Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo lũ cho lưu vực sông hoàng long tỉnh ninh bình

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu, nội dung, kết quả trong luận văn “Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo lũ cho lưu vực sông Hoàng Long tỉnh Ninh Bình” là công trình do tôi thự

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ CHO LƯU VỰC SÔNG HOÀNG LONG TỈNH NINH BÌNH

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC

NGUYỄN HẢI LÂN

HÀ NỘI, NĂM 2017

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ CHO LƯU VỰC SÔNG HOÀNG LONG TỈNH NINH BÌNH

NGUYỄN HẢI LÂN

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC

MÃ SỐ: 60440224

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS TRẦN DUY KIỀU

HÀ NỘI, NĂM 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Trần Duy Kiều

Cán bộ phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Hữu Khải

Cán bộ phản biện 2: TS Nguyễn Viết Thi

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày 26 tháng 12 năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu, nội dung, kết quả trong luận văn “Nghiên

cứu xây dựng phương án dự báo lũ cho lưu vực sông Hoàng Long tỉnh Ninh Bình” là công trình do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Duy

Kiều Nội dung trong luận văn là trung thực, các tài liệu, số liệu trích dẫn đều ghi

rõ trong phần tài liệu tham khảo và chưa được công bố trên các công trình nào khác

Nếu có bất kỳ sự gian lận trong nội dung nghiên cứu của luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng nhà trường

Nguyễn Hải Lân

LỜI CẢM ƠN

Luận văn “Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo lũ cho lưu vực sông Hoàng

Long tỉnh Ninh Bình” đã được hoàn thành, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến

nhà trường các thầy cô giáo Khoa Khí tượng - Thủy văn, cùng toàn thể các thầy cô, giảng viên và các anh chị trong trường, đã tạo mọi điều kiện, đóng góp và trao đổi nhiều

ý kiến quý báu giúp cho học viên có thể hoàn thành luận văn một cách tốt nhất

Đặc biệt học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Duy Kiều đã tận tình hướng dẫn, động viên em trong suốt quá trình giảng dạy cũng như chỉ bảo và cung cấp những tài liệu, thông tin cần thiết cho em trong thời gian làm luận văn

Học viên cảm ơn lãnh đạo Đài KTTV khu vực Đồng bằng Bắc Bộ, Đài KTTV tỉnh Ninh Bình, gia đình, bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ, khích lệ và động viên em rất nhiều để em có thể hoàn thành luận văn này

Do thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu chưa nhiều, bên cạnh đó nội dung nghiên cứu rộng, phức tạp luận văn khó tránh được những thiếu sót Học viên rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu để luận văn được hoàn thiện hơn và tiến tới ứng dụng được vào thực tiễn

Hà Nội, tháng 12 năm 2017

Nguyễn Hải Lân

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

THÔNG TIN LUẬN VĂN v

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO LŨ 3

1.1 Tổng quan về các phương pháp dự báo lũ 3

1.1.1 Tổng quan về nghiên cứu dự báo lũ trên thế giới 3

1.1.2 Tổng quan về nghiên cứu dự báo lũ ở Việt Nam 6

1.1.3 Tổng quan về dự báo lũ trên lưu vực sông Hoàng Long 10

1.2 Điều kiện tự nhiên lưu vực sông Hoàng Long 11

1.2.1 Vị trí địa lý lưu vực sông Hoàng Long 11

1.2.2 Đặc điểm địa hìnhlưu vực sông Hoàng Long 11

1.2.3 Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng và thảm phủ thực vật 12

1.2.4 Đặc điểm khí hậu lưu vực sông Hoàng Long 14

1.2.4.1 Mạng lưới trạm quan trắc KTTV trên lưu vựcsông hoàng Long 14

1.2.4.2 Đặc điểm khí hậu lưu vực sông Hoàng Long 14

1.2.5 Đặc điểm lũ lưu vực sông Hoàng Long 19

1.2.6 Đặc điểm kinh tế xã hội lưu vực sông Hoàng Long 23

1.3 Nhận xét chương 1 24

Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ MÔ HÌNH ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 25

2.1 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 25

2.1.1 Hướng tiếp cận 25

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu 26

2.2 Cơ sở lý thuyết mô hình ứng dụng trong nghiên cứu 26

2.2.1 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE - NAM 27

2.2.2 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11 30

2.3 Nghiên cứu sử dụng mô hình số trị (NWP) trong dự báo lũ 35

2.4 Cơ sở số liệu 38

2.5 Nhận xét chương 2 38

Chương 3 : XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ CHO LƯU VỰC SÔNG HOÀNG LONG 39

3.1 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE - NAM 39

3.1.1 Thiết lập sơ đồ tính toán cho mô hình MIKE - NAM 39

3.1.2 Số liệu đầu vàomô hình MIKE - NAM 42

3.1.3 Hiệu chỉnh mô hình MIKE - NAM 43

3.1.4 Kiểm định mô hình MIKE - NAM 45

3.2 Hiệu chỉnh và kiểm đinh mô hình MIKE 11 47

3.2.1 Thiết lập sơ đồ thủy lực cho mô hình MIKE11 47

3.2.2 Số liệu đầu vào cho mô hình MIKE11 49

3.2.3 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE11 50

3.3 Xây dựng phương án dự báo lũ cho lưu vực sông Hoàng Long 56

3.3.1 Tính toán lượng mưa dự báo 56

3.3.2 Xây dựng phương án dự báo lũ cho lưu vực sông Hoàng Long 58

3.4 Dự báo thử nghiệm dòng chảy lũ trên sông Hoàng Long tại trạm Bến Đế 59

3.5 Nhận xét chương 3 65

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

THÔNG TIN LUẬN VĂN

Họ tên học viên: Nguyễn Hải Lân

Lớp: CH2AT Khóa: 2017 - 2018

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS.Trần Duy Kiều

Tên đề tài: Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo lũ cho lưu vực sông Hoàng Long tỉnh Ninh Bình

Tóm tắt nội dung luận văn:

Đề tài đã đưa ra xu hướng nghiên cứu trong và ngoài nước hiện nay và vị trí địa lý lưu vực sông Hoàng Long Phân tích tìm ra hình thế thời tiết gây mưa cho lưu vực để tìm được nguyên nhân chính sinh ra dòng chảy lũ cho hạ du sông Hoàng Long Do đó nắm bắt được đặc điểm lũ trên lưu vực sông Hoàng Long từ

đó đưa ra hướng nghiên cứu phương án cảnh báo, dự báo lũ cho hạ lưu sông

Việc tìm hiểu kỹ lý thuyết các phương pháp và mô hình để ứng dụng trong lĩnh vực nghiên cứu của đề tài là rất cần thiết và hợp lý Kết quả đạt được trong nghiên cứu của đề tài đưa ra được phương án dự báo lũ cho hạ lưu sông, qua

đánh giá dự báo thử nghiệm phương án đạt kết quả tốt

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

WMO Tổ chức khí tƣợng thế giới

TTKTTVQG Trung tâm Khí tƣợng Thủy văn quốc gia

TTDBTƢ Trung tâm dự báo Khí tƣợng Thủy văn Trung ƣơng KTTV Khí tƣợng Thủy văn

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Phương pháp dự báo thủy văn hạn ngắn cho các sông chính đang được sử

dụng tại Trung tâm Dự báo KTTV TƯ 9

Bảng 1.2: Một số đặc trưng lưu vực sông Hoàng Long 12

Bảng 1.3: Danh sách trạm Khí tượng trên lưu vực sông Hoàng Long 14

Bảng 1.4: Danh sách trạm thuỷ văn trên lưu vực sông Hoàng Long 14

Bảng 1.5: Số giờ nắng trung bình tháng, năm tại một số vị trí trên lưu vực sông Hoàng Long (1997-2016) 15

Bảng 1.6: Nhiệt độ không khí trung bình tháng, năm tại một số vị trí trên lưu vực sông Hoàng Long (1997-2016) 15

Bảng 1.7: Bốc hơi trung bình tháng, năm tại một số vị trí trên lưu vực

sông Hoàng Long (1997-2016) 16

Bảng 1.8: Lượng mưa trung bình tháng, năm tại một số vị trí trên lưu vực

sông Hoàng Long (1997-2016) 18

Bảng 1.9: Đặc trưng của một số trận lũ lớn trên sông Hoàng Long 20

Bảng 1.10: Đặc điểm lũ và nguyên nhân gây mưa lũ chủ yếu trên lưu vực sông Hoàng Long tại Bến Đế [1] 21

Bảng 3.1: Trận lũ lựa chọn tính toán trong mô hình MIKE - NAM 42

Bảng 3.2: Chỉ tiêu đánh giá chất lượng hiệu chỉnh mô hình MIKE - NAM 45

Bảng 3.3: Bộ thông số mô hình MIKE - NAM lưu vực sông Hoàng Long 45

Bảng 3.4: Chỉ tiêu đánh giá chất lượng kiểm định mô hình MIKE-NAM 46

Bảng 3.5: Điều kiện biên cho mô hình MIKE11 sông Hoàng Long 49

Bảng 3.6: Trận lũ lựa chọn tính toán trong mô hình MIKE11 50

Bảng 3.7: Đánh giá chất lượng hiệu chỉnh mô hình MIKE11 52

Bảng 3.8: Hệ số nhám trong hệ thống sông Hoàng Long 52

Bảng 3.9: Đánh giá chất lượng kiểm định mô hình MIKE11 54

Bảng 3.10: Minh họa định dạng số liệu lượng mưa ngày LVS Hoàng Long 56

Bảng 3.11: Bảng phân cấp lượng mưa theo tiêu chuẩn WMO 57

Bảng 3.12: Hệ số mưa của các trạm so với toàn lưu vực 57

Bảng 3.13: Hệ số mưa của các trạm so với trạm Ninh Bình 57

Bảng 3.14: Đánh giá chất lượng dự báo lũ tại trạm Bến Đế theo PA1 63

Bảng 3.15: Đánh giá chất lượng dự báo tại trạm Bến Đế theo PA2 64

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Bản đồ lưu vực sông Hoàng Long 12

