Nghiên cứu dự báo dòng chảy lũ trên sông vu gia thu bồn

Đồ án tốt nghiệp Đại học Ngành: Thủy văn Tài nguyên nước Mục lục Mục lục Danh sách hình vẽ Lời cảm ơn Mở đầu Chương ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÍ TỰ NHIÊN VÀ DÂN SINH KINH TẾ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu .9 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa chất thủy văn, thổ nhưỡng .10 1.2 Đặc điểm khí tượng thủy văn .11 1.2.1 Đặc điểm khí tượng, khí hậu .11 1.2.2 Đặc điểm thủy văn 16 1.3 Hiện trạng phát triển hồ chứa lưu vực sông 23 1.4 Đặc điểm dân sinh kinh tế: 26 1.5 Một số trận lũ điển hình 28 1.5.1 Tình hình ngập lụt .28 1.5.2 Phòng chống lũ tiêu thoát nước 29 1.5.3 Hiện trạng cơng trình thủy lợi 29 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO LŨ 31 2.1 Các phương pháp dự báo lũ .31 2.1.1 Phương pháp xu .31 2.1.2 Phương pháp mực nước, lưu lượng tương ứng 31 2.1.3 Phương pháp lượng trữ 32 2.1.4 Phương pháp phân tích thống kê 32 2.1.5 Phương pháp sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo .32 2.2 Phương pháp sử dụng mơ hình tốn .33 2.2.1 Lựa chọn mơ hình HEC- HMS 33 2.2.2 Giới thiệu mơ hình HEC- HMS .34 2.2.3 Lý thuyết mơ hình HEC- HMS 36 2.2.4 Khả mô hình 49 Chương ỨNG DỤNG MƠ HÌNH HEC-HMS CHO HỆ THỐNG SÔNG VU GIA – THU BỒN .51 3.1 Tài liệu thu thập tài liệu khí tượng- thủy văn: .51 3.1.1 Các tài liệu thu thập 51 3.1.2 Xử lý tài liệu 52 3.2 Ứng dụng mơ hình HEC - HMS dự báo lũ hạn ngắn lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn: 52 3.2.1 Chia lưu vực tính toán .52 3.2.2 Đưa lưu vực tính tốn vào mơ hình 53 3.2.3 Kết nối hệ thống lưu vực 53 3.2.4 Cơ sở liệu .54 3.2.5 Nhập số liệu vào mơ hình thơng qua chương trình: 55 3.2.6 Chạy mơ hình HEC - HMS 56 3.2.7 Các tiêu đánh giá phương án dự báo 57 3.3 Kết hiệu chỉnh mơ hình .59 Sinh viên: Mạc Thị Hân Trang Lớp: 47V Đồ án tốt nghiệp Đại học Ngành: Thủy văn Tài nguyên nước 3.3 Kết kiểm định sau 69 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .82 PHỤ LỤC 83 Tài liệu tham khảo 107 Sinh viên: Mạc Thị Hân Trang Lớp: 47V Đồ án tốt nghiệp Đại học Ngành: Thủy văn Tài nguyên nước Danh sách bảng biểu Bảng 1 Mạng lưới quan trắc Khí tượng- Khí hậu 12 Bảng Nhiệt độ khơng khí bình qn tháng trạm 13 Bảng Độ ẩm bình quân tháng trạm 13 Bảng Lượng bốc bình quân tháng trạm 14 Bảng Tốc độ gió bình qn tháng trạm 14 Bảng Số nắng bình quân ngày trạm 14 Bảng Lượng mưa trung bình nhiều năm trạm lưu vực 15 Bảng Nguồn nước sông thuộc Vu Gia- Thu Bồn 17 Bảng Mạng lưới trạm quan trắc Thủy văn .18 Bảng 10 Khả xuất lũ lớn năm vị trí trạm đo .21 Bảng 11 Thống kê đặc trưng lũ lưu vực sông 21 Bảng 12 Tổng lượng lũ lớn thời đoạn vị trí 23 Bảng 13 Các dự án hồ chứa lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn 25 Bảng 14 Thông số số hồ chứa lưu vực S Vụ Gia-Thu Bồn 25 Bảng 15 Dự kiến dân số lưu vực giai đoạn từ 2005÷2010 26 Bảng 16 Một số tiêu phát triển kinh tế xã hội thành phố Đà Nẵng 27 Bảng Thống kê trạm khí tượng- thủy văn hệ thống 51 Bảng 2: Chia lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn thành lưu vực .52 Bảng 3 Các