Ứng dụng mô hình MIKE NAM cảnh báo lũ lớn trên sông ngàn phố

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN NGUYỄN VĂN NHẬT ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE-NAM CẢNH BÁO LŨ LỚN SÔNG NGÀN PHỐ Hà Nội, - 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN NGUYỄN VĂN NHẬT ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE-NAM CẢNH BÁO LŨ LỚN SÔNG NGÀN PHỐ Chuyên ngành: Thuỷ văn Mã ngành: D440224 NGƯỜI HƯỚNG DẪN TS TRẦN DUY KIỀU Hà Nội, - 2015 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Khoa Khí tượng Thủy văn – Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội hỗ trợ, giúp đỡ, truyền đạt kiến thức chuyên môn, tạo điều kiện tốt cho em suốt trình học tập vừa qua, đặc biệt TS Trần Duy Kiều, người hướng dẫn dạy tận tình cho em hoàn thành 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 Em xin chân thành cám ơn! Sinh viên thực Nguyễn Văn Nhật MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ, KÝ TỰ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU - ĐỒ THỊ DANH MỤC SƠ ĐỒ - HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG NGÀN PHỐ 1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa chất - thổ nhưỡng, thảm phủ thực vật 1.1.3 Đặc điểm khí hậu 1.2 MẠNG LƯỚI SÔNG NGÒI 10 1.3 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI 13 1.3.1 Dân sinh 13 1.3.2 Sử dụng đất 13 1.3.3 Giao thông 14 1.3.4 Thủy lợi 15 1.3.5 Các hoạt động kinh tế khác 15 1.4 NHẬN XÉT 16 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM LŨ LỚN TRÊN SÔNG NGÀN PHỐ 17 2.1 HÌNH THẾ THỜI TIẾT GÂY MƯA LŨ LỚN TRÊN LƯU VỰC 17 2.2 CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY TRÊN SÔNG NGÀN PHỐ 18 2.2.1 Chuẩn dòng chảy năm 18 2.2.2 Phân bố dòng chảy theo nhiều năm 19 2.3 CHẾ ĐỘ LŨ TRÊN SÔNG NGÀN PHỐ 20 2.3.1 Lưu lượng đỉnh lũ 20 2.3.2 Quá trình lũ 21 2.3.3 Cường suất biên độ lũ 24 2.4 TÍNH TOÁN MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG LŨ TẠI MẶT CẮT SƠN DIỆM SÔNG NGÀN PHỐ 25 2.4.1 Lưu lượng đỉnh lũ lớn (Qmax) 25 2.4.2 Tổng lượng lũ 26 2.5 NHẬN XÉT 27 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN CẢNH BÁO LŨ LỚN TRÊN SÔNG NGÀN PHỐ 28 3.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẢNH BÁO LŨ 28 3.2 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKE-NAM 28 3.2.1 Cấu trúc mô hình 28 3.2.2 Các thành phần dòng chảy 30 3.2.3 Các thông số mô hình 32 3.2.4 Các điều kiện ban đầu mô hình 33 3.2.5 Ảnh hưởng thay đổi thông số 34 3.3 ÁP DỤNG MÔ HÌNH MIKE-NAM XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN CẢNH BÁO LŨ LỚN TRÊN SÔNG NGÀN PHỐ 39 3.3.1 Đặc điểm lưu vực sông Ngàn Phố 39 3.3.2 Lựa chọn số liệu đầu vào mô hình 40 3.3.3 Thiết lập mô hình