Đang tải... (xem toàn văn)
Đ萎I H窺CăĐĨăN允NG TR姶云NGăĐ萎I H窺C BÁCH KHOA NGUY右NăĐ永C CHÁNH ĐỄNHăGIỄăTỄCăĐ浦NG C曳A BI蔭NăĐ蔚I KHÍ H 一U T閏I DÒNG CH謂Y H烏 TH渦NG SÔNG KON HÀ THANH, T迂NH BỊNHăĐ卯NH LU一NăVĔNăTH萎CăSƾă KỸ TH[.]
TR Đ I H CăĐĨăN NG NGăĐ I H C BÁCH KHOA NGUY NăĐ C CHÁNH ĐỄNHăGIỄăTỄCăĐ NG C A BI NăĐ I KHÍ H U T I DỊNG CH Y H TH NG SƠNG KON - HÀ THANH, T NH BỊNHăĐ NH LU NăVĔNăTH CăSƾă KỸ THU T XÂY D NG CƠNG TRÌNH TH Y ĐƠăN ng- Nĕmă2018 TR Đ I H CăĐĨăN NG NGăĐ I H C BÁCH KHOA NGUY NăĐ C CHÁNH ĐỄNHăGIỄăTỄCăĐ NG C A BI NăĐ I KHÍ H U T I DỊNG CH Y H TH NG SƠNG KON - HÀ THANH, BỊNHăĐ NH Chuyên ngành: Xây d ng công trình th y Mã s : 60.58.02.02 LU NăVĔNăTH CăSƾă KỸ THU T XÂY D NG CƠNG TRÌNH TH Y Ng iăh ng d n khoa h c: TS.ăVũăHuyăCông TS Võ Ng căD ĐƠăN ng - Nĕmă2018 ng i L IăCAMăĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên c u c a riêng Các s li u, k t qu nêu lu n văn trung th c ch a đ ợc công b b t kỳ cơng trình khác Tác gi lu năvĕn NguyênăĐ c Chánh ii M CL C L IăCAMăĐOAN I M CăL C II DANHăM CăCỄCăB NG V DANHăM CăCỄCăHỊNHăVẼ VII TịMăT T V M ăĐ U 1 Tính c p thi t c a đ tài: M c tiêu nghiên c u c a đ tài Đ i t ợng ph m vi nghiên c u: N i dung nghiên c u: Ph ơng pháp nghiên c u: ụ nghĩa th c ti n đ tài B c c n i dung lu n văn CH NGă1: T NGăQUANăV ăKHUăV C NGHIểNăC U 1.1 Đ C ĐI M Đ A Lụ T NHIểN KHU V C NGHIểN C U 1.1.1 Đ c m đ a lỦ t nhiên: a V trí đ a lỦ b Đ c m đ a hình c Đ c m đ a ch t 1.1.2 Đi u ki n khí t ợng, th y văn a Khí T ợng: b Th y Văn: 12 c.Các đ c tr ng th y văn dòng ch y 14 d Ch đ th y tri u 18 e Tài li u nghiên c u 18 1.1.3 Tài nguyên thiên nhiên 19 a Tài nguyên đ t 19 b Tài nguyên rừng 19 c Tài nguyên khoáng s n 19 d Tài nguyên n c 20 e Tài nguyên du l ch 20 1.2 Đi u ki n kinh t xư h i 20 1.2.1 Tình hình dân sinh kinh t 20 a Dân s l c l ợng lao đ ng 20 b D ch v y t 21 iii c Giáo d c, đào t o: 22 d Tình tr ng kinh t : 23 1.2.2 Tình hình s n xu t nơng nghi p 24 a Sử d ng đ t hi n t i: 24 b Hi n tr ng s n xu t nông nghi p: 25 1.2.3 Cơ s h tầng: 28 a Giao thông: 28 b B u vi n thông: 28 c.Th ơng nghi p: 28 d Ho t đ ng du l ch d ch v khác: 28 e Cung c p n n c 28 1.3 Tình hình thiên tai thi t h i khu v c nghiên c u 29 1.3.1 Hi n tr ng ng p l t thi t h i 29 1.3.2 Các tr n l t l ch sử 31 CH NGă 2:ă XỂYă D NGă MỌă HỊNHă TH Yă VĔNă CHOă L Uă V Că SÔNG KÔN- HÀ THANH 34 2.2 Mơ hình th y văn 34 2.2.1 T ng quan v mơ hình th y văn 34 2.2.2 Các lo i mơ hình th y văn ph bi n hi n 37 a Mơ hình MIKE-NAM 37 b Mơ hình HEC- HMS 41 c Mơ hình SWAT 45 c Mơ hình MIKE-SHE 48 2.2 Phân tích l a chọn mơ hình 50 2.2.1 Xây d ng, hi u ch nh ki m đ nh mơ hình 51 a Xây d ng mơ hình 51 b Hi u ch nh mơ hình 55 c Ki m đ nh mơ hình 57 CH NGă3 MỌăPH NGăDọNGăCH YăTRONGăCỄCăK CHăB NăKHI XÉTăĐ NăBI NăĐ IăKHệ H U 59 3.1 T ng quan v bi n đ i khí h u 59 3.2 Cơ s khoa học c a bi n đ i khí h u 59 3.2.1 Nguyên nhân c a bi n đ i khí h u 59 a Bi n đ i khí h u y u t t nhiên 59 b Bi n đ i khí h u tác đ ng c a ng i 59 c K ch b n n ng đ khí nhà kính 61 iv 3.1.2 Bi n đ i khí h u quy mơ toàn cầu 61 a Nhi t đ 61 b L ợng m a 63 3.1.3 Bi u hi n c a bi n đ i khí h u Vi t Nam 64 a Nhi t đ 64 b L ợng m a 65 3.1.4 K ch b n bi n đ i khí h u cho Vi t Nam 67 a V nhi t đ 67 b V l ợng m a 69 3.2 Mơ ph ng dịng ch y ng v i tr ng hợp bi n đ i khí h u 71 3.2.1 Xây d ng k ch b n bi n đ i khí h u cho khu v c nghiên c u 71 3.2.2 Đánh giá s thay đ i dòng ch y h th ng sông Kon ậ Hà Thanh 72 3.2.3 Dòng ch y lũ 80 K t qu thay đ i tần su t lũ (Hình 3.32 đ n hình 3.39) 80 3.2.4 Dịng ch y ki t 84 K t qu thay đ i tần su t ki t (Hình 3.40 đ n hình 3.47) 84 K T LU N & KI N NGH 88 I K T LU N 88 II KI N NGH 89 TÀI LI U THAM KH O 90 v TÓM T T Trong nh ng năm gần đây, s bi n đ i v dòng ch y c a l u v c sơng đư có nh ng nh h ng ngày b t lợi đ i v i vi c c p n c cho ngành dùng n c S gia tăng lũ l t vào mùa m a thi u n c vào mùa khô, tr l ợng n c ngầm ngày suy gi m nh h ng c a bi n đ i khí h u s thay đ i đáng k c a th m ph th c