Hình 1.2: Biểu đồ tổng số giờ nắng trung bình năm trên lưu vực 15

Hình 1.3: Biểu đồ biến thiên nhiệt độ không khí trung bình tháng trên lưu vực 16

Hình 1.4: Lượng mưa trung bình tháng tại một số vị trí trên lưu vực sông Hoàng Long (1997-2016) 18

Hình 1.5: Sơ đồ tiếp cận xây dựng phương án dự báo lũ cho lưu vực sông Hoàng Long 24

Hình 2.1: Sơ đồ mô hình NAM 28

Hình 2.2: Danh sách địa phương được cung cấp sản phẩm dự báo số trị 36

Hình 2.3: Các yếu tố dự báo tại trạm khí tượng Ninh Bình 37

Hình 2.4: Sản phẩm dự báo sau khi giải mã với thời gian dự kiến 84 giờ 37

Hình 3.1: Giao diện chính mô hình MIKE 11 39

Hình 3.2: Tạo File mô đun RR 39

Hình 3.3: Sơ đồ thiết lập các tiểu lưu vực sông Hoàng Long 40

Hình 3.4: Diện tích cho các tiểu lưu vực trong mô hình NAM 40

Hình 3.5: Nhập số liệu trạm khí tượng vào mô hình NAM 41

Hình 3.6: Tính toán trọng số cho các tiểu lưu vực bộ phận 41

Hình 3.7: Bảng thông số của các lưu vực trong mô hình NAM 42

Hình 3.8: Sơ đồ các bước hiệu chỉnh bộ thông số mô hình MIKE - NAM 43

Hình 3.9: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán trận lũ 2005 tại trạm Hưng Thi trong quá trình hiệu chỉnh mô hình MIKE - NAM 44

Hình 3.10: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán trận lũ 2007 tại trạm Hưng Thi trong quá trình hiệu chỉnh mô hình MIKE - NAM 44

Hình 3.11: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán trận lũ 2013 tại trạm Hưng Thi trong quá trình kiểm định mô hình MIKE - NAM 46

Hình 3.12: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán trận lũ 2014 tại trạm Hưng Thi trong quá trình kiểm định mô hình MIKE - NAM 47

Hình 3.13: Sơ đồ lưới trạm thủy văn và hệ thống lưu vực sông Hoàng Long 48

Hình 3.14: Sơ đồ mạng lưới thủy lực sông Hoàng Long 48

Hình 3.15: Minh họa mặt cắt sông Hoàng Long 49

Hình 3.16: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán trận lũ 2005 tại trạm Bến

Đế trong quá trình hiệu chỉnh mô hình MIKE 11 51

Hình 3.17: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán trận lũ 2007 tại trạm Bến Đế trong quá trình hiệu chỉnh mô hình MIKE 11 51

Hình 3.18: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán trận lũ 2013 tại trạm Bến Đế trong quá kiểm định chỉnh mô hình MIKE 11 55

Hình 3.19: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán trận lũ 2014 tại trạm Bến Đế trong quá trình kiểm định mô hình MIKE 11 55

Hình 3.20: PA1 giả định giá trị biên mực nước hạ lưu 58

Hình 3.21: PA2 kéo dài mực nước tại biên hạ lưu theo các đường xu thế 59

Hình 3.22: Giao diện chính của mô đun FF 59

Hình 3.23: So sánh kết quả dự báo mực nước thời đoạn 6 giờ tại trạm Bến Đế (PA1) 60

Hình 3.24: So sánh kết quả dự báo mực nước thời đoạn 12 giờ tại trạm Bến Đế (PA1) 60

Hình 3.25: So sánh kết quả dự báo mực nước thời đoạn 24 giờ tại trạm Bến Đế (PA1) 61

Hình 3.26: So sánh kết quả dự báo mực nước thời đoạn 6 giờ tại trạm Bến Đế (PA2) 61

Hình 3.27: So sánh kết quả dự báo mực nước thời đoạn 12 giờ tại trạm Bến Đế (PA2) 62

Hình 3.28: So sánh kết quả dự báo mực nước thời đoạn 24 giờ tại trạm Bến Đế (PA2) 62

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Việt Nam là nước có rất nhiều sông, suối lớn và nhỏ khác nhau Mật độ sông suối phân bố không đều giữa các vùng Mật độ lưới sông trung bình từ 0,5÷1,0 km/km2, những nơi có mật độ lưới sông dày lên tới 1,5 ÷ 2,0 km/km2 gồm các vùng núi cao Hoàng Liên Sơn, Tây Công Lĩnh, thượng nguồn sông Thu Bồn, Đồng Nai Vùng núi cao trung bình và thấp khác có mật độ lưới sông từ 1,0 ÷ 1,5 km/km2 [6].

Những hệ thống sông ở Việt Nam ở phía dưới hạ lưu có độ dốc nhỏ thông thường

là những vùng đồng bằng khá bằng phẳng có độ cao thấp trước khi đổ ra biển, nên việc tiêu thoát lũ những nơi này rất kém Gặp những năm xuất hiện nhiều đợt mưa lũ lớn trên lưu vực tạo ra mực nước hạ du các hệ thống sông dâng cao và kéo dài trong nhiều ngày, gây ngập lụt nghiêm trọng cho những vùng dân cư trong vài ngày, vài tuần, có thể hàng tháng hoặc vài tháng Làm cho thiệt hại rất nặng nề về người và tài sản, kìm hãm sự phát triển kinh tế xã hội cho khu vực ngập lụt Ngoài ra lũ lụt ngày càng tăng

về độ lớn và phạm vi xảy ra cũng như tính ác liệt của nó là do biến đổi khí hậu và sự tác động của con người trong hoạt động đời sống, xã hội đã làm cho môi trường tự nhiên bị phá hủy nghiêm trọng

Lưu vực sông Hoàng Long thuộc tỉnh Ninh Bình có khí hậu nhiệt đới gió mùa và thường xuyên gánh chịu nhiều thiên tai do: Bão, mưa lớn gây lũ lụt ảnh hưởng trực tiếp đến lưu vực Bên cạnh đó với vị trí địa lý gần biển, địa hình đầu nguồn là rừng núi cao phức tạp và có nhiều nhánh sông suối, rừng phòng hộ ngày càng bị tàn phá cộng với thời tiết biến đổi Tuy nhiên do vùng hạ lưu sông Hoàng Long là vùng đất thấp và địa hình phức tạp nên thường xuyên chịu sự ảnh hưởng của lũ mỗi khi có mưa lớn, gây

ra ngập lụt nghiêm trọng làm thiệt hại lớn về cơ sở vật chất, phá hủy nhà cửa, ruộng đồng, hủy hoại và tác động lâu dài đến môi trường sinh thái Ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống xã hội và phát triển kinh tế cho tỉnh Ngoài ra lưu vực sông Hoàng Long là một trong những lưu vực sông có vị trí chiến lược quan trọng trong việc phát triển kinh

tế xã hội, an ninh quốc phòng của tỉnh Ninh Bình Vì vậy, dự báo lũ luôn được đề cao, cần nhiều tổ chức và các nhà khoa học tập trung nghiên cứu chi tiết và chuyên sâu

về cảnh báo, dự báo lũ và ứng dụng các mô hình công nghệ mới đưa ra các giải pháp ứng phó phù hợp nhất là vấn đề rất cấp thiết và hiệu quả

Từ những lý do trên luận văn đã lựa chọn nội dung: “Nghiên cứu xây dựng

tiến hành nghiên cứu xây dựng đưa ra các phương án cảnh báo, dự báo lũ cho lưu vực sông Nhằm góp phần giúp các nhà quản lý có được thêm một công cụ trong công tác

dự báo nhằm giảm thiểu tác hại của lũ lụt gây ra và đưa ra định hướng quy hoạch phát triển trong tương lai ở khu vực

2 Mục tiêu của luận văn

Xây dựng phương án dự báo lũ cho lưu vực sông Hoàng Long

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

+ Đối tượng chính: Dòng chảy lũ trên lưu vực sông Hoàng Long

+ Phạm vi nghiên cứu: Trong mùa lũ lưu vực sông Hoàng Long thuộc tỉnh Ninh Bình

Phương pháp nghiên cứu

+ Phương pháp thu thập, phân tích, thống kê, tổng hợp

+ Phương pháp kế thừa, lấy ý kiến chuyên gia

+ Ứng dụng mô hình toán thủy văn, thủy lực

4 Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo nội dung luận văn được

bố cục thành 3 chương:

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ

MÔ HÌNH ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU

Chương 3: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ CHO LƯU VỰC

SÔNG HOÀNG LONG

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO LŨ

1.1 Tổng quan về các phương pháp dự báo lũ

1.1.1 Tổng quan về nghiên cứu dự báo lũ trên thế giới

Nhiều năm nay công tác dự báo mưa và các yếu tố khí tượng của các trung tâm dự báo khí tượng lớn trên thế giới như Mỹ, Nhật, Đức, Pháp, Hàn Quốc đã sử dụng nhiều công nghệ tự động phân tích và hiển thị các bản đồ thời tiết trong nghiệp vụ Mỹ sử dụng

hệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết AWIPS và NAWIPS; Đức và Pháp sử dụng hệ SYNERGY; Úc sử dụng hệ AIFS,