MIKE-Nam 41 3.3.4 Xác định thông số mô hình 43 3.3.5 Cảnh báo thử nghiệm lũ lớn sông Ngàn Phố 48 3.4 NHẬN XÉT 52 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC 56 DANH MỤC CHỮ, KÝ TỰ VIẾT TẮT BĐ Báo động H Khê Hương Khê H Sơn Hương Sơn HTNĐ Hội tụ nhiệt đới KKL Không khí lạnh Tb Trung bình Ttb Nhiệt độ trung bình F Diện tích lưu vực LS Chiều dài sông HbqLV Độ cao bình quân lưu vực J Độ dốc LbqLV Chiều dài bình quân lưu vực Ku Hệ số uốn khúc DANH MỤC BẢNG BIỂU - ĐỒ THỊ Bảng 1.1: Tổng số nắng (giờ) trung bình tháng, năm (1970- 2010) số vị trí lưu vực sông La Bảng 1.2: Nhiệt độ không khí (0C) độ ẩm tương đối trung bình tháng năm (%) thời kỳ 1970- 2010 số vị trí lưu vực sông La Bảng 1.3: Lượng bốc đo ống Piche (mm) tháng trung bình nhiều năm (thời kỳ 1970- 2010) vị trí lưu vực sông La Bảng 1.4: Lượng mưa năm (mm) trạm Sơn Diệm 10 Bảng 1.5: Lượng mưa ngày lớn (mm) Sơn Diệm thời kỳ 1970-2010Error! Bookma Bảng 1.6: Đặc trưng hình thái dòng nhánh sông Ngàn Phố 12 Bảng 2.1: Bảng thống kê trận lũ lớn, hình thời tiết gây mưa lũ lớn 18 Bảng 2.2: Dòng chảy năm trung bình nhiều năm (1970-2013) 18 Bảng 2.3: Bảng phân mùa dòng chảy sông Ngàn Phố 19 Bảng 2.4: Lượng dòng chảy (%) tháng mùa lũ so với năm thời kỳ 1970-2013 Sơn Diệm (sông Ngàn Phố) Hoà Duyệt (sông Ngàn Sâu) 20 Bảng 2.5: Tần số (%) xuất lũ lớn tháng Sơn Diệm (thời kỳ 1970-2013) 21 Bảng 2.6: Chênh lệch đỉnh mưa đỉnh lũ số trận lũ lớn 21 Bảng 2.7: Thời gian lũ lên, xuống số trận lũ lớn Sơn Diệm 22 Bảng 2.8: Bảng thống kê cường suất lũ số trận lũ điển hình trạm Sơn Diệm 24 Bảng 2.9: Bảng tần suất lý luận Qmax số trận lũ lớn 25 Bảng 2.10: Tổng lượng lũ ngày lớn số trận lũ lớn 26 Bảng 3.1: Số liệu trận lũ sử dụng để hiệu chỉnh kiểm định 41 Bảng 3.2: Lượng bay trung bình (mm) thời đoạn trạm Hương Sơn 45 Bảng 3.3: Bộ thông số mô hình 46 Bảng 3.4: Kết tiêu mô 47 Bảng 3.5: Bảng tần suất thiết kế mưa ngày lớn 49 DANH MỤC SƠ ĐỒ - HÌNH VẼ Hình 1.1: Bản đồ huyện Hương Sơn, tỉnh Hà Tĩnh Hình 1.2: Bản đồ độ cao lưu vực sông Ngàn Phố Hình 1.3: Bản đồ mạng lưới sông ngòi lưu vực sông Ngàn Phố 11 Hình 2.1: Phân phối dòng chảy tháng bình quân nhiều năm (1997-2013) Trạm Thuỷ văn Sơn Diệm 20 Hình 2.2: Quá trình lũ từ ngày 19/IX đến ngày 23/IX năm 2002 23 Hình 2.3: Đường trình lũ ngày 12/X đến ngày 25/X năm 2010 24 Hình 2.4: Đường tần suất đỉnh lũ trạm Sơn Diệm 25 Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc mô hình NAM 29 Hình 3.2: Ảnh hưởng thay đổi hệ số Umax 34 Hình 3.3: Ảnh hưởng thay đổi hệ số 35 Hình 3.4: Ảnh hưởng thay đổi hệ số CQOF 35 Hình 3.5: Ảnh hưởng thay đổi hệ số CKIF 36 Hình 3.6: Ảnh hưởng thay đổi hệ số CK1,2 36 Hình 3.7: Ảnh hưởng thay đổi hệ số TOF 37 Hình 