trận lũ đưa vào mô hình 56 Bảng Tiêu chuẩn chất lượng phương án dự báo(QP 94/TCN-91) 59 Bảng Bộ thông số lưu vực phận năm 2005 61 Bảng Bộ thơng số diễn tốn đoạn sơng năm 2006 62 Bảng Chỉ tiêu đánh giá kết hiệu chỉnh nút năm 2005 62 Bảng Bộ thông số lưu vực phận năm 2006 65 Bảng Bộ thông số diễn tốn đoạn sơng năm 2006 65 Bảng 10 Các tiêu đánh giá kết hiệu chỉnh nút năm 2006 65 Bảng 11 Bộ thông số lưu vực phận năm 2007 .68 Bảng 12 Bộ thông số diễn tốn đoạn sơng năm 2007 .68 Bảng 13 Các tiêu đánh giá kết hiệu chỉnh nút năm 2007 68 Bảng 14 Bộ thông số chung cho lưu vực phận 69 Bảng 15 Bộ thông số chung đoạn sông sau hiệu chỉnh 69 Bảng 16 Các tiêu đánh giá kết hiệu chỉnh nút năm 2009 72 Bảng 17 Bộ thông số lưu vực phận năm 2006 .75 Bảng 18 Bộ thơng số diễn tốn đoạn sơng năm 2006 .75 Bảng 19 Các tiêu đánh giá kết hiệu chỉnh nút năm 2006 75 Bảng 20 Bộ thông số lưu vực phận năm 2007 .78 Bảng 21 Bộ thông số diễn tốn đoạn sơng năm 2007 .78 Bảng 22 Các tiêu đánh giá kết hiệu chỉnh nút năm 2007 78 Bảng 23 So sánh tiêu đánh giá kết nút năm 2006 với .79 Bảng 24 So sánh tiêu đánh giá kết nút năm 2007 .79 Bảng 25 Đánh giá tiêu chuẩn chất lượng phương án dự báo nút năm 2006 với thời gian dự kiến(Tdk) 6h 12h .79 Sinh viên: Mạc Thị Hân Trang Lớp: 47V Đồ án tốt nghiệp Đại học Ngành: Thủy văn Tài nguyên nước Danh sách hình vẽ Hình 1-1: Bản đồ lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn Hình 3-1 : Sơ đồ kết nối hệ thống lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn .54 Hình 3-2 : Đường trình thực đo tính tốn lưu vực 59 Hình 3-3 : Đường trình thực đo tính tốn lưu vực 60 Hình 3-4 : Đánh giá sai số tổng lượng đỉnh lũ đỉnh trình lũ lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn năm 2005 lưu vựcNông Sơn 60 Hình 3-5: Đánh giá sai số tổng lượng đỉnh lũ đỉnh q trình lũ lưu vực sơng Vu Gia- Thu Bồn năm 2005 lưu vực Thành Mỹ 61 Hình 3-6 : Đường q trình thực đo tính tốn trận 63 Hình 3-7 : Đường q trình thực đo tính tốn trận lũ 63 Hình 3-8: Đánh giá sai số tổng lượng đỉnh lũ đỉnh trình lũ lưu vực sơng Vu Gia- Thu Bồn năm 2006 lưu vực Nông Sơn 64 Hình 3-9 : Đánh giá sai số tổng lượng đỉnh lũ đỉnh trình lũ 64 Hình 3-10 : Đường trình thực đo tính tốn 66 Hình 3-11 : Đường q trình thực đo tính tốn trận lũ 66 Hình 3-12 : Đánh giá sai số tổng lượng đỉnh lũ đỉnh .67 Hình 3-13 : Đánh giá sai số tổng lượng đỉnh lũ đỉnh q trình lũ lưu vực sơng Vu Gia- Thu Bồn năm 2007 lưu vực Thành Mỹ 67 Hình 3-14 : Đường q trình thực đo tính tốn 70 Hình 3-15: Đường trình thực đo tính tốn 70 Hình 3-16: Đánh giá sai số tổng lượng đỉnh lũ đỉnh 71 Hình 3-17: Đánh giá sai số tổng lượng đỉnh lũ đỉnh 71 Hình 3-18 : Đường q trình thực đo tính tốn 73 Hình 3-19 : Đường q trình thực đo tính tốn 73 Hình 3-20 : Đánh giá sai số tổng lượng đỉnh lũ đỉnh .74 Hình 3-21 : Đánh giá sai số tổng lượng đỉnh lũ đỉnh .74 Hình 3-22 : Đường q trình thực đo tính tốn 76 Hình 3-23: Đường trình thực đo tính tốn .76 Hình 3-24 : Đánh giá sai số tổng lượng đỉnh lũ đỉnh .77 Hình 3-25 : Đánh giá sai số tổng lượng đỉnh lũ đỉnh .77 Sinh viên: Mạc Thị Hân Trang Lớp: 47V Đồ án tốt