MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Mục tiêu của đồ án 2 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 3. Phương pháp nghiên cứu 2 4. Nội dung nghiên cứu 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LƯU VỰC SÔNG SRÊPÔK 3 1.1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 3 1.1.1. Vị trí địa lý 3 1.1.2. Đặc điểm địa hình 3 1.1.3. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng 4 1.1.4. Thảm phủ thực vật 5 1.1.5. Đặc điểm khí tượng thủy văn 6 1.1.5.1. Đặc điểm khí hậu 6 1.1.5.2. Chế độ thủy văn 12 1.1.5.3. Mạng lưới sông ngòi 16 1.1.5.4. Mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn 17 1.1.6. Nhận xét chung về điều kiện tự nhiên 20 1.2. ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ XÃ HỘI 20 1.2.1. Dân số và sự phân bố dân cư 20 1.2.2. Đặc điểm văn hóa xã hội 21 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1. TỔNG QUAN VỀ DỰ BÁO THỦY VĂN 25 2.1.1. Khái niệm về dự báo thủy văn 25 2.1.1.1. Dự báo hạn ngắn 25 2.1.1.2. Dự báo hạn dài 26 2.1.2. Các khái niệm cơ bản và nguyên tắc chung về xây dựng phương án dự báo thuỷ văn 26 2.1.3. Đánh giá sai số dự báo yếu tố 28 2.1.4. Đánh giá phương án dự báo 32 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO THƯỜNG DÙNG Ở VIỆT NAM 33 2.2.1. Phương pháp xu thế 33 2.2.2. Phương pháp tương quan mực nước, lưu lượng tương ứng 34 2.2.3. Phương pháp lượng trữ: đoạn sông đặc trưng, Muskingum 34 2.2.4. Phương pháp phân tích thống kê 35 2.2.5. Phương pháp sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo: BPNN, GA, Fuzzy logic 35 2.2.6. Phương pháp sử dụng mô hình thủy văn, thủy lực: TANK, NAM, SSARR 36 2.3. LỰA CHỌN MÔ HÌNH 36 2.4. TỔNG QUAN CÁC MÔ HÌNH TOÁN SỬ DỤNG 37 2.4.1. Cơ sở lý thuyết của mô hình MIKE NAM 37 2.4.2. Mô hình thủy lực MIKE 11 (MIKE 11 HD) 41 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG SRÊPÔK 43 3.1. THU THẬP VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 43 3.2 THIẾT LẬP MÔ HÌNH THỦY VĂN MIKE NAM 44 3.2.1. Phân chia lưu vực 44 3.2.2. Chạy mô hình 47 3.2.3. Nhận xét, đánh giá 56 3.4. THIẾT LẬP MÔ HÌNH THỦY LỰC MIKE 11 56 3.4.1. Thiết lập mạng lưới sông cho mô hình MIKE 11 56 3.4.2 Thiết lập mặt cắt cho mô hình MIKE 11 57 3.4.3. Thiết lập điều kiện biên 58 3.4.4. Thiết lập modun thủy lực 59 3.4.5. Thiết lập Simulation 60 3.4.6. Chạy mô hình 60 3.4.7. Nhận xét, đánh giá 64 3.5. DỰ BÁO THỬ NGHIỆM 64 3.5.1. Quy trình dự báo lũ trên sông Srêpôk 64 3.5.2. Dự báo thử nghiệm và kết quả dự báo thử nghiệm 65 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC 71
LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cám ơn chân thành trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, các thầy cô trong khoa Khí tượng Thủy văn đã quan tâm, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong suốt quá trình học tập và giúp em hoàn thành tốt đồ án này Đặc biệt em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến PGS.TS Huỳnh Phú, Th.s Phạm Văn Tuấn, tập thể lớp ĐH2T đã trực tiếp hướng dẫn, nhiệt tình giúp đỡ và động viên em để em có thể hoàn thành tốt đồ án Trong quá trình thực hiện đồ án, mặc dù em đã rất cố gắng nhưng không tránh khỏi gặp phải những thiếu sót Vì vậy, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để em có thể hoàn thiện đồ án được tốt hơn Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Sinh viên Vũ Thị Thảo