Các hệ thống đều có đủ các chức năng quan trọng như: phân tích, hiển thị và tích hợp các loại số liệu khác nhau như số liệu quan trắc bề mặt, cao không, pilot, ship, ảnh mây vệ tinh, kết quả của các mô hình dự báo số trị, đồng thời cũng cho phép tạo các kịch bản dự báo thời tiết theo những hình thế gây mưa khác nhau Các hệ thống này đáp ứng rất tốt các yêu cầu nghiệp vụ tại các trung tâm khí tượng nói trên và đều có thể ứng dụng cho các trung tâm khí tượng khác với những nghiên cứu để điều chỉnh, bổ sung các chức năng theo yêu cầu của nghiệp vụ dự báo thời tiết của từng quốc gia

Tại Nhật, cơ quan Khí tượng Nhật Bản đang vận hành một hệ thống đồng hóa số liệu bốn chiều quy mô vừa là Meso 4D-Var Với hệ thống này, nhiều loại quan trắc được đồng hóa cho các mô hình số Meso 4D-Var đồng hóa số liệu quan trắc từ thám không vô tuyến, các trạm khí tượng bề mặt, tàu thuyền, phao, máy bay, thiết bị đo mặt cắt gió, vệ tinh, radar cho mô hình dự báo quy mô vừa Việc có một hệ thống các loại quan trắc dày đặc và hệ thống tích hợp, phân tích dữ liệu quan trắc cho mô hình số đã nâng cao đáng kể chất lượng dự báo của các mô hình số, đặc biệt là dự báo lượng mưa

Hiện nay sự phát triển công nghệ thông tin cùng với những kết quả to lớn trong nghiên cứu tìm tòi bản chất vật lý các quá trình trong khí quyển đã tạo điều kiện cho các

mô hình dự báo số ngày càng chính xác và kịp thời, dần thay thế phương pháp dự báo truyền thống Trong tác nghiệp ngày nay các nước tiên tiến đều sử dụng các mô hình dự báo số trong công tác dự báo thời tiết

Nhật đang vận hành nghiệp vụ 3 mô hình chính là mô hình phổ toàn cầu (GMS),

mô hình phổ khu vực (RSM), mô hình quy mô vừa (MSM), mô hình dự báo bão (TYM); Hàn Quốc vận hành nghiệp vụ các mô hình có chức năng tương tự là Mô hình dự báo toàn

cầu (GDAPS), Mô hình dự báo khu vực (GDAPS), Mô hình dự báo độ phân giải cao

(HLAM) và Mô hình bão (DBAR) [6]

Tóm lại các trung tâm dự báo trên đã đưa ra nhiều mô hình dự báo số phục vụ cho công tác dự báo nhất là về dự báo lượng mưa tương đối chính xác, cho từng vùng khác nhau trên thế giới Qua đó giúp cho các trung tâm KTTV của các nước đang phát triển tiếp cận, sử dụng trong việc cảnh báo, dự báo lũ, lụt

Dự báo lũ có vai trò quyết định trong công tác phòng chống lũ và ngập lụt ở các

nước, đây được xem như biện pháp phi công trình quan trọng nhất phục vụ phòng tránh thiên tai do lũ

Cùng sự phát triển các ngôn ngữ lập trình và việc ra đời các siêu máy tính, kết hợp với các số liệu KTTV đáng tin cậy từ thông tin có được trong công nghệ viễn thám để mô phỏng quá trình dòng chảy lũ trên các lưu vực sông, nên phương pháp dự báo trong thủy văn đã có sự thay đổi, phát triển mạnh thông qua mô hình số hóa dự báo các quá trình thủy văn Từ đó trên thế giới đã có nhiều phần mềm được xây dựng

để đáp ứng yêu cầu tính toán dự báo thủy văn trên các lưu vực sông từ thượng lưu về

hạ lưu Các phần mềm này đã giải quyết được các bài toán dự báo lũ từ mưa, tính toán truyền lũ trong sông, điều tiết hồ chứa, ngập lụt… Hướng xây dựng trong các hệ thống cảnh báo, dự báo lũ, lụt dựa trên tổ hợp dự báo mưa đã được thực hiện trong nhiều hệ thống dự báo nghiệp vụ Trong cách tiếp cận này dự báo tổ hợp dòng chảy đã được thực hiện dựa trên các dự báo tổ hợp mưa số trị (NWP) kết hợp với đồng bộ hóa dữ liệu, từ đó đưa ra kết quả dự báo, cảnh báo lũ đáp ứng theo yêu cầu đặt ra của công tác

dự báo Những năm gần đây nghiên cứu dự báo lũ thường tập trung vào việc sử dụng các mô hình thủy văn, thủy lực Việc áp dụng các mô hình này vào dự báo thủy văn tỏ

ra có nhiều ưu điểm vượt trội có độ chính xác cao Sau đây là một số mô hình được các trung tâm KTTV lớn phát triển được ứng dụng rộng rãi trên thế giới:

Hoa Kỳ: Bộ phận dự báo thuỷ văn thuộc Cơ quan Thời tiết Hoa kỳ sử dụng để

tính toán dòng chảy từ mưa: Mô hình SSARR là mô hình mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy mặt, sát mặt, ngầm và quá trình tập trung nước trên lưu vực khi sử dụng thông tin về mưa trung bình thời đoạn, quan hệ ẩm kỳ trước với hệ số dòng chảy, quan hệ dòng chảy ngầm, chỉ số thấm và các thông tin khác trên lưu vực

Mô hình HEC – RAS là mô hình do trung tâm thủy văn công trình – Đoàn công

binh Hoa Kỳ phát triển phân tích thủy văn thủy lực cho hệ thông sông Mô hình có thể

áp dụng cho sông đơn hoặc cả một hệ thống sông phức tạp, có cả nhập lưu giữa dòng

Mô hình SWAT được xây dựng bởi trung tâm phục vụ nghiên cứu nông nghiệp thuộc Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ và Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp thuộc Đại học Texas A&M vào đầu những năm 1990 với mục đích dự báo những ảnh hưởng của thực hành quản lý sử dụng đất đến nước, sự bồi lắng và lượng hóa chất sinh ra từ hoạt động nông nghiệp trên những lưu vực rộng lớn và phức tạp trong khoảng thời gian dài Một trong những module chính của mô hình này là mô phỏng dòng chảy từ mưa và các đặc trưng vật lý trên lưu vực

Canada: Mô hình WATFLOOD được ứng dụng mô phỏng thủy văn thời gian

ngắn để dự báo lũ hoặc mô phỏng thời đoạn dài để tính toán nguồn nước lưu vực Mô hình có khả năng kết nối với lượng mưa phân bố quan trắc từ trạm radar thời tiết hoặc sản phẩm của mô hình số trị

Đan Mạch: Bộ Mô hình MIKE được Viện thuỷ lực Đan Mạch phát triển xây

dựng phần mềm dự báo lũ, gồm: Mô hình NAM tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa; Mô hình MIKE 11 là mô hình 1 chiều tính toán thủy lực, dự báo dòng chảy trong sông và cảnh báo ngập lụt; Mô hình MIKE SHE mô phỏng nhiều thành phần tham gia vào quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực Các phép tính của mô hình được chạy trên lưới ô vuông với các dữ liệu đầu vào gồm bản đồ DEM, lớp phủ, địa chất, chỉ số thực vật, mưa phân bố

Cộng hòa Pháp:Mô hình MARINE được ứng dụng tính toán lũ quét thời gian thực từ dự án PACTES (cảnh báo nguy cơ lũ quét theo không gian) tại Pháp với sự hỗ trợ ban đầu của Bộ nghiên cứu Pháp và Cơ quan vũ trụ Pháp để tính toán trận lũ quét xảy ra năm 1999 tại vùng phía Nam Trên thế giới, MARINE được đánh giá cao và được khai thác sử dụng tính toán lũ quét ở nhiều nước như Pháp, Hà Lan, Brasil

Vương quốc Bỉ: Mô hình WETSPA (Water and Energy Transfer between Soil,

Plant and Atmosphere) được phát triển tại phòng nghiên cứu Thuỷ văn Thủy lực, khoa khoa học ứng dụng đại học tự do Brusels Mô hình quan niệm một hệ thống thủy văn lưu vực là tổ hợp của các quá trình khí quyển, hấp thu thực vật, vùng rễ cây, vùng chuyển nước và vùng bão hoà Mỗi một ô lại được chia thành các phần có lớp phủ và phần không thấm

Nhật Bản: Mô hình IFAS (Integrate Flood Analysis System) là một phần mềm

tích hợp hệ thống phân tích lũ, cốt lõi của phần mềm là mô hình thủy văn thông số phân bố tham số mô phỏng dòng chảy sườn dốc thông qua các lưới DEM do tác động của lớp phủ thực vật, lớp đất của bề mặt lưu vực và cho phép mô phỏng các thành phần dòng chảy mặt, sát mặt và dòng ngầm

Mô hình TANK ra đời năm 1956 tại trung tâm quốc gia phòng chống lũ lụt Nhật Mô hình này áp dụng trong dự báo lũ và khôi phục chuỗi số liệu dòng chảy từ tài

liệu mưa và bốc hơi theo các điều kiện biên, điều kiện ban đầu [7]

1.1.2 Tổng quan về nghiên cứu dự báo lũ ở Việt Nam

Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương (TTDBTƯ) đã ứng dụng nhiều công nghệ,

kỹ thuật mới với mục đích hiện đại hoá công tác thu thập, xử lý phân tích số liệu và điền bản đồ thời tiết rất hiệu quả cho công tác phục vụ dự báo mưa và các yếu tố khí tượng Cung cấp các dạng thông tin, số liệu cho các đơn vị trong ngành KTTV cũng như các đối tác trong và ngoài nước

