Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8

ỨNG DỤNG CÁC MƠ HÌNH THỦY VĂN THỦY LỰC DIỄN TOÁN
MỨC ĐỘ NGẬP LỤT HẠ LƯU HỒ CHỨA XUÂN KHANH
1

Trần Kim Châu1, Lê Văn Chín1
Trường Đại học Thủy lợi, email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG

An toàn đập là vấn đề cấp bách mà dư luận
xã hội rất quan tâm vì nó khơng chỉ là vấn đề
an tồn của cơng trình mà là an tồn về tính
mạng, tài sản của nhân dân vùng hạ lưu. Vấn
đề này chính phủ đã chỉ đạo các Bộ ngành
liên quan và các tỉnh rà soát các hồ đập có
nguy cơ mất an tồn trên cả nước để có lộ
trình sớm sửa chữa nâng cấp đảm bảo an toàn
các hồ đập theo qui định. Các hồ chứa thủy
lợi nằm trên địa bàn Hà Nội hiện nay, hầu hết
được xây dựng từ lâu bằng những nguồn vốn
hạn chế, kỹ thuật thi công thô sơ lạc hậu, các
yêu cầu về thiết kế và tính đảm bảo an tồn
chưa cao, hiện nay chưa đáp ứng được yêu
cầu chống lũ khi khí hậu biến đổi mạnh theo
xu hướng ngày càng bất lợi cho cơng trình.
Bên cạnh đó, rất nhiều hồ chứa chưa được
quan tâm nâng cấp cải tạo cho nên khi xảy ra
mưa lũ lớn, hồ chứa không đủ khả năng
chống lũ dẫn đến nguy cơ vỡ đập, sẽ gây thiệt

hại đáng kể ở vùng hạ lưu và rất khó khăn
trong việc khôi phục sản xuất nông nghiệp.
Hồ chứa Xuân Khanh nằm ở Xuân Sơn, thị
xã Sơn Tây cũng là một hồ chứa trong tình
trạng như vậy. Hồ chứa có diện tích lưu vực
3,5km2. Dung tích hồ chứa 3,05 triệu m3.
Đập đất có chiều cao 12,5m và tổng chiều dài
thân đập 638m. Hồ chứa có 1 tràn xả lũ
khơng năm trên hướng đập chính mà hướng
dịng chảy ra nhánh sơng Hang. Ngay sau đập
đất dân cư tập trung sinh sống rất đông. Nếu
xả ra sự cố vỡ đập sẽ gây ra hậu qua vô vùng
nặng nề cho con người và tài sản.
Chính vì lý do đó, trong nghiên cứu này,
các tác giả ứng dụng các mơ hình thủy văn
thủy lực để đánh giá mức độ ngập lụt hạ du

hồ chứa Xuân Khánh trong trường hợp xả lũ
cũng như vỡ đập. Kết quả của nghiên cứu sẽ
sơ bộ đưa ra mức độ ảnh hưởng của hạ du hồ
chứa trong các trường hợp khẩn cấp.

Hình 1. Hình ảnh hồ chứa Xuân Khanh
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp của nghiên cứu được trình
bày theo sơ đồ khối sau:

Hình 2. Sơ đồ nghiên cứu
Số liệu của nghiên cứu được thu thập bao

gồm các số liệu khí tượng thủy văn, số liệu
về hồ chứa Xuân Khanh, số liệu mặt cắt lịng
sơng và địa hình khu vực nghiên cứu, số liệu
các cơng trình trên hệ thống có ảnh hưởng
đến vấn đề thốt lũ.

308


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8

Do khu vực nghiên cứu khơng có trạm thủy
văn đo đạc để phục vụ mục đích hiệu chỉnh mơ
hình thủy văn, do vậy nghiên cứu tiến hành
thiết lập mô phỏng mơ hình mưa rào dịng chảy
cho trạm thủy văn Lâm Sơn (có số liệu). Sau
khi có được bộ thơng số đã được hiệu chỉnh và
kiểm định ở trạm Lâm Sơn, đơn vị tư vấn lấy
bộ thông số này làm cơ sở để xác định bộ
thông số cho các mô hình của lưu vực hồ Xn
Khanh. Mơ hình này sẽ sử dụng để tính tốn lũ
đến hồ và biên nhập lưu ở hạ du hồ chứa.
Dòng chảy lũ đến hồ chứa được tính tốn
điều tiết làm biên trên cho mơ hình thủy lực.
Cũng trong q trình này, các cơng thức kinh
nghiệm được xử dụng để xác định thông số
vết vỡ và lưu lượng do vỡ đập
(Froehlich 1995 a&b). Đối với trường hợp hồ
Xuân Khanh, do đập và tràn nằm 2 nhánh
sông khác nhau, do vậy hướng xả lũ và và vỡ

đập cũng được tính tốn theo các hướng khác
nhau như trong Hình 1.
Mơ hình thủy lực Mike Flood cũng được
các tác giả thiết lập cho hồ chứa Xuân Khanh.
Nhánh xả lũ được mô phỏng 1 chiều bằng 9
mặt cắt đo đạc từ hạ lưu tràn đến nhánh sông
Hang. Phần bãi được mơ phỏng bằng mơ hình
2 chiều với 30631 ơ lưới và 751501 nút. Diện
tích các ơ lưới biến đổi từ 500m2 đến 1000m2.
Trong mơ hình các cơng trình như đường, cầu
qua sông cũng được các tác giả mô phỏng
nhằm đảm bảo độ tin cậy của mơ hình. Mơ
hình thủy lực cũng được hiệu chỉnh kiểm định
với các vết lũ điều tra trên thực địa.
Trong nghiên cứu này, một số kịch bản xả
lũ và vỡ đập được mô phỏng và được thể
hiện như Bảng 1.

Bảng 1. Các kịch bản tính tốn
KB

Mơ tả

Tràn tháo lũ tần suất vượt thiết kế P =
KB
0,01%, đâp khơng bị vỡ. Dịng chảy qua
01
tràn kết hợp với mưa hạ lưu gây ngập lụt
Tràn tháo lũ tần suất vượt thiết kế P =
KB 0,01%, đập chính bị vỡ theo hình thức xói

02 ngầm. Ha du đập chính và đập phụ có mưa
cùng tần suất

Dựa trên các kết quả diễn toán thủy lực,
bản đồ ngập lụt cho các kịch bản được xây
dựng. Diện tích ngập lụt và số hộ bị ảnh
hưởng trong các kịch bản cũng được tính
tốn là cơ sở đánh giá thiệt hại.
3. KẾT QỦA

Nghiên cứu đã thiết lập được mơ hình thủy
văn Mike Nam cho lưu vực Lâm Sơn. Mơ
hình được hiệu chỉnh và kiểm định với các
trận lũ lớn 27/9 và 31/10 năm 2008.
Bảng 2. Kết quả mơ hình Mike Nam
Chỉ tiêu

9/2008

10/2008

Hệ số NASH

0,81

0,9

Sai số tổng lượng (%)

3,16


3,4

Sai số đỉnh (%)

0,29

2,7

0

0

Sai số thời gian xuất
hiện đỉnh (giờ)

Nhận thấy mơ hình cho kết quả khá tốt về
nhiều mặt (chỉ sô NASH, sai số tổng lượng,
sai số đỉnh); nên các tác giả mượn bộ thông số
này để tính tốn cho lưu vực hồ Xn Khanh.
Dịng chảy lũ đến hồ Xn Khanh được
tính tốn điều tiết qua tràn xã lũ trong kịch
bản 1. Trong kịch bản 2, dịng chảy theo
nhánh xả lũ được tính tốn có quan tâm đến
sư suy giảm mực nước đột ngột do vỡ đập.
Kết quả tính tốn được thể hiện như Bảng 3.
Bảng 3. Kết quả tính xả lũ và vỡ đập