MỤC LỤC 2 DANH MỤC BẢNG 3 DANH MỤC HÌNH 4 MỞ ĐẦU Nước là tài nguyên quan trọng nhất của loài người và sinh vật trên Trái Đất Viện sĩ Xiđorenko khẳng định “nước là loại khoáng sản quý hơn các loại khoáng sản” Vai trò quan trọng của nước thể hiện rõ nét trong tất cả các mặt của đời sống con người: nước chiếm 99% trọng lượng sinh vật sống trong môi trường nước và 44% trọng lượng cơ thể con người, ngoài chức năng tham gia vào chu trình sống trên, nước còn mang năng lượng (hải triều, thủy năng, chất mang vật liệu và là tác nhân quan trọng điều hòa khí hậu, thực hiện các chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên) Có thể nói, sự sống của con người và mọi sinh vật trên Trái Đất phụ thuộc vào nước Hiện nay do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đã gây ảnh hưởng đến cả số lượng và chất lượng nguồn nước, đó là sự suy giảm và sự thay đổi số lượng và chất lượng của dòng chảy năm, dòng chảy lũ, dòng chảy kiệt trên các con sông, trên hệ thống các lưu vực Tài nguyên nước là đặc biệt quan trọng nhưng cũng là hiểm họa hàng đầu nếu như xảy ra những thiên tai liên quan đến dòng chảy Do đó, chúng ta phải biết khai thác, sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên nước và tìm cách hạn chế tác hại của nước gây ra Muốn hạn chế được tác hại của nước, điều cần thiết là phải biết trước được các hiện tượng để từ đó đưa ra phương pháp xử lý phù hợp Dự báo thủy văn – một chuyên ngành thủy văn ứng dụng đã ra đời để đáp ứng yêu cầu đó dựa trên các thông tin đã biết để dự báo các hiện tượng xảy ra trong tương lai Lũ lụt là một trong những thiên tai liên quan đến dòng chảy, nó đã trở thành thiên tai gây nên những thiệt hại rất nghiêm trọng về người và tài sản đồng thời gây ra tác động xấu đến môi trường tự nhiên Bởi vậy, dự báo lũ là một vấn đề quan trọng Dự báo lũ kịp thời và chính xác sẽ mang lại hiệu quả rõ rệt tới các ngành mà nó phục vụ cũng như giảm thiệt hại do lũ gây ra Đồ án “Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE 11 dự báo lũ trên lưu vực sông Srêpôk” sẽ là cơ sở cho bài toán dự báo lũ để từ đó biết cách phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại do lũ gây ra 1 Mục tiêu của đồ án 5 - Nghiên cứu, tìm hiểu về điều kiện tự nhiên lưu vực sông Srêpôk: vị trí địa lý, điều kiện địa hình, địa chất thổ nhưỡng, đặc điểm khí tượng thủy văn của lưu vực sông Srêpôk - Tìm hiểu và phân tích chế độ dòng chảy, đặc trưng dòng chảy lưu vực sông Srêpôk - Nghiên cứu, ứng dụng mô hình MIKE 11 dự báo lũ trên lưu vực sông Srêpôk 2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Mực nước lũ lưu vực sông Srêpôk; Mô hình MIKE 11 - Phạm vi thực hiện đề tài: lưu vực sông Srêpôk 3 Phương pháp nghiên cứu Để đạt được mục tiêu và thực hiện được các nội dung công việc nêu trên,đồ án đã được sử dụng các phương pháp nghiên cứu chính sau đây: - Phương pháp thống kê, kế thừa; - Phân tích đánh giá, tổng hợp, áp dụng có chọn lọc các sản phẩm khoa học, các nội dung phù hợp phục vụ cho nghiên cứu của đề tài; - Phương pháp mô hình toán 4 Nội dung nghiên cứu Ngoài phần mở đầu và kết luận, đồ án bao gồm các chương sau: Chương I: Giới thiệu lưu vực sông Srêpôk Chương II: Nội dung và phương pháp nghiên cứu Chương III: Xây dựng phương án dự báo lũ trên lưu vực sông Srêpôk 6 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LƯU VỰC SÔNG SRÊPÔK 