Hiện nay, tại trung tâm ứng dụng một số công nghệ tiên tiến có thể tích hợp nhiều loại dữ liệu một cách tự động, các loại dữ liệu lại có thể lồng ghép trên cùng một bản đồ nền để tiện so sánh, phân tích, đánh giá là rất cần thiết và phù hợp với xu thế phát triển chung trong khu vực và trên thế giới đáp ứng yêu cầu phục vụ nhanh khi xảy ra các tình huống khẩn cấp Hệ tương tác hỗ trợ dự báo viên NAWIPS được tiếp nhận và nghiên cứu ứng dụng tại TTDBTƯ trong khuôn khổ của đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ “Ứng dụng phần mềm NAWIPS để xây dựng công nghệ phân tích và hiển thị bản đồ thời tiết trên máy tính” từ năm 2006 – 2008 [6] Với hệ thống NAWIPS, công tác thu thập,

phân tích và hiển thị các số liệu đã được tự động hóa từng phần hoặc hoàn toàn Kết quả nghiên cứu của đề tài cho thấy việc cần thiết phải ứng dụng một hệ thống phần mềm hỗ trợ dự báo vào nghiệp vụ

Những năm gần đây, TTDBTƯ đã được chuyển giao một số sản phẩm dự báo của

mô hình toàn cầu GSM từ Cơ quan khí tượng Nhật bản (JMA) (dạng số, cuối năm 1997),

mô hình TLAPS (nay là TXLAPS) của Cơ quan khí tượng Ôxtrâylia (BoM) (dạng bản đồ (1999), dạng số (đầu năm 2001)) và một vài Trung tâm khí tượng khác (dạng bản đồ)

Năm 2002, tại TTDBTƯ bắt đầu chạy nghiệp vụ mô hình số phân giải cao HRM với 2 phiên bản là 28 km và 14 km Số liệu đầu vào cho mô hình thủy tĩnh này (cả 2 phiên

bản) được lấy từ các trường phân tích và dự báo của mô hình toàn cầu GME của Tổng cục Khí tượng Cộng hòa Liên bang Đức (DWD) Đến nay, hệ thống thông tin liên lạc và tính toán của TTDBTƯ đã được tăng cường đáng kể

Năm 2006, TTDBTƯ đã có thêm một đường truyền internet tốc độ cao cho phép truy cập và lấy được nhiều sản phẩm dự báo số trị toàn cầu như mô hình GFS và NOGAPS của Mỹ, GEM của Cơ quan khí tượng Canađa (CMC), và AGCM của Cơ quan khí tượng Brazil Ngoài các sản phẩm dự báo tất định của các mô hình toàn cầu nói trên, các sản phẩm dự báo tổ hợp của hai mô hình GFS và GEM cũng được thu nhận và xử lý theo thời gian thực

Hiện tại TTDBTƯ đang chạy nghiệp vụ 2 hệ thống NWP: 1) Hệ thống dự báo tất định bao gồm 2 phiên bản của mô hình HRM và mô hình ETA; và 2) Hệ thống dự báo tổ hợp hạn ngắn dựa trên cách tiếp cận đa mô hình đa phân tích và hạn 3-5 ngày dựa trên

cách tiếp chạy lồng bên trong hệ thống dự báo tổ hợp toàn cầu [6]

Như vậy, công nghệ dự báo tại TTDBTƯ là khá đầy đủ và hiện đại Các sản phẩm NWP tại TTDBTƯ là khá phong phú và cung cấp nhiều thông tin hữu ích về mưa dự báo phục vụ cho công tác dự báo lũ trong nghiệp vụ hàng ngày

20 năm trở lại đây công nghệ dự báo lũ đã có những biến đổi nhanh chóng với

sự hỗ trợ mạnh mẽ của công nghệ tin học Đi kèm với sự phát triển đó, mạng lưới KTTV cũng như mạng lưới trạm điện báo đã phát triển hoàn chỉnh trên cơ sở tối ưu về mặt thu thập thông tin KTTV đồng thời kết hợp sử dụng các thông tin viễn thám trên toàn lãnh thổ Thời kỳ này, rất nhiều các mô hình toán về dự báo lũ được xây dựng và ứng dụng trong nghiệp vụ để dự báo lũ từ mưa, có thể kể tên như:

Hiện nay, tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương, các phương pháp dự báo truyền thống như các phương pháp phân tích thống kê, nhận dạng hình thế thời tiết gây mưa lớn, phương pháp hồi quy bội được kết hợp với việc ứng dụng các mô hình toán thuỷ văn như mô hình: SSARR, TANK, NAM, IMECH-1D là những công cụ chủ yếu để dự báo lũ, lụt Trung tâm đã triển khai nghiên cứu và bước đầu ứng dụng mô hình thủy văn thông số phân bố MARINE, WETSPA (Bỉ) và các mô hình thủy lực tiên tiến như HEC - RAS, bộ mô hình MIKE, mô hình URBS - FEW(MRC) trong nghiệp

vụ dự báo

Ngoài ra một số cơ quan khác cũng ứng dụng một số mô hình toán thủy văn trong lĩnh vực dự báo như:

Viện khoa học KTTV và BĐKH, đã nghiên cứu ứng dụng thành công trong nghiên cứu dòng chảy bằng mô hình SSARR, TANK, SACRAMENTO, ANN, HEC1, HMS, NLRRM và đang ứng dụng mô hình MIKE11+NAM

Viện Khoa học Thủy lợi, Trường Đại học Thủy lợi, Viện Quy họach thủy lợi sử dụng các mối quan hệ mưa-dòng chảy và lưu lượng tương ứng, mô hình NAM để tính toán dự báo dòng chảy lũ sông Hồng

Viện Cơ học nghiên cứu ứng dụng mô hình MARINE và IMECH-1D tính toán

mô phỏng và dự báo dòng chảy lũ thượng lưu hệ thống sông Hồng Viện Cơ học đã có

mã nguồn phần mềm và làm chủ được công nghệ của mô hình này đã có kết quả nghiên cứu ban đầu, để áp dụng vào trong công tác dự báo lũ

Đề tài cấp Bộ, năm 2017 “Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo dòng chảy lũ đến các hồ chứa lớn trên hệ thống sông Hồng” ứng dụng mô hình MARINE và MUSKINGUM – CUNGE diễn toán cho dòng chảy lũ cho 6 hồ chứa do chủ nhiệm thạc sĩ Bùi Đình Lập - Trung tâm KTTVQG

Đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HEC-RAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Vũ Gia - Thu Bồn” của tiến sĩ Đặng Thanh Mai, thạc sĩ Vũ Đức Long - Trung tâm DBTƯ năm 2009

Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình NAM dự báo quá trình lũ sông Bưởi tại Kim Tân” tỉnh Thanh Hóa của thạc sĩ Vũ Đức Long - Trung tâm DBTƯ năm 2007

Mô hình thủy lực được phát triển tại Trường Đại học Thủy lợi, Viện khoa học

KTTV và BĐKH, Trường Đại học Xây dựng áp dụng các mô hình SOGREAN, VRSAP, KOD1, TLUC96, mô hình sóng khuếch tán (MUSKINGUM–CUNGE) với

các phần mềm có từ những năm 1980 – 1990 trong tính toán lũ [7]

Trần Duy Kiều, năm 2015: Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ “Nghiên cứu nhận dạng lũ lớn, phân vùng nguy cơ lũ lớn và xây dựng bản đồ ngập lụt phục vụ cảnh báo lũ lớn lưu vực sông Lam” đã ứng dụng mô hình MIKE kết hợp với HEC - RAS và HEC - GeoRAS để mô phỏng lũ và xây dựng bản đồ ngập lụt, đánh giá khả năng phòng lũ của các công trình phòng lũ trên lưu vực sông Lam

Đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu tích hợp các mô hình khí tượng, thủy văn, hải văn nhằm nâng cao chất lượng dự báo mực nước trên hệ thống sông Đồng Nai ” của TS Bảo Thạnh - Phân viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi Khí hậu năm 2014 Trong nghiên cứu đã tích hợp sản phẩm đầu ra của mô hình số trị WRF với mô hình thủy văn thông số tập trung MIKE - NAM, mô hình MIKE 11, Delft3D để dự báo tại 6

trạm thủy văn vùng hạ lưu sông Đồng Nai

Năm năm gần đây, Trung tâm KTTV quốc gia đã được đầu tư mạnh mẽ nhằm tăng cường năng lực dự báo từ nhiều trương trình, dự án điển hình có thể kể đến như sau: Tăng cường năng lực cảnh báo và giám sát lũ lụt Đồng bằng Sông Cửu Long; Tăng cường hệ thống dự báo, cảnh báo lũ lụt ở Việt Nam - Giai đoạn 1; Tăng cường năng lực dự báo KTTV phục vụ phòng chống thiên tai, trọng tâm là công tác dự báo bão Các dự án trên chủ yếu tập trung vào nâng cấp phần cứng để cải tiến lĩnh vực cảnh báo và dự báo lũ Dự

