyền, chuyển tải phù sa lơ lửng và xâm nhập mặn. Mô hình sử dụng thuận tiện, thiết lập và truy cập số liệu dễ dàng cho phép thay đổi mạng lưới sông và công trình trong hệ thống. Mô hình có tính chất quản lý lưu vực, cho phép tính toán các phương án quy hoạch như thay đổi hình thái lòng dẫn, công trình trên hệ thống, giả định các tình huống khai thác nguồn nước. Tuy vậy, mô hình WENDY có mặt hạn chế như không xét đến lượng mưa gia nhập khu giữa, không xét đến sự điều tiết của các khu chứa và đồng ruộng, không có sự liên kết giữa các ô chứa và sông. Mô hình WENDY không được phổ biến rộng rãi nên ở nước ta mới chỉ được sử dụng để tính toán mạng sông Hồng trong khuôn khổ dự án quy hoạch tổng thể đồng bằng sông Hồng. [19] FWQ86M là mô hình toán truyền triều xâm nhập mặn trên sông của PGS. TS. Nguyễn Tất Đắc. Cơ sở chính của mô hình là giải phương trình khuếch tán bằng phương pháp phân rã và tính ma trận hệ số theo cách khử đuổi cho từng đoạn sông đơn. Mô hình FWQ86M được sử dụng đầu tiên để tính truyền mặn trên hệ thống sông Hương tỉnh Thừa Thiên Huế năm 1986. Sau đó tác giả mô hình đã cải tiến để tính truyền triều và mặn trên một số sông ở Nam Bộ như sông Sài Gòn, sông Đồng Nai... Do khả năng thích ứng của mô hình chưa cao nên kết quả tính toán còn chưa thật phù hợp với các giá trị quan trắc. [14] Mô hình KOD - 01 và KOD - 02 của GS. TSKH. Nguyễn − n 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. [24] Mô hình TELEMAC được thiết lập từ những năm 90 của thế kỷ XX, là sản phẩm thương mại của Viện Thủy điện Pháp (EFD). Mô hình nghiên cứu bài toán thủy lực hai chiều ngang và các quá trình truyền chất. Mô hình được Viện Cơ học -30- Việt Nam ứng dụng nhiều để giải các bài toán thủy lực trên hệ thống sông và truyền chất. Hệ phương trình cơ bản là hệ phương trình Saint-Venant hai chiều ngang được giải theo không gian bằng phương pháp phần tử hữu hạn dạng yếu Galerkin và giải theo không gian bằng sơ đồ sai phân có trọng số. Mô hình này ít được các nhà nghiên cứu thủy văn thủy lực tiếp cận vì nó phức tạp. Mô hình HGKOD do GS. TS. Nguyễn Thế Hùng lập là mô hình thủy động lực học hai chiều đứng. Mô hình này được ứng dụng để tính lòng dẫn bị biến dạng cục bộ ở hạ lưu công trình tháo, mô phỏng các hiện tượng thủy lực của dòng chảy bao như dòng chảy quanh các mặt tấm chắn cong, trụ cầu... Cốt lõi của mô hình này là tìm nghiệm xấp xỉ của hệ phương trình Reynolds viết cho hai chiều đứng với giả thiết gần đúng về ma sát rối. Hệ phương trình Reynolds được giải bằng phương pháp xấp xỉ Galerkin và được rời rạc hóa theo phương pháp phần tử hữu hạn để thiết lập hệ phương trình đại số tuyến tính. ứng dụng mô hình HGKOD vào những bài toán cụ thể cho ra được những hình ảnh khá trung thực của các hiện tượng thủy lực hạ lưu sau một bậc thụt, hố xói sau cống đồng bằng và sau tràn, hiện tượng chảy bao quanh cửa van cung... Thêm vào đó, mô hình này cũng ứng dụng được để tính thủy lực truyền triều ở đoạn cửa sông, đầm phá như đã được ứng dụng có hiệu quả ở vùng cửa sông Hương, phá Hạc Hải (Quảng Bình). [6] 1.3. Những nghiên cứu trước đây về lưu vực Các nghiên cứu về dòng chảy và đặc biệt là dòng chảy lũ ở Thừa Thiên Huế đã được nghiên cứu nhiều và có thể nói rất nhiều. Nó được nhiều cơ quan khoa học cùng nghiên cứu như: Viện Quy hoạch Thủy lợi, Viện Khoa học Thủy lợi, Viện Khí tượng Thủy văn, Trường Đại học Thủy lợi, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Huế, Đại học Đà Nẵng và một số tổ chức cá nhân ngoài nước... Tuy nhiên, vấn đề luôn luôn có những điểm mới cần được nghiên cứu tiếp tục. Trong các nghiên cứu đó phần lớn đề cập và xuất phát từ các yêu cầu về quy hoạch thủy lợi, xây dựng các hồ chứa, các nhà máy thủy điện trong vùng. ít chú ý đến ảnh hưởng cản lũ của các công trình chắn ngang dòng tràn lũ và độ sâu ngập lũ cũng như diện ngập lụt. Cơ quan có nhiều nghiên cứu nhất về lũ sông Hương là Viện Quy hoạch Thủy lợi. Có thể kể ra đây các nghiên cứu tiêu biểu sau: - Năm 1998  1999, tính toán lũ trong nghiên cứu Quy hoạch Thủy lợi sông Hương phục vục công tác thiết kế hồ chứa nước Tả Trạch; -31- - Năm 2000  2001, tính toán mô phỏng lũ 1999, phục vụ đề tài nghiên cứu độc lập cấp nhà nước “Nghiên cứu phục hồi thích nghi cho vùng cửa sông ven biển và đầm phá Tam Giang - Cầu Hai”; - Năm 2004, tính toán xác định quy mô nhà máy thủy điện Hương Điền trên sông Hữu Trạch; - Năm 2005, tính toán xác định quy mô nhà máy thủy điện Cổ Bi trên sông Bồ và tính toán lũ trong dự án Quy hoạch thủy lợi sông Hương; - Năm 2005, tính toán dòng chảy lũ sông Hương, trong nghiên cứu điển hình thuộc dự án “Tăng cường năng lực cho các Viện ngành nước”. Các nghiên cứu trên chủ yếu mô phỏng dòng chảy của sông và tràn lũ trên đồng bằng ra đến đầm phá, mà ít chú ý đến vùng đầm phá và cửa biển. Biên dưới của các mô hình thường được kết thúc tại đê bao đầm phá. Trong các nghiên cứu này thì công cụ mô hình được sử dụng là mô hình VRSAP của PGS. TS. Nguyễn Như Khuê. Nghiên cứu trong khuôn khổ dự án “Tăng cường năng lực cho các Viện ngành nước”, lần đầu tiên Viện Quy hoạch Thủy lợi sử dụng Mô hình MIKE 11. Viện Khoa học Thủy lợi cũng là đơn vị có các nghiên cứu liên quan đến lũ sông Hương: [16, 22, 39] - Năm 1990  1991, kết hợp với Trường Đại học Thủy lợi, Viện Khoa học Thủy lợi lần đầu nghiên cứu lũ sông Hương phục vụ mục tiêu tìm các giải pháp phòng chống và thoát lũ cho sông Ngự Hà và khu vực nội thành Huế. - Năm 2000  2001, nghiên cứu về lũ lụt có quy mô lớn nhất được đề cập trong đề tài khoa học độc lập cấp nhà nước với tên gọi “Nghiên cứu phục hồi thích nghi cho vùng cửa sông ven biển và đầm phá Tam Giang - Cầu Hai”, do GS. TS. Trần Đình Hợi là chủ nhiệm đề tài cùng 18 thành viên chính khác thuộc cơ quan khoa học của 06 bộ ngành khác nhau và tỉnh Thừa Thiên Huế tham gia thực hiện. Đây là nghiên cứu đầu tiên có ý tưởng đề cập đến ảnh hưởng của biển đến vấn đề thoát lũ. Trong nghiên cứu này, vùng tính toán bao gồm đồng bằng sông Hương, đầm phá và cửa biển, sử dụng mô hình một chiều kết hợp với mô hình hai chiều. Bài toán lũ ở đây được chia làm hai khu vực, dòng chảy phía trên đầm phá được mô phỏng bằng mô hình một chiều với các ô trũng (do Viện Quy hoạch Thủy lợi thực hiện), dòng chảy trên đầm phá và cửa biển mô phỏng bằng mô hình hai chiều (Viện Khí Tượng -32- Thủy văn thực hiện), hai mô hình này chạy độc lập với nhau, không tự động kết nối. Tuy nhiên, do hạn chế về công cụ tính và thời gian thực hiện mà các vấn đề về lũ lụt liên quan đến cửa biển chưa được giải quyết một cách hoàn chỉnh, các phương án kịch bản về cửa biển chưa được mô phỏng. - Năm 2003  2005, Viện Khoa học Thủy lợi tính toán dòng chảy lũ trên đầm phá Tam Giang - Cầu Hai, phục vụ quy hoạch thủy lợi ven biển Thừa Thiên Huế. Trong nghiên cứu này tập trung vào nghiên cứu dòng chảy trên đầm phá và cửa biển, nhằm xác định hành lang thoát lũ tại các cửa biển Thuận An và Tư Hiền. Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, trong nghiên cứu về Quy hoạch chỉnh trị dòng chảy sông Hương (2003  2004), đã sử dụng mô hình MIKE 11 để xác định mực nước làm biên đầu vào cho mô hình MIKE 21 C diễn toán biến hình lòng dẫn sông Hương. Những nghiên cứu trên đều quan tâm đến biện pháp cắt lũ bằng hồ chứa, các kịch bản về lũ thường được gắn với các phương án xây dựng hồ chứa nước thượng nguồn. Như vậy việc nghiên cứu bài toán lũ lụt ở Thừa Thiên Huế một cách tổng thể bao gồm dòng chảy lũ trên đồng bằng, vùng đầm phá và cửa biển vẫn chưa được giải quyết một cách hoàn chỉnh. Đặc biệt là việc xem xét ảnh hưởng của cửa biển đến thoát lũ còn chưa được đề cập. Ngoài ra, còn rất nhiều những nghiên cứu khoa học, các luận văn thạc sĩ, luận án tiến sĩ trong và ngoài nước cũng đề cập nghiên cứu về các ảnh hưởng của các công trình hiện có trên lưu vực, những tác động về môi trường đầm phá ven và khả năng thoát lũ của lưu vực với các giải pháp đề xuất. [3, 12, 15, 17, 26, 33] 1.4. Nhận xét Từ các phần tổng quan đã nêu trên, có thể đưa ra một số nhận xét như sau: + Về mô hình một chiều: - Mô phỏng được các công trình phức tạp. - Có thể mô hình hóa các hệ thống phức tạp mà không cần tính toán nhiều. - Có thể mô hình hóa chính xác dòng chảy một chiều trong kênh dẫn. - Có thể kết hợp được với các mô hình thủy văn. - Có thể mô phỏng các điều kiện vận tốc lớn. -33- - Không thể mô phỏng các đặc trưng dòng chảy theo phương ngang. - Gặp khó khăn khi mô phỏng dòng chảy tràn nếu không nắm được quy luật của dòng chảy và không có kinh nghiệm trong xử lý các bài toán thủy lực công trình, đặc biệt là nơi có sự tập trung dày đặc các cầu, cống và công trình tràn như lưu vực sông Hương. - Nếu lập một mô phỏng cho vùng biển sẽ gặp nhiều khó khăn. + Về mô hình hai chiều: - Có thể mô phỏng chính xác hơn dòng chảy tràn. - Có thể mô phỏng các điều kiện vận tốc lớn. - Có thể mô phỏng các trường hợp ở biển. - Thực hiện tính toán nhiều. Thường phải dùng bước lưới rất mịn để giải các đặc điểm địa hình quan trọng. Không phải lúc nào mô phỏng dòng chảy đi qua công trình cũng chính xác như các mô hình một chiều truyền thống. Nếu ô lưới tính toán có kích thước là 10  10 với khoảng cách  = 100 m thì bước thời gian tính toán t = 40 s, còn nếu ô lưới tính toán có kích thước là 40  40 với khoảng cách  = 25 m thì bước thời gian tính toán t = 10 s. Như vậy sẽ phải tính toán nhiều hơn gấp 16 lần. - Đối với dòng chảy tràn hai chiều thì ma sát và trọng lực đóng vai trò quan trọng, trong đó kích thước hình học, cao trình đáy và độ nhám là quan trọng nhất. Đối với dòng chảy đi qua công trình thì tổn thất năng lượng là chủ yếu. Mặt khác, với mục đích của đề tài luận văn là mô phỏng lũ tràn đồng nên yêu cầu đặt ra là phải tính toán mô phỏng được lượng và diện ngập lụt trên toàn hệ thống. Do đó cần phải sử dụng một mô hình có khả năng kết nối tính năng của cả hai loại mô hình một chiều và hai chiều. Trong luận văn đã lựa chọn sử dụng mô hình MIKE FLOOD làm nhiệm vụ kết nối mô hình một chiều MIKE 11 HD và mô hình hai chiều MIKE 21 HD. Tính năng của mô hình MIKE FLOOD được tóm tắt mô tả theo sơ đồ trình bày trong phần phụ lục (Hình PL.1.9). Như vậy việc kết hợp mô hình một chiều với mô hình hai chiều đã tận dụng được các tính năng tốt nhất của cả hai mô hình và hạn chế được các tính năng không hiệu quả. -34- Chương 2 Tổng quan về lưu vực sông Hương 2.1. Đặc điểm Địa lý tự nhiên lưu vực 2.1.1. Vị trí địa lý Vùng nghiên cứu là lưu vực sông Hương thuộc phần lớn tỉnh Thừa Thiên Huế và một phần phía Nam tỉnh Quảng Trị, kéo dài từ sông Ô Lâu cho đến hết đầm Cầu Hai. Lưu vực nằm trong khoảng từ 107009Â đến 107051Â kinh độ Đông và từ 15059Â đến 16036Â vĩ độ Bắc (Hình 2.1.1). Hình 2.1.1. Vị trí địa lý vùng nghiên cứu Lưu vực được giới hạn bởi: + Phía Bắc giáp lưu vực sông Thạch Hãn tỉnh Quảng Trị; + Phía Đông và Đông Bắc giáp biển Đông; + Phía Đông Nam giáp dãy núi Bạch Mã; + Phía Tây và Tây Nam giáp dãy núi Trường Sơn. -35- 2.1.2. Đặc điểm địa hình Sông Hương bắt nguồn từ phía Đông dãy Trường Sơn và núi Bạch Mã. Do địa hình ở đoạn thượng lưu hơi nghiêng theo hướng Nam - Bắc nên dòng chảy chính của lưu vực có xu thế chảy theo hướng Nam - Bắc sau đổi hướng sang Tây - Đông rồi đổ ra dãy đầm phá ven biển và thông ra biển qua hai cửa Thuận An và Tư Hiền. Vùng đồi núi chiếm trên 80% diện tích lưu vực, vùng cồn cát ven biển chiếm khoảng 5%, phần còn lại là đất có khả năng canh tác rộng khoảng 37.000 ha. [16, 21, 23, 34, 38, 42] Đặc điểm nổi bật của địa hình Thừa Thiên Huế là không gian hẹp nhưng tồn tại hầu hết các kiểu địa hình chính của nước ta: núi cao - núi trung bình - núi thấp - gò đồi - đồng bằng, các cồn cát và đầm phá ven biển. Về tổng quan có thể chia địa hình Thừa Thiên Huế ra làm hai vùng: núi đồi và đồng bằng, không có vùng trung du chuyển tiếp (Hình 2.1.2). Vùng núi đồi: Chiếm hơn 70% diện tích của tỉnh, nằm chủ yếu ở phía Tây và phía Nam. Phía Tây là một đoạn của dãy Trường Sơn qua địa phận Thừa Thiên Huế với những đỉnh núi cao từ 500  1.000 m, trong đó có những đỉnh núi cao như Động Ngại (1.774 m), Đông Pho (1.436 