Nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC HMS tính toán, dự báo lũ lớn cho sông thu bồn

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN NGUYỄN THÀNH CÔNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC-HMS TÍNH TOÁN, DỰ BÁO LŨ LỚN CHO SÔNG THU BỒN ĐỒ ÁN KHÓA ĐH1T Ngành: Thủy văn Hà Nội - 2015 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN NGUYỄN THÀNH CÔNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC-HMS TÍNH TOÁN, DỰ BÁO LŨ LỚN CHO SÔNG THU BỒN ĐỒ ÁN KHÓA ĐH1T Ngành: Thủy văn NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN VIẾT THI THS TRỊNH XUÂN MẠNH Hà Nội 2015 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Khoa Khí Tượng Thủy Văn Khoa Tài Nguyên Nước – Trường Đại học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội truyền thụ kiến thức cho em suốt trình học tập vừa qua, đặc biệt thầy TS Nguyễn Viết Thi Ths Trịnh Xuân Mạnh người hướng dẫn dạy tận tình cho em hoàn thành đồ án Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới người thân toàn thể bạn lớp chia sẻ, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để hoàn thành nhiệm vụ học tập đồ án Do hạn chế thời gian khả thân, có nhiều cố gắng đồ án không tránh khỏi hạn chế thiếu sót Vì vậy, em mong nhận góp ý, bảo quý báu thầy cô bạn để đồ án tốt nghiệp hoàn thiện Em xin chân thành cám ơn! Sinh viên thực Nguyễn Thành Công MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Mục tiêu đề tài 2.Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN – XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG THU BỒN3 1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 1.1.1 Vị trí địa lí 1.1.2 Điều kiện địa hình 1.1.3 Đặc điểm địa chất 1.1.4 Đặc điểm thổ nhưỡng 1.2 ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG KHÍ HẬU 1.2.1 Số nắng trung bình 1.2.2 Nhiệt độ không khí 1.2.3 Độ ẩm tương đối không khí 1.2.4 Tốc độ gió 1.2.5 Bốc 1.2.6 Chế độ mưa 1.3 ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ-XÃ HỘI 1.3.1 Cơ cấu dân số đặc điểm 1.3.2 Cơ cấu kinh tế xã hội 10 1.3.3 Hiện trạng công trình thủy lợi 10 CHƯƠNG II: ĐẶC ĐIỂM DÒNG CHẢY LŨ LƯU VỰC SÔNG THU BỒN 12 2.1.MẠNG LƯỚI TRẠM KTTV VÀ TÌNH HÌNH SỐ LIỆU 12 2.2.ĐẶC ĐIỂM DÒNG CHẢY NĂM VÀ PHÂN MÙA DÒNG CHẢY 13 2.2.1 Chuẩn dòng chảy năm 13 2.2.2 Chế độ dòng chảy 14 2.2.2.1 Chỉ tiêu phân mùa 14 2.2.2.2 Dòng chảy năm thiết kế 15 2.2.2.3 Tính phân phối dòng chảy năm thiết kế theo mô hình năm đại biểu 16 2.3 ĐẶC ĐIỂM DÒNG CHẢY LŨ 19 2.3.1.Các hình thời tiết gây mưa sinh lũ lớn 19 2.3.2.Đặc điểm dòng chảy lũ 23 CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC – HMS DỰ BÁO LŨ LỚN SÔNG THU BỒN25 3.1.GIỚI THIỆU MÔ HÌNH HEC-HMS 25 3.1.1.Cơ sở lý thuyết 25 3.1.2.Mô thành phần lưu vực 26 3.1.2.1.Tổn thất 26 3.1.2.2.Chuyển đổi dòng chảy 27 3.1.2.3.Dòng chảy ngầm 30 3.1.2.4.Diễn toán kênh hở 30 3.2 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH CHO LƯU VỰC SÔNG THU BỒN 32 3.2.1.Thu thập xử lý số liệu KTTV 32 3.2.2.Phân chia lưu vực tính toán 33 3.2.2.1.Phân chia tiểu lưu vực 34 3.2.2.2.Tính toán mưa bình quân lưu vực 35 3.2.3.Thiếp lập mô hình HEC- HMS 38 3.2.4.Hiệu chỉnh thông số mô hình HEC-HMS 40 3.2.5.Kiểm định thông số mô hình HEC-HMS 44 3.3 DỰ BÁO LŨ CHO SÔNG THU BỒN 46 3.3.1.