án “Hiện đại hệ thống công nghệ dự báo và cảnh báo lũ, lụt ở Việt Nam” sẽ khắc phục những nhược điểm còn lại, làm chức năng của mắt xích cuối cùng, trang bị các phần mềm, đào tạo nhân lực dự báo góp phần nâng cao hiệu quả của các dự án đã đầu tư trong

công tác phòng tránh thiên tai

Như vậy, những năm gần đây, các mô hình thủy văn, thủy lực đã được ứng dụng

và phát triển mạnh mẽ vào công tác dự báo nghiệp vụ Các mô hình này là công cụ rất hữu ích trong giải quyết các bài toán quy hoạch, thiết kế, khai thác tài nguyên nước, điều tiết

hồ chứa, kiểm soát lũ lụt và đặc biệt là về cảnh báo, dự báo lũ

Bảng 1.1: Phương pháp dự báo thủy văn hạn ngắn cho các sông chính đang

được sử dụng tại Trung tâm Dự báo KTTV TƯ

Mực nước tương ứng Đơn giản (biểu đồ)

Tất cả các sông Phương trình HQ

Diễn toán Muskingum, SH2 Hồng, Cả, Mã, Thu Bồn, Ba

Hồi qui (HQ) Tất cả các sông

Mô hình thủy văn (mô

hình thông số tập

trung)

TANK (Nhật) NAM (Đan Mạch)

Lưu vực sông Thái Bình, thượng lưu các hệ thống sông

Cả, Mã, Thu Bồn, Ba

Mô hình thủy văn (mô MARINE (Pháp) Lưu vực sông Đà, lưu vực sông

Phương pháp Tên mô hình Lưu vực sông

hình thông số phân

bố)

Hương WETSPA (Bỉ) Lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn

Mô hình thủy lực

MIKE-11(Đan Mạch)

Hệ thống sông Hồng - Thái Bình, hạ du hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn, sông Trà Khúc HEC-RAS Hạ du hệ thống sông Thu Bồn

Mô hình thủy lực HYDROGIS Nguyễn

Hữu Nhân Hạ lưu sông Mê Kông

Mô hình thủy văn –

thủy lực URBS - FEWS Hệ thống sông Mê Kông

1.1.3 Tổng quan về dự báo lũ trên lưu vực sông Hoàng Long

Dự báo lũ lưu vực sông Hoàng Long được TTDBTƯ, Đài KTTV Đồng Bằng Bắc Bộ và Đài KTTV tỉnh Ninh Bình chịu trách nhiệm theo dõi

Tại TTDBTƯ, dự báo thuỷ văn trên lưu vực sông Hoàng Long trước năm 2014 được xây dựng chủ yếu theo các phương pháp dự báo truyền thống như phương pháp

xu thế, phương pháp mực nước tương ứng Cụ thể là xây dựng các biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa trạm trên và dưới, bao gồm:

- Biểu đồ các trận lũ lớn năm 1978 - 1984 - 1985 - 1996

- Biểu đồ dự báo đỉnh lũ Bến Đế dựa vào tổng lượng mưa lưu vực:

HmaxBD = f(∑X, HminBD)

- Biểu đồ dự báo đỉnh lũ Bến Đế dựa vào đỉnh lũ Hưng Thi:

HmaxBD = f(HmaxHT, HminBD)

- Biểu đồ dự báo biên độ lũ lên

Ưu điểm của phương pháp truyền thống là dễ sử dụng, đơn giản Nhược điểm là

độ chính xác không cao[1]

Hiện nay công tác cảnh báo và dự báo lũ cho lưu vực sông Hoàng Long chủ yếu

sử dụng các phương pháp dự báo lũ truyền thống Phần lớn những công cụ kỹ thuật đều ở dạng biểu đồ, thống kê, phương pháp tương tự, hồi qui, hầu như chưa có mô hình hoặc công nghệ nào được sử dụng trong nghiệp vụ cảnh báo, dự báo lũ, ngập lụt cho sông Hoàng Long Bên cạnh đó công cụ và kỹ thuật phục vụ cảnh báo, dự báo lũ

phần lớn đã được xây dựng từ lâu không còn đáp ứng được nhiều so với điều kiện thực

tế và đòi hỏi hiện nay Do vậy, kết quả cảnh báo, dự báo đa phần phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của các dự báo viên nên hiệu quả của cảnh báo và dự báo chưa cao

Tóm lại, các công cụ dự báo lũ cho hệ thống sông Hoàng Long hiện nay đã giải quyết được từng mục tiêu cụ thể trong dự báo Kết quả của các phương pháp là nền tảng cho việc đưa ra trị số dự báo Tuy nhiên, mức đảm bảo của mỗi phương pháp vẫn chỉ dừng lại ở một mục tiêu nhất định và chưa có một công nghệ hoàn chỉnh cho tính toán dự báo lũ của lưu vực sông Vì vậy, cần phải tiến hành nghiên cứu, giải quyết những hạn chế để xây dựng công cụ dự báo lũ cho lưu vực sông Hoàng Long cho kết quả tốt hơn đáp ứng được yêu cầu toàn diện của thực tiễn ngày càng cao

1.2 Điều kiện tự nhiên lưu vực sông Hoàng Long

1.2.1 Vị trí địa lý lưu vực sông Hoàng Long

Sông Hoàng Long (tên cũ là Đại Hoàng) là một phụ lưu lớn của sông Đáy, diện tích lưu vực khoảng 1.515 km2

,trong đó vùng núi đá vôi chiếm 295 km2

(Hình 1.1)

Vị trí địa lý lưu vực sông Hoàng Long được giới hạn:

Từ 105o23‟00” E - 21o55‟00” N đến 105o55‟50” E - 20o19‟40”N

Lưu vực sông Hoàng Long gồm địa giới tỉnh Hòa Bình và Ninh Bình Diện tích

thuộc Hoà Bình khoảng 1.000 km2 (chiếm 66% diện tích toàn lưu vực), phần còn lại khoảng 515 km2 thuộc Ninh Bình bao gồm địa phận các huyện Nho Quan, Gia Viễn, Hoa Lư và một phần thành phố Ninh Bình Phía Bắc giáp lưu vực sông Đà, phía Đông giáp hạ lưu sông Đáy, phía Nam và Tây giáp lưu vực sông Mã

1.2.2 Đặc điểm địa hình lưu vực sông Hoàng Long

Địa hình lưu vực sông Hoàng Long có xu thế dốc theo hướng Tây Bắc - Đông Nam Địa hình thay đổi khá phức tạp, thượng nguồn là vùng núi với độ cao bình quân trên 300 m, ngọn núi cao nhất núi Hèo cao 1.025 m và núi Thời cao 1.195 m Địa hình thấp dần từ Bắc xuống Nam bị chia cắt mạnh bởi những dãy núi đá vôi có độ cao

100 ÷ 200 m và nhiều sông suối nhỏ Điều này đã gây ra cho địa hình xen lẫn vùng núi cao, vùng bán sơn địa và đồng bằng có các cánh đồng nhỏ thấp độ cao bình quân chỉ còn khoảng trên dưới 10 m Như vậy địa hình lưu vực sông Hoàng Long không có vùng chuyển tiếp mà từ vùng núi cao trên thượng lưu chuyển ngay xuống đồng bằng thấp dưới hạ lưu (Bảng 1.2)

Bảng 1.2: Một số đặc trưng lưu vực sông Hoàng Long

1 Diện tích lưu vực sông 1515 Km²

3 Độ rộng bình quân lưu vực 15,5 Km

4 Độ cao bình quân lưu vực 173 m

5 Độ cao phía thượng nguồn ≥300 m

mỏ nước, nguồn sinh thủy và mất nước khó xác định Việc tính toán thủy văn, phương

án và kết cấu công trình sẽ gặp nhiều khó khăn

- Hệ Neogen hệ tầng Hang Mon, lộ ra một diện nhỏ khoảng vài km2 mặt cắt hệ tầng gồm 2 phần:

+ Phần dưới gồm cuội kết, cát kết, dày 100 m

+ Phần trên chủ yếu là bột kết xen cát kết và sét vôi dày 100 – 150 m, chứa 4 vỉa than dạng thấu kính có bề dày 0,1 đến 2,5 m

- Hệ Đệ Tứ bao gồm các hệ trầm tích, phân bố trên toàn tỉnh Ninh Bình, việc xây dựng công trình cần phải xem xét, xử lý nhất là vùng trầm tích ven biển do ổn

định kém, mất nước lớn (do đất pha cát và đất cát) [2]

b, Đặc điểm thổ nhưỡng

- Đất Feralitic trên các loại đá vôi sa phiến thạch ở thượng lưu sông thành phần chính là CaCO3 và cặn sét đất có cấu tượng hạt chắc, các chất dinh dưỡng biến đổi phức tạp theo địa hình Nói chung là tốt nhưng phần dưới là đá vôi nên mất nước thích hợp với cây trồng cạn như ngô đậu lạc và thích với cây cần ít nước và chịu hạn

- Đất các khu vực đồng chiêm trũng thường là đất thịt nhẹ đến trung bình có một số nơi đất thịt nặng, phần lớn là loại đất chua, ngay trên lớp mặt Được phân bố ở huyện Nho Quan, Yên Mô và một số xã huyện Gia Viễn, đất loại này có nhiều sắt hàm lượng canxi- mage từ 5÷6 mg/100g đất có thể trồng hai vụ lúa tốt khi hệ thống tưới

tiêu đảm bảo và nguồn nước ngọt dồi dào [4]

năm gần đây, do sự khai thác rừng không kiểm soát được nên thảm phủ thực vật có xu thế giảm gây ảnh hưởng tới sự hình thành dòng chảy trên lưu vực

1.2.4 Đặc điểm khí hậu lưu vực sông Hoàng Long

1.2.4.1 Mạng lưới trạm quan trắc khí tượng thủy văn trên lưu vực

Hiện nay trên lưu vực sông Hoàng Long có 5 trạm khí tượng và 3 trạm thủy văn đang hoạt động (Bảng 1.3 và 1.4)

