Luận án tiến sĩ khoa học môi trường: Mô phỏng hệ thống cân bằng nước mặt trong úng ngập nội đô Hà Nội - Phạm Mạnh Cổn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _________________________ PHẠM MẠNH CỔN NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CÂN BẰNG NƢỚC MẶT TRONG ÚNG NGẬP KHU VỰC NỘI THÀNH HÀ NỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI-2015 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM MẠNH CỔN NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CÂN BẰNG NƢỚC MẶT TRONG ÚNG NGẬP KHU VỰC NỘI THÀNH HÀ NỘI CHUYÊN NGÀNH: MÔI TRƢỜNG ĐẤT VÀ NƢỚC MÃ SỐ: 62440303 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:  PGS. PHẠM QUANG HÀ  PGS. NGUYỄN MẠNH KHẢI HÀ NỘI-2015 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên c ứu của riêng tôi, đƣợc hoàn thành dƣới sự hƣớng dẫn của PGS. Phạm Quang Hà và PGS.

Nguyễn Mạnh Khải. Các kết quả đƣợc viết chung với tác giả khác đã đƣợc sự nhất trí của đồng tác giả khi đƣa vào luận án. Số liệu nêu trong lu ận án là trung thực và kết quả của nghiên cứu chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nghiên cứu sinh Phạm Mạnh Cổn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy hƣớng dẫn: PGS.

Phạm Quang Hà và PGS. Nguyễn Mạnh Khải. Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn sự hƣớng dẫn, giúp đỡ tận tình của các Thầy, các Cô, cán bộ và nghiên cứu viên của Khoa Môi trƣờng, Khoa Khí tƣợng Thủy văn và Hải dƣơng học, Phòng Sau Đại học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; đƣợc làm việc với các Thầy, các Cô, các cán bộ và các nhà khoa học trẻ, là một hạnh duyên đối với nghiên cứu sinh trong sự nghiệp làm khoa học cũng nhƣ trong cuộc đời. Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Tạp chí Tia Sáng, Bộ Khoa học và Công nghệ, nơi đã tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh phát triển sự nghiệp nghiên cứu khoa học của mình.

Nghiên cứu sinh xin gửi lời tri ân tới mọi thành viên trong gia đình, tới Eltek Việt Nam về những động viên và chia sẻ, về sự thông cảm của bạn bè, ngƣời thân vì những khó khăn mà mọi ngƣời đã có thể phải gánh vác trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận án. Nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến DHI và DHI Việt Nam; sự hỗ trợ của DHI trong việc cung cấp bản quyền sử dụng bộ công cụ MIKE FLOOD và sự giúp đỡ của Bà Trần Thị Hồng Hạnh - cán bộ DHI Việt Nam, đóng một vai trò quan trọng trong thành công của nghiên cứu khoa học này. Hà Nội, ngày tháng năm NCS. PHẠM MẠNH CỔN LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG……………………………………………………….

4 DANH MỤC CÁC HÌNH ………………………………………………………. TÍNH CẤP THIẾT CỦA NGHIÊN CỨU ……………………………… 10 2. MỤC TIÊU CỦA NGHIÊN CỨU ……………………………………… 12 3. PHẠM VI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU…………………………….

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN …………………………. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU ………………………… 14 6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN …………………………………………. LUẬN ĐIỂM BẢO VỆ CỦA NGHIÊN CỨU ………………………….

CÂN BẰNG HỆ THỐNG NƢỚC, HỆ THỐNG CÂN BẰNG NƢỚC MẶT NỘI ĐÔ ………………………………………………………….1 Cân bằng hệ thống nƣớc khu vực đồi Buda Castle Hill ………………… 22 1.2 Cân bằng hệ thống nƣớc lƣu vực Chao Phraya (Bangkok, Thái Lan) …. Cân bằng hệ thống nƣớc mặt của nội đô Thành phố Hồ Chí Minh ……. HỆ THỐNG CÂN BẰNG NƢỚC THỦ ĐÔ HÀ NỘI …………………. Đặc điểm địa lý tự nhiên khu vực Hà Nội ……………………………….

Tình hình ngập lụt của Thủ Đô Hà Nội …………………………………. Hệ thống cân bằng nƣớc mặt lƣu vực Nhuệ-Đáy ………………………. Hệ thống cân bằng nƣớc mặt nội đô Hà Nội qua các giai đoạn phát triển 35 1. Mạng lƣới tiêu thoát úng ngập của hệ thống cân bằng nƣớc mặt nội đô Hà Nội 40 1.

