MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài 1 Mục tiêu của đề tài 1 Phạm vi nghiên cứu 2 Phương pháp nghiên cứu 2 CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ THỦY VĂN – KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG LÔ 3 1.1. Vị trí địa lý 3 1.2. Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Lô 5 1.3. Đặc điểm khí hậu 7 1.4. Đặc điểm thủy văn, chế độ thủy văn 9 1.4.1. Đặc điểm thủy văn 9 1.4.2. Chế độ thủy văn: 11 1.5. Trạm Vụ Quang và mạng lưới trạm thủy văn trên lưu vực sông Lô 13 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO LŨ 14 2.1. Khái quát về dự báo lũ 14 2.2. Các phương pháp dự báo lũ 14 2.2.1. Phương pháp xu thế 14 2.2.2. Phương pháp lưu lượng mực nước tương ứng 14 2.2.3. Phương pháp lượng trữ 15 2.2.4. Phương pháp phân tích thống kê 15 2.2.5. Phương pháp sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo 15 2.2.6. Phương pháp sử dụng mô hình toán 16 2.3. Sai số dự báo 17 2.3.1. Khái niệm sai số dự báo. 17 2.3.2. Đánh giá sai số dự báo 21 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 3.1. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu 26 3.2. Giới thiệu mô hình 27 3.2.1. Mô hình hồi quy nhiều biến 27 3.2.2. Mô hình HECHMS 30 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43
Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy Văn LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo khoa Khí t ượng Th ủy văn – Trường đại học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội truy ền th ụ ki ến thức cho em suốt trình học tập vừa qua, đặc bi ệt cô giáo Th.S Đỗ Thị Bính, người hướng dẫn dạy em tận tình suốt th ời gian hoàn thành niên luận Do thời gian làm niên luận ngắn nên kết đạt không tránh khỏi sai sót Em mong nhận góp ý, bảo thầy cô bạn để kết nghiên cứu tốt Niên luận vào tìm hiểu hai phương pháp dự báo lũ nên thời gian tới em tiếp tục nghiên cứu để tìm phương án dự báo lũ khác để nâng cao chất lượng dự báo Em hiểu để lập phương án dự báo lũ phù hợp cần kết hợp nhiều phương pháp mô hình, bên cạnh phải thu thập đầy đủ số liệu trung thực để phục vụ nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy Văn MỤC LỤC SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy Văn DANH MỤC HÌNH ẢNH SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy Văn DANH MỤC BẢNG SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy Văn MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong bối cảnh biến đổi khí hậu lũ lụt mối hi ểm h ọa t ự nhiên phổ biến, diễn biến ngày nguy hiểm phức tạp gây h ậu qu ả nghiêm trọng cho người Những năm gần tượng bão, giông, lốc, mưa đá ngày nhiều với cường độ mạnh diện rộng Đặc bi ệt gần năm 2006 năm đối mặt với thiên tai bất thường đa dạng Lụt bão năm 2006 gây thiệt hại kỷ lục 35 năm qua Lưu vực sông Lô không n ằm ảnh hưởng nặng nề Vậy nên phương án dự báo lũ tốt vô quan trọng cấp thiết cho vùng hạ du Hiện lưu vực sông Lô xây dựng m ột s ố hồ ch ứa nhằm cắt lũ cho hạ du, cung cấp nước cho phát điện, phục vụ giao thông th ủy, cung c ấp nước tưới mùa cạn…, có hồ Thác Bà sông Chảy v ới dung tích hữu ích 2.16 tỷ m3 hồ Tuyên Quang sông Gâm với dung tích hữu ích 1.699 tỷ m3 Sự điều tiết hai hồ chứa ảnh hưởng không nhỏ đến chế độ dòng chảy phía hạ du sông Lô, việc dự báo khu vực h du g ặp không khó khăn, điển hình dự báo lũ cho trạm Vụ Quang Tính toán tìm ph ương án dự báo lũ thích hợp cho trạm Vụ Quang sông Lô c ần thi ết, ý nghĩa khoa học thực