1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.1.1 Vị trí địa lý Lưu vực Srêpôk trải rộng trên các tỉnh Đăk Lăk, Đăk Nông, Gia Lai và Lâm Đồng có tổng diện tích tự nhiên 18.264km 2 chia ra làm 2 lưu vực tách biệt là lưu vực thượng Srêpôk 12.320km2 và lưu vực suối EaĐrăng- EaLốp- EaHLeo 5.944km 2 bao gồm đất đai của 22 huyện, 1 thành phố có tọa độ địa lý từ 11 053’ đến 130 55’ vĩ độ Bắc, từ 107030’ đến 1080 45’kinh độ Đông Sông Srêpôk do hai nhánh sông chính là Krông Ana và Krông Nô hợp thành trên lãnh thổ Việt Nam Phía Bắc giáp lưu vực sông Sê san Phía Đông giáp lưu vực sông Ba, sông Cái Nha Trang Phía Tây giáp Cam Pu Chia Phía Nam giáp lưu vực sông Đồng Nai.[3] Hình 1-1: Bản đồ lưu vực sông Srêpôk 1.1.2 Đặc điểm địa hình Địa hình lưu vực Srêpôk có hướng thấp dần từ Đông Nam - Tây Bắc và từ Tây sang Đông 7 Địa hình của lưu vực khá phức tạp với những Cao nguyên xen kẽ núi cao và núi trung bình và hướng dốc chính thấp dần từ Đông Nam sang Tây Bắc Địa hình núi cao tập trung ở phía nam có độ cao lớn hơn 1000m, điển hình là núi Chư Jang Sin có độ cao 2442m, Lang Biang 2167m có đỉnh nhọn dốc đứng Địa hình núi thấp nằm ở phía tây bắc của tỉnh, bao gồm một số ngọn núi với độ cao trung bình 600 – 700m Địa hình Cao nguyên chiếm phần lớn diện tích tự nhiên của lưu vực, tập trung ở 2 Cao nguyên chính là Cao nguyên Buôn Ma Thuột và Cao nguyên bazan Đăk Nông, Đăk Mil Đặc điểm địa hình tương đối bằng phẳng, độ dốc từ 3 – 15 o với những đồi tròn bát úp rất thích hợp cho việc phát triển nông nghiệp Địa hình bán bình nguyên Ea Suop là vùng đất rộng lớn nhất trên lưu vực, khá bằng phẳng với bề mặt được bóc mòn tạo thành những đồi lượn sóng nhẹ với độ cao trung bình 200 – 300m Vùng đồng bằng trũng Lăk, Buôn Trấp, Krông Pach bao gồm các thung lũng ven sông Krông Ana, Krông Nô do các bãi phù sa mới xen lẫn đầm hồ và các bậc thềm phù sa cổ tạo thành, hàng năm thường bị ngập úng gây khó khăn cho sản xuất nông nghiệp.[3] 1.1.3 Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng Căn cứ vào báo cáo “Bổ sung hoàn thiện bản đồ đất tỉnh Đăk Lăk tỷ lệ 1/100.000 và liên hệ chuyển đổi sang hệ thống phân loại FAO-UNESCO ” của Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp và báo cáo “Quy hoạch sử dụng đất đai tỉnh Gia Lai thời kỳ 1998-2000” của Viện nghiên cứu địa chính, lưu vực Srêpôk có 8 loại đất chính: Nhóm đất phù sa (37.605ha), nhóm đất Glêy (32.859ha), nhóm đất than bùn (183 ha), nhóm đất đen (55.130ha), nhóm đất xám (1.004.573ha), nhóm đất đỏ (666.673ha), nhóm đất mùn trên núi cao (2.556ha) và nhóm đất mùn trơ sỏi đá (25.92ha) Toàn bộ lưu vực Srêpôk đều phân bố đất đá trầm tích lục nguyên: cát kết, bột kết, phiến sét xen kẹp nhau của các hệ tầng Đăk Bung, Đray Linh, La Ngà, Ea Súp với góc cắm 40-700 Phủ lên chúng là bazan hệ tầng Ở đầu nguồn các sông suối, trên núi cao có đá cổ granít biotit, đá phiến thạch anh và phân bố nhiều đá granit, dọc 2 bên bờ sông Srêpôk, Krông Ana, Krông Nô đều phân bố rộng rãi trầm tích 8 gồm các bãi bồi và bậc thềm, chiều rộng từ 5-10km ở hạ lưu (sát biên giới Campuchia) Chúng gồm á cát, cát cuội sỏi chiều dày tới 10m Đất aluvi trên nền đá cát kết , bột kết, phiến sét cũng như trên nền đá granit là đất á sét, đất sét có chiều dày 5-25m, chiều dày đất aluvi lớn nhất trên nền đá bazan hệ Tầng Tuc Trưng đạt tới 30-40m Hoạt động đứt gãy, phá hủy, kiến tạo cũng rất phổ biến Đứt gãy ở đây gồm 