v t Do đó, bi t đ ợc di n bi n c a dòng ch y, nhà qu n lý có th đ a nh ng quy t đ nh quy ho ch sử d ng tài nguyên n c hợp lỦ hơn, đơn v qu n lý khai thác cơng trình th y lợi s u ch nh ch đ làm vi c c a h ch a, nâng cao l c ph c v t i c p n c sinh ho t nh thích ng v i bi n đ i khí h u M c tiêu c a nghiên c u nhằm đánh giá s thay đ i c a dòng ch y t i t i l u v c sơng Kone ậ Bình Đ nh d i tác đ ng c u bi n đ i khí h u K t qu nghiên c u không nh ng ph c v cho công tác quy ho ch sử d ng ngu n n c mà cịn đánh giá tính hợp lý c a mơ hình tính tốn Đ ng th i nghiên c u đ a k ch b n bi n đ i l ợng m a t ơng lai đ đánh giá s tác đ ng đ n dòng ch y, t o s cho nhà qu n lý có chi n l ợc cân lợi gi a phát n nhu cầu n c cho h l u ABSTRACT In recent years, changes in the flow of river basins have had an increasingly unfavorable impact on water supply for water use Increasing floods in the rainy season and lack of water in the dry season, groundwater reserves are declining due to the effects of climate change and significant changes in vegetation cover As a result of the flow of information, managers can make more informed decisions about water resource use, and the management units of irrigation schemes will adjust the working capacity of the reservoir, improving the capacity of irrigation and domestic water supply as well as adaptation to climate change The objective of this study is to evaluate the change of flow in the Kone - Binh Dinh basin under the impact of climate change Research results not only serve the planning of water resources but also evaluate the reasonableness of the calculation models At the same time, the study also provides future climate scenarios to assess the impact on the flow, providing a basis for managers to strategically balance the benefits of electricity generation and water demand vi DANH M C CÁC B NG B ng 1.1 Phân lo i đ t t ng hợp lo i đ t t nh Bình Đ nh B ng 1.2 M ng l i tr m quan trắc y u t khí t ợng - th y văn B ng 1.3 Các đ c tr ng nhi t đ c a khu v c nghiên c u B ng 1.4 Các đ c tr ng đ ẩm khơng khí trung bình c a khu v c d án 10 B ng 1.5 S gi nắng bình quân ngày tháng năm 10 B ng 1.6 V n t c gió bình quân tháng năm 10 B ng 1.7 V n t c gió m nh theo h ng theo tần xu t Pi (%) 10 B ng 1.8 L ợng b c đo ng Piche Zpic (mm) 11 B ng 1.9 L ợng b c m t n c Znc (mm) 11 B ng 1.10 Đ c tr ng hình thái l u v c sơng t nh Bình Đ nh 13 B ng 1.11 Đ c tr ng dòng ch y sông Kon ậ Hà Thanh 15 B ng 1.12 M c n c tri u max thi t k tr m Quy Nhơn ng v i tần su t 18 B ng 1.13 M c n c tri u thi t k tr m Quy Nhơn ng v i tần su t: 18 B ng 1.14 Tỷ l tăng dân s c a t nh 21 B ng 1.15 Dân s trung bình t nh theo đơn v huy n ĐV: 1000 ng i 21 B ng 1.16 Phân lo i l c l ợng lao đ ng 22 B ng 1.17: Hi n tr ng sử d ng đ t vùng h ng lợi h Đ nh Bình 24 B ng 1.18 Hi n tr ng c u tr ng vùng h ng lợi h Đ nh Bình 26 B ng 1.19 Th ng kê thi t h i lũ l t năm 1998 ậ 1999 huy n thu c l u v c sơng Cơn - Bình Đ nh 31 B ng 1.20 Th ng kê tr n lũ l ch sử c a t nh Bình Đ nh 31 B ng 2.1 Các thơng s hi u ch nh mơ hình SWAT 56 B ng 2.2 K t qu h s NASH 58 B ng 3.1 Đ c tr ng k ch b n, m c tăng nhi t đ so v i th i kỳ ti n công nghi p…… 61 B ng 3.2 Bi n đ i c c đ i c a l ợng m a mùa (%) so v i th i kỳ s 72 B ng 3.3 H s thay đ i l ợng m a th i kỳ so v i th i kỳ s theo k ch b n RCP4.5 72 B ng 3.4 H s thay đ i l ợng m a th i kỳ so v i th i kỳ s theo k ch b n RCP8.5 72 B ng 3.5 Di n tích l u v c so sánh 73 vii DANH M C CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: B n đ hành t nh Bình Đ nh Hình 1.2 B n đ đẳng tr m a c a t nh Bình Đ nh 11 Hình 1.3 B n đ phân b sơng ngịi tr m KTTV t nh Bình Đ nh 17 Hình 2.1: L u v c sông nh m t h th ng th y văn [19] 35 Hình 2.2 Sơ đ mơ hình hóa q trình th y văn cho l u v c 36 Hình 2.3: Sơ đ c u trúc c a mơ hình MIKE NAM 39 Hình 2.4: Bi u đ m a 43 Hình 2.5 C u trúc t ng qt c a mơ hình SWAT 46 Hình 2.6: Các q trình dịng ch y đ ợc mơ ph ng b i SWAT [26] 47 Hình 