nghiệp Đại học Ngành: Thủy văn Tài nguyên nước Lời cảm ơn Sau thời gian nghiên cứu, tính tốn sở số liệu thu thập được, em hoàn thành Đồ án tốt nghiệp với tên đề tài: “Nghiên cứu dự báo dòng chảy lũ sơng Vu Gia- Thu Bồn” nhằm mục đích tính tốn dòng chảy lưu vực để dự báo dòng chảy lũ hạn ngắn hoàn thành vào tháng năm 2010 Trong tình làm đồ án, em nhận giúp đỡ tận tình thầy cô trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt thầy cô khoa Thủy văn Tài nguyên nước trường Đại học Thủy Lợi, cô chú, anh chị thuộc trung tâm dự báo khí tượng thủy văn Quốc Gia gia đình bạn bè Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Lai Trưởng khoa Thủy văn Tài nguyên nước- Trường đại học Thủy Lợi TS Đặng Thanh Mai- trung tâm dự báo khí tượng thủy văn Quốc Gia cung cấp số liệu nhiệt tình giúp đỡ góp ý cho em suốt thời gian hoàn thành đồ ấn Do đồ án thực thời gian có hạn, tài liệu tham khảo số liệu đo đạc thiếu thốn, kinh nghiệm thân hạn chế nên nội dung đồ án cịn nhiều thiếu sót Vì vậy, em mong nhận đóng góp q báu thầy giáo toàn thể bạn sinh viên để đồ án hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2010 Sinh viên thực Mạc Thị Hân Sinh viên: Mạc Thị Hân Trang Lớp: 47V Đồ án tốt nghiệp Đại học Ngành: Thủy văn Tài nguyên nước Mở đầu Nước ta nước nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nơi đổ nhiều bão lớn từ Biển Đông Như vậy, lũ lụt thiên tai thường xuyên nước ta Chúng ta khơng thể hạn chế tồn ảnh hưởng lũ gây Tuy nhiên làm giảm nhẹ thiệt hại lũ gây việc nâng cao khả dự báo lũ Dự báo lũ chiếm vị trí quan trọng khó khăn, tượng thủy văn nguy hiểm có khả gây tác hại đến kinh tế, giao thông, quốc phịng, hư hại cơng trình, làm chết người Vì vậy, dự báo lũ có liên quan trực tiếp đến cơng tác đạo bảo vệ sản xuất, bảo vệ sinh mạng, tài sản nhân dân, bảo vệ Tổ Quốc Dự báo lũ tốt giúp cho việc điều phối lượng lũ, phòng tránh lũ, biện pháp phân lũ, chậm lũ chủ động hạn chế thiệt hại Đối với lưu vực sông miền Trung nước ta, tốn dự báo lũ có ý nghĩa vơ quan trọng Vì đặc điểm sơng suối miền Trung có độ dài ngắn dốc lịng sơng lớn, vùng núi lịng sơng hẹp, bờ sơng dốc đứng, sơng có nhiều ghềnh thác nên có lũ xảy ra, lũ tập trung nhanh gây ảnh hưởng nặng nề tới kinh tế, xã hội Lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu chi phối sâu sắc yếu tố địa hình tạo cho vùng chế độ khí hậu dị thường Lũ lưu vực Vu Gia - Thu Bồn lớn nhanh địa hình sơng Vu Gia Thu Bồn dốc nằm vùng có lượng mưa lớn Do độ dốc lưu vực lớn, mực nước lũ lên nhanh vài Vì chỗ lưu vực dốc hẹp, tình trạng xói bồi bờ sơng mùa lũ khối lượng bồi tích nhiều, tượng sạt lở có xu hướng dịch chuyển dần hạ lưu, q trình xói lở, diễn mạnh lũ rút Sông Thu Bồn thường xuyên thay đổi dịng vị trí cửa sơng mùa lũ Năm 1996, thiệt hại tài sản lũ gây ước tính khoảng 220 tỷ đồng, 99 người thiệt mạng Trận lũ tháng 11/1999 gây thiệt hại nghiêm trọng cho lưu vực sông Thu Bồn Nước gập Quốc lộ sâu đến 1,5 m kéo dài từ 3-7 ngày Tổng diện tích bị ngập khoảng 1.000 km Mức độ biến hình lịng sơng ảnh hưởng lũ lớn điển hình cắt dòng Đại Cường năm 2001 làm biến đổi chế Sinh