3.8: Ảnh hưởng thay đổi hệ số TIF 37 Hình 3.9: Ảnh hưởng thay đổi hệ số TG 38 Hình 3.10: Ảnh hưởng thay đổi hệ số CKBF 38 Hình 3.11: Sơ đồ điểm đo mưa lưu vực sông Ngàn Phố 40 Hình 3.12: Tương quan lương mưa trạm Sơn Diệm trạm Hương Sơn 39 Hình 3.13: Thiết lập mô-đun thuỷ văn 41 Hình 3.14: Các thông số cần hiệu chỉnh kiểm định 42 Hình 3.15: Lựa chọn số liệu đầu vào cho mô hình 42 Hình 3.16: Sơ đồ bước xác định thông số tối ưu cho mô hình 43 Hình 3.17: Kết hiệu chỉnh trận lũ năm 1978 45 Hình 3.18: Kết hiệu chỉnh trận lũ năm 2010 46 Hình 3.19: Kết trình mô trận lũ năm 2013 48 Hình 3.20: Đường tần suất mưa ngày lớn 49 Hình 3.21: Kết thu phóng trận mưa thiết kế với tần suất 1% 51 Hình 3.22: Kết mô lũ lớn với trận mưa có tần suất 1% 51 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Lũ lớn thiên tai xảy thường xuyên nghiêm trọng toàn giới Những năm gần đây, thiệt hai lũ gây ảnh hưởng lớn đến phát triển kinh tế xã hội Việt Nam Đặc biệt, năm gần đây, tình hình thiên tai miền Trung diễn ngày nhiều hơn, phức tạp Tại lưu vực vừa nhỏ, lũ lớn, lũ quét thường xảy nhanh, có sức tàn phá lớn, gây tổn thất nặng nề người, tài sản, huỷ hoại môi trường sinh thái với cường suất quy mô ác liệt Cũng sông miền núi khác khu vực, lưu vực sông Ngàn Phố có nhiều trận lũ lớn xảy gây hậu nặng nề, trận lũ năm 1978, năm 2002, năm 2013 Do việc cảnh báo lũ lớn để phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai trận lũ khác xảy tương lai có ý nghĩa thực tế cao Xuất phát từ yêu cầu thực tế mục đích đề tác giả lựa chọn đề tài: “Ứng dụng mô hình MIKE-NAM cảnh báo lũ lớn sông Ngàn Phố” với mục tiêu, phạm vi thực nội dung sau: Mục tiêu phạm vi nghiên cứu − Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng phương án cảnh báo lũ lớn lưu vực sông Ngàn Phố mô hình MIKE-NAM nhằm hạn chế, giảm nhẹ tối thiểu ảnh hưởng lũ lớn gây cho huyện Hương Sơn, Hà Tĩnh − Phạm vi nghiên cứu: + Phạm vi thời gian: năm có lũ lớn lưu vực sông Ngàn Phố + Phạm vi không gian: lưu vực sông Ngàn Phố, huyện Hương Sơn, tỉnh Hà Tĩnh 3 Phương pháp nghiên cứu − Phương pháp thống kê, phân tích tài liệu: Thu thập hệ thống hoá xử lý phân tích đánh giá tất tài liệu, số liệu − Phương pháp kế thừa: Trong trình thực hiện, sinh viên tham khảo kế thừa số tài liệu, kết có liên quan nghiên cứu trước − Phương pháp mô hình toán: Ứng dụng mô hình MIKE-NAM để mô dòng chảy Nội dung nghiên cứu Đồ án nghiên cứu nội dung sau: − Nghiên cứu đặc điểm tự nhiên lưu vực sông Ngàn Phố − Nghiên cứu số đặc điểm lũ lớn, chế độ lũ, lưu vực sông Ngàn Phố, tính toán đặc trưng lũ mặt cắt Sơn Diệm − Nghiên cứu mô hình MIKE-NAM, ứng dụng mô hình MIKE-NAM để mô phỏng, cảnh báo lũ lớn lưu vực sông Ngàn Phố