ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỮU TIẾN TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG NGẬP LỤT CHO VÙNG HẠ LƯU KHI XÂY DỰNG KHU ĐÔ THỊ NAM SÔNG VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựn[.]
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN HỮU TIẾN TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG NGẬP LỤT CHO VÙNG HẠ LƯU KHI XÂY DỰNG KHU ĐÔ THỊ NAM SÔNG VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình thủy Đà nẳng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - NGUYỄN HỮU TIẾN TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG NGẬP LỤT CHO VÙNG HẠ LƯU KHI XÂY DỰNG KHU ĐÔ THỊ NAM SÔNG VỆ Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình thủy Mã số: 60.58.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ Hướng dẫn khoa học: TS TÔ THÚY NGA Đà Nẵng - Năm 2019 CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Những nội dung Luận văn tốt nghiệp tự thực dƣới hƣớng dẫn trực tiếp giáo viên hƣớng dẫn; Các số liệu sử dụng Luận văn có nguồn gốc rõ ràng Các kết nghiên cứu đồ án tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan; Mọi tham khảo dùng đồ án đƣợc trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình Học viên thực Nguyễn Hữu Tiến MỤC LỤC MỤC LỤC MUC LỤC BIỂU BẢNG MỤC LỤC HÌNH ẢNH TĨM TẮT LUẬN VĂN CHƢƠNG : Đặc điểm tự nhiên xã hội vùng lƣu vực sông vệ .4 1.1 Đặc điểm tự nhiên: 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Đặc điểm địa hình .4 1.1.3 Địa mạo .5 1.1.4 Đặc điểm địa chất .6 1.1.5 Đặc điểm th nhƣ ng 1.1.6 Đặc điểm lớp phủ thực vật: .10 1.2 Đặc điểm lƣu vực sông Vệ 11 1.2.1 Đặc điểm mạng lƣới sông Vệ 11 1.2.2 Mạng lƣới trạm quan trắc khí tƣợng-thủy văn vùng: 13 1.3 Đặc điểm khí hậu: 13 1.3.1 Nhiệt độ .13 1.3.2 Số gi nắng 14 1.3.3 Chế độ m 14 1.3.4 Gió : 14 1.3.5 Bốc hơi: .15 1.3.6 Chế độ mƣa: 15 1.4 Đặc điểm thủy văn: 18 1.4.1 Dòng chảy năm: 18 1.4.2 Dòng chảy lũ: 18 1.4.3 Dòng chảy bùn cát: 20 1.4.4 Chế độ triều: 20 1.5 Di n biến th i tiết qua số trận mƣa lũ điển hình thuộc lƣu vực sơng Vệ lân cận 21 1.6 Đặc điểm xã hội 22 1.6.1 T chức hành vùng nghiên cứu: 22 1.6.2 Dân cƣ lao động: 22 1.6.3 Điều kiện kinh tế: 23 1.7 Những nghiên cứu ngập lụt lũ có lƣu vực sơng Vệ : .24 CHƢƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC MƠ HÌNH ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TỐN 25 2.1 Mục đích việc ứng dụng mơ hình tốn: 25 2.2 Lựa chọn giới thiệu mơ hình tốn: 25 2.2.1 Mơ hình thủy văn: .25 2.2.2 Mơ hình thủy lực: 26 2.3 Giới thiêu mơ hình Mike NAM 28 2.3.1 Cấu trúc mơ hình 29 2.3.2 Các thông số bản: 30 2.3.3 Yêu cầu số liệu 31 2.3.4 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 32 2.4 Giới thiệu mơ hình tốn MIKE21 FM 33 2.4.1 Cấu trúc mơ hình Phƣơng pháp giải: 33 2.4.2 Điều kiện biên: 34 2.4.3 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình: 34 CHƢƠNG : TÍNH TỐN HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH MIKE NAM VÀ MIKE 21HD-FM .36 3.1 Phƣơng pháp tiếp cận: 36 3.2 Các bƣớc tính tốn: 36 3.3 Công tác thu thập số liệu xây dựng DEM (mơ hình số độ cao): 37 3.4 Xác định trọng số trạm mƣa lƣu vực theo phƣơng pháp Thiseen : 40 3.4.1 Các vùng lƣu vực mơ hình MikeNam: 40 3.4.2 Kết phân tích trọng số mƣa