tiễn công tác phòng ch ống gi ảm nh ẹ thiên tai cho hạ lưu sông Lô mà dòng chảy biên sông Hồng đồng Bắc Bộ Do đó, cần phải có nghiên cứu phương án kịp thời Nội dung niên luận đề cập đến vấn đề “Nghiên cứu phương pháp tính toán -Lập phương án dự báo dòng chảy lũ cho trạm Vụ Quang- sông Lô ” tiến hành thử nghiệm mô hình để tìm phương án dự báo lũ tốt cho v ị trí quan trọng SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy Văn Mục tiêu đề tài Nghiên cứu phương pháp tính toán lập phương án dự báo dòng ch ảy lũ trạm Vụ Quang - sông Lô Phạm vi nghiên cứu Lưu vực sông Lô bao gồm dòng sông Lô hai nhập l ưu sông Gâm sông Chảy Phương pháp nghiên cứu Để đạt mục tiêu đề tài, niên luận tiến hành thu thập s ố liệu cần thiết , tiến hành nghiên cứu tổng quan phương pháp d ự báo lũ nước giới từ tìm phương pháp tiếp cận phù hợp, vừa mang tính kế thừa vừa mang tính sang tạo Phương pháp sử dụng niên luận là: + Mô hình hồi quy đa biến +Mô hình mưa – dòng chảy HEC-HMS Từ hai phương pháp đánh giá tìm phương án tốt để dự báo lũ cho trạm Vụ Quang – sông Lô Nội dung Niên Luận trình bày chương sau: Chương I: Đặc điểm địa lý thủy văn – kinh tế xã hội lưu vực sông Lô Chương tổng quát đặc điểm tự nhiên tình hình dân sinh kinh tế l ưu vực sông Lô Chương II: Tổng quan phương pháp dự báo lũ Chương tổng quan dự báo thủy văn phương pháp dự báo lũ Chương III: Phương pháp nghiên cứu Cơ sở lựa chọn trình bày lý thuyết hai phương pháp dự báo cho lưu vực nghiên cứu SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy Văn CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ THỦY VĂN – KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG LÔ 1.1 Vị trí địa lý Sông Lô phụ lưu lớn sông H ồng Toàn l ưu vực sông Lô nằm tròn phạm vi từ 21º20’ đến 24º00’ vĩ tuyến Bắc từ 103º30’ đến 106º00’ kinh tuyến Đông thuộc vùng nhiệt đới gió mùa Lưu vực sông Lô phần lãnh thổ thuộc hai quốc gia: Việt Nam Trung Quốc Sông Lô có hai phụ lưu lớn là: • Sông Chảy, chi lưu phía hữu ngạn, hợp lưu thị trấn Đoan Hùng, huyện Đoan Hùng tỉnh Phú Thọ • Sông Gâm, chi lưu phía tả ngạn, đổ vào sông Lô Khe Lau, t ỉnh Tuyên Quang Chiều dài lớn từ Tây Bắc xuống Đông Nam tới 320km chi ều rộng Đông Tây 200km.Dòng sông Lô bắt nguồn từ cao nguyên Vân Nam cao 2000m,bắt đầu chảy vào Việt Nam xã Thanh Thuỷ, huyện Vị Xuyên, tỉnh Hà Giang Điểm cuối ngã ba Việt Trì, gọi ngã ba Hạc, thành phố Việt Trì, tỉnh Phú Thọ, nơi sông Lô đổ vào sông Hồng V ới chi ều dài 470km, diên tích lưu vực F= 39000 km2, phần diện tích thuộc lãnh thổ Trung Quốc 16400km2 (chiếm 42%), phần diện tích thuộc lãnh thổ Việt Nam 22600km (chiếm 58%) Sông Lô chảy qua tỉnh: Hà Giang, Tuyên Quang , Lào Cai, Yên Bái, Cao Bằng, Bắc Kạn, Phú Th ọ, Vĩnh Phúc Chi ều dài sông Lô 470 km phần chảy qua địa phận Việt Nam 275 km Bản đồ lưu vực sông Lô thể Hình 1.1 SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy Văn Hình 1.1 : Bản đồ lưu vực sông Lô SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy Văn 1.2 Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Lô Địa hình phân bố lưu vực sông Lô có th ể kể: cao nguyên B ắc Hà v ới đỉnh cao 2267m, khối tinh thạch cổ thượng nguồn sông Chảy có đ ỉnh Tây Côn Lĩnh cao 2431m, phía Đông Nam cao nguyên đá vôi di ệp thạch: Quảng Bạ, Pu Tha Ca Đồng Văn Đoạn từ nguồn tới Hà Giang chảy theo hướng Tây Bắc- Đông Nam, thung lũng sông Lô hẹp có nơi khoảng 4- 5m b núi xung quanh cao từ 1000-1500m, từ Hà Giang tới Bắc Quang sông đổi hướng