Áp dụng bộ mô hình Mike tính toán diễn biến hình thái lòng dẫn sông Hương

Hàng năm, các loại thiên tai như bão, lũ lụt, hạn hán, trượt lở đất, sạt lở bờ sông đã gây tổn thất lớn về người và của. Sông Hương là con sông lớn nhất tỉnh Thừa Thiên Huế có chiều dài 128 km với diện tích lưu vực chiếm 2/3 lãnh thổ của tỉnh và có vai trò đặc biệt quan trọng đến sự phát triển kinh tế dân sinh, xã hội của tỉnh. Trong những năm gần đây, vấn đề sạt lở bờ sông Hương xảy ra ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt đoạn tsông ừ ngã ba Tuần đến ngã ba Sình (đoạn sông Hương chảy qua thành phố Huế). Theo thống kê trong thời kỳ (1999 – 2009), bờ sông Hương đoạn chùa Thiên Mụ tốc độ xói lở mạnh, đạt trên 10m/năm; đoạn chạy qua xã Hương Long (Long Hồ Thượng, Xước Dũ, Bao Vinh, Trần Nộn) có tốc độ xói lở trung bình 2-10m/năm, có nơi sạt lở sâu vào bờ đến 10m và kéo dài gần 1600m. Bên cạnh đó, do ảnh hưởng của sự thay đổi về khí hậu toàn cầu, cũng như tác động của các hoạt động phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực, vấn đề sạt lở bờ sông Hương ngày càng gia tăng một cách bất thường, gây thiệt hại ngày càng lớn cho phát triển kinh tế - xã hội trên lưu vực.

Nhận thức rõ tính bức xúc và tầm quan trọng của vấn đề biến động lòng dẫn sông, trong những năm qua Nhà nước đã đầu tư các công trình chỉnh trị sông nhằm giảm nhẹ thiên tai xói lở, góp phần giúp nhân dân trong vùng từng bước ổn định đời sống sản xuất, thoát khỏi đói nghèo và đảm bảo bền vững của môi trường.

Vấn đề đặt ra là cần có một công cụ để giúp các nhà quản lý của địa phương có chiến lược phòng tránh và giảm nhẹ các thiệt hại do sạt lở bờ sông gây ra một cách tức thời và hiệu quả. Hiện nay trên thế giới đang sử dụng bốn phương pháp chính để nghiên cứu diễn biến hình thái lòng sông: phương pháp đo đạc hiện trường; phương pháp mô hình vật lý; phương pháp mô hình toán; phương pháp viễn thám và GIS. Cả bốn phương pháp này là không thể thiếu và phải bổ trợ cho nhau nhằm đưa ra kết quả chính xác và tối ưu nhất. Phương pháp hiện trường đòi hỏi nhiều năm quan trắc một cách có hệ thống. Phương pháp mô hình vật lý là cơ sở để xây dựng các công thức kinh nghiệm, có khả năng mô phỏng chính xác nhất đoạn sông cần nghiên cứu tuy nhiên đòi hỏi rất nhiều công sức và tiền của.

Trong điều kiện của nước ta hiện nay, phương pháp mô hình toán kết hợp với đo đạc hiện trường một số điểm nhằm hiệu chỉnh và kiểm định là phù hợp và rất có hiệu quả. Phương pháp này đã và đang được các Viện nghiên cứu ứng dụng rộng rãi và cho kết quả khả quan.

Bộ mô hình MIKE được xây dựng và phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) đã và đang ứng dụng thành công trên một số lưu vực ở Việt Nam như: sông Hồng, sông Mã, sông Bến Hải, sông Vu Gia- Thu Bồn... với các nội dung như mô phỏng thủy lực, tính toán ngập lụt, xây dựng dòng chảy từ mưa hay tính toán cân bằng nước cho lưu vực. Với việc nghiên cứu diễn biến xói lở bờ sông, mô đun MIKE 21C được coi là một công cụ mô phỏng mạnh và có độ chính xác cao. MIKE 21C có khả năng tính mô phỏng chế độ thủy lực của dòng chảy, tính toán bồi, xói lòng dẫn, sạt lở bờ và dự báo dài hạn các diễn biến này (sau 10 năm, 20 năm hay 30 năm).

Bộ mô hình Mike được kiểm định với trận lũ điển hình năm 1983, thời gian kiểm định là từ 0h ngày 29/10/1983 đến 7h ngày 5/11/1983. Việc kiểm định yếu tố thủy lực được tiến hành trên nhiều vị trí khác nhau trên sông nhằm đảm bảo tính đại diện và chính xác cho quá trình hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình.

Quá trình hiệu chỉnh và kiểm định mô hình cho thấy, Mike-NAM hoàn toàn phù hợp và có thể áp dụng cho kết quả tốt trong điều kiện lưu vực sông Hương. Chuỗi số liệu lưu lượng của Mike-Nam được sử dụng là biên vào của Mike 11-HD.

Quá trình hiệu chỉnh và kiểm định mô hình cũng cho thấy kết quả tính toán khá phù hợp với tài liệu thực đo. Mức hiệu quả của mô hình đạt giá trị lớn nhất là 96% tại trạm Kim Long và 92% tại trạm Phú Ốc. Kết quả tính toán có thể được sử dụng làm biên cho mô hình Mike 21C. 

Kiểm định về mực nước cho thấy mô hình Mike 21C mô phỏng phù hợp cho sông Hương (đoạn từ Tuần đến Thảo Long). Bộ thông số đã được xác định dùng trong công tác dự báo, cảnh báo quá trình xói lở, bồi tụ dòng sông Hương – đoạn chảy qua thành phố Huế.

Trên cơ sở bộ thông số đã xây dựng được, các nhà khoa học tiến hành mô phỏng diễn biến xói lở lòng sông khi các hồ tích nước trên thượng nguồn đi vào hoạt động để từ đó so sánh diễn biến xói lở lòng sông trước và sau khi có sự điều tiết của hồ chứa.

So sánh kết quả mô phỏng cho thấy sau khi có các hồ chứa, biến đổi lòng dẫn sông Hương xảy ra không mãnh liệt nữa, dòng sông có xu thế dịch chuyển sang phía bờ phải.

 Kết quả nghiên cứu trên sẽ góp phần làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo để hạn chế tác hại do xói lở bồi tụ lòng sông, làm rõ cơ chế biến hình lòng dẫn đoạn từ ngã ba Tuần đến Thảo Long phục vụ quy hoạch phát triển bền vững thành phố Huế.