viên: Mạc Thị Hân Trang Lớp: 47V Đồ án tốt nghiệp Đại học Ngành: Thủy văn Tài ngun nước độ dịng chảy hai sơng Vu Gia Thu Bồn, 80% lưu lượng sông Vu Gia chảy vào sơng Thu Bồn, 20% cịn lại sơng chảy thành phố Đà Nẵng dẫn đến tình trạng gia tăng xâm nhập mặn, ảnh hưởng đến nguồn nước để đáp ứng nhu cầu tưới cho 10.000ha đất nông nghiệp thành phố Đà Nẵng Sau làm đập Đại Cường dòng chảy lần lại bị thay đổi, làm gia tăng xâm nhập mặn mùa khô gây thiếu nước cung cấp cho nông nghiệp, sinh hoạt…tại tỉnh Quảng Nam Để giảm thiểu tác hại lũ lụt gây tác hại khác xảy lưu vực tốn phức tạp địi hỏi quan tâm thích đáng nhiều cấp, ngành quốc gia sống lưu vực Trong cần giải tốn quy hoạch, quản lý nguồn nước, phịng lũ, cắt giảm lũ dự báo lũ cho hiệu nhiệm vụ quan trọng Do đó, việc dự báo lũ lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn có ý nghĩa khoa học thực tiễn to lớn cơng tác phịng chống giảm nhẹ thiên tai lưu vực Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, đồ án “Nghiên cứu dự báo dòng chảy lũ sông Vu Gia- Thu Bồn” tiến hành thử nghiệm phương pháp mơ hình để tìm phương án dự báo lũ phù hợp lưu vực Mục tiêu đồ án nghiên cứu áp dụng mơ hình toán thủy văn, để dự báo lũ hạn ngắn lưu vực sơng Vu Gia- Thu Bồn từ lựa chọn phương án dự báo lũ phù hợp lưu vực phục vụ cho cơng tác phịng chống lũ lụt Với mục tiêu đặt đồ án bao gồm nội dung sau:  Lời nói đầu: cần nêu rõ mục đích, u cầu, ý nghĩa việc xây dựng phương án dự báo, yêu cầu kĩ thuật phương án dự báo  Tóm tắt đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực, tình hình đoạn sơng, đặc điểm khí tượng thủy văn lưu vực có liên quan đến phương án dự báo  Phần thu thập số liệu Đánh giá chất lượng tài liệu khí tượng thủy văn sử dụng  Ứng dụng mơ hình tốn thủy văn, dự báo lũ lưu vực sông  Đánh giá để lựa chọn phương án dự báo lũ phù hợp lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn Sinh viên: Mạc Thị Hân Trang Lớp: 47V Đồ án tốt nghiệp Đại học Ngành: Thủy văn Tài nguyên nước Để đáp ứng mục tiêu đề ra, Đồ án áp dụng phương pháp tiếp cận, nghiên cứu, phân tích đánh giá sau : Kế thừa nghiên cứu cũ từ trước tới có nhiều đề tài nghiên cứu lĩnh vực dự báo lũ lĩnh vực khác có liên quan Do việc kế thừa, tham khảo đề tài, tài liệu, hồ sơ báo cáo có liên quan điều cần thiết để hồn thành tốt mục tiêu đồ án gắn liền với thực tiễn Với mục đích đề dự báo dịng chảy lũ hệ thống sông Vu Gia- Thu Bồn, đồ án sử dụng phương pháp mơ hình tốn để giải tốn Ngồi phần mở đầu, kết luận phụ lục, đồ án gồm chương, : Chương I : Điều kiện tự nhiên lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn; chương giới thiệu điều kiện địa lý tự nhiên, đặc điểm mạng lưới sông ngịi, đặc điểm khí hậu, điều kiện dân sinh kinh tế tình hình nghiên cứu khí tượng thủy văn lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn Đặc điểm lũ lưu vực sơng; chương phân tích hình gây mưa lớn, đặc điểm lũ cơng trình chống lũ lưu vực sơng Vu GiaThu Bồn Chương II : Tổng quan phương pháp dự báo lũ; chương trình bày số phương pháp thường dùng để dự báo lũ trình bày cụ thể phương pháp sử dụng đồ án Chương