Xây dựng bộ thông số cho lưu vực sông bôi nhằm dự báo được tổng lượng và quá trình lũ

Mục lục A MỞ ĐẦU I Mục đích nghiên cứu II Đối tượng phạm vi nghiên cứu III Ý nghĩa B NỘI DUNG I Giới thiệu chung mô hình NAM II Cấu trúc mơ hình III Diễn tốn dòng chảy IV Thơng số mơ hình V Ứng dụng mơ hình VI Tính tốn lưu vực sơng Bơi Q trình chạy mơ hình Q trình hiệu chỉnh Kết hiệu chỉnh VII Chỉ tiêu đánh giá sai số Chỉ số tương quan C KẾT LUẬN I Kết luận II Nhận xét A MỞ ĐẦU I Mục đích nghiên cứu Xây dựng thông số cho lưu vực sông Bôi nhằm dự báo tổng lượng trình lũ II Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu mơ hình MIKE – NAM - Phạm vi nghiên cứu lưu vực sông Bôi III Ý nghĩa - Nâng cao trình độ chun mơn cho thân - Tìm thông số phù hợp cho lưu vực nghiên cứu - Cơ sở xây dựng đường trình lũ tính tốn thực đo, đường tổng lượng lũ B NỘI DUNG I Giới thiệu chung mơ hình NAM Mơ hình NAM mơ hình tất định dạng nhận thức với thơng số tập trung, mơ hình mơ liên tục Mơ hình NAM mơ q trình mưa-dòng chảy diễn lưu vực Đây modun tính mưa từ dòng chảy phần mềm thương mại MIKE 11 viện thủy lực Đan Mạch xây dựng phát triển Cấu trúc mô hình NAM Mơ hình NAM mơ q trình mưa-dòng chảy cách liên tục thơng qua việc tính tốn cân nước bốn bể chứa thẳng đứng, có tác dụng qua lại lẫn để diễn tả tính chất vật lý lưu vực Các bể chứa gồm: • • • • Bể tuyết ( áp dụng cho vùng có tuyết) Bể mặt Bể sát mặt hay bể tầng rễ Bể ngầm Dữ liệu đầu vào mơ hình mưa, bốc tiềm năng, nhiệt độ ( áp dụng cho vùng có tuyết) Kết đầu mơ hình dòng chảy lưu vực, mực nước ngầm thơng tin khác cho chu trình thủy văn, thay đổi tạm thời độ ẩm đất khả bổ sung nuớc ngầm Dòng chảy lưu vực phân cách gần thành dòng chảy mặt, dòng chảy sát mặt, dòng chảy ngầm II Cấu trúc mơ hình a Bể tuyết Giáng thủy giữ lại bể tuyết nhiệt độ 0oC, nhiệt độ lớn 0oC chuyển xuống bể chứa mặt Qmelt = Csmclt T Trong đó: Csmelt = mm/ngày/K hệ số tuyết tan ngày b Bể chứa mặt Lượng ẩm trữ bể mặt thực vật, lượng nước điền trũng bề mặt lưu vực đặc trưng lượng trữ bề mặt Umax đặc trưng cho giới hạn trữ nước tối đa bể Lượng nước U bể chứa mặt giảm dần bốc hơi, thất theo phương nằm ngang ( dòng chảy sát mặt ) Khi luợng nuớc vượt ngưỡng Umax, phần lượng nước vượt ngưỡng , PN chảy vào suối dạng dòng chảy tràn bề mặt, phần lại thấm xuống bể sát mặt bể ngầm c Bể sát mặt( bể tầng rễ cây) Bể thuộc tầng rễ cây, lớp đất mà thực vật hút nước ẩm Lmax đặc trưng cho lượng ẩm tối đa mà bể chứa Lượng ẩm bể chứa đặc trưng đại lượng L L phụ thuộc vào lượng tổn thất thoát thực vật lượng ẩm ảnh hưởng đến lượng nước xuống bể chứa ngầm để bổ sung lượng nước ngầm d Bể ngầm Biểu thị tâng nước ngầm