2.7: Sơ đ chu trình th y văn pha đ t [26] 47 Hình 2.8 C u trúc t ng quát c a mơ hình MIKE SHE 49 Hình 2.9 B n đ khu v c nghiên c u 52 Hình 2.10 B n đ sử d ng đ t khu v c nghiên c u 53 Hình 2.11 B n đ đ t khu v c nghiên c u 54 Hình 2.12 B n đ phân b m a theo ph ơng pháp đa giác Thái Sơn 55 Hình 2.13 Q trình dịng ch y th c đo mô ph ng t i tr m Bình T ng giai đo n hi u ch nh ( 1990-1999) 57 Hình 2.14 Quá trình dịng ch y th c đo mơ ph ng t i tr m Bình T ng giai đo n ki m đ nh (2000-2008) 58 Hình 3.1 Sơ đ truy n b c x dòng l ợng (W/m2) h th ng khí h u 60 Hình 3.2 N ng đ khí CO2, áp su t riêng c a CO2 b m t đ i d ơng n ng đ PH 60 Hình 3.3 Chuẩn sai nhi t đ trung bình tồn cầu th i kỳ 1850-2012 (so v i th i kỳ 1961-1990) 62 Hình 3.4 Chuẩn sai nhi t đ trung bình tồn cầu (oC) th i kỳ 1950-2015 62 Hình Bi n đ i c a nhi t đ trung bình năm th i kỳ 1901-2012 63 Hình 3.6 Bi n đ i c a l ợng m a năm th i kỳ 1901-2010 th i kỳ 1951-2010 64 Hình 3.7 Thay đ i nhi t đ trung bình năm (oC) th i kỳ 1958-2014 65 Hình 3.8 Thay đ i l ợng m a năm (%) th i kỳ 1958-2014) 66 Hình 3.9 Bi n đ i c a nhi t đ trung bình năm (oC) theo k ch b n RCP4.5 67 viii Hình 3.10 Bi n đ i c a nhi t đ trung bình năm (oC) theo k ch b n RCP8.5 68 Hình 3.11 K ch b n bi n đ i nhi t đ trung bình năm(oC) khu v c Nam Trung B 69 Hình 3.12 Bi n đ i c a l ợng m a năm theo k ch b n RCP4.5 70 Hình 3.13 Bi n đ i c a l ợng m a năm theo k ch b n RCP8.5 70 Hình 3.14 K ch b n bi n đ i l ợng m a năm (%) khu v c Nam Trung B 71 Hình 3.15 B n đ v trí so sánh s thay đ i c a dòng ch y d i tác đ ng c a bi n đ i khí h u 73 Hình 3.16 Q trình thay đ i dịng ch y tác đ ng c a BĐKH t i đ p Đ nh Bình theo k ch b n RCP4.5 74 Hình 3.17 Quá trình thay đ i dòng ch y tác đ ng c a BĐKH t i đ p Đ nh Bình theo k ch b n RCP8.5 74 Hình 3.18 Q trình thay đ i dịng ch y tác đ ng c a BĐKH t i đ p Bình T ng theo k ch b n RCP4.5 75 Hình 3.19 Quá trình thay đ i dòng ch y tác đ ng c a BĐKH t i Bình T ng theo k ch b n RCP8.5 75 Hình 3.20 Q trình thay đ i dịng ch y tác đ ng c a BĐKH t i Kone theo k ch b n RCP4.5 76 Hình 3.21 Q trình thay đ i dịng ch y tác đ ng c a BĐKH t i Kone theo k ch b n RCP8.5 76 Hình 3.22 Quá trình thay đ i dòng ch y tác đ ng c a BĐKH t i Hà Thanh theo k ch b n RCP4.5 76 Hình 3.23 Quá trình thay đ i dịng ch y tác đ ng c a BĐKH t i Hà Thanh theo k ch b n RCP8.5 77 Hình 3.24 Tỷ l phần trăm thay đ i tác đ ng c a BĐKH so v i k ch b n n n RCP4.5 t i đ p Đình Bình 77 Hình 3.25 Tỷ l phần trăm thay đ i tác đ ng c a BĐKH so v i k ch b n n n RCP8.5 t i đ p Đình Bình 77 Hình 3.26 Tỷ l phần trăm thay đ i tác đ ng c a BĐKH so v i k ch b n n n RCP4.5 t i đ p Bình T ng 78 Hình 3.27 Tỷ l phần trăm thay đ i tác đ ng c a BĐKH so v i k ch b n n n RCP8.5 t i đ p bình T ng 78 36 Hình 2.2 Sơ đ mơ hình hóa q trình th y văn cho l u v c Trong ph m vi l u v c, mơ hình th y văn có th đ ợc đ nh nghĩa đơn gi n hóa theo đ nh lu t b o t n [30], nh sau: I = O + ΔS Trong đó: + I = dịng ch y vào + O = dòng ch y + ΔS = l ợng n c tr l i 37 Ph ơng trình cho th y m t th i kỳ nh t đ nh t i l u v c, t ng l u l ợng vào m t khu v c nh t đ nh ph i t ng l ợng dòng ch y từ khu v c c ng v i s thay đ i l u tr Ph ơng pháp lu n cho vi c áp d ng m t mơ hình đ mơ ph ng chu trình th y văn l u v c hầu h t tr ng hợp đ u đ ợc th hi n nh Hình 1.2 Ph ơng pháp đ ợc tóm tắt từ nghiên c u c a [32, 37, 38] Theo sơ đ này, đ nh nghĩa v n đ b c đóng m t vai trò quan trọng nghiên c u th y văn B c đ v ch v n đ t n t i l u v c Từ đó, nhà th y văn s ch m c tiêu mơ hình làm s cho vi c l a chọn mơ hình chuẩn b d li u Do đó, b c nh h ng đ n r t nhi u mơ hình đ ợc l a chọn, quy t đ nh c u trúc mơ hình Y u t th hai nh h ng đ n vi c l a chọn mơ hình d li u có s n Nghĩa cần ph i có đầy đ d li u th i l ợng h sơ đ phân tích thi t k d án th y văn 2.2.2 Các loại mơ hình thủy văn phổ biến Hi n nay, đư có r t nhi u phần m m th y văn đ ợc phát tri n Nh ng phần m m r t đa d ng đ ợc phát tri n s nhi u n n t ng lý thuy t khác đ t nh ng trọng tâm gi i quy t khác Nh ng khuôn kh c a lu n văn tác gi ch sâu vào m t s mơ hình th y văn thông d ng nh : MIKE-NAM, HECHMS, SWAT MIKE-SHE a Mơ hình MIKE-NAM ▪ T ng quan v mơ hình MIKE-NAM Mơ hình MIKE NAM mơ hình m a rào ậ dòng ch y đ ợc xây d ng vào kho ng năm 1982 t i khoa Th y văn, Vi n Kỹ thu t th y đ ng l c thu c tr ng đ i học kỹ thu t Đan M ch Nó đ ợc xem nh mơ hình dịng ch y t t đ nh, t p trung liên t c cho c l ợng m a ậ dòng ch y theo c u trúc kinh nghi m Mơ hình th y văn MIKE NAM mơ ph ng q trình m a ậ dòng ch y m t x y ph m vi l u v c sông MIKE NAM từ vi t tắt c a ti ng Đan M ch “NedborAfstromnings-Model”, có nghĩa mơ hình giáng th y dịng ch y NAM hình thành nên m t phần Mơđun m a - dịng ch y (RR - Rainfall Runoff) c a b mơ hình MIKE11 Mơđun m a - dịng ch y (RR) có th áp d ng đ c l p ho c sử d ng đ trình bày m t ho c nhi u l u v c tham gia, t o dòng ch y b sung vào m ng l i sông ▪ L ch sử pháp tri n mơ hình MIKE-NAM 38 Nam ch vi t tắt c a ch Đan M ch “Nedbor ậ Afstromming ậ Model”, nghĩa mơ hình m a ậ dịng ch y Mơ hình NAM thu c lo i mơ hình th y văn t t đ nh ậ nh n th c ậ g p, đ ợc xây d ng vào kho ng năm 1982 t i khoa Th y Văn Vi n kỹ thu t th y đ ng l c th y l c thu c tr ng Đ i học kỹ thu t Đan M ch Mơ hình MIKE NAM m t h th ng di n đ t cơng th c tốn học d i d ng đ nh l ợng đơn gi n th hi n tr ng thái c a đ t chu kỳ th y văn Mơ hình NAM cịn đ ợc gọi mơ hình mang tính xác đ nh, tính khái ni m khái quát v i yêu cầu d li u đầu vào trung bình Mơ hình MIKE NAM đư đ ợc sử d ng t t nhi u nơi th gi i v i ch đ th y văn khí h u khác nh Borneo, Mantania, Srilanca, Thái Lan, n Đ Vi t Nam, mơ hình đư đ ợc nghiên c u sử d ng tính tốn d báo lũ nhi u h th ng sông Hi n mơ hình th y đ ng l c MIKE 11 (do Vi n Th y L c Đan M ch ậ DHI xây d ng , mơ hình MIKE NAM đư đ ợc tích hợp nh m t mơđun tính q trình dịng ch y từ m a ▪ Cơ s lỦ thuy t c a mơ hình MIKE-NAM [12, 40] C u trúc mơ hình NAM đ ợc th hi n Hình 2.1, mơ ph ng tầng ch a n c chu trình th y văn MIKE NAM mơ ph ng q trình m a - dịng ch y vi c tính tốn liên t c l ợng n c b n b ch a có quan h v i mà chúng di n t thành phần v t lỦ khác l u v c nh ng b ch a bao g m: b ch a t, b ch a m t, b ch a tầng sát m t (vùng r cây) cu i b ch a ngầm Trên s đầu vào khí t ợng, MIKE NAM t o đ ợc dòng ch y nh thông tin v thành phàn c a tầng đ t chu trình th y văn, nh s bi n đ i theo th i gian c a l ợng b c n c, l ợng ẩm c a đ t, trình th m vào n c ngầm, m c n c ngầm… k t qu dòng ch y l u v c đ ợc tách thành dòng ch y m t, dòng ch y sát m t dòng ngầm MIKE NAM xử lý m i l u v c nh m t đơn v đơn lẻ Do đó, thông s bi n di n t giá tr trung bình cho tồn b l u v c M t s thơng s mơ hình có th đ ợc đánh giá từ s li u v t lỦ l u v c, nh ng k t qu cu i ph i đ ợc xác đ nh vi c hi u ch nh mơ hình D li u đầu vào c a mơ hình m a, b c ti m năng, nhi t đ (ch áp d ng cho vùng có t) K t qu đầu c a mơ hình dòng ch y l u v c, m c n c ngầm thông tin khác chu trình thuỷ văn, nh s thay đ i t m th i c a đ ẩm c a đ t kh b sung n c ngầm Dòng ch y l u v c đ ợc phân m t cách gần thành dòng ch y m t, dòng ch y sát m t dòng ch y ngầm (Hình 2.3) 39 Hình 2.3: Sơ đ c u trúc c a mơ hình MIKE NAM - Bể tuyết (áp dụng cho vùng có tuyết) Giáng thuỷ s đ ợc gi l i b t nhi t đ d đ l n 0oC s chuy n xu ng b ch a m t CSNOWTEMPkhiTEMP Qmelt = 0khiTEMP i 0oC, cịn n u nhi t (2.1) Trong đó: CSNOW = mm/ngày/K h s t tan ngày - Bể chứa mặt L ợng ẩm b m t c a th c v t, nh l ợng n c n trũng b m t l u v c đ ợc đ c tr ng b i l ợng tr b m t Umax đ c tr ng cho gi i h n tr n c t i đa c a b L ợng n c, U, b ch a m t s gi m dần b c hơi, th t theo ph ơng nằm ngang (dịng ch y sát m t) Khi l ợng n c v ợt ng ỡng Umax, m t phần c a l ợng n c v ợt ng ỡng, PN s ch y vào su i d i d ng dòng ch y tràn b m t phần l i s th m xu ng b sát m t b ngầm - Bể sát mặt v̀ bể tầng rễ B thu c tầng r cây, l p đ t mà th c v t có th hút n Lmax đ c tr ng cho l ợng ẩm t i đa mà