TÌNH TRẠNG Ô NHIỄM CỦA LƢU VỰC NHUỆ-ĐÁY VÀ KHU VỰC NỘI ĐÔ - MẤT CÂN BẰNG CHẤT ……………………………. Hiện trạng ô nhiễm nguồn nƣớc sông …………………………………… 48 1. Hiện trạng ô nhiễm nguồn nƣớc hồ ……………………………………. Các thông số ô nhiễm …………………………………………………… 50 1.

TỔNG QUAN VỀ CÔNG CỤ MÔ PHỎNG …………………………… 53 1. Một số mô hình thông dụng trong tính toán tiêu thoát nƣớc đô thị ……. Lựa chọn mô hình mô phỏng …………………………………………… 61 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG BỘ CƠ SỞ DỮ LIỆU, HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH MÔ PHỎNG.

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………………………………………. Phƣơng pháp nghiên cứu kế thừa từ các tài liệu thứ cấp………………… 63 2. Phƣơng pháp quan trắc, lấy mẫu phân tích ô nhiễm tại một số thủy vực của nội đô………………………………………………………………. Phƣơng pháp phân tích, kiểm chứng và phân tích chuyên gia………….

Phƣơng pháp khảo sát thực địa…………………………………………. XÂY DỰNG BỘ CƠ SỞ DỮ LIỆU MÔ PHỎNG CỦA HỆ THỐNG CÂN BẰNG NƢỚC MẶT NỘI ĐÔ HÀ NỘI…………………………. XÂY DỰNG MẠNG LƢỚI THỦY LỰC CHO MÔ HÌNH MIKE MOUSE 70 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Mạng tính toán ………………………………………………………….

Điều kiện biên tính toán ………………………………………………… 78 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH 2 CHIỀU TRONG MIKE 21………………… 81 2. KẾT NỐI MIKE MOUSE VÀ MIKE 21………………………………. HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH…………………………….

Hiệu chỉnh mô hình sử dụng các số liệu trận ngập úng năm 2008………. Kiểm định với trận ngập lụt năm 2013…………………………………. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………………… 93 3. Kết quả đánh giá ô nhiễm môi trƣờng nƣớc mặt nội đô trong úng ngập, mất cân bằng chất, quan hệ giữa MCB lƣợng và chất………….

Các kết quả phân tích ô nhiễm nƣớc mặt………………………………. Tác động của nƣớc mƣa và nƣớc thải đô thị đến chất lƣợng nƣớc sông, hồ khu vực nội thành Hà Nội, đánh giá độ tƣơng đồng………………… 96 3. Quan hệ giữa MCB chất và MCB lƣợng của hệ thống cân bằng nƣớc mặt nội đô Hà Nội………………………………………………………. KẾT QUẢ XÂY DỰNG BỘ CƠ SỞ DỮ LIỆU………………………… 100 3.

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CÂN BẰNG NƢỚC MẶT NỘI ĐÔ HÀ NỘI TRONG ÚNG NGẬP……………………………………. Kết quả mô hình mô phỏng trận ngập úng 31/10/2008-1/11/2008……… 101 3. Kết quả mô hình mô phỏng trận ngập úng ngày 8/8-9/8/2013…………. Các thảo luận về mất cân bằng của hệ thống cân bằng nƣớc mặt nội đô Hà Nội.

Nguyên nhân úng ngập vùng nội đô Hà Nội……………………………. GIẢI PHÁP CẢI THIỆN TÌNH TRẠNG NGẬP ÚNG TẠI HỆ THỐNG CÂN BẰNG NƢỚC MẶT NỘI ĐÔ HÀ NỘI…………………………. Kịch bản 29 nút MCB…………………………………………………… 127 3. Kịch bản 11 nút MCB…………………………………………………… 136 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………….

149 Kiến nghị………………………………………………………………… 150 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ…………………. 152 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………. 153 PHỤ LỤC LUẬN ÁN…………………………………………………………… 158 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC VIẾT TẮT Am Buổi sáng (sáng) BĐKH Biến đổi khí hậu BOD Nhu cầu oxy sinh hóa BTNMT Bộ tài nguyên và môi trƣờng CB Cân bằng CBN Cân bằng nƣớc COD Nhu cầu oxy hóa học CSDL Cơ sở dữ liệu DHI Viện Thủy lực Đan Mạch DO Oxy hòa tan EPA Cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ GIS Geography Information System HN Hà Nội MCB Mất cân bằng MCBN Mất cân bằng nƣớc MTV Một thành viên NN Nhà nƣớc Pm Buổi chiều (chiều) QCVN Quy chuẩn Việt Nam SWMM Storm Water Management Model t/p Thành phố TCVN Tiêu chuẩn ViệtNam TNHH Trách nhiệm hữu hạn VHLKH&CN VN Viện Hàn Lâm khoa học & công nghệ Việt Nam VIWASE Công ty Cổ phần nƣớc và Môi trƣờng Việt Nam 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG STT Nội dung Trang 1 Bảng 1. Các tiểu lƣu vực trong lƣu vực Tô Lịch 40 2 Bảng 1.