III Diễn toán dòng chảy a Dòng chảy mặt Khi bể chứa mặt tràn nước, U>Umax, lượng nước vượt ngưỡng PN hình thành dòng chảy mặt thấm xuống QOF phần PN, tham gia hình thành dòng chảy mặt, tỷ lệ thuận với PN thay đổi tuyến tính với lượng ẩm tương đối, L/Lmax tầng rễ cây: QOF= Trong đó: CQOF hệ số dòng chảy mặt ( TOF ngưỡng dòng chảy mặt ( 01) Phần lại PN thấm xuống tầng Một phần DL phần nước amthấm xuống này, ( PN – QOF) làm tăng lượng ẩm L bể chứa tẫng rễ Phần lại thẩm thấu xuống tầng sâu để bổ sung cho bể chứa tầng ngầm b Dòng chảy sát mặt Dòng chảy sát mặt, QIF giả thiết tỷ lệ thuận với U biến đổi tuyến tính với độ ẩm tương đối bể chứa tầng rễ cây: QIF= Trong đó: CKIF số thời gian dòng chảy sát mặt TIF giá trị ngưỡng dòng chảy sát mặt ( 01) c Bổ sung dòng chảy ngầm Lượng nươc thấm xuống G, bổ sung cho bể chứa ngầm phụ thuộc vào độ ẩm đất tầng rễ cây: G= Trong đó: TG giá trị ngưỡng lượng nước bổ sung cho tầng ngầm ( 01) d Diễn tốn dòng chảy mặt dòng chảy sát mặt Dòng chảy mặt dòng chảy sát mặt diễn tốn thơng qua bể chứa tuyến tính theo chuỗi thời gian với số thời gian CK1 CK2 = QOF(1-)+ = QIF(1-)+ e Diễn tốn dòng chảy ngầm Dòng chảy ngầm diễn tốn tốn thơng qua bể chứa tuyến tính với số thời gian CKBF BFt = G(1-)+ f Tổng lượng dòng chảy IV Thơng số mơ hình Mơ hình NAM bao gồm thơng số cần hiệu chỉnh Thơng số mơ hình Lmax Umax CQOF Mơ tả Lượng nước tối đa bể chứa tầng rễ Lmax gọi lượng ẩm tối đa tầng rễ để thực vật hút để thoát nước Lượng nước tối đa bể chứa mặt Lượng trũ gọi lượng nước để điền trũng, rơi mặt thực vật, chứa vài Cm bề mặt đất Hệ số dòng chảy mặt (0≤CQOF≤1) CQOF định phân phân phối mưa hiệu cho dòng chảy ngầm thấm TOF TIF TG CKIF CK12 CKBF Giá trị ngưỡng dòng chảy mặt (0≤TOF≤1) Dòng chảy mặt hình thành số ẩm tương đối đất tầng rễ lớn TOF Giá trị ngưỡng dòng chảy sát mặt (0≤TIF≤1) Dòng chảy sát mặt hình thành số ẩm tương đối đất tầng rễ lớn TIF Giá trị ngưỡng lượng nước bổ sung cho dòng chảy ngầm (0≤TOF≤1) Lượng bổ sung cho bể chứa ngầm hình thành kh số ẩm tương đối tầng rễ lớn TG Hằng số thời gian dòng chảy sát mặt CKIF với Umax định dòng chảy sát mặt Nó chi phối thơng số diễn tốn dòng chảy sát mặt CKIF>>CK12 Hằng số thời gian cho diễn tốn dòng chảy mặt sát mặt Dòng chảy mặt dòng chảy sát mặt diễn tốn theo bể chứa tuyến tính theo chuỗi với với số thời gian CK12 Hằng số thời gian dòng chảy ngầm Dòng chảy ngầm từ bể chứa ngầm diễn tốn mơ hình bể chứa tuyến tính với số thời gian CKBF V Ứng dụng mơ hình VI Mơ hình NAM tích hợp modun phần mềm thương mại MIKE 11 viện thủy lực Đan Mạch – DHI, sử dụng nhiều nơi giới năm gần hay sử dụng Việt Nam Những ứng dụng chủ yếu mơ hình: a