b có th ch a c đ thoát ẩm L ợng ẩm c a b ch a đ ợc đ c tr ng đ i l ợng L L ph thu c vào 40 l ợng t n th t thoát b c c a th c v t L ợng ẩm nh h l ợng n c s xu ng b n c ngầm đ b sung n c ngầm ng đ n - Bốc thoát Nhu cầu b c thoát n c tr c tiên đ tho mưn t c đ b c thoát ti m c a b ch a m t N u l ợng ẩm U b ch a m t nh nhu cầu này, s l y ẩm từ tầng r theo t c đ Ea Ea tỷ l v i l ợng b c thoát ti m Ep Ea = EpL/Lmax (2.2) - Dòng chảy mặt Khi b ch a m t tràn n c, U ≥ Umax l ợng n c v ợt ng ỡng PN s hình thành dịng ch y m t th m xu ng d i QOF m t phần c a P N, tham gia hình thành Dịng ch y m t, tỷ k thu n v i PN thay đ i n tính v i l ợng ẩm t ơng đ i, L/Lmax, c a tầng r cây: L / Lmax − TOF PN khiL / Lmax TOF CQOF QOF = − TOF 0khiL / Lmax TOF ( 2.3) Trong đó: - CQOF - h s dịng ch y m t (0 ≤ CQOF ≤ 1); - TOF - ng ỡng c a dòng ch y m t (0 ≤ TOF ≤ 1); Phần l i c a PN s th m xu ng tầng d i M t phần DL c a phần n c th m xu ng này, (PN - QOF), s làm tăng l ợng ẩm L c a b ch a tầng r Phần l i s thẩm th u xu ng tầng sâu đ b sung cho b ch a tầng ngầm - Dòng chảy sát mặt Dòng ch y sát m t, QIF, đ ợc gi thi t tỷ l thu n v i U bi n đ i n tính v i đ ẩm t ơng đ i c a b ch a tầng r L / Lmax − TIF UkhiL / Lmax TIF (CKIF ) − QIF = − TIF 0khiL / Lmax TIF Trong đó: - CKIF- Hàng s th i gian c a dòng ch y sát m t (0≤CQOF≤1); - TIF - giá tr ng ỡng c a dòng ch y sát m t (0 ≤ TOF ≤ 1); (2.4) 41 - Bổ sung dòng chảy ngầm L ợng n c th m xu ng G, b sung cho b ch a ngầm ph thu c vào đ ẩm c a đ t tầng r cây: L / Lmax − TG UkhiL / Lmax TG (PN − QOF) G = − TG 0khiL / Lmax TG (2.5) Trong đó: - TG - giá tr ng ỡng c a l ợng n c b sung cho tầng ngầm (0 ≤ TG ≤ 1) - Lượng ẩm đất B ch a tầng sát m t bi u th l ợng n c có tầng r L ợng m a hi u qu sau trừ l ợng n c t o dòng ch y m t, l ợng n c b sung cho tầng ngầm, s b sung tăng đ ẩm c a đ t tầng r L m t l ợng DL DL = PN - QOF ậ G (2.6) b Mơ hình HEC- HMS ▪ T ng quan v mơ hình HEC-HMS Mơ hình HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center- Hydrologic Modeling System) đ ợc phát tri n từ mơ hình HEC-1 đ ợc vi t từ nh ng năm 1968, t p th kỹ s th y văn thu c quân đ i Hoa Kỳ Nghiên c u V lý thuy t, mơ hình HEC-HMS d a s lý lu n c a mô hinh HEC1: Nhằm mơ ph ng q trình m a-dịng ch y Mơ hình bao g m hầu h t ph ơng pháp tính dịng ch y l u v c di n tốn, phân tích đ ng tần su t l u l ợng, cơng trình x h ch a vỡ đ p c a mơ hình HEC-1 Nh ng ph ơng pháp tính tốn m i đ ợc đ c p mơ hình HEC-HMS: Tính tốn đ ng trình liên t c th i đo n dài tính tốn dịng ch y phân b s ô l i c a l u v c Vi c tính tốn liên t c có th dung m t b ch a đơn gi n bi u th đ ẩm c a đ t hay ph c t p mơ hình b ch a, bao g m s tr n c tầng cùng, s tr n c b m t, l p đ t hai tầng ngầm Dịng ch y phân b theo khơng gian có th đ ợc tính tốn theo s chuy n đ i phân b phi n (Mod Clak) c a m a th m b n HEC-HMS có thành phần phân tích th y văn, l u tr s li u, công c qu n lý b n ghi Ch ơng trình đư k t hợp ngơn ng l p trình C, C++ Fortran ▪ L ch sử phát tri n c a mơ hình HEC-HMS 42 Mơ hình HEC s n phẩm c a t p th kỹ s thuỷ văn thu c quân đ i Hoa Kỳ HEC-1 đư góp phần quan trọng vi c tính tốn dịng ch y lũ t i nh ng sơng nh khơng có tr m đo l u l ợng Tính cho đ n th i m này, đư có khơng đ tài nghiên c u kh ng d ng th c t Tuy nhiên, HEC-1 đ ợc vi t từ nh ng năm 1968, ch y môi tr ng DOS, s li u nh p không thu n ti n, k t qu in khó theo dõi Hơn n a, đ i v i nh ng ng i không hi u sâu v ch ơng trình ki u Format th ng r t lúng túng vi c truy xu t k t qu mơ hình n u khơng mu n làm th công Do v y, HEC-HMS m t gi i pháp, đ ợc vi t đ “ch y” môi tr ng Windows, h u hành r t quen thu c v i ng i Phiên b n c a HECHMS version 2.0, công b năm 2000, hi n phiên b n m i nh t c a HEC- HMS version 3.4 ▪ Cơ s lỦ thuy t c a mô hình HEC-HMS [10, 34, 42] Mơ hình HEC-HMS đ ợc sử d ng đ mơ ph ng q trình m a- dịng ch y x y m t l u v c c th Ta có th bi u th mơ hình sơ đ sau: Đ ng lũ đơn v T n th t(P) M a (X) > Dòng ch y (Y) -> Đ Y=X-P ng q trình lũ (Q~t) qp Ta có th hình dung b n ch t c a s hình thành dịng ch y c a m t tr n lũ nh sau: Khi m a bắt đầu rơi cho đ n m t th i m ti đó, dịng ch y m t ch a đ ợc hình thành, l ợng m a ban đầu t p trung cho vi c làm t b m t th m Khi c ng đ m a v ợt c ng đ th m (m a hi u qu ) b m t bắt đầu hình thành dịng ch y, ch y tràn b m t l u v c, sau t p trung vào m ng l i sông su i Sau đ vào sơng, dịng ch y chuy n đ ng v h l u, trình chuy n đ ng dòng ch y b bi n d ng nh h ng c a đ c m hình thái đ nhám lịng sơng Mưa M a đ ợc sử d ng đầu vào cho q trình tính tốn dịng ch y c a l u v c Mơ hình HEC- HMS mơ hình thơng s t p trung, m i l u v c có m t tr m đo m a đ i di n L ợng m a đ ợc xem m a bình quân l u v c (phân b đ ng đ u toàn l u v c) Dù m a đ ợc tính theo cách đ u t o nên m t bi u đ m a nh Hình 2.2 Bi u đ m a bi u th chi u sâu l p n c trung bình m t th i đo n tính tốn (Ví d nh hình 2.4) Ph ơng pháp tính l ợng m a trung bình di n tích tính tốn g m có: ph ơng pháp trung bình s học ph ơng pháp trung bình có trọng s ; ph ơng pháp sau cịn có th chia ra: ph ơng pháp đa giác Thiessen, ph ơng pháp đ ng đẳng tr m a (mm/gi ) C ngăđ ăm a 43 t0 t1 t2 t3 t4 t5 Th i gian (gi ) Hình 2.4: Bi u đ m a - Mưa tính theo phương pháp trung bình số học L p n c m a trung bình l u v c giá tr trung bình s học c a l ợng m a t i tr m đo m a nằm l u v c n − X = i =1 X( i ) (2.7) n Trong đó: - Xi: l ợng m a t i tr m th i - n: s tr m đo m a l u v c - Mưa tính theo phương pháp trung bình có trọng số: - Ph ơng pháp đa giác Thiessen: Trọng s h s tỷ l gi a phần di n tích c a l u v c m t tr m m a nằm l u v c ho c bên c nh l u v c đ i bi u v i tồn b di n tích l u v c X n − X= i =1 f i fi (2.8) b i =1 i - Ph ơng pháp đ ng đẳng tr m a: Trọng s di n tích kẹp gi a hai đ ng đẳng tr m a tính l ợng m a trung bình theo cơng th c (2.8) Trong đó: Xi l ợng m a trung bình c a hai đ ng đẳng tr m a k nhau, fi di n tích b ph n nằm gi a hai đ ng y T n th t N c m a n trũng th m đ ợc gọi l ợng t n th t mơ hình HECHMS L ợng n trũng th m đ ợc bi u th l ợng tr n c b m t c a hay c , l ợng tích đọng c c b b kênh đóng vai trò quan trọng vi c 44 chuy n l ợng m a hi u qu thành dòng ch y Mơ hình b ch a n tính s bi u th chung c a tác đ ng t i s tr Mơ hình bắt đầu v i ph ơng trình liên t c V i mơ hình b ch a n tính l ợng tr t i th i m t có quan h v i dòng ch y nh saum t đ t, v t n t, k h ho c m t đ t n c khơng t di chuy n nh dòng ch y m t đ t Th m bi u th s di chuy n c a n c xu ng nh ng vùng nằm d i b m t đ t Chuy năđ i dòng ch y N trong: c đ ợc tr m t th i đo n ngắn khu v c: đ t, b m t dS = I (t) − Q(t) dt (2.9) dS dt St = k * Qt Trong đó: - k h s tr c a b ch a n tính (là s ) K t hợp gi i hai ph ơng trình dùng l ợc đ sai phân đơn gi n: Qt = CAI A + CBQt −1 (2.10) - CA, CB: h s di n tốn, đ ợc tính theo: CA = t k + 0.5t CB = − CA − Dòng ch y trung bình th i đo n t: Q = Qt −1 + Qt Công th c (2.10) dòng ch y t i m t vi phân di n tích, gi sử l u l ợng truy n đ n n cửa không b bi n d ng V n đ l i th i gian từ vi phân di n tích t i n cửa l u v c Dòng ch y cửa t p hợp c a l u l ợng đ n m t lúc, m i l u v c cần xác đ nh đ ng cong phân b di n tích- th i gian ch y truy n đ tính l u l ợng cửa Tính tốn dịng ch y ng m Dịng ch y sơng bao g m hai thành phần: dòng ch y m t n c m a cung c p, dòng ch y ngầm ngu n n c ngầm cung c p Dòng ch y ngầm không đo đ c tr c ti p mà ch tính theo suy đốn hợp lý 45 Mơ hình HEC-HMS cung c p ph ơng pháp tính dòng ch y ngầm: Ph ơng pháp cắt n c ngầm, Ph ơng pháp dòng ch y ngầm n đ nh theo tháng Ph ơng pháp h ch a n tính (Linear Reservoir) Di n tốn dịng ch y Di n tốn lũ đ ợc dùng đ tính tốn s di chuy n sóng lũ qua đo n sông h ch a Hầu h t ph ơng pháp di n tốn lũ có HEC-HMS d a ph ơng trình liên t c quan h gi a l u l ợng l ợng tr Nh ng ph ơng pháp Muskingum, Muskingum- Cunge, Puls c i ti n (Modified Puls), sóng đ ng học (Kinematic Wave) Lag Trong t t c nh ng ph ơng pháp trình di n toán đ ợc ti n