5 phương chính Tây Bắc-Đông Nam, vĩ tuyến, kinh tuyến, Đông Bắc-Tây Nam và á kinh tuyến Đây là vùng hoạt động mạnh mẽ của vỏ trái đất, các hiện tượng địa chất tự nhiên như phong hóa, xói mòn, trượt lở xâm thực và bồi lắng lòng sông phổ biến trong vùng, phổ biến nhất là phong hóa trên bazan Hầu hết các khối bazan đều bị phong hóa mạnh mẽ và triệt để với chiều dày vỏ phong hóa lớn (30-50m) Phong hóa ở đây đạt tới giai đoạn tột cùng, sản phẩm phong hóa từ bazan có màu nâu đỏ và có một số tính chất đặc biệt Còn trong các khối xâm nhập trầm tích nguyên phong hóa diễn ra yếu hơn thường chỉ đạt ở mức độ thấp, chiều dày vỏ phong hóa thường nhỏ Về tính chất địa chất công trình của đất đá, hiện nay có thể đánh giá sơ lược qua khảo sát thực địa, lớp tàn tích chủ yếu là các sản phẩm phong hóa còn nằm trên mặt đá gốc Trên các trầm tích lục nguyên gồm các thành phần vỡ vụn của cát kết, bột kết chưa được vận chuyển đi xa, có thành phần gần giống với đá gốc Các sản phẩm này làm vật liệu xây dựng tốt, nhưng bề dày không lớn Còn trên các khối bazan các sản phẩm này bị biến đổi sâu sắc về thành phần hóa học, khoáng vật cũng như tính chất cơ lý tạo thành một lớp phủ dày mềm xốp với thành phần chủ yếu là hạt sét.[3] 1.1.4 Thảm phủ thực vật Thảm phủ thực vật trên lưu vực khá phong phú, mức độ che phủ của rừng khoảng 70 % trong đó bao gồm nhiều loại như: rừng lá rộng, rừng lá kim, rừng hỗn giao, rừng tre nứa, rừng trồng,… ngoài ra còn có một số lượng đáng kể cây cà phê, chè… Thảm phủ trên lưu vưc Srêpôk phân bố có sự khác biệt theo các vùng địa hình Vùng núi cao nằm ở phía Đông và Đông Nam (thượng nguồn các sông) được thảm rừng xanh bao phủ quanh năm bao gồm rừng lá rộng thường xanh, 9 rừng lá kim, rừng hỗ giao Đi dần về phía hạ lưu là vùng đồi núi thoải dần và nhâp nhô thì rừng già được thay thế dần bằng các rừng tái sinh, rừng cà phê, cao su… thung lũng các sông với địa hình bằng phẳng có nhiều hồ tự nhiên, đầm lầy thì xuất hiện các ruộng bậc thang, vườn cây ăn trái, chè Hiện nay rừng ở đây có xu hướng giảm đi đáng kể, đặc biệt là rừng giàu và rừng trung bình giảm với tốc độ nhanh, diện tích rừng nghèo và bụi cây càng tăng do quá trình khai thác quá mức, hậu quả do lối sống du canh du cư của đồng bào dân tộc và chặt phá rừng để trồng các loại cây có giá trị kinh tế nên nhiều khu vực đất bị thoái hóa, làm tăng khả năng xói mòn, rửa trôi đất 1.1.5 Đặc điểm khí tượng - thủy văn 1.1.5.1 Đặc điểm khí hậu Lưu vực Srêpôk thuộc vùng Tây nguyên nằm trọn bên sườn Tây của dãy Trường sơn, khí hậu ở đây chịu ảnh hưởng của các hoàn lưu khí quyển sau: Vào mùa đông khối không khí cực đới lục địa có hướng Bắc và Đông Bắc tràn xuống phía nam gây nên những biến đối thời tiết như sự hạ thấp nhiệt độ, thời tiết lạnh hanh, ẩm và mưa phùn vào cuối mùa Đông Lưu vực các sông suối của Srêpốk nằm ở phía Nam đèo Hải Vân bị dãy Trường Sơn ngăn cách, ngăn cản các đợt gió mùa Đông bắc, trừ những trường hợp gió mùa Đông bắc rất mạnh mới ảnh hưởng và gây mưa trên lưu vực Mùa đông ở đây bắt đầu từ tháng XI và kết thúc vào tháng 3; Vào mùa Hạ khối không khí thịnh hành là gió mùa Tây nam, bắt nguồn từ khu vực Nam Thái Bình Dương và một phần từ Nam bán cầu di chuyển lên Khối không khí này hoạt động mạnh vào các tháng 6, 7, 8 mang hơi ẩm nên đã mang mưa dông đến toàn lưu vực và cũng là thời kỳ nắng nóng bắt đầu Vào mùa này còn có khối không