m). Những đỉnh núi cao nhất không nằm trên biên giới Việt - Lào mà nằm sâu trong lãnh thổ nước ta. Do vậy, một số con sông bắt nguồn từ dãy núi này chảy qua thung lũng A Lưới sang Lào như sông A Sáp. Phía Nam tỉnh Thừa Thiên Huế là dãy núi Bạch Mã, xuất phát từ dãy Trường Sơn đâm ngang ra biển với những đỉnh núi cao trên 1.000 m ngăn cách giữa Thừa Thiên Huế với Đà Nẵng. Phía sườn Đông của dãy Trường Sơn, địa hình chuyển khá nhanh từ vùng núi qua vùng gò đồi xuống vùng đồng bằng. Từ vùng núi cao 500  1.000 m ở phía Tây, xuống tới vùng đồng bằng ven biển có độ cao từ 20 m trở xuống, với khoảng cách không quá 50 km đã tạo cho địa hình Thừa Thiên Huế có độ dốc khá lớn. Diện tích đất có độ dốc trên 250 chiếm tới 54%. Do độ dốc lớn như vậy, nên phần lớn đất ở vùng núi bị xói mòn, thoái hóa. Chính vì địa hình có độ dốc lớn nên khả năng tập trung nước phía hạ du rất nhanh, làm cho lũ lụt ở đây rất ác liệt, điển hình là trận lũ tháng 11/1999. Vùng đồng bằng: Phần lớn vùng đồng bằng Thừa Thiên Huế là nhỏ hẹp, bề ngang rộng không quá 20 km, chiếm khoảng 9,78% diện tích đất tự nhiên của tỉnh. Đồng bằng sông Hương có địa hình không bằng phẳng gò đồi thấp xen kẽ các vùng trũng. Từ Bắc đến Nam đều có nhiều vùng núi trung bình - cao áp sát đồng bằng, như vùng đồi núi Động Ngang (268 m) áp sát vùng đồng bằng thấp -36- Quảng Điền và thành phố Huế, vùng núi Động Mang Chan (856 m) vùng núi Động Truồi (1.154 m) áp sát vùng Hương Thủy, Phú Lộc. Các ô trũng đất trống có diện tích 7.173 ha, thấp hơn mực nước biển ngay trên bề mặt đồng bằng lưu vực sông Hương. Đây là vùng có nhiều bàu, trằm nhất trong cả nước với 78 cái trằm có tên và không tên, 11 đầm, 4 bàu và 1 phá; Phía Đông đồng bằng sông Hương là hệ đầm phá Tam Giang- Cầu Hai, vùng cửa sông bao gồm 1 phá và 4 đầm nối tiếp kéo dài 68 km với diện tích 216 km2 nơi rộng nhất 10 km, nơi hẹp nhất 0,5 km, sâu từ 1,5  2,0 m, tổng dung tích khoảng 300 triệu m3. Hình 2.1.2. Bản đồ địa hình tỉnh Thừa Thiên Huế Hình 2.1.3. Địa hình tỉnh Thừa Thiên Huế nhìn từ hạ lưu -37- Phía Đông giáp biển tồn tại một dải cồn cát cao khoảng 5  15 m kéo dài suốt từ Bắc (vùng Thâm Khê - Thanh Hương) tới Nam (vùng Mỹ Lợi - Mỹ á) làm giảm thiểu tốc độ thoát lũ ra biển. Các vùng đồng bằng Quảng Điền, Phú Vang, Hương Thủy trở thành các vùng ngập nước sâu trong mưa lũ. Toàn vùng đồng bằng Thừa Thiên Huế có 2 cửa biển chính nhưng thường xuyên ứ nước, ở phá Tam Giang có cửa Thuận An và đầm Cầu Hai có cửa Tư Hiền. Ngoài những đặc điểm địa hình tự nhiên, trên bề mặt địa hình của Thừa Thiên Huế còn có quốc lộ 1A, đường sắt Bắc Nam và hệ thống đê ngăn mặn phía bờ Tây đầm phá chạy song song với bờ biển, vuông góc với hướng dòng chảy. Chính vì vậy, vùng đồng bằng Thừa Thiên Huế có tốc độ nhận và dâng lũ rất nhanh, một số vùng đồng bằng hẹp (như vùng Cổ Bi, Văn Xá, Thạch Hà, Mỗ Bảo, Vi Gia) trực tiếp bị các dạng hình lũ miền núi (lũ bùn đá, lũ quét...) đe dọa. Miền núi tập trung ở vùng phía Tây, chiếm phần lớn diện tích của lãnh thổ và thuộc vào loại núi cao trung bình 1.225  1.774 m. Các đỉnh núi có độ cao 1.225 m, 1.403 m, 1.138 m nằm trên đường phân thủy chính (thuộc dãy Trường Sơn) đồng thời là đường biên giới Việt - Lào; trong khi đó, các vùng núi Động Ngài (1.774 m) ranh giới Quảng Trị - Thừa Thiên Huế ở phía Bắc, vùng núi Mang 1.708 m, Hải Vân 1.517 m, ở phía Nam đều cao trên 1.500 m, tạo nên các vùng sườn cao, dốc đứng hứng mưa lớn của các hướng mưa lớn theo hướng gió mùa Đông Bắc, Đông Nam rồi đổ nhanh nước về các đồng bằng, khiến cho Thừa Thiên Huế trở thành một khu vực phân ranh khí hậu theo chiều Bắc - Nam và chịu tác động của các nhiễu động thời tiết gió mùa đặc sắc nhất Việt Nam. Địa hình núi chuyển bậc nhanh và khá đột ngột về phía Đông, xuống dải đồng bằng hẹp ven biển thông qua một dải đồi - núi thấp rất phân tán có độ cao trung bình 200  300 m. Diện tích núi và đồi chiếm đến trên 70% diện tích toàn tỉnh, còn dải đồng bằng ven biển thường là dải đồng bằng hạ lưu của các sông ngắn, nhìn chung rất hẹp (thường có bề ngang không quá 20 km) lại bị các dải cát cao (đê cát) ven biển chắn phía Đông. Những nét đặc thù địa hình nêu trên có ảnh hưởng rất lớn đến chế độ dòng chảy của các lưu vực sông trong tỉnh, đặc biệt nó có tác động trực tiếp đến sự chuyển động của dòng chảy lũ. Tính không cân đối của sự phân bố và quy mô các miền và kiểu địa mạo trong đó miền núi chiếm tỷ trọng lớn hơn nhiều lần miền đồng bằng của Thừa Thiên Huế là rất rõ rệt. Hình thái này tạo ra sự biến đổi gradient địa hình và dòng -38- chảy, diện tích hứng nước, chiều dài chuyển tải nước. Hình dạng và kích thước lưu vực là những chỉ số có thể định lượng trong phân tích lưu vực cho phép đánh giá mức truyền nước nhanh hay chậm của lưu vực. Lưu vực sông Hương có sự kết hợp của yếu tố không cân đối với yếu tố chiều rộng lớn hơn chiều dài lưu vực, tạo nên một áp lực vô cùng lớn đối với hạ lưu thường có lũ lên nhanh, cường suất lũ lớn. Mức độ chia cắt sâu trung bình của toàn khu vực dao động trong khoảng 15  50 m/km2 và biến đổi nhanh từ các vùng núi đến dải đồng bằng ven biển. ở các vùng núi giá trị này đạt tới 200 m/km2, có nơi đến 300 m/km2 tập trung quanh các đỉnh núi cao nhất như dãy núi biên giới Việt - Lào, núi Động Ngài, núi Mang... Trong khi đó, ở dải đồng bằng ven biển, giá trị này chỉ đạt trung bình dưới 15 m/km2. Mức chia cắt sâu nói trên phản ảnh khá rõ nét quy luật biến đổi địa hình đột ngột từ miền núi đến đồng bằng ven biển của Thừa Thiên Huế. Khác với quy luật chia cắt sâu, mức độ chia cắt ngang lại có tính phối khảm rõ rệt và có giá trị trung bình dao động trong khoảng từ 0,2  0,3 km/km2. Các giá trị tương đối cao hơn tập trung ở các vùng đồng bằng hạ lưu sông và dải ven bờ; còn dọc theo sườn các thung lũng sông đạt giá trị từ 0,3  0,5 km/km2. Đáng chú ý là dọc theo các dãy núi xuyên ngang như Động Ngài, Bạch Mã mức chia cắt ngang đạt giá trị cao dị thường trên 0,3 km/km2. Độ dốc sườn là yếu tố hết sức quan trọng và có tác động sâu sắc tới hình thành lũ lụt. Độ dốc có xu hướng tăng cao ở các vùng núi và đột ngột giảm dần ở các vùng đồng bằng và đới ven bờ. Nói khác đi, biên độ của độ dốc sườn trên tất cả các lưu vực sông ở Thừa Thiên Huế đều rất lớn. Giá trị độ dốc trung bình ở các vùng núi thường đạt trên 300, vùng đồi trước núi và vùng đồng bằng khoảng 100  150, còn ở vùng đồng bằng ven biển dưới 50 và sự thay đổi giá trị độ dốc sườn này diễn ra trong một không gian rất hẹp. Tương tự sự biến đổi độ dốc là gradient địa hình: Biên độ gradient địa hình ở Thừa Thiên Huế dao động rất lớn trong khoảng nhỏ hơn 5  100 m/km. Các vùng núi cao có giá trị gradient đạt tới trên 100 m/km, các vùng núi trung bình có giá trị gradient đạt trung bình trên 50 m/km, vùng núi thấp và đồi dao động trong khoảng rộng từ 5  30 m/km, các đồng bằng ven biển có giá trị gradient địa hình thấp dưới 5 m/km. Cũng cần lưu ý rằng, sự biến đổi mau hay thưa của các đường đẳng trị gradient cho phép luận giải thêm về độ dốc và biến đổi năng lượng của địa hình. -39- 2.1.3. Đặc điểm địa chất Theo các tài liệu địa chất hiện có [9, 31, 34], các thành tạo trầm tích ở khu vực Thừa Thiên Huế có tuổi từ cổ đến trẻ được xếp vào 12 phân vị địa tầng. Các thành tạo trước Kainozoi có chiều dày đến 7.000 m gồm: Hệ tầng A Vương với thành phần là đá hoa, các loại đá phiến, xen quaczit. Hệ tầng Long Đại với thành phần chủ yếu là các đá lục nguyên: cát kết, bột kết, phiến sét có xen andezit. Hệ tầng Tân Lâm gồm sạn kết, cát kết, bột kết, phiến sét. Hệ tầng Cò Bai có thành phần gồm đá vôi, sét vôi, bột kết, phiến sét. Các thành tạo Kainozoi (chủ yếu là đệ tứ) có chiều dày không đáng kể (40  170 m) nhưng đa dạng về thành phần và nguồn gốc bao gồm các tướng nguồn gốc trầm tích: sông, sông biển, sông - lũ, biển, biển - đầm lầy, biển - gió có tuổi thành tạo từ pleistosen sớm (QI) đến Holocen muộn (Q3IV). Các đá mắc ma gặp trong vùng gồm đá mafic và đá axit thuộc 3 phức hệ: Phức hệ Đại Lộc với thành phần granit biotit, aplit granit. Phức hệ Chaval thành phần gồm piroxenit, gabro. Phức hệ Hải Vân có thành phần là granit biotit và granit hai mica. Trên bình đồ cấu trúc, vùng đồng bằng Thừa Thiên Huế nằm ở phía Đông Nam đới kiến trúc Long Đại và nằm trên hai phụ đới Huế và Bình Trị Thiên. Hai phụ đới này được ngăn cách bởi đứt gãy Tà Lao - Huế (Lê Duy Bách, 1992). Các trầm tích Đệ Tứ và Neogen hình thành lớp phủ lên móng địa chất trước Kainozoi đã bị phân dị tân kiến tạo từ cuối Miocen với đới sụt hạ tương đối Tam Giang - Phú Vang ở phía đông và khối nâng tây Huế. Ranh giới giữa chúng là đứt gãy Hương Long - Quảng Xuyên. ở trũng sâu Tam Giang - Phú Vang chiều dày trầm tích Đệ Tứ tăng dần về phía biển, dao động trong khoảng 90  164 m, còn ở đới nâng phía tây Huế trầm tích Đệ Tứ mỏng, chỉ trong khoảng 40  60 m. Cũng theo các tài liệu hiện có trên cơ sở phân tích địa mạo, ảnh viễn thám thì vùng đồng bằng Thừa Thiên Huế còn bị chia cắt kiểu khối tảng bởi nhiều đứt gãy theo phương á kinh tuyến và phương Tây Nam - Đông Bắc: đứt gãy sông Tả Trạch, đứt gãy sông Hữu Trạch, các đứt gãy khác và các vòm nâng hiện đại mang tính cục bộ: vòm An Hòa, vòm Phú Vang, vòm Thủy Thanh. ở vùng hạ lưu sông Hương, biểu hiện của đứt gãy là nguồn nước khoáng nóng tại LK314 ở Phú Dương. Cửa biển Hòa Duân nằm trên phương kéo dài của đứt gãy này. Cửa biển Thuận An hiện nay nằm trên phương kéo dài của đứt gãy khác. -40- Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai xuất hiện vào cuối Holocen muộn và được hoàn thiện vào khoảng 3.000  4.000 năm trước như là kết quả tất yếu của tương tác lục địa - biển, phát triển mang tính kế thừa và tiếp diễn của các thế hệ Lagun trước đó trong quá trình chung thành tạo đồng bằng Thừa Thiên Huế. 2.1.4. Thảm phủ thực vật Thực vật là một thành phần quan trọng của mặt đệm, trong đó lớp phủ rừng đóng vai trò quan trọng nhất trong việc điều tiết nước và các hiện tượng sinh thái khác của lãnh thổ. Đó là nguyên nhân giải thích tại sao trong nghiên cứu lũ lụt cần ưu tiên xem xét vấn đề rừng. Tỉnh Thừa Thiên Huế có độ phủ rừng thuộc loại cao trong toàn quốc. Theo thống kê năm 2006 của Cục Kiểm Lâm thì diện tích tự nhiên toàn tỉnh là 505.454 ha trong đó rừng tự nhiên chiếm 204.878 ha và rừng trồng chiếm 81.663 ha. Như vậy độ che phủ rừng toàn tỉnh chiếm 56,69% diện tích toàn tỉnh. Trong 286.541 ha đất có rừng thì đất có rừng phòng hộ là 106.785 ha, đất có rừng đặc dụng 48.984 ha, chiếm 54,36% tổng diện tích đất có rừng của tỉnh. Yêu cầu an toàn cho một lãnh thổ điều tiết lũ thì phải có 35% diện tích đất tự nhiên được phủ rừng. Trong khi đó, tỉnh Thừa Thiên Huế có độ che phủ rừng là 56,69% diện tích toàn tỉnh, lớn hơn so với mức yêu cầu. Do đó có thể coi lưu vực đã đảm bảo mức độ an toàn về mặt môi trường và điều tiết lũ. Tuy nhiên, đó phải là lớp phủ rừng tự nhiên với đầy đủ ý nghĩa của rừng nhiệt đới, có cấu trúc lý tưởng gồm nhiều tầng tán và có độ tán che đủ khả năng điều tiết nước cho lãnh thổ. Trong khi đó trong lưu vực lại có khá nhiều diện tích rừng là các loại rừng ngh’o kiệt, rừng phục hồi, trảng cây, rừng chưa có trữ lượng, đáng kể nhất là các trảng cây bụi hoặc rừng thưa rụng lá có cấu trúc đơn giản, có độ tán che thấp (độ tán che chỉ đạt từ khoảng 20  30% đến khoảng 40  50%), không có vai trò điều tiết nước mặt; và chỉ có gần 7,5% diện tích rừng trong tỉnh đạt độ che phủ 80  90% và 8,71% diện tích tỉnh đạt độ che tán cao 70  80%. Như vây, diện tích đạt độ an toàn tương đối của Thừa Thiên Huế là thấp. Từ đặc điểm rừng của tỉnh cho thấy rừng bị phá do rất nhiều nguyên nhân và đã bị xé lẻ thành nhiều khoảnh, không chỉ làm giảm đa dạng sinh học, mà còn làm cho tất cả các chức năng khác của rừng cũng bị giảm thiểu. Điều đó giải thích tại sao, tuy rừng còn khá nhưng phân tán, khiến khả năng điều tiết mưa lũ và chống xói mòn của rừng cũng bị suy giảm rất đáng kể. -41- Để đóng vai trò sinh thái thực sự trong phòng chống lũ, lớp phủ thực vật cũng cần có độ tán che ít nhất là 50%. Như vậy, khi nghiên cứu đánh giá vai trò lớp phủ thực vật trước