Ứng dụng dự báo cho sông Thu Bồn 46 3.3.1.1.Xây dựng phương án dự báo 46 3.3.1.2.Tiến hành dự báo thử nghiệm với trận lũ tháng 11/2011 46 3.3.2.Đánh giá kết dự báo 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Bản đồ lưu vực sông Thu Bồn lưới trạm KTTV Hình 2.1: Biểu đồ phân phối dòng chảy trung bình tháng từ năm 1981-2010 trạm Nông Sơn 15 Hình 2.2: Đường tần suất dòng chảy trung bình tháng trạm Nông Sơn (1981-2010)15 Hình 2.3: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nhiều nước 25% 18 Hình 2.4: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nước trung bình 50% 18 Hình 2.5: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nước 75% 19 Hình 2.6: Lượng mưa trung bình trạm bão /ATNĐ gây 20 Hình 2.7: Lượng mưa trung bình trạm KKL gây 20 Hình 2.8: Lượng mưa trung bình trạm Bão/ATNĐ kết hợp với KKL 21 Hình 2.9: Lượng mưa trung bình trạm KKL kết hợp với dải HTNĐ 22 Hình 2.10: Phân bố mưa theo thời gian từ ngày 01-03/XI/1999 23 Hình 3.1 : Phân chia tiểu lưu vực sông Thu Bồn 35 Hình 3.2 : Đa giác Thiesson cho lưu vực sông Thu Bồn 37 Hình 3.3 : Thiết lập thành phần HEC-HMS cho lưu vực sông Thu Bồn tính đến trạm Nông Sơn 38 Hình 3.4: Sơ đồ trình hiểu chỉnh mô hình 40 Hình 3.5: Biểu đồ so sánh kết tính toán thực đo trận lũ năm 2001 lưu vực Nông Sơn – sông Thu Bồn 41 Hình 3.6: Biểu đồ so sánh kết tính toán thực đo trận lũ năm 2004 lưu vực Nông Sơn – sông Thu Bồn 42 Hình 3.7: Biểu đồ so sánh kết tính toán thực đo trận lũ năm 2007 lưu vực Nông Sơn – sông Thu Bồn 42 Hình 3.8: Biểu đồ so sánh kết tính toán thực đo mùa lũ năm 2009 lưu vực Nông Sơn – sông Thu Bồn 45 Hình 3.9: Biểu đồ so sánh kết tính toán thực đo mùa lũ năm 2010 lưu vực Nông Sơn – sông Thu Bồn 45 Hình 3.10: Bảng kết dự báo lưu lượng đến trạm Nông Sơn sông Thu Bồn năm 2011 theo phương án 47 Hình 3.11: Bảng kết dự báo lưu lượng đến trạm Nông Sơn sông Thu Bồn năm 2011 theo phương án 47 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tổng số nắng tháng trung bình nhiều năm trạm Trà My Bảng 1.2: Bảng nhiệt độ không khí bình quân tháng trung bình nhiều năm trạm Trà My Bảng 1.3: Độ ẩm trung bình tháng bình quân nhiều năm trạm Trà My Bảng 1.4: Lượng bốc bình quân tháng trung bình nhiều năm trạm Trà My Bảng 1.5: Tốc độ tăng trưởng GDP cấu kinh tế năm 2010 10 Bảng 2.1: Danh sách trạm KTTV lưu vực sông Thu Bồn 12 Bảng 2.2: Kết đặc trưng chuẩn dòng chảy năm sông Thu Bồn 14 Bảng 2.3: Lưu lượng dòng chảy trung bình tháng nhiều năm trạm Nông Sơn 1981-2010 14 Bảng 2.4: Kết tính toán dòng chảy nhiều năm trạm Nông Sơn (1981-2010) 16 Bảng 2.5: Phân phối dòng chảy năm thiết kế trạm Nông Sơn 17 Bảng 3.1: Thống kê trạm số liệu thu thập lưu vực sông Thu Bồn – Vu Gia 33 Bảng 3.2: Danh sách lưu vực phận sông Thu Bồn 34 Bảng 3.3 : Danh sách trạm mưa dùng để tính mưa bình quân lưu vực 36 Bảng 3.4: Trọng số mưa trạm lưu vực sông Thu Bồn 37 Bảng 3.5: Thống kê kết sai số tính toán lưu vực Nông Sơn 43 Bảng 3.6: Thống kê thống số lưu vực Nông Sơn hiệu chỉnh mô hình 43 Bảng 3.7: Thống kê thống số diễn toán đoạn sông lưu vực Nông Sơn hiệu chỉnh mô hình 44 Bảng 3.8: Ảnh hưởng thông số tới đường trình tính toán 44 Bảng 3.9: Thống kê kết sai số tính toán lưu vực Nông Sơn 45 Bảng 3.10: Các tiêu đánh giá kết dự báo thử nghiệm hạn ngắn năm 2011 tính đến trạm Nông Sơn cho sông Thu Bồn 48 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ATNĐ : Áp thấp nhiệt