Mưa là một trong những tham số đầu vào quan trọng nhất cho các mô hình thủy văn, thủy lực và sinh thái, đặc biệt đối với bài toán mô phỏng và dự báo dòng chảy lũ. Bài viết Về khả năng sử dụng dữ liệu mưa trong mô phỏng dòng chảy lũ lưu vực sông Thu Bồn nghiên cứu khả năng sử dụng các dữ liệu mưa trong mô phỏng dòng chảy lũ.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 VỀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG DỮ LIỆU MƯA TRONG MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY LŨ LƯU VỰC SƠNG THU BỒN Nguyễn Tiến Thành1, Đỗ Thị Mai Anh1 Trường Đại học Thuỷ lợi, email: thanhnt@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Mưa tham số đầu vào quan trọng cho mơ hình thủy văn, thủy lực sinh thái, đặc biệt tốn mơ dự báo dòng chảy lũ Đối với tốn này, việc chọn lựa giá trị thơng số có ý nghĩa mơ hình quan trọng Tuy nhiên, chúng lại phụ thuộc lớn vào liệu quan trắc mưa theo không gian thời gian Trong đó, Việt Nam liệu quan trắc mưa hạn chế theo thời gian không gian hệ thống quan trắc mưa mặt đất cịn thưa thớt Vì vậy, mục tiêu báo nghiên cứu khả sử dụng liệu mưa mơ dịng chảy lũ Bộ liệu mưa bao gồm liệu mưa vệ tinh từ Chương trình đo mưa nhiệt đới Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM V7) [2] Sản phẩm đồ mưa vệ tinh toàn cầu Global Satellite Mapping of Precipitation product (GSMaP) liệu mưa tái phân tích Trung tâm dự báo hạn vừa châu Âu European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) reanalysis systems (ERA5) [1] Phạm vi nghiên cứu giới hạn lưu vực sông Thu Bồn (Hình 1) DỮ LIỆU VÀ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG Hình Mạng lưới trạm đo mưa lưu vực sông Thu Bồn 2.2 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu sử dụng số đánh giá sai số thống kê i) Tỉ lệ cảnh báo khống (FAR) tính cơng thức FAR = B/(A+B); ii) Xác suất phát (POD) tính cơng thức POD = A/(A+C); iii) Chỉ số thành cơng (CSI) tính cơng thức CSI = A/(A+B+C) [3] Trong đó, A, B, C, D xác định theo Bảng Bảng Xác định sai số cho biến có hai phân nhóm PHÁP 2.1 Dữ liệu Dữ liệu sử dụng tính tốn mơ bao gồm: i) Dữ liệu mưa thực đo trạm Nông Sơn, Tiên Phước, Hiệp Đức, Trà My với bước thời gian ngày ii) Dữ liệu mưa vệ tinh GSMaP Dữ liệu mưa vệ tinh TRMM V7 iii) Dữ liệu mưa tái phân tích ERA5 iv) Dữ liệu dịng chảy thực đo trạm Nơng Sơn, với bước thời gian ngày Toàn liệu xem xét phân tích khoảng thời gian năm từ 2008-2010 Quan trắc Mô Có Khơng Có Khơng A C B D Ngồi ra, nghiên cứu sử dụng số đánh giá thống kê thường dùng khác hệ số tương quan (R) sai số bình phương trung bình (RMSE) 721 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Trong nghiên cứu tập trung đánh giá phân tích liệu mưa ngày để phục vụ cho toán