Phân tích thủy văn - Phân phối dòng chảy - Ước tính thấm bốc b Dự báo lũ - Tính tốn biên nhập lưu cho mơ hình thủy lực mạng lưới sơng - Liên kết với mơ hình khí tượng c Kéo dài số liệu dòng chảy - Phục hồi liệu bị thiếu - Cở sở xác định giá trị cực đoan d Dự báo dòng chảy kiệt - Phục vụ tưới - Quản lý chất lượng nước Tính tốn lưu vực sông Bôi Lưu vực sông Bôi (F = 764 km2 ) chọn chuỗi số liệu mưa, bốc hơi, dòng a trận lũ xảy từ ngày 08/10/1970 đến ngày 22/10/1970 ( với bước thời gian tính tốn ngày) Bảng số liệu đầu vào Quá trình chạy mơ hình Mở MIKE 11 Chọn NEW -> chọn MIKE ZERO -> chọn time series (dfs0) Chọn Blank time series Nhập số liệu mưa, bốc hơi, dòng chảy cho mơ hình Nhập thơng số mơ hình NAM Chọn MIKE 11 -> chọn RR Parameters (.rr11) Chọn Insert Cachment để thêm lưu vực tính tốn Ở mục RR parameters chọn đến file rainfall runoff parameter vừa tạo lúc trước Bên tab simulation chọn bước thời gian bắt đầu kết thúc Bên tab result chọn file kết Kết sau chạy mơ hình: Sau thay đổi thơng số mơ hình cho đường lưu lượng tính tốn đường lưu lương thực đo phù hợp Q trình hiệu chỉnh mơ hình Bảng thông số qua lần hiệu chỉnh: Kết hiệu chỉnh Thơng qua q trình hiệu chỉnh thông số ta thu thông số cuối cùng: Thông số Umax (mm) Lmax (mm) 12 Thông số CKBF CKIF CK12 CQOF (day) (day) TOF 50 0.8 500 38 U/Umax L/Lmax QOF QIF 200 0.5 0.4 20 TIF BF 18 R2 15 TG 0.33 WBL (%) 0.779 5.3 Đánh giá độ nhạy thông số Trong thơng số mơ hình phân thơng số chính( thơng số nhạy) hay thơng số phụ ( thông số không nhạy) - Sử dụng phương pháp thử sai đơn giản để đánh giá độ nhạy thơng số mơ hình: Với thơng số: Thông số Umax (mm) Lmax (mm) 10 Thông số CKBF CKIF CK12 CQOF (day) (day) TOF 100 0.8 500 47 U/Umax L/Lmax QOF QIF 200 0.5 0.4 20 TIF BF 18 TG R2 15 0.33 WBL (%) 0.714 Sai lệch tổng lượng WBL= 6.4% Số tương quan R= 0.714 Xét với Lmax - Giảm Lmax 50% (Umax = 50 mm) Sai lệch tổng lượng WBL= -0.9% Hệ số tương quan R= 0.761 Tăng Lmax 50% ( Lmax = 150 mm ) Sai lệch tổng lượng WBL= 7.4% Hệ số tương quan R= 0.976 Suy ra: • Lmax định đến đỉnh lũ ( Lmax tăng đỉnh lũ giảm, trình lũ giảm) Xét với Umax - Tăng Umax 40 % ( Umax = 14 mm ) Sai lệch tổng lượng WBL= 1.0% Hệ số tương quan R= 0.751 Khi ta thay đổi giá trị Umax làm thay đổi đường chân lũ nhiều → Umax có ảnh hưởng tới kết mơ hình - Xét CK12 Tăng CK12 ( tăng thêm mm) Sai lệch tổng lượng WBL= -1.6% Hệ số tương quan R= 0.745 Giảm CK12 ( giảm mm ) Sai lệch tổng lượng WBL= 5.3% Hệ số tương quan R= 0.779 Suy ra: • CK12 định đến độ lớn đỉnh lũ ( tăng CK12 đỉnh lũ giảm, giảm CK12 đỉnh lũ tăng) • CK12 định đến sai lệch tổng lượng ( tăng CK12 tổng lượng lũ tính tốn tăng)  Theo em