khí xích đạo bắt nguồn từ biển Bắc Ấn Độ Dương, kết hợp với một phần yếu ớt của tín phong Nam Bán cầu di chuyển lên Bắc Bán cầu Khối không khí này tạo thành gió Tây hay Tây nam thổi qua Ấn Độ Dương và vịnh Ben gan, ảnh hưởng đến bán đảo Đông dương gây cho lưu vực thời tiết nắng nóng, vì vậy đã tạo đối lưu nhiệt phát triển kết hợp với địa hình núi cao của dãy Trường sơn ngăn cản gây ra mưa đông, mưa rào vào đầu mùa hạ có khi đạt cường độ rất lớn và mưa 10 Hình 3-13: Modun mặt cắt trong MIKE 11 3.4.3 Thiết lập điều kiện biên Tài liệu biên bao gồm các biên trên và biên dưới Trong tính toán bằng mô hình thuỷ lực biên trên thường là quá trình lưu lượng và biên dưới là quá trình mực nước Như đã trình bày ở trên, biên trên được tính toán thông qua mô hình thuỷ văn MIKE NAM, biên dưới là qúa trình mực nước thực đo có cùng thời gian Để tạo thêm các biên cho mô hình, vào New File \ Boundary Condition (.bnd11) • Biên trên của mô hình: Đức Xuyên trên sông Krông Nô Giang Sơn trên sông Krông Ana • Biên dưới của mô hình Mực nước tại Bản Đôn • Biên kiểm tra: Mực nước tại Cầu 14 65 Hình 3-14: Modun biên trong MIKE 11 3.4.4 Thiết lập modun thủy lực Hệ số nhám (n) là thông số rất quan trọng và nó ảnh hưởng rất lớn đến kết quả nghiên cứu Các giá trị sử dụng trong mô hình được rút ra từ các thí nghiệm mô hình vật lý và kinh nghiệm thực tế bao gồm giá trị chung (Global value) cho cả mạng sông là n = 0.0333 và các giá trị giả định khác nhau hợp lý cho từng đoạn sông Để thiết lập modun thủy lực cho mô hình, vào New File \ HD Parameters (.hd11) Hình 3-15: Modun thủy lực trong MIKE 11 66 3.4.5 Thiết lập Simulation Để thiết lập Simulation cho mô hình, vào New File \ Simulation (.sim11) Hình 3-16: Thiết lập modun liên kết các modun trên 3.4.6 Chạy mô hình Sau khi tạo modun Simulation , đưa toàn bộ các modun vừa thiết lập bên trên vào và chạy mô hình Kết quả được: 67 Hình 3-17: Kết quả tính toán thủy lực trong MIKE 11 • Hiệu chỉnh mô hình Sau khi chạy mô hình, kết quả nhận được từ mô hình trong những lần chạy đầu tiên được so sánh với tài liệu thực đo của trạm kiểm tra để xác định xem tính chính xác của kết quả Trong những nghiên cứu mà các tài liệu yêu cầu đầy đủ và chính xác thì việc hiệu chỉnh chỉ cần thông qua việc hiệu chỉnh hệ số Manning Việc hiệu chỉnh mô hình thủy lực MIKE 11 được tiến hành trên cơ sở hoàn thiện số liệu mặt cắt ngang, kiểm tra lại các số liệu gốc, loại bỏ những điểm bất hợp lý, thay đổi hệ số nhám Để so sánh giá trị tính toán với giá trị thực đo, có thể dùng chỉ số NASH làm hàm mục tiêu Nash càng tiến đến 1 thì kết quả tính toán càng chính xác (công thức (3-1)) Ngoài ra, có thể sử dụng các chỉ tiêu khác để đánh giá mức độ chính xác như: Sai số về đỉnh lũ, sai số về tổng lượng, sai số thời gian xuất hiện đỉnh, hệ số tương quan, Trận lũ dùng để hiệu chỉnh: 6/10 - 31/10/2000 Biên dưới là mực nước đo đạc tại trạm Bản Đôn có cùng thời gian Ngoài ra trạm thủy văn Cầu 14 sẽ được dùng làm nút kiểm tra để tìm ra bộ thông số và tính hệ số Nash Kết quả hiệu chỉnh mô hình như sau: 68 Hình 3-18: Kết quả mực nước tính toán và thực đo hiệu chỉnh trận lũ 6/10 - 31/10/2000 tại trạm Cầu 14 Bảng 3-10: Thống kê kết quả đánh giá sai số hiệu chỉnh trận lũ 6/10 31/10/2000 tại trạm Cầu 14 Các yếu tố Hmax (m3/s) Thời gian xuất hiện đỉnh • Tính toán Thực đo 312.32 312.2 11/10/2000 11/10/2000 Sai số đỉnh lũ 