hành m t nhánh sông đ c l p từ th ợng l u xu ng h l u, nh h ng c a n c v t c n đ ng m t n c nh n c nh y hay sóng đ u khơng đ ợc xem xét c Mơ hình SWAT ▪ T ng quan v mơ hình SWAT SWAT mơ hình th y văn bán phân ph i đ ợc thi t k đ d báo nh ng nh h ng c a th c hành qu n lý sử d ng đ t đ n n c, s b i lắng l ợng hóa ch t sinh từ ho t đ ng nông nghi p nh ng l u v c r ng l n ph c t p kho ng th i gian dài M t nh ng mơ-đun c a mơ hình mơ ph ng dòng ch y từ m a đ c tr ng v t lý l u v c K t qu mơ ph ng dịng ch y từ SWAT có th h trợ cho c nh báo lũ l u v c sông SWAT công c đánh giá n c đ t, đ ợc xây d ng b i ti n sĩ Jeff Arnold Trung tâm ph c v nghiên c u nông nghi p (ARS) thu c B Nông nghi p Hoa Kỳ (USDA) SWAT mơ hình c p đ l u v c, đ ợc thi t k đ d báo nh ng nh h ng c a th c hành qu n lý sử d ng đ t đ n n c, s b i lắng l ợng hóa ch t sinh từ ho t đ ng nông nghi p nh ng l u v c r ng l n ph c t p kho ng th i gian dài Mơ hình s t p hợp nh ng phép toán h i quy đ th hi n m i quan h gi a giá tr thông s đầu vào thông s đầu Các thành phần c a mơ hình bao g m th i ti t, th y văn, tính ch t nhi t đ c a đ t, s phát tri n tr ng, d ỡng ch t, thu c trừ sâu, vi khuẩn mầm b nh, qu n lý đ t đai (Chi ti t nh hình 2.5) 46 Hình 2.5 C u trúc t ng qt c a mơ hình SWAT ▪ L ợc sử phát tri n mơ hình SWAT [41] S phát tri n c a SWAT n l c c a Trung tâm Ph c v Nghiên c u Nông nghi p (ARS) thu c B Nông nghi p Hoa Kì (USDA) gần 30 năm qua SWAT tích hợp nhi u mơ hình c a USDA - ARS, bao g m: mơ hình H th ngQu n lý Nơng nghi p v hóa ch t, dịng ch y xói mịn (CREAMS), mơ hình H th ng Qu n lý Nông nghi p v nh h ng c a s tích tr n c ngầm (GLEAMS) mơ hình Chính sách Khí h u v Tác đ ng Mơi tr ng (EPIC) Mơ hình SWAT th h ti p n i c a mơ hình Mơ ph ng Tài nguyên n c L u v c Nông thôn (SWRRB), đ ợc thi t k đ mô ph ng tác đ ng c a ho t đ ng qu n lý lên n c v n chuy n phù sa cho nh ng l u v c nơng thơn khơng có h th ng quan trắc t i Hoa Kì Từ đ i vào đầu th p niên 90 th k XX, SWAT đ ợc nghiên c u m r ng kh Đ n nay, mơ hình SWAT đư tr i qua phiên b n: SWAT94.2, SWAT96.2, SWAT98.1, SWAT99.2, SWAT2000, SWAT2005, SWAT2009 m i nh t SWAT2012 ▪ Cơ s lý thuy t mơ hình SWAT [2, 26, 41] Cho dù nghiên c u v n đ SWAT cân n c v n l c chi ph i phía sau t t c nh ng th xu t hi n l u v c Đ d báo xác s di chuy n c a thu c trừ sâu, phù sa d ỡng ch t chu trình th y văn đ ợc mô ph ng b SWAT cần 47 ph i phù hợp v i nh ng di n bi n x y l u v c Mô hình th y học l u v c đ ợc phân chia m i ti u l u v c sơng Pha n c c a chu trình th y văn nh hình 2.6: ki m sốt q trình di chuy n c a dịng n c, q trình b i lắng, v.v…di n thơng qua h th ng sơng ngịi c a l u v c đ n cửa x Hình 2.6: Các trình dịng ch y đ ợc mơ ph ng b i SWAT [26] Hình 2.7: Sơ đ chu trình th y văn pha đ t [26] 48 Pha đ t c a chu trình th y văn SWAT mơ hình hóa chu trình n s ph ơng trình cân n c sau [25]: c d a SWt = SWo + ∑ (Rday ứ Qsurf ứ Ea ứ wseep ứ Qgw) (2.11) Trong đó: l ợng n c đ t t i th i m t (mm H2O) - SWo : i (mmH2O) l ợng n c đ t t i th i m ban đầu ngày th - T : th i gian(ngày) - Rday : l ợng n - Qsurf : l ợng dòng ch y b m t ngày th i (mmH2O) - Ea : l ợng n c b c ngày th i (mm H2O) - wseep : (mmH2O) l ợng n c th m vào vùng ch a bưo hòa ngày th i - Qgw : H2O) l ợng n - SWt : c m a ngày th i (mm H2O) c ngầm ch y sông ngày th i (mm Quá trình chia nh l u v c thành ti u l u v c HRUs làm cho vi c mô t cân n c thêm đ xác t t Trình t b c SWAT mơ ph ng chu trình th y văn pha đ t đ ợc th hi n Hình 2.5 Các d li u đầu vào ti n trình liên quan đ n pha đ t c a chu trình th y văn bao g m: khí h u, th y văn, th c ph / s phát tri n tr ng, xói mịn, d ỡng ch t, thu c trừ sâu, qu n lý c Mơ hình MIKE-SHE Tải FULL (113 trang): https://bit.ly/42ZW72W Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net ▪ T ng quan v mơ hình MIKE SHE M c tiêu cung c p thông tin khoa học đ t i u hóa quy ho ch d án tài nguyên n c, đ c tính tác đ ng c a th hóa, thay đ i sử d ng đ t, phát tri n s h