trạm tính tốn 41 3.5 Tính tốn hiệu chỉnh kiểm định mơ hình MIKE-NAM 43 3.5.1 Tính tốn hiệu chỉnh mơ hình - lũ tháng 12/1999 Trạm An Chỉ 43 3.5.2 Tính tốn kiểm định mơ hình MIKE NAM: Theo lũ 11/2013 45 3.5.3 Nhận xét, đánh giá kết 46 3.6 Tính lũ biên vào cho MIKE21 FM 46 3.7 Tính lũ cho tiểu lƣu vực vùng hạ du : 47 3.7.1 Phân tiểu lƣu vực vùng ngập lụt hạ du: 47 3.7.2 Kết tính lũ tiểu lƣu vực vùng hạ du: 48 3.8 Tính tốn hiệu chỉnh kiểm định mơ hình MIKE21 FM 49 3.8.1 Thiết lập lƣới tính tốn cho Mơ hình MIKE 21FM 50 3.8.2 Tính tốn hiệu chỉnh mơ hình theo trận lũ 11/2013: 53 3.8.3 Tính tốn kiểm định mơ hình: 56 3.9 Nhận xét, đánh giá: 56 CHƢƠNG : TÍNH TỐN MƠ PHỎNG NGẬP LỤT, THOÁT LŨ TRƢỚC VÀ SAU KHI XÂY DỰNG KĐT NAM SÔNG VỆ THEO CÁC KỊCH BẢN57 4.1 Các kịch tính tốn: 57 4.2 Các điều kiện biên: .57 4.2.1 Biên thƣợng lƣu: .57 4.2.2 Biên hạ lƣu: Mực nƣớc triều Cửa Lở: 62 4.2.3 Lũ khu giữa: 62 4.3 Thiết lập mơ hình: 63 4.3.1 Lƣới tính tốn: 63 4.3.2 Bản đồ nhám: 64 4.3.3 Các điểm trích xuất: 64 4.4 Kết mô phỏng: .65 4.4.1 Mực nƣớc cao theo kịch tính tốn: .65 4.4.2 Di n biến diện tích độ sau ngập theo kịch bản: 67 4.5 Phân tích, đánh giá kết quả: 69 4.5.1 Phân tích kết quả: 69 4.5.2 Đánh giá kết quả: 70 4.6 Đề xuất giải pháp giảm thiểu thiệt hại ngập lụt: .70 CHƢƠNG : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 5.1 Kết luận: .71 5.2 Kiến nghị: .71 PHẦN PHỤ LỤC 73 Tài liệu tham khảo 81 MUC LỤC BIỂU BẢNG Bảng 1.1 Hình thái sơng suối lƣu vực sơng Vệ 12 Bảng 1.2: Diện tích tiểu vùng lƣu vực Sông Vệ 12 Bảng 1.3: Các trạm đo khí tƣợng, thủy văn vùng .13 Bảng 1.4:Nhiệt độ bình quân tháng trạm vùng 14 Bảng 1.5:T ng số gi nắng trung bình nhiều năm trạm vùng 14 Bảng 1.6:Độ m bình quân trung bình nhiều năm độ ảm tƣơng đối thấp 14 Bảng 1.7: Tốc độ gió trung bình tháng lớn trạm 15 Bảng 1.8: Bốc PICHE bình quân tháng nhiều năm .15 Bảng 1.9: Mƣa năm theo tần suất trạm 16 Bảng 1.10: Lƣợng mƣa ngày max xảy trạm vùng sông Vệ 16 Bảng 1.11: Trận mƣa 1999 số trạm thuộc Tỉnh Quảng Ngãi .16 Bảng 1.12: Đặc trƣng mƣa ngày max theo th i đoạn 1, 3, ngày 17 Bảng 1.13: Dịng chảy năm bình qn 18 Bảng 1.14: Lƣu lƣợng đỉnh lũ trạm An Chỉ ; sông Vệ 18 Bảng 1.15: Mực nƣớc lũ cao theo tần suất trạm 19 Bảng 1.16: Thống kế số đặc trƣng số trạn lũ xảy đo trạm 19 Bảng 1.17: Kết tính tốn dịng chảy bùn cát nút An Chỉ Cửa Lở 20 Bảng 1.18: Đặc trƣng mực nƣớc triều Cửa lở sông Vệ 20 Bảng 1.19: Diện tích đơn vị hành vùng nghiên cứu 22 Bảng 1.20: Dân số vùng nghiên cứu 22 Bảng 2.1: Các thơng số mơ hình NAM 30 Bảng 2.2: Tiêu chu n đánh mơ hình WMO 32 Bảng 2.3: Tiêu chu n đánh giá hệ số tƣơng quan (Theo Moriasi, 2007) 33 Bảng 2.4: Đánh giá độ xác mơ hình theo số NSE, RSR .35 Bảng 3.1: T ng hợp tài liệu địa hình dùng xây dựng DEM tính tốn 37 Bảng 3.2: Diện tích tiểu vùng lƣu vực sông Vệ 40 Bảng 3.3: Trọng số mƣa LV.An Chỉ 42 Bảng 3.4: Trọng số mƣa LV P.giang 42 Bảng 3.5: Trọng số trạm mƣa dùng tính tốn lƣu vực An Chỉ Phƣớc Giang .43 Bảng 3.6: Kết tính tốn tối ƣu .44 Bảng 3.7: T ng hợp kết đánh giá trân lũ hiệu chỉnh kiểm định 46 Bảng 3.8: T ng hợp đặc trƣng dịng chảy lũ tính tốn 46 Bảng 3.9: Đặc trƣng địa hình tiểu vùng lƣu vực vùng hạ du .48 Bảng 3.10: Các đặc trƣng lũ trận 1999 2013 cho tiểu lƣu vực .48 Bảng 3.11: Thông số chia lƣới 50 Bảng 3.12: Đánh giá sai số kết mô trận lũ 11/2013 56 Bảng 4.1: Các kịch tính tốn mơ 57 Bảng 4.2: Mƣa ngày max theo tần suất trạm 58 Bảng 4.3: Các đặc trƣng lũ biên vào: 60 Bảng 4.4: Các đặc trƣng lũ khu 62 Bảng 4.5: Thông số chia lƣới .63 Bảng 4.6: Vị trí điểm trích xuất mực nƣớc 64 Bảng 4.7: Mực nƣớc lũ max vị trí - theo kích tính tốn .65 Bảng 4.8: Thống kê diện tích độ sâu ngập theo lũ P=5% : KB5.1 KB5.2 67 Bảng 4.9: Thống kê diện tích độ sâu ngập theo lũ P=10% : KB10.1 KB10.2 .68 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bản đồ vị trí lƣu vực sơng Vệ Hình 1.2: Lƣu vực sơng Vệ 11 Hình 1.3: Đƣ ng tần suất mực nƣớc max Trạm sơng Vệ 19 Hình 2.1: Mơ hình Nam mơ q trình hình thành dịng chảy 29 Hình 3.1: Sơ đồ bƣớc tiếp cận đề tài: 36 Hình 3.2: Sơ đồ trình tạo DEM 38 Hình 3.3: Bản đồ DEM20 tồn lƣu vực sơng Vệ (3D) 39 Hình 3.4: Bản đồ DEM20 – 2D 39 Hình 3.5: Bản đồ DEM20 vùng hạ du 40 Hình 3.6: Mạng lƣới sơng, suối vùng lƣu vực 41 Hình 3.7: Bản đồ Thiseen lƣu vực sông Vệ- sông Phƣớc Giang 41 Hình 3.8: Thiseen lƣu vực An Chỉ .42 Hình 3.9: Thiseen lƣu vực Phƣớc Giang 42 Hình 3.10: Mƣa lũ Trạm An Chỉ - Giá Vực- Ba Tơ từ 1h01/12/1999- 7h 18/12/1999 MikeNam 44 Hình 3.11: Màn hình lựa chọn tối ƣu MikeNam 44 Hình 3.12:Kết hiệu chỉnh mơ hình trận lũ 12/1999- An Chỉ 44 Hình 3.13: Mƣa lũ Trạm An Chỉ - Giá Vực- Ba Tơ từ từ 1h15/11/201310h18/11/2013-Trận kiểm định 45 Hình 3.14: Kết kiểm định mơ hình trận lũ 11/2013- An Chỉ 45 Hình 3.15 Lũ 1999- nút Phƣớc Giang 47 Hình 3.16: Lũ 2013- nút Phƣớc Giang 47 Hình 3.17: Các tiểu lƣu vực vùng ngập Hạ du – Theo Arc hydro 48 Hình 3.18: Lũ 1999 – tiểu lƣu vực 49 Hình 3.19: Lũ 2013 – tiểu lƣu vực 49 Hình 3.20: Sơ đồ điều kiện biên mơ hình tính: 49 Hình 3.21: Các thơng số lƣới thơ vùng tính tốn .51 Hình 3.22: Các thơng số lƣới mịn vùng lịng sơng 51 Hình 3.23: Các thơng số lƣới mịn vùng bãi sông 52 Hình 3.24: Kết nội suy cao độ .52 Hình 3.25: Bản đồ nhám mơ hình 53 Hình 3.26: Mơ hình thủy lực chiều, phạm vi sau Trạm An chỉ- sông Vệ xi phông Phƣớc Giang- sông Phƣớc Giang 54 Hình 3.27: Biểu đồ so sánh q trình mực nƣớc tính tốn thực đo trạm An Chỉ trận lũ tháng 11/2013 54 Hình 3.28: Biểu đồ so sánh q trình mực nƣớc tính tốn thực đo trạm sơng Vệ 11/2013 55 Hình 4.1: Mƣa gi theo th i đoạn t = 6h trạm theo tần suất P =5% 59 Hình 4.2: Mƣa gi theo th i đoạn t = 6h trạm theo tần suất P =10% 60 Hình 4.3: Lũ sơng Phƣớc Giang – nút Xi phông Thạch Nham ( xã Hành Dũng) P=5% 61 Hình 4.4: Lũ sơng Phƣớc Giang – nút Xi phông Thạch Nham ( xã Hành Dũng) P=10% 61 Hình 4.5: Lũ sông Vệ - T An Chỉ, P=5% 61 Hình 4.6: Lũ sơng Vệ- T An Chỉ ,P=10% 61 Hình 4.7: Mơ hình triều tính tốn dùng chung cho kịch .62 Hình 4.8: Lƣới tính tốn theo Kịch có Khu dân cƣ: 64 Hình 4.9: Bản đồ nhám mơ hìnhkhi có KĐT Nam sơng Vệ 64 Hình 4.10: Bản đồ mơ tả vùng hạ du, nút biên điểm trích xuất 65 Hình 4.11: Di n biến mực nƣớc lũ điểm trƣớc sau xây dựng KĐT Nam sông Vệ , KB5.1 KB5.2 66 Hình 4.12: Di n biến mực nƣớc lũ điểm trƣớc sau xây dựng KĐT Nam sông Vệ , KB10.1 KB10.2 66 Hình 4.13: Đƣ ng mực nƣớc theo dọc sơng Vệ - Kịch Kb5.1 KB5.2 66 Hình 4.14: Đƣ ng mực nƣớc theo dọc sông Vệ - Kịch KB10.1 KB10.2 67 Hình 4.15: Cao trình mực nƣớc