thành gần Bắc Nam, lòng sông nhiều thác ghềnh Tới Hà Giang sông Mi ện nhập vào sông Lô bờ phải Độ sâu trung bình mùa cạn sông Lô thu ộc thượng lưu phía Việt Nam khoảng 0,6- 1,5m sông rộng trung bình 40- 50 m Trung lưu sông Lô kể từ Bắc Quang tới Tuyên Quang dài 180km Độ dốc đáy sông giảm xuống 0.25m/km thung lũng sông mở rộng Sông rộng trung bình 140m, hẹp 26m, sâu trung bình từ 11.5m Tại Vĩnh Tuy sông Lô gặp sông chảy từ vùng núi th ượng ngu ồn sông Chảy xuống, từ Vĩnh Tuy sông Lô bắt đầu chảy theo hướng Tây BắcĐông Nam Tuyên Quang, sông Lô chảy qua vùng đồng b ằng đệ tam rộng Phía Tuyên Quang, khe Lau sông Lô nh ận sông Gâm phụ lưu lớn lưu vực Hạ lưu sông Lô kể từ Tuyên Quang tới Việt Trì, thung lũng sông mở rộng, lòng sông rộng, mùa cạn lòng sông r ộng tới 200m sâu tới 1,5- 3m Tới Đoan Hùng có sông Chảy nhập vào b ph ải sông Lô trước đổ vào sông Hồng Việt Trì, sông Lô nhập thêm m ột ph ụ l ưu lớn sông Phó Đáy, chảy từ phía Chợ Đồn xuống Phần thuộc nước ta độ dốc trung bình đáy sông 0,26‰ Riêng phụ lưu dốc nhiều, độ dốc trung bình sông tới 6,18‰ S ự dao động độ cao tương đối tạo thung lũng sâu hẹp, độ dốc sườn lớn 38- 40o Địa hình núi đồi chiếm 80% diện tích lưu vực Trên s ố phụ SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 10 Ngành : Thủy Văn lưu diện tích có độ cao từ 600m trở nên chiếm tỷ lệ lớn Độ cao l ớn h ơn 600m chiếm tới 90% diện tích hồ Thanh Thủy Tại Nậm Ma chiếm 70% Do điều kiện khí hậu địa hình lên phần lớn di ện tích l ưu v ực sông Lô phân bố cấp mật độ lưới sông tượng đối dầy đến dầy 0.5 đến 1.94km/ km2 Ngược lại vùng đá vôi lượng mưa hơn, mật độ sông suối thuộc cấp tương đối dày 0.5 đến 0.7 km/km2 vùng sông Miên Những phụ lưu thuộc dòng sông Lô có 71 sông suối, phân bố tương đ ối đ ều theo d ọc sông SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 38 Ngành : Thủy Văn chương trình có tách biệt rõ ràng giao diện, công cụ tính toán lưu trữ số liệu Mô thành phần lưu vực Các đặc trưng vật lý khu vực sông miêu tả mô hình lưu vực Các yếu tố thủy văn như: lưu v ực con, đo ạn sông, h ợp l ưu, phân lưu, hồ chứa, nguồn, hồ, đầm gắn kết hệ thống mạng lưới để tính toán trình dòng chảy Các trình tính toán th ượng lưu đến hạ lưu +Mưa Mưa yếu tố đầu vào trình mưa - dòng chảy Sốli ệu mưa để đưa vào mô hình lấy từcác trạm đo mưa lưu vực, từ sốli ệu rađa tính toán thu phóng theo trận mưa khứ Mô hình HEC-HMS tính mưa trung bình lưu vực theo cách; ph ương pháp trung bình sốhọc, phương pháp đa giác Thiessen, phương pháp đ ường đẳng trị + Tổn thất Một tập hợp phương pháp khác có s ẵn mô hình đ ể tính toán tổn thất Có thể lựa chọn phương pháp tính toán tổn thất s ố phương pháp: Phương pháp tính thấm theo hai giai đoạn: Thấm ban đầu thấm số (Initial and Constant), thấm theo s ố đường cong thấm c quan bảo vệ đất Hoa Kỳ (SCS Curve Number), thấm theo Gridded SCS Number thấm theo hàm Green and Ampt Phương pháp Deficit and Constant có th ể áp dụng cho mô hình liên tục đơn gi ản Phương pháp tính đ ộ ẩm đ ất bao gồm lớp đước áp dụng cho mô hình mô trình th ấm ph ức t ạp bao gồm bốc + Chuyển đổi dòng chảy Có nhiều phương pháp để chuyển lượng mưa hiệu thành dòng chảy bề mặt khu vực Các phương pháp đường đơn v ị bao g ồm: đường đơn vị tổng hợp Clack, Snyder đường đơn vị không thứ nguyên SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 39 Ngành : Thủy Văn quan bảo vệ đất Hoa Kỳ Ngoài phương pháp tung độ đường đ ơn vị xác định người sử dụng dùng Phương