Bảng 1.3: Danh sách trạm Khí tượng trên lưu vực sông Hoàng Long

1 Kim Bôi 105o32' 20o40' R,T,Z,U,W,Nắng

2 Chi Nê 105o19' 20o29' R,T,Z,U,W,Nắng

3 Cúc Phương 105°43' 20°14' R,T,Z,U,W,Nắng

4 Nho Quan 105o44' 20o19' R,T,Z,U,W,Nắng

5 Ninh Bình 105o59' 20o16' R,T,Z,U,W,Nắng

Bảng 1.4: Danh sách trạm thuỷ văn trên lưu vực sông Hoàng Long

1978 rồi chuyển sang đo mực nước cho đến nay, trạm khí tượng Kim Bôi, Chi Nê, thuộc tỉnh Hòa Bình do Đài KTTV khu vực Tây Bắc quản lý

1.2.4.2 Đặc điểm khí hậu lưu vực sông Hoàng Long

a, Chế độ nắng

Số giờ nắng hàng năm trên lưu vực sông Hoàng Long dao động trong khoảng từ

1400 giờ đến 1519 giờ (Bảng 1.5) Số giờ nắng cao nhất trong năm từ tháng VI - VIII

và thấp nhất trong năm từ tháng I - III

Bảng 1.5: Số giờ nắng trung bình tháng, năm tại một số vị trí trên lưu vực

sông Hoàng Long (1997-2016)

VI, nhiệt độ trung bình nhiều năm là 23,30C  23,50C Trong mùa hè nhiệt độ cáo nhất xuất hiện vào tháng VII, mùa đông thì tháng có nhiệt độ trung bình thấp nhất là tháng I (Bảng 1.6)

Bảng 1.6: Nhiệt độ không khí trung bình tháng, năm tại một số vị trí trên lưu vực

sông Hoàng Long (1997-2016)

Hình 1.3: Biểu đồ biến thiên nhiệt độ không khí trung bình tháng trên lưu vực

c, Chế độ gió

Chế độ gió lưu vực sông Hoàng Long thay đổi theo mùa tốc độ gió lớn vào mùa

hè và giảm dần vào cuối hè, tốc độ gió trung bình 2 ÷ 4 m/s Hướng gió thịnh hành mùa đông là Bắc và Đông Bắc, mùa hè hướng Nam và Đông Nam, tốc độ gió lớn nhất

40 ÷ 50 m/s xảy ra chủ yếu do bão gây nên [4] Tốc độ gió trung bình nhiều năm của

lưu vực nhỏ hơn trung bình nhiều năm khu vực Đồng bằng Bắc Bộ, những ngày lặng gió cũng nhiều hơn: Vmax = 19 m/s Tốc độ lớn nhất đo được tại trạm Kim Bôi 25 m/s, Chi Nê 30 m/s, Nho Quan 40 m/s, Cúc Phương 26 m/s, Ninh Bình 40 m/s

d, Chế độ bốc hơi

Tổng lượng bốc hơi trung bình trong năm của lưu vực nghiên cứu đạt khoảng

835 ÷ 880 mm Bốc hơi vào mùa hè nhiều hơn mùa đông, những tháng có lượng bốc hơi lớn nhất thường xuất hiện vào các tháng VI, tổng bốc hơi ngày đạt 9,0 ÷ 11,0 mm Lượng bốc hơi nhỏ nhất trong năm thường xuất hiện vào tháng II là, chỉ đạt 1,0 ÷ 2,8

mm (Bảng 1.7)

Bảng 1.7: Bốc hơi trung bình tháng, năm tại một số vị trí trên lưu vực

sông Hoàng Long (1997-2016)

Đơn vị:mm

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

Ninh Bình

Z mm 55 40 43 51 78 98 90 67 71 85 81 71 831 (% ) 6,6 4,8 5,2 6,2 9,4 11,8 10,8 8,1 8,5 10,3 9,8 8,6 100

Nho Quan

Z mm 66 55 60 71 103 118 102 73 73 91 88 81 981 (%) 6,7 5,6 6,1 7,3 10,5 12,1 10,4 7,4 7,5 9,2 8,9 8,2 100

Cúc Phương

Z mm 49 39 44 58 88 91 76 55 58 65 64 61 749 (% ) 6,5 5,2 5,9 7,7 11,8 12,2 10,1 7,4 7,7 8,6 8,6 8,2 100

Kim Bôi

Z mm 47 45 52 60 75 76 68 60 58 63 62 56 721 (% ) 6,5 6,3 7,2 8,3 10,4 10,5 9,4 8,3 8,0 8,8 8,6 7,8 100

Chi Nê

Z mm 54 47 54 65 87 89 78 60 62 67 69 67 796 (%) 6,7 5,8 6,8 8,1 10,9 11,1 9,8 7,5 7,7 8,4 8,7 8,4 100

e, Chế độ mưa

Do vị trí của khu vực nghiên cứu nằm phía nam khu vực Đồng bằng Bắc Bộ nên mang đặc trưng khí hậu nhiệt đới, gió mùa Lưu vực ở gần biển lại có dãy núi đá vôi ở phía Tây chắn gió Đông Nam và Đông Bắc mang hơi ẩm từ biển vào, nên lượng mưa ở đây tương đối lớn Lượng mưa năm trung bình nhiều năm từ 1,700 – 1,900 mm nhưng phân bố không đều theo không gian (lớn dần từ ngoài vào trong) Ở những tâm mưa lớn như Kim Bôi, Nho Quan, Chi Nê lượng mưa năm tương ứng lần lượt là 2,260

mm, 1,910 mm, 2,000 mm

Từ tháng VI đến tháng X là thời kỳ hoạt động mạnh của gió Đông Nam, mang lượng hơi ẩm dồi dào của biển vào đất liền, lại gặp nhiễu động thời tiết như dông, bão, hội tụ, front, áp thấp nhiệt đới … nên trên lưu vực thời kỳ này hay xảy ra những trận mưa vừa đến mưa to, có khi rất to Mưa thường xảy ra từng đợt và mỗi đợt không kéo dài quá 5 ngày (chỉ kể ngày mưa lớn hơn 5 mm), phổ biến là các đợt mưa kéo dài từ 3-

5 ngày và cách 1-3 ngày sau lại đã có khả năng xuất hiện một trận mưa mới Lượng nước mùa lũ do mưa tại chỗ chiếm tới 80% lượng nước toàn năm

Hàng năm trên lưu vực có khoảng 4 - 5 trận mưa có lượng mưa ngày lớn nhất đạt từ 50 – 100 mm và có khoảng 1- 2 trận đặc biệt có lượng mưa ngày lớn nhất đạt trên 300 mm xuất hiện vào tháng IX hoặc X Theo thống kê từ năm 1960 đến nay thì

có khoảng 80% các trận mưa lớn nhất trong năm là do bão sinh ra Trong đó có các năm đặc trưng: 1973, 1978, 1980, 1985, 1994, 1996, 2007, 2016, 2017 Đặc biệt là năm 1973, 1996 đều có hai trận bão liên tiếp đổ bộ vào Ninh Bình, Nam Định; năm

1985 do áp thấp nhiệt đới gây lũ lớn và ngập lụt nghiêm trọng Năm 2017 do ảnh hưởng áp thấp nhiệt đới và không khí lạnh đã gây trận mưa lớn diện rộng thời gian kéo dài từ tỉnh miền trung đến các tỉnh phía Bắc, tại lưu vực Sông Hoàng Long đo được tại các trạm quan trắc lượng mưa trong 3 ngày: Ninh Bình 305 mm, Nho Quan 219 mm, Cúc Phương 234 mm, Kim Bôi 468 mm, ChiNê 458 mm

Mùa khô bắt đầu từ tháng XI năm trước đến hết tháng IV năm sau Các tháng mùa khô, số ngày có mưa trong tháng trung bình chỉ 7-8 ngày và lượng mưa đạt được trung bình chỉ trên dưới 20 mm chiếm khoảng 20% mưa trong nămvì thế những khu vực đồi núi và bán sơn địa thường rất khô hạn trong thời gian này thể hiện trong bảng 1.8

Bảng 1.8: Lượng mưa trung bình tháng, năm tại một số vị trí trên lưu vực

sông Hoàng Long (1997-2016)

Đơn vị:mm

Ninh Bình

X mm 32 24 41 63 201 152 258 332 323 158 71 23 1679 (%) 1,9 1,5 2,5 3,7 12,0 9,1 15,4 19,8 19,3 9,4 4,2 1,4 100

Nho Quan

X mm 30 23 38 72 266 190 290 302 327 154 59 23 1773 (%) 1,7 1,3 2,2 4,1 15,0 10,7 16,4 17,0 18,4 8,7 3,3 1,3 100

Cúc Phương

X mm 36 27 56 62 246 207 304 340 342 164 58 23 1864 (%) 1,9 1,4 3,0 3,4 13,2 11,1 16,3 18,3 18,4 8,8 3,1 1,2 100

Kim Bôi

X mm 27 31 51 93 305 288 365 326 315 171 52 23 2048 (%) 1,3 1,5 2,5 4,5 14,.9 14,1 17,8 15,9 15,4 8,4 2,6 1,1 100

Chi Nê

Hình 1.4: Lượng mưa trung bình tháng trong lưu vực một số vị trí trên lưu vực

sông Hoàng Long (1997-2016)