lũ lụt, những thống kê chỉ thực sự có ý nghĩa nếu chúng đạt giá trị tán che lớn hơn 50%. Đó là nguyên nhân giải thích sự bất cập giữa hiện tượng lũ lụt và diện tích rừng tưởng như là phong phú của tỉnh Thừa Thiên Huế. Nhiều nhà khoa học khi nghiên cứu lũ lụt đều cho rằng: đối với Thừa Thiên Huế yêu cầu một tỷ lệ che phủ rừng cần lớn hơn diện tích hứng nước, mặt khác độ dốc của khu vực quá lớn, làm cho thời gian xuất hiện lũ rất nhanh. Như vậy, có thể so sánh trạng thái mặt đệm của toàn khu vực giống với mặt đệm của lưu vực thượng nguồn, do đó hình thái các trận lũ cũng có dáng dấp của lũ thượng nguồn với thời gian truyền lũ ngắn, đỉnh lũ cao và thời gian lũ ngắn. Việc suy giảm diện tích rừng giàu còn là nguyên nhân làm suy thoái môi trường đất. Với độ dốc, chiều dài sườn lớn, với lượng mưa do bão và áp thấp nhiệt đới có cường độ cao, các diện tích đất bị suy kiệt, tán che rừng giảm nên nhanh chóng bị bào mòn, rửa trôi làm cho lượng mùn trong đất mất đi, tầng đất ngày càng mỏng và trở nên chặt, lượng trữ ẩm trong lãnh thổ giảm do khả năng thấm và trữ nước của đất bị mất đi. Đó chính là nguyên nhân làm giảm thiểu sức chống chịu mưa của đất, đồng thời cũng là nguyên nhân góp phần tạo nên lũ. Trên các loại đất bị xói mòn rửa trôi nếu có rừng trồng hoặc rừng tái sinh tự nhiên, thì các loại rừng này cũng sẽ có cấu trúc đơn giản, chức năng điều tiết sinh thái của rừng cũng không cao. Vì vậy, bên cạnh việc tái tạo rừng cũng cần việc bảo vệ phục hồi chất lượng của các hệ sinh thái rừng nhiệt đới trong khu vực. Trong trạng thái tự nhiên các loại rừng phục hồi, rừng non thực tế mới tồn tại khoảng 10  20 năm kể từ lúc đất trống, đồi núi không rừng bị bỏ hoang, các cây tiên phong của rừng thứ sinh tồn tại khoảng 60 năm, sau đó để có được rừng tự nhiên thì mất khoảng 100 năm. Do đó việc phục hồi hệ sinh thái rừng là rất lâu dài. Trong mùa lũ 1999, 2004 thực chất tất cả các vùng trong tỉnh đều có lũ lớn, vượt quá khả năng điều tiết của lớp phủ rừng. Từ đó thấy được vai trò phòng chống lũ lụt của lớp phủ rừng như sau: + Thảm thực vật nói chung và đặc biệt lớp phủ rừng nói riêng là một hợp phần của mặt đệm. Các hợp phần của mặt đệm có mối quan hệ tương hỗ rất chặt chẽ. Vì vậy, một hợp phần bị thay đổi sẽ kéo theo các bộ phận khác thay đổi theo. Như đã trình bày, sự suy giảm lớp phủ rừng là nguyên nhân làm thay đổi cấu trúc vật lý và chất lượng của đất, đồng thời cũng là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi địa mạo của bề mặt lãnh thổ. Dòng chảy bề mặt là động lực -42- chủ yếu của các quá trình trên, ngược lại sự biến đổi các thành phần của mặt đệm lại là nguyên nhân làm thay đổi dòng chảy. + Trong điều kiện bình thường lượng dòng chảy mặt chiếm khoảng 60  70% tổng lượng nước, phần còn lại khoảng 30  40% tạo nên dòng ngầm tầng nông và hình thành dòng chảy mặt vào mùa kiệt, nếu khả năng giữ nước của các thành phần mặt đệm giảm thì tốc độ dòng chảy mặt sẽ tăng lên. Đó là ý nghĩa điều tiết nước của mặt đệm nói chung và lớp phủ thực vật nói riêng. + Nghiên cứu ảnh hưởng của lớp phủ rừng đến hình thành lũ ở nước ta chưa có nhiều. Trong thời gian gần đây, đã có một số nhà khoa học bước đầu để tâm nghiên cứu tới, song vấn đề cũng chưa giải quyết được trọn vẹn. Những tài liệu ban đầu cho những nhận định quan trọng về vai trò điều tiết nước của lớp phủ rừng, đó là những đánh giá sơ lược về vai trò của lớp phủ có thể căn cứ vào tỷ lệ giảm của thời gian lũ lên, tỷ lệ tăng của lưu lượng đỉnh lũ. Đối với các lưu vực có diện tích lớn hơn 1.000 km2, cứ giảm 1% diện tích rừng thời gian lũ lên sẽ tăng khoảng 2,16% và lưu lượng đỉnh lũ sẽ tăng 0,28%. 2.1.5. Đặc điểm khí tượng Khí hậu lưu vực sông Hương nói riêng, Thừa Thiên Huế nói chung mang đặc trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhưng do bị chắn ở hai phía (phía Tây và Tây Nam bởi dãy và khối núi cao Trường Sơn làm hạn chế sự xâm nhập của gió mùa Tây Nam) nên chế độ khí hậu ở đây khác biệt rõ rệt với hai tỉnh lân cận Quảng Trị (phía Bắc), Đà Nẵng (phía Nam). Đó là mùa đông hơi lạnh khô, đầu mùa h’ nóng khô, vào giữa h’ nóng ẩm, mưa nhiều. Đặc biệt trong nội vùng lại có sự phân hóa của chế độ nhiệt, mưa, ẩm và gió theo độ cao và không gian lãnh thổ. Nằm trong vùng chuyển tiếp giữa khí hậu miền Bắc và khí hậu miền Nam mà dãy Bạch Mã là ranh giới khí hậu tự nhiên giữa hai miền lãnh thổ, Thừa Thiên Huế là nơi diễn ra sự giao tranh giữa các khối không khí xuất phát từ các trung tâm tác động khác nhau, hệ quả mang lại là hầu hết các loại thiên tai có ở nước ta đều xuất hiện ở đây như bão, lũ, hạn hán, lốc tố, mưa đá, gió khô nóng, rét đậm... [10, 11, 25, 36, 40, 43]. Chọn 3 trạm khí hậu đại biểu Huế ( 17 m), Nam Đông ( 60 m) và A Lưới ( 550 m) để phân tích quy luật biến đổi của chúng. 1. Nhiệt độ Nhiệt độ trung bình năm, cao nhất tuyệt đối, thấp nhất tuyệt đối giảm dần theo độ cao tương ứng: Huế (25,1C; 41,3C; 8,8C), Nam Đông (24,5C; 41,0C; 8,7C) đến A Lưới (21,6C; 38,1C; 4,0C). -43- Nhiệt độ trung bình tháng tại Huế tất cả các tháng trong năm (trung bình nhiều năm) đều vượt quá 20C; tại Nam Đông có tháng I dưới 20C; A Lưới có tới 4 tháng thấp hơn 20C (tháng 1, 2 và 11, 12). Tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất là tháng 7 (hoặc 6  7), tháng có nhiệt độ trung bình thấp nhất là tháng 1. Phân bố nhiệt độ trung bình các tháng trong năm có dạng một đỉnh. 2. Số giờ nắng Số giờ nắng trung bình nhiều năm, năm nhiều nhất, năm ít nhất đều giảm dần theo độ cao tương ứng: Huế (1.955 giờ; 2.302 giờ; 1.720 giờ); Nam Đông (1.896 giờ; 2.147 giờ; 1.657 giờ); A Lưới (1.736 giờ; 2.061 giờ; 1.482 giờ). Tháng có số giờ nắng nhiều nhất là tháng 7 giảm dần theo độ cao ứng với tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất; tháng có số giờ nắng ít nhất là tháng 12 (hay 11) tháng cuối mùa lũ, chứ không phải tháng 1 tháng lạnh nhất vì chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc mạnh nhất. Không có xu thế giảm dần theo độ cao. Phân phối số giờ nắng theo các tháng trong năm