Một số hồ điển hình trên địa bàn nội đô Hà Nội 42 3 Bảng 1. Hệ thống tiêu thoát nƣớc nội đô, số liệu đến 1/2009 43 Bảng 1. Tổng hợp số lƣợng điểm úng ngập ứng với các trận mƣa 4 44 từ 50 mm đến 100 mm trong 8 năm (từ năm 2003 đến 2010) 5 Bảng 1. Số liệu một số trận mƣa lớn tại Hà Nội 1972-2013 45 Bảng 2.

Các bản đồ đã sử dụng phục vụ tính toán tiêu thoát 6 63 nƣớc mƣa Bảng 2. Mực nƣớc tại thời điểm lấy mẫu phân tích trong mƣa, 7 cơn bão số 6, 8-9/8/2013 (mực nƣớc cao và thấp tại sông Tô 66 Lịch-Kim Ngƣu, Lừ, Sét và các hồ) 8 Bảng 2. Đặc trƣng của các kênh hở trong mô hình tính toán 71 9 Bảng 2. Yêu cầu số liệu đối với từng hố ga trong mô hình 76 10 Bảng 2.

Yêu cầu số liệu đối với từng đoạn cống trong mô hình 77 Bảng 2. Lựa chọn kết nối MIKE MOUSE và MIKE 21 trong 11 82 MIKE 21 12 Bảng 2. So sánh giá trị thực đo và tính toán trận ngập 10/2008 86 Bảng 2. So sánh độ ngập sâu tính toán và thực tế trận ngập 13 92 8/8-9/8/2013 Bảng 3.

Kết quả phân tích chất lƣợng nƣớc hồ và nƣớc sông 14 94 nội thành Hà Nội ở mức nƣớc cao, trong lũ 09/8/2013 Bảng 3. Kết quả phân tích chất lƣợng nƣớc hồ và nƣớc sông 15 94 nội thành Hà Nội ở mức nƣớc cạn (09/9/2013) 16 Bảng 3. Các điểm phát úng trong trận úng ngập 31/10-1/11/2008 109 17 Bảng 3. Các điểm phát úng trong trận úng ngập 8/2013 112 18 Bảng 3.

Phân loại nút mất cân bằng 125 Bảng 3. So sánh số liệu về thời gian ngập, độ ngập sâu giữa 19 phƣơng án 11 nút MCB và 29 nút MCB, lƣợng mƣa tƣơng 148 đƣơng (31/10/2008) 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH TT Nội dung Tr 1 Hình 1. Hệ thống tiêu thoát nƣớc chính của nội đô hình nan quạt 16 2 Hình 1. Biểu diễn một chu trình thủy văn chung 18 3 Hình 1.

Thành phần khác nhau của dòng chảy tràn 20 Hình 1. Sơ đồ diễn tả các cấu thành tham gia vào tình trạng cân bằng của 4 22 hệ thống nƣớc tại khu vực Buda Castle Hill Hình 1. Các hƣớng lũ cục bộ cộng thêm lũ do nƣớc chảy tràn bề mặt từ 5 24 hai đập thƣợng lƣu tấn công Băng Cốc tại trận lụt 11/2011 Hình 1. Biểu đồ tích xả nƣớc tại 2 hồ chứa nƣớc Bhumidol và Sirikit 6 25 năm 2011 7 Hình 1.

Mạng lƣới số hóa lƣu vực Chao Phraya 26 Hình 1. Biểu đồ thống kê ngập úng tại các quận trung tâm và các vùng 8 27 ngoại vi, thành phố Hồ Chí Minh, 2003-2011 9 Hình 1. Hơn 100 điểm ngập úng tại thành phố Hồ Chí Minh 27 10 Hình 1. Sơ đồ nguyên nhân gây úng ngập cho thành phố Hồ Chí Minh 27 Hình 1.

Ngập lụt phía đầu cầu Gia Lâm năm 1926 (ảnh trái) và ngập 11 31 lụt bờ hữu Hồng của Hà Nội năm 1926 (ảnh phải) 12 Hình 1. Sơ đồ lƣu vực Nhuệ - Đáy 32 13 Hình 1. Nền và địa hình Hà Nội dốc Tây-Đông và Bắc-Nam 33 Hình 1.