lũ max theo KB5.1 KB5.2 68 Hình 4.16: Cao trình mực nƣớc lũ max theo KB10.1 KB10.2 .69 CÁC CHỮ VIẾT TẮT KĐT Nam sông Vệ: Khu thị Nam sơng Vệ; P%: Mức tần suất tính theo % yếu tố mực nƣớc, mƣa, lũ Q: lƣu lƣợng dịng chảy (m3/s); Z: cao trình mực nƣớc lũ (m) H : cao trình mực nƣớc triều X: mƣa; KT: trạm Khí tƣợng (yếu tố đo: Mƣa; Nhiệt độ; Độ m; Bốc hơi; Gió; Nắng) TV: trạm Thủy văn (đo yếu tố mƣa; Mực nƣớc; Lƣu lƣợng; Độ đục); NSE: số Nash-Sutcliffe; R2: số tƣơng quan RSR: Tỉ số độ lệch quan trắc tiêu chu n; 30 L TOF với L/Lmax > TOF QOF CQOF L max TOF = với L/Lmax < TOF Trong CQOF hệ số dòng chảy mặt ( 0 CQOF 1) TOF ngƣ ng dòng chảy mặt ( 0 TOF 1) Phần lại PN thấm xuống tầng dƣới Một phần (PN-QOF) thấm xuống tầng dƣới tăng lƣợng m L bể chứa tầng r Phần lại thấm xuống sâu để b sung cho bể chứa tầng ngầm + Dịng chảy sát mặt: Phụ thuộc vào m tầng r cây: L TIF QIF CKIF L max Ui TIF =0 với L > TIF với L < TIF Trong : TIF ngƣ ng sinh dịng chảy sát mặt (0 TIF 1) CKIF số th i gian dòng chảy sát mặt + B sung dòng chảy ngầm: Lƣợng nƣớc thấm xuống G b sung cho bể chứa ngầm phụ thuộc vào độ m đất tầng r cây: L L max TG G ( PN QOF ) TG với L/Lmax > TG với L/Lmax TG =0 TG giá trị lƣợng nƣớc b sung cho tầng ngầm (0 TG 1) + Lƣợng m đất: Bể chứa tầng sát mặt biểu thị lƣợng nƣớc có tầng r Lƣợng mƣa sau trừ lƣợng nƣớc tạo dòng chảy mặt, lƣợng nƣớc b sung cho tầng ngầm, b sung làm tăng độ m đất tầng r L lƣợng DL = PN-QOF-G 2.3.2 Các thông số bản: Bảng 2.1: Các thơng số mơ hình NAM CQOF CQOF: Hệ số dịng chảy tràn khơng có thứ nguyên, có phạm vi biến đ i từ 0.0 đến 0.9 Nó phản ánh điều kiện thấm cấp nƣớc ngầm Vì ảnh hƣởng nhiều đến t ng lƣợng dòng chảy đoạn cuối đƣ ng rút Thơng số quan trọng định phần nƣớc dƣ thừa để tạo thành dòng chảy tràn lƣợng nƣớc thấm Các lƣu vực có địa hình ph ng, cấu tạo cát thơ 31 giá trị CQOF tƣơng đối nhỏ, lƣu vực mà tính thấm nƣớc th nhƣ ng nhƣ sét, đá tảng giá trị lớn CQIF: Hệ số dịng chảy sát mặt, có thứ ngun th i gian (gi ) Nó phần lƣợng nƣớc bể chứa mặt (U) chảy sinh dòng chảy sát mặt đơn vị th i gian Thông số ảnh hƣởng không lớn đến t ng lƣợng lũ, đƣ ng rút nƣớc CBL: Thơng số dịng chảy ngầm, đƣợc dùng để chia dòng chảy ngầm làm hai thành phần: BFU BFL Trƣ ng hợp dịng chảy ngầm khơng quan trọng dùng bể chứa nƣớc ngầm, cần CBFL=0- tức lƣợng cấp nƣớc ngầm vào bể chứa ngầm tầng CLOF, CLIF: Các ngƣ ng dƣới bể chứa để sinh dòng chảy tràn, dòng chảy sát mặt dịng chảy ngầm, khơng có thứ ngun có giá trị nhỏ Chúng có liên quan đến độ m đất Khi giá trị ngƣ ng nhỏ L/Lmax khơng có dịng chảy tràn, dòng chảy sát mặt dòng chảy ngầm Về ý nghĩa vật lý, thông số phản ánh mức độ biến đ i không gian đặc trƣng lƣu vực sông Do vậy, giá trị ngƣ ng lƣu vực nhỏ thƣ ng lớn so với lƣu vực lớn - Umax, Thông số khả chứa tối đa bể chứa tầng tầng Lmax: dƣới Do vậy, Umax Lmax lƣợng t n thất ban đầu lớn nhất, phụ thuộc điều kiện mặt đệm lƣu vực Một đặc điểm mơ hình lƣợng chứa Umax phải nằm sức chứa tối đa trƣớc có lƣợng mƣa vƣợt quá, PN xuất hiện, tức U< Umax Do th i kỳ khơ hạn, t n thất lƣợng mƣa trƣớc có dịng chảy tràn xuất đƣợc lấy làm Umax ban đầu CK1,2, CKBF: Là số th i gian th i gian tập trung nƣớc Chúng thông số quan trọng, ảnh hƣởng đến dạng đƣ ng trình đỉnh 2.3.3 Yêu