trung bình nhiều năm có dạng một đỉnh. 3. Độ ẩm tương đối - Độ ẩm tương đối có xu thế tăng dần theo độ cao. Độ ẩm tương đối bình quân nhiều năm, tháng cao nhất, thấp nhất trung bình nhiều năm tại Huế là 83%, 89%, 73%; tại Nam Đông là 85%, 92%, 79%; và tại A Lưới là 87%, 93%, 79%. - Tháng có độ ẩm tương đối lớn nhất là tháng 11, thấp nhất là tháng 7, có xu thế nghịch với số giờ nắng và nhiệt độ. - Độ ẩm tương đối trung bình tháng trong năm có dạng phân bố một đỉnh. 4. Bốc hơi Lượng bốc hơi (piche) năm trung bình nhiều năm có xu thế giảm dần theo độ cao: Huế 974,3 mm; Nam Đông 883,4 mm; A Lưới 854,7 mm. Tháng có lượng bốc hơi lớn nhất là tháng 7, nhỏ nhất là tháng 12 tương ứng với tháng có số giờ nắng nhiều nhất và ít nhất trong năm. Lượng bốc hơi tháng trong năm có dạng phân phối một đỉnh. -44- 5. Lượng mưa Lượng mưa hàng năm tương đối lớn, tập trung vào thời kỳ gió mùa Đông Bắc. Do đặc điểm về địa lý, địa hình phức tạp dẫn đến lượng mưa phân bố không đều cả về không gian lẫn thời gian. - Về không gian: Lượng mưa hàng năm có xu thế tăng dần từ Bắc vào Nam và từ Đông sang Tây. Trung tâm mưa lớn ở thượng nguồn các sông là thung lũng Nam Đông và A Lưới ở độ cao trung bình từ 400 đến 500 m với lượng mưa trung bình vượt trên 3.000 mm. Lượng mưa ở vùng đồng bằng nhỏ hơn, tại Huế và Phú ốc lượng mưa trung bình năm từ 2.700 đến 2.800 mm. - Về thời gian: Lượng mưa trong năm tập trung chủ yếu vào 4 tháng (từ tháng 9 đến tháng 12) chiếm tới 70  80% lượng mưa cả năm. Thời gian có lượng mưa lớn nhất tập trung chủ yếu vào tháng 10, 11; lượng mưa tháng có năm đạt trên 1.000 mm và lớn nhất lên tới 1.600  1.700 mm. Lượng mưa có xu hướng tăng từ biển vào sâu trong lục địa (Bảng 2.1.1). Bảng 2.1.1. Lượng mưa trung bình nhiều năm tại các trạm đo Đơn vị: mm Trạm đo Tháng Nam Đông A Lưới Phú ốc Huế Cổ Bi Bình Điền I 99,5 66,6 93,8 100,0 171,9 90,2 II 87,3 43,6 72,9 58,7 52,2 50,2 III 47,8 64,3 49,7 39,6 30,1 23,6 IV 100,8 152,6 75,7 52,8 57,1 62,6 V 222,3 231,6 134,2 118,5 158,5 135,3 VI 231,1 203,2 86,6 116,5 193,0 176,1 VII 170,4 163,6 86,3 75,6 71,9 81,1 VIII 189,5 187,9 131,6 120,5 121,7 141,3 IX 476,9 421,7 375,5 394,9 499,7 417,2 X 999,2 922,9 795,9 768,8 883,5 840,6 XI 755,5 743,7 611,6 657,6 822,6 733,2 XII 296,7 282,7 320,9 314,4 395,1 391,9 Năm 3.644,0 3.486,2 2.875,7 2.818,0 3.455,4 3.139,0 -45- Hình 2.1.4. Đường đẳng trị lượng mưa bình quân năm lưu vực sông Hương Thừa Thiên Huế là tỉnh có lượng mưa lớn nhất ở nước ta. Vùng đồi núi có X0 = 3.000  4.500 mm/năm. Riêng tâm mưa Bạch Mã có X0 = 8.000 mm/năm. Vùng đồng bằng có X0 = 2.500  3.000 mm/năm. Tỷ số giữa lượng mưa năm nhiều nhất và năm ít nhất rất lớn: + Huế: 3,22 lần (5.641,5 mm/1.750,9 mm); + Nam Đông: 3,28 lần (6.734,9 mm/2.055,0 mm); + A Lưới: 3,05 lần (6.303,7 mm/2.070,2 mm); + Phú ốc: 2,85 lần (5.005,5 mm/1.758,1 mm). Mùa mưa: Theo chỉ tiêu “vượt tổn thất”, mùa mưa là mùa gồm các tháng liên tiếp có lượng mưa tháng vượt lượng tổn thất (thường lấy 100 mm/tháng) với tần suất vượt 50%. Mùa mưa phụ thuộc theo vùng và theo cấp lượng mưa. Với X0  2.500 mm, mùa mưa tháng 9  12. Mùa khô tháng 01  4. Trong đó tồn tại 2 tháng mưa lũ tiểu mãn 5  6. Với 2.500 è X0  3.500 mm mùa mưa tháng 8  12. Mùa khô từ tháng 01  7. Trong đó tồn tại 2 tháng mưa lũ tiểu mãn 5  6. -46- Với 3.500 è X0  4.500 mm mùa mưa tháng 4  12 (từ Hữu Trạch đến Ô Lâu); mùa khô 5  01 (từ Tả Trạch đến Bắc Hải Vân), không tồn tại 2 tháng mưa lũ tiểu mãn. Với 4.500 è X0  8.000 mm mùa mưa 4  6 đến suốt cả năm (Bạch Mã). Năm có mùa mưa suốt cả năm là năm 1999, A Lưới, Nam Đông, Bạch Mã. Ba tháng có lượng mưa lớn nhất là tháng 9  11. Tháng có lượng mưa lớn nhất trong năm là tháng 10. Năm có lượng mưa lớn nhất, có 3 tháng mưa lớn nhất, tháng lượng mưa lớn nhất là năm 1999 (Bảng 2.1.2). Bảng 2.1.2. Lượng mưa lớn nhất năm 1999 Đơn vị: mm/năm Trạm mưa Lượng mưa lớn nhất Lượng mưa 3 tháng lớn nhất (10  12/1999) Lượng mưa 1 tháng lớn nhất Nam Đông 6735,0 4125,1 2183,2 A Lưới 5911,0 4111,6 2590,5 Huế 5641,5 4381,9 2451,7 Phú ốc 5006,0 3795,7 1977,7 6. Bão Dọc bờ biển nước ta, bão ngày càng có xu thế tăng cả tần số lẫn cường độ, nhất là 30 năm gần đây (Bảng 2.1.3). Bảng 2.1.3. Thống kê số trận bão đổ bộ vào Việt Nam từ năm 1891 đến 1999 Năm  Năm Số trận bão (trận/năm) Năm  Năm Số trận bão (trận/năm) Năm  Năm Số trận bão (trận/năm) 1891  1900 3,6 1931  1940 5,2 1971  1980 6,7 1901  1910 5,3 1941  1950 2,9 1981  1990 6,7 1911  1920 3,3 1951  1960 4,4 1991  1999 6,3 1921  1930 3,1 1961  1970 5,7 Bình quân: từ 1891  1999 có 4,8 trận/năm. -47- 2.1.6. Đặc điểm thủy văn 1. Hệ thống sông ngòi Tỉnh Thừa Thiên Huế có 6 sông chảy vào đầm phá và một sông chảy trực tiếp ra biển (sông Bu Lu), 17 sông nhánh cấp I, 19 sông nhánh cấp II, 3 nhánh cấp III và 1 phân lưu (Lợi Nông). Trong đó, riêng sông Hương có 8 nhánh cấp I, 16 nhánh cấp II, 3 nhánh cấp III và 8 phân lưu, không kể những sông suối có độ dài nhỏ hơn 10 km. [21, 34, 42, 45] - Các lưu vực sông, suối trong vùng đều có độ cao bình quân lưu vực từ 200 m trở lên, thuộc vào các lưu vực có độ cao lớn hơn so với các sông suối thuộc duyên hải Việt Nam, vì vậy độ dốc bình quân lưu vực sông cũng đạt tới 20  29% nên các sông suối vùng này đều chảy khá thẳng với hệ số uốn khúc dao động trong khoảng 1,2  1,9. - Với địa hình trong vùng dốc, mức độ chia cắt ngang của bề mặt lớn nên mạng lưới sông suối của tỉnh Thừa Thiên Huế phát triển khá mạnh với mật độ lưới sông trung bình đạt 0,75 km/km2, không có phần trung lưu chuyển tiếp mà từ vùng núi dốc xuống ngay đồng bằng. Hệ thống sông Hương gồm 3 nhánh chính là sông Bồ, Hữu Trạch và Tả Trạch. Hai nhánh Hữu Trạch và Tả Trạch gặp nhau ở ngã ba Tuần, cách thành phố Huế 15 km về phía Nam, tạo thành dòng chính sông Hương, đến ngã ba Sình hội lưu với sông Bồ cách Huế 8 km về phía Bắc và đổ vào phá Tam Giang theo hướng Đông - Đông Bắc. Độ dài dòng sông chính là 104 km. Sông Hương bắt nguồn từ phía Đông dãy Trường Sơn và núi Bạch Mã, dòng chính chảy theo hướng Nam - Bắc và đổ ra