III: Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo lũ hạn ngắn lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn Nội dung chương ứng dụng mơ hình tốn để mơ dịng chảy lũ, xây dựng phương án dự báo lũ hạn ngắn lưu vực sơng Vu Gia- Thu Bồn, phân tích ngun nhân, tính hợp lý , đánh giá sai số cho phép, đánh giá chất lượng theo tiêu chuẩn phương án dự báo Sinh viên: Mạc Thị Hân Trang Lớp: 47V Đồ án tốt nghiệp Đại học Ngành: Thủy văn Tài nguyên nước Chương ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÍ TỰ NHIÊN VÀ DÂN SINH KINH TẾ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu 1.1.1 Vị trí địa lý Lưu vực sơng Vu Gia- Thu Bồn lưu vực lớn vùng dun hải miền Trung, nằm phía Đơng dãy Trường Sơn, có vị trí địa lý từ 16 055’÷ 14055’ vĩ độ Bắc đến 107015’÷108024’ độ kinh Đơng với tổng diện tích lưu vực 10.350 km2 diện tích tỉnh Kom Tum 560,5 km cịn lại chủ yếu thuộc địa phận tỉnh Quảng Nam thành phố Đà Nẵng Ranh giới lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn xác định bởi:  Phía Bắc giáp lưu vực sơng Cu Đê  Phía Nam giáp lưu vực sơng SêSan, sơng Trà Bồng  Phía Đông giáp biển Đông lưu vực sông Tam Kỳ  Phía Tây giáp Lào Hình 1-1: Bản đồ lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn Sinh viên: Mạc Thị Hân Trang Lớp: 47V Đồ án tốt nghiệp Đại học Ngành: Thủy văn Tài nguyên nước 1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa chất thủy văn, thổ nhưỡng Địa hình: Địa hình lưu vực sơng Vu Gia- Thu Bồn phức tạp có độ cao giảm từ Tây sang Đơng phân thành dạng vùng địa lý, bắt đầu phía Tây vùng núi Đơng Trường Sơn chiếm phần lớn lưu vực bao bọc núi cao phía: Bắc, Tây Nam, nối tiếp vùng đồi núi thấp có độ dốc sườn đồi 20 0÷ 300 giảm dần từ Tây sang Đơng; vùng đồi núi thấp vùng đông hẹp ven biển, cuối vùng bờ biển phía Đơng chủ yếu đồi cát Nhận xét: Địa hình ảnh hưởng lớn tới yếu tố khí tượng, yếu tố nhiệt- ẩm Cùng với tăng cao địa hình, nhiệt độ khơng khí giảm giần, lượng mưa độ ẩm khơng khí có xu tăng lên Mặt khác, độ dốc địa hình ảnh hưởng lớn tới tập trung dòng chảy sườn dốc Ta thấy lưu vực thượng lưu sông Vu Gia- Thu Bồn hầu hết vùng núi núi cao, độ dốc lớn thời gian tập trung dịng chảy ngắn lũ có khả ác liệt Thổ nhưỡng: Trong lưu vực sơng Vu Gia- Thu Bồn có 10 nhóm đất với 32 loại đất: Nhóm đất cát: Diện tích khoảng 33.420 chiếm 3,2% tổng diện tích tự nhiên Phân bố chủ yếu khu vực ven biển: TP Đà Nẵng, huyện: Duy Dun, Điện Bàn, Thăng Bình Nhóm đất mặn: Nhóm đất mặn có diện tích khoảng 9.300ha, chiếm 0,9% tổng diện tích Đất mặn phân bố vùng ven biển, khu vực cửa sông: Điện Bàn, Hội An, Duy Xun, Hịa Vang Thăng Bình Nhóm đất Phù Sa: Nhóm đất phù sa có diện tích khoảng 50.000 chiếm 4,8% diện tích đất tự nhiên Phân bố chủ yếu hạ lưu sông thuộc huyện đông số huyện trung du Nhóm đất phèn: Có diện tích khoảng 1.100 chiếm 0.1% diện tích, phân bố huyện Điện Bàn, Thăng Bình Nhóm đất xám bạc màu: Diện tích vào khoảng 42.500 ha, chiếm 4,1% diện tích tự nhiên Chủ yếu phát triển phù sa cổ, đá mác ma axit đá cát Phân bố tập trung Quế Sơn, Thăng Bình Sinh viên: Mạc Thị Hân Trang 10 Lớp: 47V