thơng số nhạy thơng số mơ hình Umax  Ngồi thơng số khác mơ hình có ảnh hướng tới q trình lũ, nhiên mức độ ảnh hưởng khơng lớn Kiểm định mơ hình Chọn trận lũ lưu vưc sông Bôi kéo dài từ ngày 22/09/1970 đến ngày 08/10/1970 để kiểm định cho thơng số chọn ta có: Kết kiểm định thông số: Sai lệch tổng lượng WBL= -10.5% Hệ số tương quan R= 0.869 Ta nhận thấy: Quá trình dòng chảy thực đo tính tốn bước kiểm định phù hợp đảm bảo độ xác ( dựa vào hệ số tương quan R= 0.869) Nên coi thơng số mơ hình xác định đảm bảo yêu cầu C KẾT LUẬN I Kết luận - Với thơng số mơ Với R = 0.799 kết tốt nhiên chấp nhận thơng số - Mơ hình MIKE NAM phù hợp cho lưu vực vừa nhỏ - Bộ thơng số mơ hình sau hiệu chỉnh, kiểm định sử dụng cho lưu vực phận có diện tích tương ứng - Qua q trình làm báo cáo giúp em hiểu bước xây dựng lý thuyết mơ hình NAM II Nhận xét - Yêu cầu người sử dụng phải có kinh nghiệm hiệu chỉnh thơng số - Trong q trình ứng dụng mơ hình từ việc cài đặt, tìm hiểu cách sử dụng mơ hình chạy mơ hình gặp nhiều khó khăn - Do làm quen với mơ chưa có kinh nghiệm nên gặp khó khăn việc lựa chọn thông số cho phù hợp Kết luận chung • Các mơ hình thủy văn tất định chủ yếu dùng vào việc mô mối quan hệ mưa- dòng chảy lưu vực, q trình vận động nước lưu vực, hệ thống sơng Loại mơ hình phổ biến dùng tốn dự báo dòng chảy ngắn hạn, khơi phục chuỗi số liệu dòng chảy từ chuỗi số liệu mưa Một số ưu điểm mô hình tốn tất định khả xem xét, đánh giá ảnh hưởng hệ thống cấu trúc bên có thay đổi, xây dựng kho nước điều tiết dòng chảy, phát triển khai thác rừng thượng nguồn… • Ý nghĩa: - Quy hoạch phát triển: giảm nhẹ thiệt hại nước gây - Thiết kế hồ chứa ( điều tiết nước) xây dựng hệ thống đê, nạo vét, chủ động phòng chống lũ - Vận hành quản lý hồ chứa • Sau sử dụng mơ hình: HEC-HMS, TANK, MIKE-NAM lưu vực, khoảng thời gian, trận lũ em nhận thấy rằng: - Mơ hình MIKE- NAM mơ hình sử dụng tốt - Thời gian để hiệu chỉnh mơ hình Mike- Nam khơng đáng kể so với mơ hình lại - Các thơng số mơ hình Mike- nam dễ xác định ý nghĩa vật lý so với mô hình lại ... nghiên cứu Xây dựng thơng số cho lưu vực sông Bôi nhằm dự báo tổng lượng trình lũ II Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu mơ hình MIKE – NAM - Phạm vi nghiên cứu lưu vực sông Bôi III... Bôi III Ý nghĩa - Nâng cao trình độ chun mơn cho thân - Tìm thông số phù hợp cho lưu vực nghiên cứu - Cơ sở xây dựng đường trình lũ tính tốn thực đo, đường tổng lượng lũ B NỘI DUNG I Giới thiệu... MIKE NAM phù hợp cho lưu vực vừa nhỏ - Bộ thông số mơ hình sau hiệu chỉnh, kiểm định sử dụng cho lưu vực phận có diện tích tương ứng - Qua q trình làm báo cáo giúp em hiểu bước xây dựng lý thuyết