Hình 3. Mơ hình thủy lực Mike Flood
309


Kịch bản

Qtràn

Qvỡ đập

KB 01

118,2

0

KB 02

113,3

1733,9


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8

Nhận thấy lưu lượng xả lũ trong KB01 và
KB02 không thay đổi nhiều do thời điểm vỡ
đập chọn lúc mực nước hồ cực đại. Tuy
nhiên có sự khác biết đáng kể trong quá trình
lũ rút như Hình 4.

trường hợp vỡ đập kết hợp với mưa lớn hạ du,
không chỉ khu vực đồng ruộng bị ngập mà cả

các khu dân cư trên đồi cao cũng bị ảnh hưởng.
Điều này thể hiện ở số ngôi nhà bị ảnh hưởng
tăng lên đến 562 ngơi, trong đó phần lớn thuộc
xã Xn Sơn với 523 ngơi nhà bị ảnh hưởng.

Hình 4. Đường q trình xả lũ
trong 2 trường hợp
Kết quả hiệu chỉnh kiểm định mơ hình
thủy lực cho ở Bảng 4 cho thấy mơ hình đủ
tin cậy để mơ phong ngập lụt

Hình 5. Bản đồ ngập lụt KB01 (trái)
và KB02 (phải)

Bảng 4. Kết quả tính tốn và thực đo
Trận
lũ
2018
1980

Kết quả
Mặt cắt tính tốn
(m)
MC 04
13,2
MC 06
12,88
MC 09
12,48
MC 01

19,6
MC 08
14,26

Vết lũ
đo đạc
(m)
13,15
12,85
12,34
19,6
14,31

4. KẾT LUẬN

Chênh
lệch
(m)
0,05
0,03
0,135
0
0,051

Kết quả bản đồ ngập lụt cho ở Hình 5.
Trong kịch bản KB01, diện tích ngập chỉ tập
trung ở phía hạ lưu tràn xả lũ với tổng diện tích
ngập là 37,61ha. Trong đó có 22,35ha ngập
trên 3m. việc xả lũ gây ngập cho ba xã Xuân
Khanh, Xuân Sơn và 1 phần nhỏ của Thanh

Mỹ. Trong đó nặng nề nhất là Xuân Sơn với
tổng diện tích ngập là 22,93ha. Trong trường
hợp này có 79 ngôi nhà bị ảnh hưởng. Trong
trường hợp vỡ đập ở kịch bản KB02, nhận thấy
có sự khác biệt nhỏ ở nhánh xả lũ do lưu lượng
có thay đổi tuy nhiên lượng lũ cắt đi không
nhiều. Sự khác biệt rõ ràng ở hạ lưu đập chính
khi vùng ngập gây ra do vỡ đập là rất lớn.
Thơng kê về diện tích ngập trong kịch bản
KB02 cho thấy tổng diện tích ngập tăng lên
349,8ha. Trong đó xã Xuân Sơn bị ảnh hưởng
nặng nề nhất với 326,2ha bị ngập. Trong

Nghiên cứu đã thiết lập các mơ hình thủy
văn thủy lực tính tốn ngập lụt của hồ chứa
Xuân Khanh trong trường hợp vỡ đập và xả
lũ vượt thiết kế. Các mơ hình tốn đều được
hiệu chỉnh và kiểm định nhằm đảm bảo độ tin
cậy của kết quả tính tốn. Kết quả mơ phỏng
cho thấy nếu ảnh hưởng của nhánh xả lũ
trong 2 trường hợp đập bị vỡ và không bị vỡ
là tương đương. Tuy nhiên tác động của
người dân ở sau đập chính trong trường hơp
vỡ đâp là rất lớn. Vùng ngập ảnh hưởng cả
khu dân cư trên đồi cao.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Froehlich, David C., 1995a, “Peak Outflow
from Breached Embankment Dam,” Journal
of Water Resources Planning and
Management, vol. 121, no. 1, p. 90-97.

[2] Froehlich, David C., 1995b, “Embankment
Dam Breach Parameters Revisited,” Water
Resources Engineering, Proceedings of the
1995 ASCE Conference on Water
Resources Engineering, San Antonio,
Texas, August 14-18, 1995, p. 887-891.

310