cầu số liệu Các u cầu đầu vào cho mơ hình NAM bao gồm: Các tham số mơ hình, điều kiện ban đầu, sơ liệu khí tƣợng (Mƣa Bốc hơi), số liệu thủy văn dòng chảy để hiệu chỉnh kiểm nghiệm mơ hình +Điều kiện ban đầu mơ hình: - U: Là lƣợng nƣớc chứa bể chứa mặt (mm) - L: Là lƣợng nƣớc chứa bể chứa tầng dƣới (mm) - QOF: Cƣ ng suất dịng chảy mặt sau di n tốn qua bể chứa tuyến tính (mm/h) 32 - QIF Cƣ ng suất dịng chảy sát mặt qua bể chứa tuyến tính (mm/h) - BF Cƣ ng suất dòng chảy ngầm (mm/h) 2.3.4 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình + Hiệu chỉnh thơng số mơ hình: Hiệu chỉnh thơng số mơ hình nhằm xác định thơng số mơ hình đƣ ng q trình tính tốn phù hợp với đƣ ng trình thực đo Việc hiệu chỉnh thơng số mơ hình đƣợc tiến hành phƣơng pháp: phƣơng pháp thử sai phƣơng pháp tối ƣu + Quy trình hiệu chỉnh: Đầu tiên, điều chỉnh phù hợp:Lmax Umax cho cân nƣớc; CQOF CK1,2 cho đỉnh;CKBF cho dòng chảy đáy Lặp lại điều chỉnh cho tham số khác: - Xác định thay đ i tham số, giống nhƣ để thúc đ y kiểm tra; - Chỉ thay đ i tham số; - Làm số thay đ i quan trọng lần đầu Sai số lƣu lƣợng tính tốn thực đo bƣớc hiệu chỉnh kiểm nghiệm mơ hình đƣợc đánh giá theo số Nash-Sutcliffe hệ số tƣơng quan R2 + Chỉ số Nash-Sutcliffe Qobs,i Qsim ,i NSE Qobs,i Qobs, mean Trong đó: Qobs, i: lƣu lƣợng thực đo th i điểm thứ i, Qsim, i: lƣu lƣợng tính tốn th i điểm thứ i, Qobs,mean: lƣu lƣợng thực đo trung bình th i đoạn Tiêu chu n đánh giá hệ số NSE theo WMO (World Meteorological Organization): Bảng 2.2: Tiêu chuẩn đánh mơ hình WMO NSE (%) 40-65 65-85 >85 Mức đánh giá Đạt Khá Tốt + Hệ số tương quan: R2 N R 1 (Qobs,i Qobs )( Qsim ,i Qsim ) i 1 0.5 N N 2 ( Q Q ) x (Qsim ,i Qsim )2 obs i 1 obs, i i 1 0.5 33 Bảng 2.3: Tiêu chuẩn đánh giá hệ số tương quan (Theo Moriasi, 2007) R2 R2< 0,4 0,4 < R2< 0,8 0,8 0,85 Đánh Giá Không đạt Đạt Khá Tốt 2.4 Giới thiệu mơ hình tốn MIKE21 FM 2.4.1 Cấu trúc mơ hình Phương pháp giải: Mô đun thủy lực thành phần hệ thống mơ hình MIKE 21 FM cung cấp đặc trƣng thủy lực cho mô đun khác hệ thống mơ hình MIKE 21 FM Mơ đun tính tốn dịng chảy hai chiều (2D) phƣơng pháp phần tử hữu hạn không để giải hệ phƣơng trình nƣớc nơng 2D Hệ phƣơng trình nƣớc nơng 2D gồm có phƣơng trình liên tục (bảo tồn khối lƣợng, phƣơng trình chuyển động chất lỏng (bảo tồn động lƣợng), phƣơng trình khép kín khác nhƣ phƣơng trình nhiệt độ, độ muối, mật độ Theo phƣơng ngang, hệ tọa độ đƣợc sử dụng hệ tọa độ Đề Các hệ tọa độ cầu Theo khơng gian, miền tính đƣợc r i rạc phần tử (ô lƣới) liên tục tam giác không đều, lƣới phi cấu trúc (unstrucked mesh) Sơ đồ Euler đƣợc sử dụng tính tốn hai chiều - Phƣơng trình liên tục: h hU hV hS t x y Với: U, V thành phần vận tốc trung bình theo độ sâu thành phần vận tốc u, v theo hƣớng toạ độ x, y, đƣợc xác định theo công thức: U udz h d V vdz h d , h = η + d (độ sâu t ng cộng = t ng mực nƣớc (η) độ sâu (d) - Các phƣơng trình động lƣợng: hUV h pa gh fVh gh y x x x S xx S xy hTxx hTxy hU s S x x x y hU hU t x sx bx 0 0 hV hV hUV h pa gh fUh gh t x y y y y sy by S xx S xy hTxy hTyy hVs S x x x y 34 Với Txx , Tyy , Txy thành phần ứng suất nhớt t ng cộng Các thành phần nhớt t ng cộng đƣợc tính theo cơng cơng thức dựa biến thiên vận tốc ngang theo độ sâu: Txx A U T