đới KKL : Không khí lạnh KTTV : Khí tượng thủy văn HTNĐ : Hội tụ nhiệt đới MỞ ĐẦU Nước tài nguyên thay Nước thành phần thiết yếu sống môi trường, định tồn tại, phát triển đất nước Nhưng ảnh hưởng biến đổi khí hậu gây ảnh hưởng đến số lượng chất lượng nguồn nước, thể cụ thể lưu vực sông suy giảm thay đổi số lượng chất lượng dòng chảy năm, dòng chảy lũ, dòng chảy kiệt… sông, hệ thống lưu vực Tài nguyên nước đặc biệt quan trọng hiểm họa hàng đầu xảy thiên tai liên quan đến dòng chảy Để hoàn thành tốt nhiệm vụ trên, phải biết khai thác, sử dụng hiệu nguồn tài nguyên nước tìm cách hạn chế tác hại nước gây Muốn hạn chế tác hại nước, điều cần thiết phải biết trước tượng để từ đưa phương pháp xử lý phù hợp Dự báo thủy văn – chuyên ngành thủy văn ứng dụng đời để đáp ứng yêu cầu dựa thông tin biết để dự báo tượng xảy tương lai Lũ lụt thiên tai liên quan đến dòng chảy, trở thành thiên tai gây nên thiệt hại nghiêm trọng người tài sản đồng thời gây tác động xấu đến môi trường tự nhiên Bởi vậy, dự báo lũ vấn đề quan trọng Dự báo lũ kịp thời xác mang lại hiệu rõ rệt tới ngành mà phục vụ giảm thiệt hại lũ gây Với đặc điểm địa hình dải đất miền Trung nhiều đồi núi,hệ thống sông dày đặc với sông ngắn,độ dốc lớn, khả tập trung lũ nhanh, đồng ven biển hẹp, cửa sông biến đổi theo mùa, bị co hẹp ảnh hưởng đến khả thoát lũ… nên vào mùa mưa bão lưu vực sông Thu Bồn nói riêng hệ thống sông miền Trung nói chung thường xảy trận lũ lớn Lũ lụt lưu vực sông Thu Bồn diễn biến phức tạp, ảnh hưởng bão, ATNĐ kết hợp với hoạt động không khí lạnh thường gây mưa lớn diện rộng, thêm vào địa hình dốc nên khả tập trung nước nhanh, lũ lên nhanh xuống nhanh, cường suất lũ lớn, gây thiệt hại nặng nề người vật chất lưu vực sông Vì vậy, việc nắm bắt dòng chảy sông cách nhanh nhất, tốn nhất, hiệu vấn đề cấp thiết Điều đặt yêu cầu cần phải có biện pháp biết trước tình hình lũ xảy lưu vực để giảm cách tối đa thiệt hại chúng gây Xuất phát từ vấn đề thực tiễn đó, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC-HMS tính toán, dự báo lũ lớn cho sông Thu Bồn” sở cho toán dự báo lũ để từ biết cách phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại lũ gây 2 Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu, tìm hiểu điều kiện tự nhiên lưu vực sông Thu Bồn: vị trí địa lý, điều kiện địa hình, địa chất thổ nhưỡng, đặc điểm khí tượng thủy văn lưu vực sông Thu Bồn - Tìm hiểu phân tích chế độ dòng chảy sông Thu Bồn, tính toán đặc trưng dòng chảy sông Thu Bồn - Nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC-HMS dự báo lũ cho sông Thu Bồn 2.Phạm vi nghiên cứu Phạm vi thực đề tài bao gồm hệ thống lưu vực sông Thu Bồn tính đến trạm thủy văn Nông Sơn Phương pháp nghiên cứu Để đạt mục tiêu thực nội dung công việc nêu trên,đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu sau đây: - Tiếp cận thu thập tài liệu, nghiên cứu liên quan - Phân tích đánh giá, tổng hợp thừa kế nội dung phù hợp phục vụ cho nghiên cứu đề tài - Phân tích, tính toán số liệu thu thập trạm lưu vực nghiên cứu - Phương pháp mô hình toán Nội dung nghiên cứu Ngoài phần mở đầu kết luận, đồ án bao gồm chương sau: - Chương I: Đặc điểm địa lý tự nhiên – xã hội lưu vực sông Thu Bồn; - Chương II: Đặc điểm dòng chảy lũ lưu vực sông Thu Bồn; - Chương III: Ứng dụng mô hình HEC-HMS dự báo lũ lớn sông Thu Bồn;