pháp Clark sửa đổi (Mod Clark) phương pháp đường đơn vị không phân bố tuyến tính dùng với lưới mưa.Mô hình bao gồm phương pháp sóng động học + Diễn toán kênh hở Một số phương pháp diễn toán thủy văn bao gồm để tính toán dòng chảy kênh hở Diễn toán mà không tính đến suy gi ảm có th ể mô phương pháp trễ Mô hình bao gồm phương pháp diễn toán truyền thống Muskingum Phương pháp Puls sửa đổi có th ể dùng để mô đoạn sông chuỗi thác n ước, bể chứa với quan hệ lượng trữ - dòng chảy xác định người s dụng Các kênh có mặt cắt ngang hình thang, hình ch ữ nhật, hình tam giác hay hình cong mô với phương pháp sóng động học hay Muskingum-Cunge Các kênh có diện tích bãi mô với phương pháp Muskingum-Cunge phương pháp mặt cắt ngang điểm + Tính toán mưa - dòng chảy Chương trình tính toán tạo cách kết hợp mô hình l ưu vực, mô hình khí tượng - thủy văn mô hình điều khiển chương trình Cơ sở lý thuyết mô hình HEC – HMS : Tổn thất (P) Đường lũ đơn vị Mưa (X) > Dòng chảy (Y) -> Đường trình lũ(Q~t) Y= X – P qp Ta hình dung chất hình thành dòng ch ảy c m ột trận lũ sau: Khi mưa bắt đầu rơi th ời ểm t i đó, dòng chảy mặt chưa hình thành, lượng mưa ban đầu tập trung cho vi ệc làm ướt bề mặt thấm Khi cường độ mưa vượt cường độ thấm (mưa hiệu quả) bề mặt bắt đầu hình thành dòng chảy, chảy tràn b ề mặt lưu vực, sau tập trung vào mạng lưới sông suối Sau đ ổ vào sông, SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy Văn 40 dòng chảy chuyển động hạ lưu, trình chuy ển động dòng chảy bị biến dạng ảnh hưởng đặc điểm hình thái độ nhám lòng sông Sau đây, báo cáo niên luận trình bày phương pháp s dụng để tính toán 3.2.2.1 Mô hình tính mưa dòng chảy a) Phương pháp tính mưa Mưa sử dụng đầu vào cho trình tính toán dòng ch ảy c lưu vực Mô hình HEC-HMS mô hình thông s ố tập trung, m ỗi l ưu v ực có trạm đo mưa đại diện Lượng mưa xem mưa bình quân lưu vực (phân bố đồng toàn lưu vực) Dù mưa tính theo cách tạo nên biểu đồ mưa hình 2.1 Biểu đồ mưa bi ểu thị chi ều sâu lớp nước trung bình thời đoạn tính toán Cường độ mưa (mm/ giờ) t0 t1 t3 t2 t4 t5 Thời gian (giờ) Hình 3.2: Biểu đồ mưa Phương pháp tính lượng mưa trung bình diện tích tính toán gồm có: phương pháp trung bình số học phương pháp trung bình có tr ọng s ố; phương pháp sau chia ra: phương pháp đa giác Thiessen, ph ương pháp đường đẳng trị mưa… Mưa tính theo phương pháp trung bình số học : SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 41 Ngành : Thủy Văn Lớp nước mưa trung bình lưu vực giá trị trung bình s ố h ọc lượng mưa trạm đo mưa lưu vực = (3.1) Trong : : Lượng mưa trạm thứ i n: Số trạm đo mưa lưu vực b Phương pháp tính tổn thất Nước mưa điền trũng thấm gọi lượng tổn thất HECHMS Lượng điền trũng thấm biểu thị lượng trữ nước bề mặt hay cỏ, lượng tích đọng cục bề mặt đất, v ết nứt, kẽ hở mặt đất nước không tự di chuy ển dòng ch ảy mặt đất Thấm biểu thị di chuyển nước xuống vùng nằm mặt đất Hai nhân tố quan trọng nên ý tính toán tổn th ất m ưa Th ứ nhất, lượng mưa không tham gia vào trình dòng ch ảy đ ược coi b ị t ổn thất từ hệ thống Thứ hai, phương trình dùng để tính toán lượng tổn thất không tính đến phục hồi độ ẩm hay lượng trữ bề mặt đất Thực tế cho biết chương trình HEC-HMS mô hình có xu th ế áp d ụng cho hi ện tượng mưa - lũ đóng Tính toán tổn thất mưa sử dụng theo đường đơn v ị hay thành phần mô hình sóng động học Trong trường hợp dùng thành ph ần đường đơn vị, lượng tổn thất xem toàn lưu v ực (phân b ố đ ều toàn lưu