A V yy y , x , U V Txy A y y Trong đó: + S lƣu lƣợng từ nguồn điểm; + Us, Vs thành phần vận tốc từ nguồn điểm; + g gia tốc trọng trƣ ng; + t th i gian; + x, y tọa độ Đề Các; + dao động mực nƣớc; + d độ sâu; + h=+d chiều cao cột nƣớc; + f = 2sin tham số Coriolis; + θ vĩ độ địa lý; mật độ nƣớc; + pa áp suất khí quyển; + o mật độ tiêu chu n Với tính tốn hai chiều U vận tốc trung bình theo độ sâu hệ số kháng đáy đƣợc xác định từ số Chezy C hay số Manning M: cf g C2 , cf g Mh 1/ 2.4.2 Điều kiện biên: + Biên đất (rắn): Dọc theo biên đất, thông lƣợng đƣợc gán không (0) tất giá trị Với phƣơng trình động lƣợng điều gây trƣợt toàn phần dọc theo biên đất + Biên mở (lỏng): Điều kiện biên mở đƣợc xác định dƣới dạng lƣu lƣợng, giá trị vận tốc dòng chảy mực nƣớc cho phƣơng trình thủy động lực Các biên vận tốc mực nƣớc giá trị biên số, biến đ i theo th i gian nhƣng cố định dọc biên, vừa biến đ i theo th i gian vừa biến đ i dọc biên 2.4.3 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình: Mục đích hiệu chỉnh mơ hình để tìm thơng số mơ hình phù hợp nhƣ hệ số nhám Manning n để điều chỉnh kết mô tiến đến giá trị thực đo 35 Để đánh giá độ xác từ kết mơ hình tốn số liệu thực đo, đề tài sử dụng số hiệu Nash-Sutcliffe (NSE) tỉ số độ lệch quan trắc tiêu chu n (RSR) Chỉ số NSE thông số thống kê xác định giá trị tƣơng đối phƣơng sai dƣ so với phƣơng sai chuỗi thực đo đƣợc tính tốn nhƣ trên:: Yobs,i Ysim ,i NSE Yobs,i Yobs, mean Trong đó: - NSE: Hệ số Nash-Sutcliffe; - Yobs,i:Giá trị quan trắc th i điểm i; - Ysim,i: Giá trị mô th i điểm i; - Yobs,mean Y: Giá trị quan trắc trung bình chuỗi số liệu; - n: Số lần quan trắc Tỉ số độ lệch quan trắc tiêu chu n (RSR) theo công thức: [√∑ ] [√∑ ] Trong đó: - RSR Tỉ số độ lệch quan trắc tiêu chu n, giá trị khác nhƣ phƣơng trình tính NSE Bảng 2.4: Đánh giá độ xác mơ hình theo số NSE, RSR Đánh giá độ xác mơ hình RSR NSE Rất tốt 0,00 RSR 0,50 0,75 < NSE 1,00 Tốt 0,50 < RSR 0,60 0,65 < NSE 0,75 Đạt 0,60 < RSR 0,70 0,50 < NSE 0,65 Không đạt RSR > 0,70 NSE 0,50 36 CHƯƠNG : TÍNH TỐN HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH MIKE NAM VÀ MIKE 21HD-FM 3.1 Phương pháp tiếp cận: Xét mục tiêu tính tốn nhằm đánh giá thay đ i việc thoát lũ, ngập lụt trƣớc sau xây dựng đô thị Nam sông Vệ Trên sở đặc điểm hình thành dịng chảy đặc điểm địa hình lƣu vực, lƣới sơng, đặc điểm lũ, số liệu thu thập đƣợc từ trạm đo khí tƣợng thủy văn lƣu vực sơng Vệ Đề tài tiếp cận mơ tính tốn theo sơ đồ sau: Mƣa,Bốc hơi,(Q-t); (Z~t) thực đo DEM địa hình tại, DEM tƣơng lai MIKE NAM MIKE 21 FM MƠ PHỊNG NGẬP LỤT, THỐT LŨ THEO CÁC KỊCH BẢN Hình 3.1: Sơ đồ bước tiếp cận đề tài: Có mơ hình số đƣợc chọn để tính tốn ngập lụt lũ trên: - Mơ hình thủy văn: Mike-Nam dùng tính tốn mơ q trình thủy văn: + Xác định thơng số Mike Nam dùng cho vùng nghiên cứu cách tính toán hiệu chỉnh kiểm định với trận lũ thực đo Trạm An Chỉ ( trạm Thủy văn cấp I- sông Vệ) + Dùng thông số đƣợc hiệu chỉnh kiểm định để tính lũ từ mƣa cho lƣu vực sông Phƣớc Giang tiểu lƣu vực vùng ngập hạ du - Mơ hình thủy lực: Mike21 FM dùng để tính tốn mơ thủy lực Với phạm vi mơ hình 2D đƣợc xác định là: vùng đồng từ sau nút An Chỉ - sông Vệ; Xi phông Phƣớc Giang sông Phƣớc Giang đến cửa Lở sông Vệ +Xác định