tầng v quy trình thuỷ văn phát tri n qu n lỦ tài nguyên n c châu Âu vào th p niên 70, Mơ hình thuỷ văn t p trung vào mơ hình l u v c phân b d a v t lý cần thi t Mơ hình hy vọng s có kh v ợt qua đ ợc nhi u thi u sót liên quan đ n ph ơng pháp đơn gi n t i th i m Trên s yêu cầu có nh ng lu n c khoa học ph c v cho công tác quy ho ch tài nguyên n c, đánh giá tác đ ng c a th hóa, s thay đ i th m ph , nh s phát tri n s h tầng đ i v i trình th y văn khu v c châu Âu, mơ hình th y 49 văn đ c tr ng cho khu v c đư đ ợc phát tri n, mơ hình Système Hydrologique Européen cịn gọi SHE Mơ hình s n phẩm liên k t Vi n Th y văn Anh (British Institute of Hydrology, UK), Vi n th y l c Đan M ch (The Danish Hydraulic Institute) công ty t v n SOGREAH, Pháp (the French Consulting Company SOGREAH) d i s h trợ tài c a y ban châu Âu (Abbott et al., 1986) ▪ L ch sử phát tri n c a mơ hình MIKE-SHE Mơ hình SHE đ ợc xây d ng d a b n phát th o mà Freeze Harlan đ xu t vào năm 1969 đ mơ ph ng q trình th y văn l u v c [40] V lý thuy t, trình mơ ph ng đ ợc chia thành nhi u phần khác đ ợc gi i ph ơng trình t ơng ng Sau nhi u thử nghi m đ xác nh n ch t l ợng c a mơ hình v i nhi u nghiên c u n hình, phiên b n c a SHE đư bắt đầu ho t đ ng vào năm 1982 Từ đó, mơ hình SHE đư đ ợc ti p t c hoàn thi n m r ng b i DHI Water & Environment v i tên m i MIKE SHE Mơ hình đ ợc ti p t c phát tri n đ c i thi n ch t l ợng mô ph ng Ngày nay, MIKE SHE đ ợc xem nh m t công c hi u qu mô ph ng ch đ th y văn l u v c ▪ LỦ thuy t b n c a mơ hình MIKE-SHE [21, 36, 40] C u trúc t ng c a mơ hình MIKE SHE đ ợc th hi n nh Hình 2.7, theo đó, q trình th y văn đ ợc chia thành phần mơ hình MIKE SHE Mơ t phần đ ợc tóm tắt nh sau (Hình 2.8) Tải FULL (113 trang): https://bit.ly/42ZW72W Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net Hình 2.8 C u trúc t ng qt c a mơ hình MIKE SHE M a L ợng m a m t y u t quan trọng q trình th y văn Do đó, luôn yêu cầu d li u v i b t kỳ mơ hình th y văn D li u đầu vào 50 nh h ng nhi u đ n ch t l ợng mô ph ng Trong MIKE SHE, d li u l ợng m a có th đ ợc đ a vào nh m t giá tr không đ i ho c m t chu i th i gian tùy thu c hi n tr ng d li u m c tiêu mô ph ng MIKE SHE cung c p ba đ nh d ng phân b không gian cho d li u m a: đ ng nh t, d a vào tr m hay phân b Ngoài ra, MIKE SHE cịn có ch c khác giúp u ch nh l ợng m a nh p vào phù hợp v i th c t hơn, nh m a theo đ cao nh nh h ng c a t tan B căh i Trong cân n c, trình b c m t thành phần quan trọng Y u t bao g m trình bay trình n c Trong MIKE SHE l ợng b đ ợc tính tốn thơng qua d li u th i ti t th m th c v t MIKE SHE cung c p ba ph ơng pháp đ xác đ nh l ợng b c th c t (ET) Ph ơng pháp SVAT, Ph ơng pháp Kristensen Jensen, Ph ơng pháp cân hai l p Dịng khơng bão hịa ng v i dịng khơng bão hịa, MIKE SHE gi thi t ch t n t i dòng ch y theo chi u đ ng, dòng ch y theo chi u ngang r t nh nên có th b qua MIKE SHE cung c p b n l a chọn cho vi c mô ph ng thành phần này: Ph ơng pháp c a Richards, Ph ơng pháp dòng ch y trọng l c, Ph ơng pháp cân hai l p, Ph ơng pháp quy vùng bão hòa v d ng t p trung Dòng ch y m t: Trong MIKE SHE, dịng ch y m t đ ợc tính toán v i: Ph ơng pháp phần tử h u h n Ph ơng pháp bán phân b Dịng ch y sơng: Q trình đ ợc MIKE SHE mô ph ng thông qua s k t hợp v i MIKE 11 n Dòng ch y trongăđơăth : Đ i v i q trình dịng ch y h th ng c p thoát c, MIKE SHE sử d ng k t n i v i MIKE URBAN đ bi u di n Dòng ch y ng m: Thành phần đ ợc MIKE SHE mô ph ng v i hai ph ơng pháp Ph ơng pháp phần tử h u h n ph ơng pháp b ch a Cơng trình th y l i MIKE SHE có ch c tùy chọn cơng trình thuỷ lợi t o m t s ti u m c d li u cho thông s t i gi ng nh h ch a th y lợi đ ợc sử d ng đ mô t nơi mà n c đ n n c t i đ ợc áp d ng nh mơ hình 2.2 Phân tích l a ch n mơ hình Trên s c tiêu chuẩn khuy n ngh c a t ch c khí t ợng th gi i đ a b ng Tiêu chuẩn l a chọn mơ hình WMO đ xu t Wittwer [38] Xét tiêu chí c th nh c vào đ c tr ng c a l u v c nghiên c u, ta có th so sánh nh sau: 7740408