0.12 Nash 0.91 Kiểm định mô hình Nguyên tắc của bước kiểm định mô hình là xác định xem bộ thông số đã tìm được ở bước hiệu chỉnh có phù hợp hay không Nếu phù hợp thì bộ thông số đã tìm được là hợp lý và có thể áp dụng cho tính toán, ngược lại thì cần thực hiện lại bước hiệu chỉnh Trận lũ dùng để kiểm định: 14/08- 28/08/2002 Biên dưới là mực nước đo đạc tại trạm Bản Đôn có cùng thời gian Sử dụng hệ số nhám thủy lực trung bình cho quá trình kiểm định mô hình MIKE 11 Ngoài ra trạm thủy văn Cầu 14 sẽ được dùng làm nút kiểm tra để đánh giá bộ thông số nhám trung bình được lấy từ quá trình hiệu chỉnh và tính hệ số Nash Kết quả kiểm định mô hình: 69 Hình 3-19: Kết quả mực nước tính toán và thực đo kiểm định trận lũ 14/08- 28/08/2002 tại trạm Cầu 14 Bảng 3-11: Thống kê kết quả đánh giá sai số kiểm định trận lũ 14/08- 28/08/2002 tại trạm Cầu 14 Các yếu tố Tính toán Thực đo 282.67 282.78 19/08/2002 19/08/2002 Hmax (m3/s) Thời gian xuất hiện đỉnh • Sai số đỉnh lũ 0.11 Nash 0.89 Mô phỏng mô hình Trận lũ dùng để mô phỏng: 7/09 – 25/09/2005 Biên dưới là mực nước đo đạc tại trạm Bản Đôn có cùng thời gian Sử dụng hệ số nhám thủy lực trung bình cho quá trình kiểm định mô hình MIKE 11 Ngoài ra trạm thủy văn Cầu 14 sẽ được dùng làm nút kiểm tra để đánh giá bộ thông số nhám trung bình được lấy từ quá trình hiệu chỉnh và tính hệ số Nash Kết quả mô phỏng mô hình: 70 Hình 3-20: Kết quả mực nước tính toán và thực đo mô phỏng trận lũ 7/09 – 25/09/2005 tại trạm Cầu 14 71 Bảng 3-12: Thống kê kết quả đánh giá sai số mô phỏng trận lũ 7/09 – 25/09/2005 tại trạm Cầu 14 Các yếu tố Tính toán Thực đo 282.49 282.41 14/09/2005 14/09/2005 Hmax (m3/s) Thời gian xuất hiện đỉnh Sai số đỉnh lũ 0.08 Nash 0.82 3.4.7 Nhận xét, đánh giá Qua kết quả được trình bày ở các biểu và hình vẽ ở các quá trình hiệu chỉnh, kiểm định, mô phỏng có thể thấy rằng việc ứng dụng mô hình MIKE 11 cho bài toán lũ của lưu vực sông Srêpôk đã cho kết quả khá tốt: chênh lệch đỉnh mực nước tính toán và thực đo nhỏ, chỉ số Nash trên 80%, và hệ số nhám là 0.0333 Tại Cầu 14, dòng chảy cũng như mực nước tính toán xấp xỉ với số liệu quan trắc cả về độ lớn, hình dạng và pha Tuy nhiên, tại một số vị trí, hình dạng đường quá trình lũ còn chưa đạt như mong muốn nhưng việc mô phỏng độ lớn đỉnh lũ, thời gian xuất hiện đỉnh lũ và tổng lượng lũ trong thời đoạn tính toán đạt kết quả khá tốt 3.5 DỰ BÁO THỬ NGHIỆM Để công tác dự báo có thể đi vào thực tế trong công tác tác nghiệp dự báo thủy văn thì công tác thủ nghiệm để đánh giá kết quả dự báo và đánh giá mô hình là vô cùng quan trọng Qua những đợt thủ nghiệm, đánh giá thực tế này mô hình sẽ được hoàn thiện và đảm bảo đáp ứng được yêu cầu trong điều kiện tác nghiệp 3.5.1 Quy trình dự báo lũ trên sông Srêpôk Việc dự báo lũ cho sông Srêpôk đó là sự kết hợp của dự báo lưu lượng biên trên, dự báo mực nước biên dưới, từ đó tiến hành mô phỏng trong điều kiện các biên đã dự báo sẽ cho kết quả dự báo mực nước tại các vị trí sông theo yêu cầu Để tiến hành dự báo lũ cho sông Srêpôk tại vị trí trạm Cầu 14 các yếu tố cần xác định bao gồm: điều kiện biên, vị trí cần dự báo trên sông, số liệu thuỷ văn thực đo để cập nhật sai số Xuất phát từ điểm trên cho thấy quy trình dự báo lũ sông Lại Srêpôk như sau: 72 - Cập nhật, xử lý số liệu hàng ngày bao gồm: số liệu mưa, số liệu mực nước, lưu - lượng; Chuẩn bị số liệu để chạy mô hình NAM