thông số nhám dùng Mike 21FM cách tính tốn hiệu chỉnh kiểm định mơ hình theo tài liệu thực đo An Chỉ sông Vệ + Dùng thông số nhám hiệu chỉnh kiểm định này, với số liệu thủy văn biên đƣợc xác định theo kịch bản, để mơ ngập lụt, lũ trƣớc sau xây dựng KĐT Nam sơng Vệ 3.2 Các bước tính tốn: Xây dựng DEM: ( số hóa) sở liệu địa hình số, cập nhập đầy đủ hệ thống khu dân cƣ, hệ thống cống thủy lợi, cống dân sinh cơng trình giao thơng; Phạm vi mơ hình tính tốn đƣợc giới hạn biên thƣợng lƣu hạ lƣu; Lƣới tính tốn DEM theo tọa độ VN2000 chuyển WGS84 xây dựng theo 37 lƣới FM Xác định thông số địa hình đặc trƣng cho tiểu lƣu vực vùng hạ du Thu thập, thống kê, tài liệu thực đo mƣa, bốc dòng chảy trận lũ điển hình trạm có lƣu vực Lựa chọn trận lũ hiệu chỉnh kiểm định Phân tích ảnh hƣởng trạm mƣa lƣu vực tính tốn theo phƣơng pháp đa giác Thissen cơng cụ Toolbox- ArcGIS Tính tốn trọng số trạm theo lƣu vực nghiên cứu Tính tốn hiệu chỉnh kiểm định mơ hình MIKE NAM dựa tài liệu đo đạc mƣa lũ ( chọn trận lũ hiệu chỉnh trận kiểm định) Đánh giá kết Xác định thơng số mơ hình Mike Nam cho lƣu vực nghiên cứu Dùng mơ hình MIKE-NAM với thơng số vửa xác định để thơngTính tốn thủy văn xác định trình (Q-t ) biên nút vào cho tiểu lƣu vực vùng hạ du từ tài liệu mƣa trận lũ hiệu chỉnh, kiểm định Thu thập số liệu lũ : mực nƣớc, Q~t ,lựa chọn trận lũ hiệu chỉnh kiểm định MIKE21FM Xác định điều kiên biên ra, mơ hình triều thực đo tính tốn ứng với trận lũ dùng hiệu chỉnh kiểm định MKE21 FM Tính tốn hiệu chỉnh kiểm định mơ hình MIKE 21FM theo thông số biên vào trận hiệu chỉnh kiểm định Thống kê, tính tốn số, đánh giá độ xác mơ Tính tốn thủy lực mơ ngập lụt theo kịch trƣớc sau xây dựng KĐT Nam sông Vệ sở thông số nhám đƣợc hiệu chỉnh kiểm định 3.3 Công tác thu thập số liệu xây dựng DEM (mơ hình số độ cao): - Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi mơ DEM bao gồm địa hình lƣu vực sông Vệ, sông Phƣớc Giang, vùngđồng bằng, nội thành khu đông dân cƣ, đặc biệt khu vực ven sơng Các vị trí cần nghiên cứu, để mơ tốt cần có số liệu địa hình đầy đủ nhằm phản ánh chất trạng toán cần quan tâm -Các tài liệu, số liệu thu thập đƣợc cho việc xây dựng DEM: Để xây dựng DEM cần có đồ liệu địa hình thu thập t ng hợp từ nhiều nguồn khác ,T ng hợp, đồ địa hình, mạng lƣới sơng, hệ thống hạ tầng có hồ sơ quy hoạch đô thị Nam sông Vệ; Bảng 3.1: Tổng hợp tài liệu địa hình dùng xây dựng DEM tính toán TT Tên tài liệu Nguồn Ghi Bản đồ địa hình 1/10.000 khu vực nghiên cứu lân cận; ( file *.DNG) Chi cục Thủy lợi Quảng Ngãi Năm 2016 - Bình đồ tồn sơng Vệ 1/10.000 Công ty CP Tƣ vấn Lập năm 2005 38 QCIC lập - Cắt dọc, ngang sông Vệ XD & ĐT Quảng Ngãi lập ( QCIC) Bình đồ địa hình Quy hoạch KDC Nam sơng Vệ 1/500; Cơng ty MTV QCSC cung cấp Dữ liệu số xyz sông Vệ Viện QH Thủy lợi Việt Nam Bản đồ 1/50.000 MapInfor Sở Tài nguyên Môi trƣ ng Quảng Ngãi Bình đồ vị trí tuyến Kè sông Vệ QCIC nguồn khác Chủ đầu tƣ KĐT Nam sông Vệ T ng hợp -Xây dựng DEM DEM mơ hình số mơ độ cao địa hình bề mặt trái đất Ở vị trí mơ hình số địa hình đƣợc đặc trƣng z (độ cao địa hình) tọa độ x, y mặt ph ng Tùy thuộc vào phần mềm ứng dụng cụ thể u cầu mơ hình số độ cao dạng DEM Độ phân giải DEM đƣợc xác định kích thƣớc lƣới mơ hình, liên quan tới