vực) Theo cách khác lượng tổn thất mưa riêng bi ệt có th ể đ ược xác định cho vùng dòng chảy riêng biệt mặt đất thành ph ần sóng động học Lượng tổn thất xem phân bố toàn vùng dòng chảy tràn qua Trong vài trường hợp cá biệt có lượng tổn thất không đáng k ể theo vị trí lưu vực Điều cho vùng h t ự nhiên, h SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy Văn 42 nhân tạo hay vùng không thấm Trong trường hợp tổn thất không tính toán theo phần trăm xác định diện tích không thấm Mô hình HEC-HMS có phương pháp dùng để tính toán tổn thất ta tính lượng tổn thất trung bình th ời đoạn tính toán, lượng mưa hiệu dùng để tính toán đường trình dòng chảy cho lưu vực Một hệ số không thấm tính theo ph ần trăm s dụng v ới phương pháp để bảo đảm phần diện tích không thấm 100% mưa sinh dòng chảy Phương pháp tốc độ thấm ban đầu thấm ổn định (Intial and Constant Rate): Khái niệm phương pháp là: Tỷ lệ ti ềm l ớn tổn thất mưa fc, không đổi suốt trận mưa Do vậy, n ếu p t lượng mưa khoảng thời gian từ t đến t + ∆t, lượng mưa hiệu pet thời đoạn cho bởi: pet = pt - fc pt > fc (3.2) pet = pt ≤ fc Quá trình thấm cường độ thấm Ia đó, sau giảm dần đạt tới giá trị không đổi f c Tổn thất ban đầu thêm vào mô hình để biểu thị hệ số trữ nước lưu vực Hệ số trữ kết qu ả giữ nước thảm phủ thực vật lưu vực, nước trữ chỗ lõm bị thấm hay bốc gọi tổn thất điền trũng Tổn thất xảy trước hình thành dòng chảy lưu vực Khi lượng mưa rơi lưu vực chưa vượt lượng tổn thất ban đầu chưa sinh dòng chảy Lượng mưa hiệu tính theo công thức: pet = Σ pi < Ia pet = pt - fc Σ pi > Ia pt > fc (3.3) pet = Σ pi > Ia pt< fc SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 43 Ngành : Thủy Văn Những thông số phương pháp biểu thị đặc trưng vật lý lớp đất lưu vực, điều kiện ẩm kỳ trước Nếu lưu vực điều kiện bão hòa ẩm, tổn thất ban đầu ti ến dần tới Nếu lưu vực khô hạn, tổn thất ban đầu lớn bi ểu thị l ớp nước mưa l ớn rơi lưu vực không sinh dòng chảy, điều ph ụ thu ộc vào địa hình lưu vực, việc sử dụng đất, loại đất việc xử lý đất 3.2.2.2 Mô hình tính lưu lượng dòng chảy mặt a Khái niệm đường đơn vị Đường trình đơn vị đồ thị hàm phản ứng dải xung đơn vị hệ thống thuỷ văn tuyến tính Đường trình đơn vị mô hình đơn giản mà ta có th ể s d ụng để xây dựng đường trình dòng chảy sông tạo b ởi m ột l ượng mưa vượt thấm giả thiết : *Mưa vượt thấm có cường độ mưa không đổi suốt thời gian m ưa *Mưa vượt thấm phân bố toàn diện tích lưu vực *Thời gian đáy đường trình dòng chảy tr ực ti ếp (t ức th ời gian trì dòng chảy trực tiếp) tạo m ưa v ượt th ấm m ột th ời gian mưa cho trước không đổi *Tung độ đường trình dòng chảy trực ti ếp c th ời gian đáy chung tỷ lệ thuận với tổng lượng dòng chảy tr ực ti ếp bi ểu th ị b ởi m ỗi đường trình *Đối với lưu vực cho trước, đường trình dòng chảy t ạo trận mưa hiệu dụng cho trước phản ánh đặc trưng không thay đ ổi c lưu vực Trong điều kiện tự nhiên, giả thiết không th ể tho ả mãn hoàn toàn Tuy nhiên số liệu thuỷ văn dùng tính toán đ ược ch ọn lọc để phù hợp tốt với giả thiết kết tính c mô hình đường đơn vị nói chung chấp nhận tính toán th ực tiễn SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 44 Ngành : Thủy Văn Đường đơn vị đưa trực tiếp vào chương trình đường đơn vị tổng hợp tính toán từ thông s ố cung c ấp b ởi người sử dụng b Đường trình đơn vị tổng hợp Snyder Trong công trình nghiên cứu nhiều lưu vực nằm chủ yếu mi ền cao nguyên Hoa Kỳ có diện tichs khoảng tờ 30- 30000 km2, Snyder (1938) tìm quan hệ tổng hợp số đặc trưng m ột đường trình đơn vị chuẩn Từ quan hệ đó, ta xác định đặc tr ưng cần thiết đường trình đơn vị th ời gian mưa hi ệu dụng cho trước: lưu lượng đỉnh đơn vị diện tích q pR, thời gian trễ lưu vực tpR, (tức khoảng chênh lệch thời gian tâm bi ểu đ trình mưa hiệu dụng với thời gian xuất đỉnh đường trình đơn vị), th ời gian đáy tb chiều rộng W (theo đơn vị thời gian) đường trình đ ơn v ị tung độ 50% 75% lưu lượng đỉnh Sử dụng đ ặc tr ưng này, ta vẽ đường trình đơn vị yêu cầu Snyder đưa định nghĩa đường trình đơn vị chuẩn Đó đường đơn vị có thời gian mưa tr liên hệ với thời gian trễ lưu vực qua phương trình: = 5.5tr (3.4) Đối với đường trình đơn vị chuẩn, ông tìm thấy rằng: Thời gian trễ tính: = C1Ct (LLc)0.3 (3.5) Trong đó: tính giờ, L chiều dài dòng (tính km) từ cửa đến đường phân nước, L c khoảng cách (tính km) từ cửa đến điểm dòng sông gần với tâm di ẹn tích l ưu v ực, C = 0.75 Ct hệ số suy từ lưu vực có s ố liệu đo đạc vùng nghiên cứu SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 45 Ngành : Thủy Văn Lưu lượng đỉnh đơn vị diện tích lưu vực tính theo m 3/s.km2 (hay cfs/mi2) đường trình đơn vị chuẩn là: qp = C2Cp (3.6) đó: C2 = 2.75 Cp hệ số suy từ lưu vực có s ố liệu đo đạc vùng nghiên cứu Để tính Ct Cp cho lưu vực có đo đạc, giá trị L L c đo từ đồ địa hình lưu vực Từ đường trình đơn vị lưu vực có đo đạc, ta thu giá trị thời gian mưa hiệu dụng t R (tính giờ), thời gian trễ lưu vực tpR (giờ) lưu lượng đỉnh đơn vị diện tích qpR (m3/s.km2) Nếu tpR = 5.5 tR thì: tR = tr, tpR = tp, qpR = qp hệ số Ct, Cp tính phương trình (3.5), (3.6) Nếu tpR khác đáng kể 5.5 tR, thời gian trễ chuẩn t p = t pR + tính bởi: tr - tR (3.7) phương trình (3.4), (3.7) giải đồng thời để tính t r Các giá trị Ct Cp tính từ (3.5), (3.6) với qpR = qp tpR = Khi lưu vực số liệu đo đạc, có đặc tr ưng tương tự với lưu vực khác có số liệu đo đạc, ta có th ể sử dụng h ệ s ố C t Cp lưu vực có số liệu tính từ phương trình đ ể suy đường trình đơn vị tổng hợp lưu vực đo đạc * Mối liên hệ lưu lượng đỉnh đơn vị diện tích lưu v ực đường trình đơn vị chuẩn q p đường trình đơn vị tính toán q pR biểu thị qua phương trình: q pR = qpt p t pR (3.8) SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 46 Ngành : Thủy Văn * Thời gian đáy tb (tính giờ) đường trình đơn vị có th ể xác định dựa theo điều kiện: diện tích nằm bên đường trình đơn vị phải tương đương với độ sâu cm l ượng dòng ch ảy tr ực ti ếp Gi ả thiết, biểu đồ đường trình đơn vị có dạng hình tam giác, ta ước tính thời gian đáy: tb = C3 q pR (3.9) với: C3 = 5.56 * Chiều rộng (tính giờ) biểu đồ đường trình đơn vị lưu lượng tỷ số phần trăm l ưu l ượng đ ỉnh q pR tính theo hệ thức: W = C W q -1.08 pR (3.10) với: CW = 1.22 chiều rộng 75% CW = 2.14 chiều rộng 50% Người ta thường phân bố 1/3 chiều rộng trước thời gian xuất hi ện đỉnh 2/3 chiều rộng lại cho sau thời gian 3.2.2.3 Mô hình tính lưu lương dòng chảy ngầm ( dòng chảy bản) Dòng chảy sông bao gồm hai thành phần: dòng chảy mặt nước mưa cung cấp, dòng chảy ngầm nguồn nước ngầm cung cấp Vì lượng dòng chảy ngầm cấp cho sông tương đối ổn định, không phụ thuộc rõ rệt vào lượng mưa dòng chảy mặt cho nên, tính toán dòng chảy từ mưa người ta ch ỉ tính lớp dòng chảy mặt, sau cộng thêm thành phần dòng chảy ngầm đ ể xác định dòng chảy thực đo Dòng chảy ngầm không đo đạc tr ực ti ếp mà ch ỉ tính theo suy đoán hợp lý Phương pháp đáy cố định: cho dòng chảy mặt kết