1.2.5 Đặc điểm lũ lưu vực sông Hoàng Long

a, Đặc điểm mạng lưới sông

Sông Hoàng Long, thượng lưu dòng chính có tên là sông Bôi bắt nguồn từ vùng núi cao của phía Nam thành phố Hòa Bình, sông chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam Từ trạm thủy văn Bến Đế 1 km về phía thượng lưu là hợp lưu giữa sông sông Đập với sông Bôi tại Canh Bầu Phía hạ lưu trạm thủy văn Bến Đế khoảng 1 km tại Kênh Gà sông Hoàng Long được bổ sung thêm nhánh sông Lạng, tại đây sông có xu hướng chảy theo hướng Tây - Đông và nhập lưu vào sông Đáy tại Gián Khẩu Chiều dài sông kể từ Hưng Thi đến Gián Khẩu là 63,2 km và đoạn sông chảy qua khu Bắc Ninh Bình dài khoảng 30 km Độ dốc lưu vực khá lớn nhất là ở thượng nguồn nên lũ lên khá nhanh

b, Đặc điểm lũ

Mùa lũ trên sông Hoàng Long bắt đầu vào tháng VI và kết thúc vào tháng X Lũ lớn nhất trên sông Hoàng Long xuất hiện chủ yếu vào tháng IX chiếm tỷ lệ 34,0% và tháng VII đến X chiếm tỷ lệ 23,4% cho mỗi tháng

Thời kỳ mùa lũ do chịu tác động của lũ thượng nguồn của 3 nhánh chính sông Bôi, sông Lạng và sông Đập dồn về kết hợp với địa hình lưu vực sông Hoàng Long có đặc điểm là hầu như không có phần trung lưu (lưu vực từ vùng đồi núi thượng lưu chuyển tiếp ngay sang vùng đồng bằng hạ lưu) Sông ở hạ lưu có độ dốc đáy sông rất nhỏ, lòng sông mở rộng nhưng lại thu hẹp dần từ Bến Đế đến Gián Khẩu Nhìn chung, mạng lưới sông chính ở lưu vực sông Hoàng Long có dạng hình giẻ quạt nên khi có lũ thì nước ở các sông cùng đồng thời tập trung đổ về vùng đồng bằng Mặt khác còn chịu tác động rất lớn của lũ sông Đáy, lũ sông Hồng phân qua sông Đào (Nam Định)

Tổ hợp của 3 dạng lũ này khá phức tạp, ít khi xuất hiện đồng bộ 3 dạng lũ lớn nhất, nhưng thường gặp ở dạng lũ trung bình và mực nước cao trên sông Đáy làm cản trở việc tiêu thoát lũ của sông Hoàng Long, nhất là khu vực Nho Quan và Gia Viễn

Lũ tại hạ du sông Hoàng Long là tổ hợp lũ giữa lũ sông Bôi tại Hưng Thi và lũ khu giữa từ Hưng Thi tại Bến Đế Thời gian chảy truyền từ Hưng Thi đến Bến Đế khoảng 24 giờ, khi có lũ thời gian chảy truyền có thể thay đổi rút ngắn 12 đến 18 giờ

Khi có lũ, nước dồn về hạ du sông Hoàng Long (Bắc Ninh Bình) rất nhanh song việc thoát ra lại phụ thuộc vào lũ sông Hồng sang và lũ sông Đáy về cùng với thuỷ

triều, thường chậm và bị dồn ứ lại duy trì mực nước cao dài ngày tạo ra một khu vực ngập rộng lớn như là hồ chứa điều tiết Xích Thổ, Gia Tường, Gia Sơn, gia Thủy Có những năm lũ lớn để bảo vệ cho hạ du buộc phải phân lũ vào khu hữu Hoàng Long

Vùng thường xuyên chịu lũ: huyện Nho Quan có 6 xã bao gồm các xã Xích Thổ, Gia Sơn, Gia Lâm, Gia Thuỷ, Phú Sơn và một phần xã Lạc Vân, Ngoài ra có phần diện tích ngoài đê huyện Nho Quan và Gia Viễn

Vùng bị ngập do phân lũ xảy ra 3-5 năm một lần: Gồm 3 xã Đức Long, Gia Tường và một phần xã Lạc Vân.Vùng ngập do phân lũ hữu sông Hoàng Long (khu Lạc Khoái): Bao gồm 4 xã huyện Gia Viễn gồm Gia Lạc, Gia Minh, Gia Phong, Gia Sinh và 8 xã huyện Nho Quan: Thượng Hoà, Sơn Thành, Thanh Lạc, Sơn Lai, Quỳnh

Lưu, Phú Lộc, Văn Phú, Văn Phương [8]

Theo số liệu thống kê từ năm 1960 đến nay, thì các trận lũ tháng 9/1985, 8/1996, 10/2007 và tháng 10/2017 được xem là những trận lũ lớn nhất đã xuất hiện

trên sông Hoàng Long, đã gây thiệt hại rất lớn cho Ninh Bình (Bảng 1.9) Một số đặc

điểm lũ và nguyên nhân gây mưa lũ chủ yếu được nêu trong bảng 1.10 dưới đây

Bảng 1.9: Đặc trưng của một số trận lũ lớn trên sông Hoàng Long

1 Tràn Đức Long thiếu SL tràn không tràn tràn tràn tràn không tràn

2 Tràn Gia Tường tràn không tràn tràn tràn tràn không tràn

3 Tràn Lạc Khoái tràn không tràn Tràn không tràn tràn không tràn

4 Đê Tả Hoàng Long vỡ không vỡ không vỡ không vỡ không vỡ không vỡ

5 Đê Hữu Hoàng Long vỡ không vỡ không vỡ không vỡ không vỡ không vỡ

6 Mai Phương-Đầm Cút tràn không tràn không tràn không tràn Tràn không vỡ

Bảng 1.10: Đặc điểm lũ và nguyên nhân gây mưa lũ chủ yếu trên lưu vực sông

Hoàng Long tại Bến Đế [1]

2010 24/8-5/9

Bão số 3 (Thanh Hóa - Nghệ An): Xuất hiện lũ với biên độ lũ là 2,74 m Cường xuất lũ lên lớn nhất là 11 cm/giờ, trên BĐIII là 0,32 m

2007

3/10-21/10

Bão số 5 (Hà Tĩnh-Quảng Bình): Gây ra lũ lớn với biên độ lũ là 3,66 m Cường xuất lũ lên lớn nhất là 14 cm/giờ, trên mức BDIII là 1,17 m

2 2014

13/9 Hội tụ nhiệt

27/8-đới

Xuất hiện lũ với biên độ lũ là 2,50 m Cường xuất

lũ lên lớn nhất là 17 cm/giờ dưới BĐII là 0,25 m

2012 6/9-15/9 Xuất hiện lũ với biên độ lũ là 2,22 m Cường xuất

lũ lên lớn nhất là 9 cm/giờ, dưới BĐII là 0,26m

Do áp thấp nhiệt đới + Không khí lạnh: Xuất hiện

lũ lớn với biên độ lũ là 3,87 m Cường xuất lũ lên lớn nhất là 21 cm/giờ, vượt BĐIII là 1,53 m

4 2015

17/9-30/9

Rìa tây nam lưỡi AC lục địa tăng cường kết hợp với nhiễu động trong đới gió đông trên cao

Xuất hiện lũ với biên độ lũ là 3,16 m Cường xuất

lũ lên lớn nhất là 14 cm/giờ, dưới mức BĐIII là 0,09 m

5 2008

29/10-14/11

Hội tụ gió ĐN phát triển từ mặt đất lên độ cao 5000m

Từ ngày 29/10 đến 14/11 Xuất hiện trận lũ lớn với biên độ lũ là 3,95 m Cường xuất lũ lên lớn nhất là 24 cm/giờ, trên BĐIII là 0,68 m

d, Hiện trạng một số trận lũ điển hình gây thiệt hại cho lưu vực sông Hoàng Long

Năm 1985 do ảnh hưởng của áp thấp nhiệt đới vào bờ biển khu 4, kết hợp với gió Đông nam mạnh gây mưa lớn tại Ninh Bình lượng mưa từ 7 đến 15/9 là 700- 800

mm, tại Nho Quan 1.207 mm gây thiệt hại cho 22.762 ha lúa [4]

Tháng 10 năm 2007 mưa lớn do ảnh hưởng của bão, việc xả lũ sông Hoàng Long tại Nho Quan và Gia Viễn đã khiến 12 xã bị ngập: 55.000 người trong vùng ngập

đã sơ tán, hơn 16.000 nhà chìm trong nước Thiệt hại nghiêm trọng cho 1.000 ha cây

vụ đông, 100 ha lúa mùa, 2.000 ha nuôi cá nước ngọt bị ngập Nước lụt dâng cao đã làm thiệt hại 1.000 ha cây vụ đông, 100 ha lúa mùa, 2.000 ha ao nuôi cá nước ngọt

Tháng 11 năm 2008 mưa lũ với tần suất lớn đã tràn qua hai tràn Đức Long và Gia Tường thuộc tuyến đê Đức Long - Gia Tường - Lạc Vân, gây ngập úng 10 xã, gây thiệt hại nặng nề: Ngập 6.341 ngôi nhà; úng ngập 2.231 ha cây trồng vụ đông; 798,6

ha nuôi trồng thủy sản, 3 trường học, 1 trạm y tế, 9 nhà văn hóa thôn, sập 873 công trình công cộng; sạt lở 7,6 km đê, 7,6 km đường giao thông

Những trận mưa liên tiếp nhiều ngày trong tháng 8 năm 2010 với tổng lượng mưa 253 mm, nơi cao nhất đo được tại trạm Như Tân 284 mm Bến Đế mực nước lên tới 4,2- 4,3 m, vượt mức báo động III, làm hơn 1.000 ha lúa ở huyện Nho Quan, 600

ha lúa ở huyện Gia Viễn ngập trong nước Hơn 2.450 hộ sống tại các xã vùng trũng bị ngập nước