độ xác mơ tả địa hình Để phục vụ việc xác định đồ ngập lụt, độ phân giải DEM đƣợc xác định theo mức cao nhằm: Thể chi tiết đặc điểm địa hình; Ƣớc lƣợng ngập lũ đặc điểm phân bố mô hình thủy văn - Các bước thực hiện: Quá trình xây dựng DEM đƣợc thực qua giai đoạn sau: Thu thập liệu Đi thực địa khảo sát địa hình Hiệu chỉnh liệu để tạo DEM Biên tập xử lý số liệu Xây dựng liệu GIS để tạo DEM Tạo DEM Chuyển đ i hệ tọa độ Đƣa liệu vào GIS Xuất DEM Hình 3.2: Sơ đồ trình tạo DEM - Kết tạo DEM: * Trên tồn lƣu vực sơng Vệ 39 Hình 3.3: Bản đồ DEM20 tồn lưu vực sơng Vệ (3D) Hình 3.4: Bản đồ DEM20 – 2D * DEM vùng hạ du sơng Vệ 40 GHI CHÚ Hình 3.5: Bản đồ DEM20 vùng hạ du 3.4 Xác định trọng số trạm mưa lưu vực theo phương pháp Thiseen : 3.4.1 Các vùng lưu vực mơ hình MikeNam: - Theo kết phân chia lƣu vực từ ứng dụng Arc Hydro ArcGIS 10.3 theo đồ DEM đối chiếu với kết đo đạc thủ công Bản đồ số 1/50.000 MapInfor tỉnh Quảng ngãi Tải FULL (101 trang): https://bit.ly/3zJNj3t Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net - So sánh với kết đo từ Tƣ vấn KBR Dự án “Quản Lý rủi ro thiên tai tỉnh Quảng Ngãi “ Ngân hàng giới (WB) Chính phủ Austalia (AusAID) tài trợ, Tƣ vấn KBR thực 2009 [13] Kết phân chia tiểu vùng lƣu vực sông Vệ nhƣ bảng sau: Bảng 3.2: Diện tích tiểu vùng lưu vực sơng Vệ F TT Sơng Km2 Vị trí Sơng Vệ -An Chỉ 760 Trạm An Chỉ Sông Phƣớc Giang 167 Xi phông Phƣớc Giang Vùng đồng ngập lũ 333 T ng diện tích 1260 41 VÙNG ĐỒNG BẰNG NGẬP LŨ VÙNG LƯU VỰC S PHƯỚC GIANG ( NÚT XI PHÔNG PHƯỚC GIANG) VÙNG LƯU VỰC S VỆ ( NÚT AN CHỈ) Hình 3.6: Mạng lưới sơng, suối vùng lưu vực Tải FULL (101 trang): https://bit.ly/3zJNj3t Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net 3.4.2 Kết phân tích trọng số mưa trạm tính tốn Theo kết phân chia theo phƣơng pháp Thiessen ArcGis, trạm mƣa có tham gia tính tốn lƣu vực sơng Vệ tính đến An Chỉ gồm trạm: Minh Long; Ba Tơ; Giá vực , Mộ Đức An Chỉ Lưu vực An Chỉ Lưu vực Phước Giang Hình 3.7: Bản đồ Thiseen lưu vực sông Vệ- sông Phước Giang Căn vào điều kiện tài liệu có đặc điểm địa hình lƣu vực việc chọn dùng trọng số trạm đo mƣa tính tốn MikeNam có thay đ i điều chỉnh nhỏ so với kết việc phân chia theo đa giác Thiessen theo lý thuyết nhƣ bảng dƣới: 42 Kết lý thuyết DEM: tính tốn trọng số trạm mƣa –lƣu vực sông Vệ ( Nút An Chỉ ) theo Phƣơng pháp Thiessen Bảng 3.3: Trọng số mưa LV.An Chỉ TT Trạm đo Diện tích (Km2) Wi % Minh Long 123.0 16% Ba Tơ 376.1 49% Giá Vực 171.6 23% An Chỉ 83.6 11% Mộ Đức 6.2 1% 760 100% Hình 3.8: Thiseen lưu vực An Chỉ Kết lý thuyết DEM:tính tốn trọng số trạm mƣa lƣu vực sông Phƣớc Giang ( nút Xiphong ) theo Phƣơng pháp Thiessen Bảng 3.4: Trọng số mưa LV P.giang TT Trạm đo Diện tích (Km2) Wi % Minh Long 132 80% An Chi 19 11% Quảng Ngãi 10 6% Sơn Giang 4% 167 100% Hình 3.9: Thiseen lưu vực Phước Giang Lưa chọn trọng số tính tốn trạm lưu vực: - Với lưu vực An Chỉ: vào điều kiện, tƣơng đồng địa hình, hƣớng mƣa, tình hình tài liệu, để đơn giản nhƣng khơng gây ảnh hƣởng nhiều đến kết quả, chọn phân b ảnh hƣởng phần ảnh hƣởng Minh Long với trạm Giá Vực ( hƣớng mƣa, cao độ địa hình) phần ảnh hƣởng trạm Mộ Đức với trạm An Chỉ - Với lưu vực Phước Giang: trạm Quảng Ngãi Sơn Giang theo lý thuyết có ảnh hƣởng nhỏ ( W