biển thông qua hai cửa Thuận An, Tư Hiền. Vùng đồi núi chiếm trên 80% diện tích lưu vực, vùng cồn cát ven biển chiếm khoảng 5%, phần còn lại là đất có khả năng canh tác rộng khoảng 37.000 ha. Hệ thống sông ở Thừa Thiên Huế không có đê nhưng để ngăn mặn giữ ngọt, chống lũ tiểu mãn hoặc lũ sớm bảo đảm chắc hai vụ Đông Xuân và H’ Thu, đồng thời bảo đảm tiêu thoát lũ sớm, trên phá Tam Giang, đầm Cầu Hai đã xây dựng lên một hệ thống đê biển dài 162 km. Trong đó, phá Tam Giang là 74 km (Tây 43 km, Đông 31 km); đầm Thanh Lam - Thủy Tú - Hà Trung là 68 km (Tây 40 km, Đông 28 km); đầm Cầu Hai là 20 km (Đông 7 km, Tây 13 km). Các cống dưới đê, các cống ngăn mặn cửa Lác, Thảo Long, Diêm Trường... -48- 2. Các đặc trưng dòng chảy tháng, năm Các đặc trưng dòng chảy tháng, năm được tính từ số liệu thực đo và mô hình toán thủy văn cho thấy tài nguyên nước mặt Thừa Thiên Huế nói chung và lưu vực sông Hương nói riêng rất phong phú, lớn nhất toàn quốc. [13, 15, 20, 26, 37] Sự phân bố dòng chảy trong năm của lưu vực sông Hương hoàn toàn đồng bộ với sự phân bố mưa, lượng dòng chảy tập trung chủ yếu vào 4 tháng mùa mưa (từ tháng 9 đến tháng 12) chiếm 70  75% tổng lượng dòng chảy cả năm. Trong khi đó, thời gian mùa kiệt dài gấp đôi, mặc dù có thời kỳ lũ tiểu mãn vào tháng 5 và tháng 6 nhưng tổng lượng dòng chảy chỉ chiếm 25  30% tổng lượng dòng chảy cả năm. Dòng chảy của lưu vực bắt đầu tăng lên từ tháng 7, tháng 8 và đạt trị số cao nhất vào tháng 10, tháng 11 sau đó lại giảm dần cho đến tháng 5 năm sau. Đến tháng 5, tháng 6 do có mưa lũ tiểu mãn nên lượng dòng chảy tăng lên đáng kể, có thể lớn gấp 2 lần so với mấy tháng kiệt trước đó. Sau lũ tiểu mãn lượng dòng chảy giảm dần vào tháng 7 (riêng lưu vực sông Hữu Trạch lượng dòng chảy giảm tới tháng 8) rồi chuyển sang mùa lũ sớm và lũ chính vụ. Các đặc trưng dòng chảy năm của các nhánh sông chính được trình bày ở bảng 2.1.4. Bảng 2.1.4. Các đặc trưng thủy văn tại một số tuyến quan trắc Tuyến quan trắc Sông F (km2) Qo (m 3/s) M0 (l/skm 2) W0 (m 3) Thượng Nhật Tả Trạch 208 15,8 76 500  106 Dương Hòa Tả Trạch 720 58,8 82 1.856  106 Bình Điền Hữu Trạch 570 42,1 74 1.330  106 Cổ Bi Bồ 760 61,2 81 1.930  106 Hồ Truồi Truồi 75,3 11,8 157 372  106 Tổng lượng nước sản sinh ra do mưa trên toàn lưu vực sông Hương khoảng 7 tỷ m3. Sự biến động dòng chảy hàng năm các sông suối trên lưu vực là không lớn với hệ số biến đổi CV dao động trong khoảng từ 0,25  0,40. 3. Mùa lũ và mùa cạn Theo chỉ tiêu “vượt trung bình”: mùa lũ (mùa dòng chảy) là thời kỳ gồm những tháng có lưu lượng nước lớn hơn hoặc bằng lưu lượng nước trung bình năm tương ứng với tần suất vượt 50%   i itháng nămp Q Q 50%  . Với chỉ tiêu này, mùa lũ trên các sông trong hệ thống xảy ra từ tháng 10 đến tháng 12, mùa cạn kéo dài 9 tháng (tháng 01  9). -49- Theo chỉ tiêu “cấp nước”: mùa lũ (mùa dòng chảy mặt) là khoảng thời gian kế tiếp bắt đầu từ tháng nước sông dâng lên liên tục và kết thúc vào tháng có lượng nước lớn hơn hoặc bằng lượng nước trung bình năm tương ứng với tần suất vượt p  50%. Với chỉ tiêu này, mùa lũ trên hệ thống sông Hương xảy ra trước 1 tháng so với chỉ tiêu “vượt trung bình”, nghĩa là kéo dài 4 tháng (từ tháng 9  12), mùa cạn từ tháng 01  8. Trong mùa cạn tồn tại 2 tháng thường xuất hiện lũ tiểu mãn. 4. úng ngập Lũ lụt gây ngập sâu ở thành phố Huế, trung bình 2 năm thì có 1 năm Huế bị ngập sâu, song cũng có 5 năm liền bị ngập như năm 1995  1999, bốn năm liền như 1983  1986, mưa lũ gây ra ngập úng hàng năm ở đồng bằng sông Hương khá lớn [22, 23]. Nguyên nhân của việc ngập úng là do địa hình thấp, trũng và lũ tiểu mãn. Hàng năm vào vụ Đông Xuân phải tiêu úng khoảng 8.000  10.000 ha để cấy kịp thời vụ, còn vụ H’ Thu do lũ tiểu mãn cũng phải tiêu úng từ 3.000 đến 5.000 ha (Bảng 2.1.5). Tháng 5, 6 là thời kỳ mưa gây lũ tiểu mãn, những trận mưa lớn thường tập trung trong khoảng 2  3 ngày. Tháng 9  12 là thời kỳ mưa gây lũ chính vụ, lượng mưa tập trung chủ yếu khoảng 5 ngày. Bảng 2.1.5. Diện tích úng ngập tại Thừa Thiên Huế một số năm Vụ Đông Xuân (ha) Vụ Hè Thu (ha) Năm Diện tích gieo trồng Diện tích bị úng Diện tích gieo trồng Diện tích bị úng 1986 6.233 2.213 1987 6.529 1.900 1988 6.334 1.300 1989 7.526 3.553 1990 10.100 3.320 1991 8.550 4.580 1992 27.662 1.802 17.282 1993 27.508 8.000 17.086 5. Chế độ thủy triều Vùng cửa Thuận An - Hòa Duân có chế độ bán nhật triều đều và được coi là vùng vô triều duy nhất ở Việt Nam. Càng xa về phía Bắc và phía Nam tính không đều của nhật triều càng nổi trội. Biên độ triều trung bình kỳ cường A = 0,4  0,5 m. -50- Tài liệu quan trắc mực nước triều đồng thời tại 4 tuyến: Thuận An, Hòa Duân, Thảo Long, Tư Hiền từ ngày 07/5/2000 do Viện Khoa học Thủy lợi thực hiện (trong thời gian này cửa Hòa Duân đang bị bồi dần, trước khi bị lấp lại) cho thấy: + Thời gian kéo dài một con triều trung bình khoảng từ 13 giờ  12 giờ (11  14; 14  11; 13  12; 13  11...), biên độ cao nhất có thể đạt tới 65 cm (tại Hòa Duân). + Mực nước triều Thảo Long cao hơn trung bình so với Thuận An là 13 cm. + Mực nước triều Thuận An cao hơn trung bình so với Hòa Duân là 5 cm. + Mực nước triều Hòa Duân thấp hơn trung bình so với Tư Hiền là 2 cm. 6. Bùn cát trong sông <ớc tính tổng lượng phù sa hàng năm các vùng Đông Trường Sơn - Thừa Thiên Huế chảy ra phá Tam Giang và đầm Cầu Hai vào 0,5106 m3/năm. [34] 7. Xâm nhập mặn trong sông Độ mặn phá Tam Giang - đầm Cầu Hai: [29, 30] + Tại cửa Thuận An độ mặn thấp hơn độ mặn ở cửa Tư Hiền. + Có sự chênh lệch lớn giữa độ mặn ở mặt và ở đáy tại cửa Thuận An và cửa sông Hương từ 5  10Ư, trong khi tại cửa Tư Hiền sự chênh lệch đó không quá 1Ư . + Độ mặn tại cửa Thuận An: - Tầng mặt: khi triều lên đạt 21  22Ư ; khi triều rút đạt 25  26Ư . - Tầng đáy: khi triều lên đạt 22  23Ư ; khi triều rút đạt 31  32Ư . + Độ mặn tại cửa Tư Hiền đạt 32  33Ư , trong đầm đạt 24  25Ư . Độ mặn diễn biến trên hệ thống sông Hương: Về mùa khô, nguồn nước sông Hương ít, năm nào cũng có hiện tượng xâm nhập mặn sâu vào nội địa. Bình thường độ mặn sông Hương xâm nhập vào gần cầu Bạch Hổ. Những năm hạn nặng như 1993, 1994 thì độ mặn lên đến quá Vạn Niên, còn trên sông Ô Lâu thì độ mặn lên đến quá Vân Trình. Diện tích nhiễm mặn tập trung vào các vùng ven sông Ô Lâu, ven phá Cầu Hai, phá Đông, phá Tam Giang có từ 2.000  2.500 ha bị nhiễm mặn, diện tích nhiễm mặn thường xuyên vào khoảng 790 ha. -51- Diễn biến độ mặn dọc sông Hương phụ thuộc đáng kể vào lưu lượng nước từ thượng lưu về và sự vận hành của đập Thảo Long. Kết quả quan trắc độ mặn ở đây cho thấy: + Chênh lệch độ mặn giữa tầng mặt và tầng đáy lên tới 10  18Ư , càng xa biên độ chênh lệch càng lớn. Do đó, nhân dân trong vùng đã lợi dụng lấy phần nước mặt để tưới. + Nhìn chung độ mặn giảm dần từ cửa sông (Thuận An) lên đến Huế. Tại điểm đáy hạ lưu Thảo Long độ mặn lớn nhất đo được là 24,4Ư và lên đến cầu Phú Xuân thì độ mặn giảm dần về 0Ư . + Khi đập Thảo Long đóng lại thì độ mặn sát đập phía hạ lưu là 24,4,Ư lớn hơn so với điểm đo tại Tân Mỹ gần cửa Thuận An là 23,7Ư . Độ mặn trên toàn bộ thủy trực tại điểm đo sát đập lớn hơn điểm đo cách đập về phía biển 500 m. Như vậy, khi đập Thảo Long đóng lại, độ mặn ở hạ lưu đập tăng lên khoảng 2Ư . Độ mặn tại điểm đo sát đập (ven bờ) ở thượng lưu giảm xuống khá nhiều. + Tại đỉnh triều và chân triều sự sai khác độ mặn giữa điểm đáy và điểm mặt không lớn, chỉ đạt 1  4Ư từ đập Thảo Long ra biển, từ Sình đến La ỷ chênh lệch đó đạt 5  12Ư , càng vào sâu trong sông chênh lệch càng giảm. 8. Chất lượng nước trong sông Đặc điểm môi trường nước sông Hương: [21, 28] + Nói chung, hầu hết các thông số chất lượng nước đều đạt loại A theo TCVN 5942-1995 trừ thông số vi khuẩn gây bệnh. + Sau khi chảy qua địa bàn thành phố Huế, chất lượng nước sông bị suy giảm dần: COD tăng dần qua Vạn Niên - Giả Viên - Đông Lạnh sông Hương (từ 3,6  2,8 đến 6,1  3,2 mg/l), tổng coliform cũng tăng dần trên đoạn sông nói trên từ 6.860  4.260 đến 12.940  9.650 MPN/100 ml. Một số yếu tố chất lượng nước sông Hương đáng quan tâm: + Mật độ vi khuẩn gây bệnh cao trong nước sông. + Hàm lượng phốt pho trong nước khá cao có nguy cơ gây phú dưỡng, đặc biệt trong mùa kiệt. + Nhiễm mặn trong mùa cạn: So với tiêu chuẩn nước uống của Bộ Y tế (4/92) thì nước sông Hương từ Giả Viên đến Công ty Xuất nhập khẩu Thủy sản -52- sông Hương vào các tháng 7 và 8 (1998) không phù hợp với mục đích cấp nước sinh hoạt. Đối với đoạn sông từ ngã ba Sình thì ngay tháng 5, 6 chất lượng nước đã không đủ tiêu chuẩn. + Hàm lượng chất hữu cơ cao, thể hiện qua thông số COD, đặc biệt đoạn sông chảy qua thành phố Huế hàm lượng COD của nước sông từ Tuần đến đập Thảo Long tăng do tác động của chất thải chưa qua xử lý đổ trực tiếp vào sông từ nhà máy bia HUDA và công ty Xuất nhập khẩu thủy sản sông Hương. Các nguồn gây ô nhiễm nước sông Hương: + Các nguồn nước ô nhiễm do các khu vực canh tác nông nghiệp, là khá rộng lớn và khả năng gây ô nhiễm là khó đánh giá một cách chính xác. + Các nguồn gây ô nhiễm môi trường do sinh hoạt. Loại này tập trung chủ yếu ở các khu vực huyện l‰ và thành phố, đặc biệt là khu vực thành phố Huế. + Các nguồn ô nhiễm nước và môi trường do công nghiệp, tại Huế hầu như không có các nhà máy sản xuất gây ô nhiễm không khí, tuy nhiên vẫn có một số nhà máy công nghiệp gây ô nhiễm nước và môi trường do nước thải. 2.2. Tình hình mưa - lũ trên hệ thống sông Hương 2.2.1. Mưa lũ và các hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn 1. Mưa lũ - Lưu vực sông Hương có lượng mưa, cường độ mưa lớn nhất trong toàn quốc: Vùng đồi núi có X0 = 3.000  4.500 mm/năm với tâm mưa Bạch Mã X0 = 8.000 mm/năm. Vùng đồng bằng X0 = 2.500  3.000 mm/năm. [36] - Lượng mưa 1 ngày lớn nhất 700  1.500 mm xảy ra rất nhiều nơi: Kim Long Truồi A Lưới Tà Lương 1.422,0 mm/24 giờ 1.630,0 mm/24 giờ; 1.520 mm/ngày 753,0 mm/ngày 1.138,5 mm/ngày - Lượng mưa 2 ngày lớn nhất quan trắc được: Kim Long Phú ốc A Lưới Truồi 1.841,3 mm (02  03/11/1999) 1.293,6 mm (02  03/11/1999) 1.120,5 mm (---  ---) 2.230,0 mm (01  03/11/1999) -53- - Lượng mưa 3 ngày lớn nhất: Kim Long Truồi 2.113,3 mm (02  04/11/1999) 2.320,0 mm (01  03/11/1999) 2. Nguyên nhân gây ra mưa lũ lớn Các hình thế thời tiết kết hợp gây mưa lũ lớn: + Bão hoặc áp thấp nhiệt đới kết hợp với không khí lạnh; + Không khí lạnh kết hợp với các hình thế thời tiết khác; + Mặc dù 20 năm gần đây (1981  1999) bão đổ bộ trực tiếp vào bờ biển Bình Trị Thiên có ít hơn 30 năm trước đó (1951  1980), song có nhiều cơn bão lớn như các năm 1983, 1985, 1996, 1997... cấp 11, 12 và trên cấp 12. Đồng thời các vùng liền kề bão có xu hướng tăng lên mạnh, đặc biệt đoạn Phú Yên trở vào các thập kỷ trước số cơn bão đổ bộ hầu hết là dưới 5 cơn 1 thập kỷ, nhưng trong 9 năm gần đây (1991  1999) xuất hiện 20 cơn chiếm 35% tổng số cơn bão đổ bộ vào nước ta. Chúng có tác động gây mưa lớn cho tỉnh Thừa Thiên Huế. Địa hình: Sự tồn tại dãy Trường Sơn chạy song song với bờ biển Bắc - Nam và dãy núi Hải Vân đâm ra biển đã tạo điều kiện gây mưa lớn trước núi như tâm mưa Bạch Mã, A Lưới, Tà Lương... 2.2.2. Tổ hợp mưa lũ trên 3 nhánh sông Thống kê số liệu mưa 5 ngày lớn nhất của 3 trạm đo mưa Huế (sông Hương), Nam Đông (Tả Trạch) và A Lưới (đặc trưng cho Hữu Trạch và sông Bồ) với chuỗi quan trắc từ 1973  1999, cho thấy: - Mưa lũ tháng 11/1999 xảy ra đồng thời ở cả 3 sông. - Trong 27 năm có 6 năm mưa lớn xảy ra cùng thứ tự giữa Nam Đông và Huế. Đặc biệt là năm 1999, 1983, 1975, 1975 (thứ tự 1, 2, 3 và 5). Trừ trận mưa lũ 1999, 26 năm còn lại không năm nào cả Huế và A Lưới xảy ra trận mưa cùng cấp. Các thống kê trên không đảm bảo hoàn toàn các trận mưa lớn xảy ra cùng thời gian trừ trận mưa lũ 1999 (Bảng 2.2.1) thống kê chênh lệch thời gian xuất hiện các trận mưa lũ lớn nhất hàng năm của 3 trạm mưa đại biểu trên lưu vực sông Hương. -54- Bảng 2.2.1. Chênh lệch thời gian xuất hiện các trận mưa lũ lớn nhất hàng năm của 3 trạm mưa đại biểu Trận mưa lũ Nam Đông Trận mưa lũ A Lưới Trận mưa lũ Huế Thời gian xảy ra Chênh lệch thời gian so với Huế (ngày) Thời gian xả