bao gồm số liệu mưa dự báo, mực nước; Số liệu mưa dự báo được tham khảo từ các kết quả mưa dự báo số trị của mô hình HRM được cung cấp bởi Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung Ương và kết quả mưa dự báo của mô hình MM5 được thực hiện bởi Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường Sau đó, tiến hành phân tích các kết quả dự báo mưa và lựa - chọn kết quả dự báo mưa làm đầu vào cho mô hình NAM; Chạy mô hình NAM: sau khi cập nhật số liệu mưa vào mô hình, tiến hành chạy mô hình để dự báo lưu lượng Kết quả dự báo này sau đó tiếp tục được lấy làm biên trên cho mô hình thủy lực - Chuẩn bị số liệu biên để chạy mô hình MIKE 11: số liệu biên trên lấy từ kết quả dự báo lưu lượng từ mô hình NAM, số liệu biên dưới lấy từ kết quả dự báo biên mực nước tại Bản Đôn, số liệu mực nước tại trạm Cầu 14 được cập nhật - Chạy mô hình MIKE 11: sau khi cập nhật số liệu biên vào mô hình thủy lực, tiến hành chạy mô hình để dự báo dòng chảy tại vị trí trạm Cầu 14 trong khoảng thời gian dự kiến là 12h Trong quá trình dự báo, cần kết hợp với việc cập nhật sai số dự báo 3.5.2 Dự báo thử nghiệm và kết quả dự báo thử nghiệm Chọn trận lũ 22/09 – 01/10/2013 để dự báo thử nghiệm Thời gian bắt đầu dự báo thử nghiệm là từ ngày 22/09/2013 Các bước dự báo thử nghiệm: Bước 1: Nhận định tình hình khí tượng thủy văn hiện có trên lưu vực Bước 2: Sử dụng số liệu mưa dự báo ngày 22/09/2013 làm đầu vào cho mô hình Bước 3: Tiến hành chạy song song mô hình MIKE NAM và MIKE 1 1 dự báo cho trạm Cầu 14 với thời gian dự kiến là 12h Bước 4: Trích xuất kết quả dự báo để đánh giá sai số Bước 5: Tiếp tục dự báo cho ngày 23/09/2013 0:00:00 với giá trị mưa dự báo sau khi đã cập nhật giá trị thực đo của ngày 22/09/2013 73 Các bước được thực hiện tương tự kèm theo đánh giá sai số cho các ngày kế tiếp nhau cho đến ngày 01/10/2013 trong khoảng thời gian thực hiện dự báo thử nghiệm Với bộ thông số được sử dụng: Trạm Uma x Giang Sơn Đức Xuyên Lmax CQOF CKI F CK12 TOF TIF TG CKBF 0.99 6.5e-005 0.288 2823 0.000127 0.498 1343 95.1 117 0.893 743 50 16.7 100 0.411 200 44.2 2.32e006 Hệ số nhám n = 0.0333 Kết quả dự báo thử nghiệm: Hình 3-21: Quá trình mực nước thực đo và tính toán dự báo thử nghiệm tại trạm Cầu 14 từ ngày 22/09 – 01/10/2013 74 Bảng 3-13: Kết quả dự báo thử nghiệm trận lũ từ ngày 22/09 – 01/10/2013 tại trạm Cầu 14 Các yếu tố Tính toán Thực đo 119.99 120.30 25/09/2013 25/09/2013 Hmax (m3/s) Thời gian xuất hiện đỉnh Sai số đỉnh lũ 0.35 Nash 0.76 Kết quả dự báo thử nghiệm: Nhìn chung, quá trình lũ tính toán tương đối phù hợp với giá trị tính toán và thực đo là 0.35m Tuy nhiên, quá trình lũ tính toán ở một số thời điểm còn có sự biến đổi khắc biệt với thực tế Nguyên nhân là do trận lũ nhỏ, quá trình mực nước lũ không ổn định Kết quả dự báo thủ nghiệm còn phụ thuộc nhiều vào độ chính xác của dự báo mưa và kinh nghiệm hiệu chỉnh của dự báo viên 75 KẾT LUẬN 1.1 Kết quả đề tài đã thực hiện • Đã phân tích tổng quan về điều kiện địa lý tự nhiên và tình hình kinh tế xã hội trên lưu vực sông Srêpôk, nhận thấy đây là lưu vực sông có địa hình tương đối đa dạng, đồi núi xen kẽ bình nguyên và thung lũng; chế độ khí hậu phức tạp và khắc nghiệt nên khi có mưa lũ lớn thường bị tàn phá nặng nề, gây thiệt hại dân sinh kinh tế vô cùng to lớn • Nghiên cứu được đặc điểm khí hậu, chế độ thủy văn và dòng chảy lưu vực sông Srêpôk • Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE 11 để xây dựng phương án dự báo lũ cho khu vực nghiên cứu • Để khắc phục tình trạng thiếu số liệu tính toán lượng nước đến cho bài toán dự báo hệ hông sử dụng mô hình mưa rào – dòng chảy NAM khôi phục số liệu dòng chảy đến cho các tiểu lưu vực làm đầu vào cho mô hình MIKE 11 Kết quả tại các vị trí kiểm tra cho thấy có sự phù hợp khá tốt và đánh giá qua chỉ số Nash đều đạt kết quả cao, đưa ra được bộ thông số phù hợp • Tiến hành dự báo thủ nghiệm cho mùa lũ năm 2010, kết quả cho thấy mức đảm bảo dự báo đều đạt Đây là tiền đề cho việc hoàn thiện và đảm bảo đáp ứng yêu cầu trong điều kiện dự báo tác nghiệp 1.2 Kiến nghị Các phương án dự báo lũ ở lưu vực sông trên cơ sở kết nối các phương pháp và mô hình trong đề tài cần được tiếp tực nghiên cứu thủ nghiệm, hoàn thiện hơn đê có thể đưa vào dự báo tác nghiệp Số liệu thu thấp được còn thiếu nên kết quả dự báo mới chỉ ở mức độ thử nghiệm Cần cung cấp số liệu đầy đủ hơn trong tương lai Cần có thêm các trạm đo mưa bổ sung, đo mưa tự ghi và hệ thống mốc cảnh báo lũ, hành lang thoát lũ… ở những vùng có nguy cơ xảy ra lũ và dễ ngập lụt để người dân có thể phòng tránh; ngoài ra, cần phối hợp với địa phương bổ sung, cập 76 nhật tài liệu địa hình ở những chỗ cần thiết nhất vì đấy là yếu tố có nhiều thay đổi, mà tài liệu hiện đang sử dụng trong đề tài này chưa được đầy đủ, chắp vá Cần đẩy mạnh viêc nghiên cứu dự báo, cảnh báo mưa lớn Đây là biện pháp duy nhất có thể kéo dài thời gian dự kiến, phát huy hiệu quả của dự báo ở các lưu vực sông Do thời gian có hạn, đề tài còn nhiều thiếu sót, kính mong thầy cô góp ý giúp đồ án hoàn thiện hơn 77 1.3 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.4 1.5 [1] Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2006), Báo cáo xây dựng mô hình thủy văn thủy lực cho lưu vực sông Srêpôk 1.6 [2] DHI software – MIKE software 2011 User Guide 1.7 [3] Huỳnh Phú (2014), Nghiên cứu đánh giá và đề xuất các giải pháp phát triển bền vững tài nguyên nước lưu vực sông Srêpôk 1.8 [4] Nguyễn Hữu Khải, Nguyễn Thanh Sơn (2003), Mô hình toán thủy văn 1.9 [5] Nguyễn Tiền Giang, Nguyễn Thị Hoan (7/2012), Xây dựng mô hình mưa – dòng chảy để khôi phục số liệu dòng chảy tại An Khê trên lưu vực sông Ba 1.10 [6] Phạm Nguyễn hà Phương (2015), Nghiên cứu dự báo dòng chảy lũ trên lưu vực sông Lại Giang tỉnh Bình Định 1.11 [7] Trường đại học Thủy Lợi, bộ môn Tính toán thủy văn, Mô hình toán thủy văn 1.12 [8] Ven Techow, David R Maidment, Lary W May, Thủy văn ứng dụng 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 PHỤ LỤC 1.18 Bảng 1: Số liệu mưa trạm Giang Sơn trận lũ 23/09 - 01/10/2013 1.19 Thời gian 1.21 9/21/2013 7:00 PM 1.23 9/22/2013 7:00 AM 1.25 9/22/2013 7:00 PM 1.27 9/23/2013 7:00 AM 1.29 9/23/2013 7:00 PM 1.31 9/24/2013 7:00 AM 1.33 9/24/2013 7:00 PM 1.35 9/25/2013 7:00 AM 1.37 9/25/2013 7:00 PM 1.39 9/26/2013 7:00 AM 1.41 9/26/2013 7:00 PM 1.43 9/27/2013 7:00 AM 1.45 9/27/2013 7:00 PM 1.47 9/28/2013 7:00 AM 1.49 9/28/2013 7:00 PM 1.51 9/29/2013 7:00 AM 1.53 9/29/2013 7:00 PM 1.55 9/30/2013 7:00 AM 1.57 9/30/2013 7:00 PM 1.59 10/1/2013 7:00 AM 1.61 10/1/2013 7:00 PM 1.20 X 1.22 1.5 1.24 79.2 1.26 98.1 1.28 7.6 1.30 1.8 1.32 1.5 1.34 2.2 1.36 2.6 1.38 13.8 1.40 14.5 1.42 49 1.44 1.9 1.46 1.5 1.48 13.8 1.50 2.8 1.52 3.3 1.54 6.7 1.56 0.4 1.58 0.0 1.60 0.0 1.62 3.7