mơ dịng chảy Về khả nắm bắt số ngày xuất mưa thực đo liệu mưa khác thời đoạn xem xét (2008-2010) ứng với 1096 ngày Hình Kết cho thấy, so với thực đo, liệu GSMaP TRMM V7 có khả nắm bắt tốt số ngày mưa Sự sai khác dao động từ khoảng 0.5% trạm Tiên Phước với liệu TRMM V7 tới 15% trạm Trà My với liệu GSMaP Trong đó, liệu ERA5 cho sai khác tương đối lớn khoảng 40% 100 ) \ c 70 60 GSMaP TRMM V7 50 40 30 20 Bảng Kết số R RMSE trạm 10 )\ ' ) c Nông Son (! & ) c ' #My Hình Số ngày mưa liệu mưa Dữ liệu Bảng Kết số FAR, POD CSI trạm Chỉ số Hiệp Đức Nông Tiên Sơn Phước Trà My FAR 0.34 0.48 0.54 0.43 POD 0.59 0.97 0.98 0.98 CSI 0.45 0.51 0.46 0.56 FAR 0.26 0.35 0.4 0.29 TRMM V7 POD 0.53 0.58 0.52 0.57 CSI 0.45 0.44 0.39 0.46 ERA FAR GSMaP 0.48 0.32 0.35 TRMM V7 GSMaP GSMaP (mm/day) Dữ liệu ERAS 0.26 POD 0.97 0.55 0.54 0.56 CSI 0.51 0.43 0.42 0.47 Chỉ số R 0.04 0.04 0.03 0.04 0.04 0.04 0.06 RMSE 22.97 R 20.6 28.53 29.69 0.03 0.04 0.03 RMSE 26.61 25.57 29.13 30.4 R 0.04 300 270 270 240 240 a) 180 150 120 90 60 Về mặt đánh giá khả nắm bắt pha, Bảng cho biết kết tính tốn số FAR, POD CSI trạm Chỉ số POD cho biết số lần mô xuất hiện tượng tổng số lần xuất hiện tượng hồn hảo Nhìn Trà My RMSE 20.68 19.45 24.38 23.19 300 210 Hiệp Nông Tiên Đức Sơn Phước 210 270 b) 240 180 150 120 90 60 30 30 0 0.05 300 ERA5 (mm/day) ) % ( m ar t n Ĺ ERA5 TRMM V7 (mm/day) 90 80 chung, liệu ERA cho kết tốt nhất, đạt 0.98 trạm Tiên Phước Trà My Kém liệu TRMM V7 Trong đó, số FAR cho biết số lần mơ có tượng không xuất tổng số lần mô có cho tượng đó, hồn hảo Như vậy, liệu mưa GSMaP TRMM V7 tốt trạm Trà My Hiệp Đức tương ứng Chỉ số CSI cho biết số lần mơ có xảy tượng tổng số lần mơ có xảy tượng, số lần mô khống số lần mô sót tượng hồn hảo Nhìn chung, liệu ERA5 cho kết tốt liệu mưa Đánh giá tương quan mưa ngày thực đo với liệu mưa khác trạm cho thấy hệ số tương quan tương đối thấp tất trạm (Bảng 2), ví dụ trạm Trà My (Hình 3) giá trị tương quan đạt khoảng 0.04 c) 210 180 150 120 90 60 30 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 Mưa thực đo (mm/day) Mưa thực đo (mm/day) Mưa thực đo (mm/day) Hình Tương quan lượng mưa ngày trạm Trà My mưa thực đo mưa GSMaP (a), TRMM V7 (b) ERA (c) Từ Bảng cho thấy liệu mưa ERA5 cho kết tốt độ lớn trung bình sai số với giá trị RMSE nhỏ 722 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 tất trạm nhỏ nguồn liệu, đặc biệt tốt trạm Nông Sơn (RMSE = 19.45 mm/ngày) Về đánh giá tổng lượng mưa lũy tích nhìn chung cho kết tốt mưa thực đo nguồn mưa khác, ngoại trừ TRMM V7 cho lượng mưa lũy tích thiên thấp, ví dụ trạm Hiệp Đức (Hình 4) 14000 Lượng mưa (mm) 12000 Thực đo ERA5 10000 GSMaP 8000 TRMM V7 6000 4000 2000 Hình Tổng lượng mưa lũy tích liệu mưa từ 1/1/2008-31/12/2010 trạm Hiệp Đức Để đánh giá phân bố lượng mưa theo không gian thực đo nguồn liệu mưa khác, nghiên cứu xây dựng đồ mưa cho toàn lưu vực Với liệu thực đo, nghiên cứu sử dụng phương pháp nội suy IDW (Inverse Distance Weighted) để xây dựng đồ mưa ngày KẾT LUẬN Trong điều kiện thiếu hạn chế liệu mưa việc khai thác nguồn liệu mưa khác phục vụ cho toán liên quan tới tài nguyên nước quan trọng Kết nghiên cứu nguồn liệu mưa khác cho lưu vực sông Thu Bồn liệu mưa vệ tinh có khả nắm bắt số ngày xuất mưa tốt, sai khác khơng đáng kể chí khoảng 0.5% Tương quan nguồn liệu mưa mưa thực đo nhỏ Cả liệu mưa vệ tinh GSMaP liệu mưa tái phân tích ERA5 cho kết tốt tổng lượng mưa lũy tích, đặc biệt với liệu tái phân tích ERA5 Đối với khả nắm bắt pha, nhìn chung liệu ERA5 cho kết tốt Và vậy, lưu vực sông Thu Bồn nghiên cứu mạnh dạn đề xuất sử dụng liệu mưa ERA5 kết hợp với liệu quan trắc để bổ sung kéo dài chuỗi liệu mưa ngày cho trường hợp hạn chế liệu mưa tốn liên quan tới tài ngun nước mơ lũ lưu vực sơng Thu Bồn Ngồi ra, liệu nghiên cứu thêm sử dụng cho lưu vực khác TÀI LIỆU THAM KHẢO Thực đo ERA5 TRMM V7 GSMaP Hình Phân bố mưa trung bình ngày liệu mưa theo khơng gian (2008-2010) Hình cho thấy phân bố mưa liệu mưa tái phân tích ERA5 tốt vùng núi Trong đó, liệu mưa vệ tinh TRMM V7 cho ước lượng mưa thấp nhiều so với mưa thực đo toàn lưu vực Tại khu vực đồng liệu vệ tinh GSMaP tái phân tích ERA5 cho thiên thấp so với liệu thực đo [1] Berrisford, Paul, D P K F Dee, Keith Fielding, Manuel Fuentes, P Kallberg, Shinya Kobayashi, and Sakari Uppala "The ERA-interim archive." ERA report series (2009): 1-16.Available online: https://www.ecmwf.int/en/elibrary/8174era-interim-archive-version-20 [2] Harris, A., Rahman, S., Hossain, F., Yarborough, L., Bagtzoglou, A.C., Easson, G.(2007), “Satellite based Flood Modeling Using TRMM-based Rainfall Product”,Sensors, 7:3416-3427 [3] Sahlu, D., Moges, S.A., Nikolopoulos, E.I., Anagnostou, E.N and Hailu, D., 2017 Evaluation of High-Resolution Multisatellite and Reanalysis Rainfall Products over East Africa Advances in Meteorology, 2017 723 ... dài chuỗi liệu mưa ngày cho trường hợp hạn chế liệu mưa tốn liên quan tới tài ngun nước mơ lũ lưu vực sơng Thu Bồn Ngồi ra, liệu nghiên cứu thêm sử dụng cho lưu vực khác TÀI LIỆU THAM KHẢO Thực... chế liệu mưa việc khai thác nguồn liệu mưa khác phục vụ cho toán liên quan tới tài nguyên nước quan trọng Kết nghiên cứu nguồn liệu mưa khác cho lưu vực sông Thu Bồn liệu mưa vệ tinh có khả nắm... biệt với liệu tái phân tích ERA5 Đối với khả nắm bắt pha, nhìn chung liệu ERA5 cho kết tốt Và vậy, lưu vực sông Thu Bồn nghiên cứu mạnh dạn đề xuất sử dụng liệu mưa ERA5 kết hợp với liệu quan