thúc sau xuất đỉnh khoảng thời gian N (N coi ngưỡng dòng chảy ngầm) SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 47 Ngành : Thủy Văn Từ điểm bắt đầu dòng chảy mặt, ta kéo dài đường trình dòng ngầm phía trước gặp đường thẳng đứng đỉnh lũ Sau đó, dùng đoạn thẳng nối giao điểm với điểm nhánh nước hạ cách đỉnh khoảng thời gian N (N = F0.2, F diện tích lưu vực) Công thức tính: Q = Q0 k t (3.11) đó: Q0 lưu lượng điểm chân lũ lên k hệ số kinh nghiệm t thời gian tính từ chân lũ tới điểm có lưu lượng Q tính toán 3.2.2.4 Mô hình truyền lũ sông Diễn toán lũ dùng để tính toán di chuyển sóng lũ qua đo ạn sông hồ chứa Hầu hết phương pháp diễn toán lũ có HEC-HMS dựa phương trình liên tục quan hệ lưu lượng l ượng tr ữ Những phương pháp Muskingum, Muskingum-Cunge, Puls cải ti ến (Modified Puls), sóng động học (Kinematic Wave) Lag Trong tất phương pháp trình diễn toán ti ến hành nhánh sông độc lập từ thượng lưu xuống hạ lưu, ảnh hưởng nước vật đường mặt nước nước nhảy hay sóng không xem xét Phương pháp Muskingum Phương pháp Muskingum phương pháp diễn toán lũ dùng phổ biến để điều khiển quan hệ động lượng trữ lưu lượng Phương pháp mô hình hoá lượng trữ lũ lòng sông b ằng tổ hợp hai loại dung tích, dung tích hình nêm dung tích lăng trụ Trong lũ lên, dòng vào vượt dòng nên tạo dung tích hình nêm Khi lũ rút, lưu lượng dòng l ớn lưu lượng dòng vào, d ẫn đ ến dung tích hình nêm mang dấu âm Ngoài ra, ta có dung tích lăng tr ụ đ ược SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 48 Ngành : Thủy Văn tạo thành thể tích lòng dẫn lăng trụ với di ện tích mặt c ngang không đổi dọc theo lòng dẫn Giả thiết rằng, diện tích mặt cắt ngang dòng lũ tỷ lệ thu ận v ới l ưu lượng qua mặt cắt đó, thể tích lượng trữ lăng trụ KQ, K h ệ số tỷ lệ Thể tích lượng trữ hình nêm KX(I - Q), X m ột tr ọng số có giá trị nằm khoảng từ đến Do đó, tổng lượng trữ tổng hai lượng trữ thành phần: S = KQ + KX(I - Q) (3.12) Phương trình lượng trữ phương pháp Muskingum viết dạng: S = K[XI + (1 - X)Q] (3.13) Phương trình tiêu biểu cho mô hình tuyến tính để di ễn toán dòng chảy dòng sông Giá trị X phụ thuộc vào hình dạng dung tích hình nêm mô hình hoá Giá trị X thay đổi từ loại dung tích kiê ủ h ch ứa, đ ến 0.5 dung tích hình nêm đầy Khi X = 0, dung tích hình nêm không tồn nước vật Đó trường hợp m ột h ch ứa có mặt nước nằm ngang Trong trường hợp này, phương trình (3.12) dẫn đến mô hình hồ chứa tuyến tính, S = KQ Trong sông thiên nhiên, X l giá trị 0.3 với giá trị trung bình gần với 0.2 Vi ệc xác đ ịnh X v ới đ ộ xác cao không cần thiết, kết qu ả tính toán ph ương pháp tương đối nhạy cảm với giá trị X Tham s ố K th ời gian ch ảy truy ền sóng lũ qua đoạn lòng dẫn Để xác định giá trị K X c s đặc tính lòng dẫn lưu lượng, ta sử dụng phương pháp gọi Muskingum- Cunge Trong diễn toán lũ, giá trị K X giả thi ết biết không đổi toàn phạm vi thay đổi dòng chảy Các giá trị lượng trữ thời điểm j j+1 theo (3.13) viết là: Sj = K[XIj + (1 - X)Qj] Sj+1 = K[XIj+1 + (1 - X)Qj+1] SV :Mai Xuân Đăng (3.14) (3.15) Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN Ngành : Thủy Văn 49 Sử dụng phương trình (3.14) (3.15), ta tính đươc số gia lượng trữ khoảng thời gian ∆ t là: Sj+1 - Sj =K{[XIj+1 + (1 - X)Qj+1] - [XIj + (1 - X)Qj]} (3.16) Số gia lượng trữ biểu thị phương trình: S j+1 - S j = I j + I j+1 Q + Q j+1 Δt - j Δt 2 (3.17) Kết hợp (3.16), (3.17) sau rút gọn ta thu được: Qj+1 = C1Ij+1 + C2Ij + C3Qj (3.18) Đó phương trình diễn toán phương pháp Muskingum, C1 = C2 = C3 = Δt - 2KX 2K ( - X ) + Δt Δt + 2KX 2K ( - X ) + Δt 2K ( - X ) - Δt 2K ( - X ) + Δt (3.19) (3.20) (3.21) Trong C1 + C2 + C3 = Ta xác định K X đoạn sông xét có s ẵn đường trình lưu lượng thực đo dòng vào dòng Giả thiết nhiều giá trị khác X sử dụng giá tr ị bi ết c đường trình lưu lượng, ta tính giá trị liên ti ếp tử s ố mẫu số biểu thức K suy từ (3.16), (3.17) SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN K= Ngành : Thủy Văn 50 0.5 Δt [(I j + + I j ) - (Q j + + Q j )] X(I j + - I j ) + (1 - X) (Q j + - Q j ) (3.22) Các giá trị tính toán tử số mẫu số cho kho ảng th ời gian chấm đồ thị với tử số đặt trục tung mẫu số đặt trục hoành Nói chung, ta thu đồ thị có dạng đường vòng dây Giá trị X giá trị làm cho đường vòng dây thu hẹp gần sát thành đường đơn độ dốc đường theo (3.22) K Bởi K thời gian cần thiết để sóng lũ vận động qua đoạn lòng dẫn nên giá trị ước lượng th ời gian chảy truy ền th ực đo đỉnh lũ đoạn lòng dẫn xét KẾT LUẬN Sau nhiều tuần làm niên luận với hướng dẫn giảng viên Th.S Đỗ Thị Bính, Niên luận “Nghiên cứu phương pháp tính toán -Lập phương án dự báo dòng chảy lũ cho trạm Vụ Quang- sông Lô ” hoàn thành thu kết sau: - Đã thu thập, tìm hiểu thông tin điều kiện địa lý tự nhiên LVsông Lô - Tìm hiểu đặc điểm lũ hình thời tiết gây lũ lưu vực, từ tiến hành xem xét nghiên cứu tổ hợp lũ sông nhánh lưu vực - Nghiên cứu mô hình HEC-HMS hồi quy tuyến tính đê tìm phương án dự bão lũ - Đã tham khảo tài liệu, báo chuyên ngành, từ tiến hành nghiên cứu tổng quan dự báo thủy văn, nghiên cứu phương pháp dự báo thủy văn thưởng dùng giới Việt Nam Đi sâu vào nghiên cứu niên luận đưa số nhận xét sau : SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN 51 Ngành : Thủy Văn Lưu vực sông Lô có đặc điểm dòng chảy phức tạp, mạng lưới trạm thủy văn thưa thớt chủ yếu tập trung dòng Việc điều tiết xả lũ hồ Tuyên Quang có ảnh hưởng lớn đến dòng chảy đến trạm Vụ Quang, ảnh hưởng hồ Thác Bà không đáng kể TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Văn Nghinh, Bùi Công Quang, Hoàng Thanh Tùng (2006), Mô hình toán thuỷ văn, Nhà xuất Xây Dựng [2] Nguyễn Hữu Khải, Vũ Mạnh Cường (2009), Nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC-HMS tính toán điều tiết hệ thống hồ chứa thượng nguồn sông Hồng, Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Hà Nội [3] Nguyễn Thanh Sơn (2005), Đánh giá tài nguyên nước Việt Nam, Nhà xuất Giáo Dục [4] Nguyễn Văn Tuần, Đoàn Quyết Trung, Bùi Văn Đức (2003), Dự báo thủy văn, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội [5] Trần Hồng Thái, Nguyễn Hoàng Minh (2013), ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC SÔNG ,Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Hà Nội SV :Mai Xuân Đăng Lớp : ĐH3T Trường ĐH TN & MT HN SV :Mai Xuân Đăng 52 Ngành : Thủy Văn Lớp : ĐH3T ... tài Nghiên cứu phương pháp tính toán lập phương án dự báo dòng ch ảy lũ trạm Vụ Quang - sông Lô Phạm vi nghiên cứu Lưu vực sông Lô bao gồm dòng sông Lô hai nhập l ưu sông Gâm sông Chảy Phương pháp. .. chế độ dòng chảy phía hạ du sông Lô, việc dự báo khu vực h du g ặp không khó khăn, điển hình dự báo lũ cho trạm Vụ Quang Tính toán tìm ph ương án dự báo lũ thích hợp cho trạm Vụ Quang sông Lô c... số lần dự báo theo qui trình mà phương án qui định Sai số phương pháp dự báo Phương pháp dự báo phương hướng chung để tìm trị số dự báo, chẳng hạn dự báo theo phương pháp mưa rào -dòng chảy, hay