Năm 2016 mưa lớn xảy ra trên diện rộng, tại huyện Nho Quan lượng mưa đo được khoảng 166 mm Mưa lớn gây lũ lên mức báo động I tại Bến Đế đã gây ngập lụt nhiều nơi Trong đó có 250 ha lúa ở các xã Gia Thủy, Gia Tường, Gia Lâm, Lạc Phong, Lạc Vân bị thiệt hại nặng

Tháng 10 năm 2017 một đợt mưa lớn xảy ra trên diện rộng gây ra trận lũ lịch sử tại lưu vực sông Hoàng Long (mực nước tại Bến Đế 5,53 m) trên BĐ III là 1,53 m Gây ngụp lụt nghiêm trọng cho huyện Nho Quan và Gia Viễn làm hơn 3.100 ha lúa bị ngập, gần 7.400 ngôi nhà ngập trong nước, 750 m đê bị sạt lở và 1.800 m kênh mương

các xã miền núi thuộc huyện Nho Quan, thị xã Tam Điệp [3].

b, Tình hình phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực sông Hoàng Long

Hiện nay cơ cấu kinh tế tỉnh Ninh Bình có sự chuyển dịch theo hướng tích cực, tăng nhanh tỷ trọng ngành công nghiệp - xây dựng và thương mại - dịch vụ Kinh tế từng bước có sự chuyển dịch theo hướng hình thành các vùng động lực phát triển kinh

tế của tỉnh, vùng chuyên canh và các khu công nghiệp, cụm công nghiệp như: vùng chuyên canh cây lúa chất lượng cao ở Kim Sơn, Yên Khánh, Yên Mô; chuyên canh cây dứa ở thị xã Tam Điệp; Cây lạc ở Nho Quan… Các khu, cụm công nghiệp ở thành

phố Ninh Bình, thị xã Tam Điệp, huyện Hoa Lư, Gia Viễn

Giai đoạn năm 2011-2015tốc độ tăng trưởng GDP bình quân đạt 11,7% năm gấp 2 lần cả nước, là mức tăng trưởng khá trong điều kiện kinh tế thế giới và trong nước suy giảm So với năm 2010, quy mô GDP gấp 2,1 lần; tỷ trọng ngành nông, lâm,

thuỷ sản giảm xuống còn 12%; tỷ trọng ngành công nghiệp, xây dựng tăng lên 48%; tỷ trọng ngành dịch vụ tăng lên 40% (doanh thu từ du lịch đạt 1.200 tỷ đồng). Thu ngân sách nhà nước trên địa bàn năm 2015 đạt 4.379 tỷ đồng Năm 2016 tổng gía trị sản xuất nông nghiệp tăng 2,7% so với năm 2015, ngành dịch vụ phát triển tăng 21,4% doanh thu 1.725 tỷ đồng, xuất khẩu đạt trên 1.0 tỷ đô la Tổng thu ngân sách nhà nước

toàn tỉnh đạt 7.246.7 tỷ đồng [5]

1.3 Nhận xét chương 1

Vị trí địa lý lưu vực sông Hoàng Long khá thuận lợi để gây mưa lớn khi có bão,

áp thấp và giải hội tụ nhiệt đới , sinh ra dòng chảy lũ cho hạ du sông

Do địa hình lưu vực phía thượng lưu là vùng núi cao không có vùng trung lưu

mà chuyển tiếp ngay xuống vùng hạ lưu có đồng bằng thấp nên khi có mưa lớn, sinh ra

lũ lên khá nhanh gây ra ngập lụt lớn cho khu vực dưới hạ lưu

Việc ứng dụng mô hình thủy văn, thủy lực xây dựng phương án dự báo lũ cho lưu vực sông là hướng đi phù hợp và hiệu quả Do vậy hướng tiếp cận của luận văn là sử dụng mô hình toán thủy văn hiện đại đã được ứng dụng tốt trong công tác dự báo lũ vào nghiên cứu xây dựng phương án dự báo lũ cho lưu vực sông Hoàng Long và được trình bày trong các trương tiếp theo (Hình 1.5)

Hình 1.5: Sơ đồ tiếp cận xây dựng phương án dự báo lũ

cho lưu vực sông Hoàng Long

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

VÀ MÔ HÌNH ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

2.1.1 Hướng tiếp cận

- Tiếp cận kế thừa: Đây là hướng tiếp cận không thể thiếu của tất cả các công trình nghiên cứu nhằm nắm vững phương pháp và kết quả nghiên cứu của các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước trước đó Kế thừa các kết quả đã có, đồng thời cũng nắm bắt được thông tin để tiến hành phối hợp với các đơn vị liên quan trong việc thực hiện các nội dung nghiên cứu

- Tiếp cận thực tế: Với một đề tài nghiên cứu mang tính đặc thù này thì việc thu thập thông tin, điều tra, khảo sát, nghiên cứu, phân tích thực tế… là không thể thiếu

- Tiếp cận tổng hợp đa ngành: Hành lang sông, hồ nói chung và hành lang bảo

vệ sông, hồ nói riêng là khu vực đa dạng về tài nguyên, có giá trị cao về mặt sinh thái, kinh tế - xã hội Đồng thời, cũng là những khu vực nhạy cảm, dễ bị tổn thương, biến đổi do các hoạt động khai thác, sử dụng tài nguyên của con người Ở nước ta, công tác quản lý các đối tượng tài nguyên trong hành lang sông hiện nay tương đối riêng rẽ, phức tạp, quy định đôi khi còn chồng chéo, chưa thống nhất, rõ ràng Do đó, để đưa ra được các tiêu chí xác định và các quy định về hành lang bảo vệ sông hồ phù hợp, cần phải tiến hành theo hướng tiếp cận tổng hợp đa ngành

- Tiếp cận theo hướng ứng dụng công nghệ mới: Để tránh những bất cập, giảm chi phí trong quá trình nghiên cứu thì cần thiết phải kế thừa, cập nhật có chọn lọc và

bổ sung hoàn thiện các phương pháp luận, phương pháp, công nghệ và mô hình tính toán Luận văn đã tổng quan đánh giá các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, cập nhật các công nghệ mới, đúc kết cơ sở khoa học kỹ thuật, lựa chọn các phương pháp, công nghệ, các giải pháp thích hợp cho bài toán đặt ra Việc áp dụng các công cụ hiện đại đã có và mới nhằm nâng cao hiệu quả và đảm bảo độ tin cậy cho kết quả nghiên cứu, cũng như tính khả thi, khả dụng của các giải pháp đề xuất Do lũ lụt bị ảnh hưởng tổng hợp của nhiều yếu tố tự nhiên và xã hội, chúng luôn vận động không ngừng, cho nên cũng cần phải có cách tiếp cận thích ứng, kịp thời điều chỉnh và rút kinh nghiệm

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp kế thừa: Kế thừa có chọn lọc sản phẩm khoa học và công nghệ tiên tiến hiện có trong nước và ngoài nước

 Phương pháp khảo sát thực địa và thu thập dữ liệu: Thông qua các báo cáo,

thông tin có liên quan và khảo sát tại một số trạm trên lưu vực sông Hoàng Long

 Phương pháp phân tích, thống kê, tổng hợp:

 Sử dụng phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành để đánh giá, xác định các nhân tố ảnh hưởng đến lũ trên lưu vực;

 Sử dụng phương pháp phân tích thống kê thực nghiệm (tương quan và hồi quy bội) để phân tích các mối tương quan giữa các đặc trưng khí tượng - thủy văn và các tương quan giữa các yếu tố khí hậu với lũ;

 Sử dụng phương pháp phân tích tương tự và phân tích tổng hợp để phân tích

lũ, ở các khu vực hoặc những năm thiếu số liệu

- Phương pháp mô hình toán: Mô hình MIKE - NAM để dự báo dòng chảy từ mưa, mô hình MIKE11 để mô phỏng dòng chảy thủy lực cảnh báo, dự báo sớm lũ

- Phương pháp chuyên gia: thực hiện thông qua hội thảo, xin ý kiến đóng góp của chuyên gia trong các lĩnh vực cần nghiên cứu, tránh được những trùng lặp với những nghiên cứu đã có, đồng thời kế thừa được những thành quả từ nghiên cứu đã có

2.2 Cơ sở lý thuyết mô hình ứng dụng trong nghiên cứu

Mô hình toán thủy văn - thủy lực đã được sử dụng rộng rãi tại Việt Nam và

nước ngoài như: VRSAP, HEC-RAS, TANK, MARINE, HEC-HMS, MIKE 11

Hướng nghiên cứu đều ứng dụng các mô hình toán đã được tích hợp nhiều mô đun riêng biệt, có giao diện dễ sử dụng và công nghệ tiên tiến để áp dụng vào dự báo lũ cho nhiều lưu vực khác nhau được mô phỏng theo quá trình mưa – dòng chảy Nó là một trong những công cụ hữu ích cho công tác nghiên cứu cảnh báo, dự báo lũ sớm hiện nay, cùng với các sản phẩm mưa dự báo số trị có kết quả tin cậy Do vậy việc kết hợp giữa sản phẩm mưa dự báo NWP làm đầu vào cho mô hình toán thủy văn để nâng cao độ chính xác và kéo dài thời gian dự kiến của dự báo thủy văn Với mục tiêu của là xây dựng phương án dự báo lũ nên luận văn lựa chọn mô hình MIKE-NAM, MIKE11

để nghiên cứu giải quyết nội dung đạt ra

2.2.1 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE-NAM

a, Gới thiệu chung

Mô hình NAM là một hệ thống các diễn đạt bằng công thức toán học dưới dạng định lượng đơn giản để mô phỏng các quá trình trong chu trình thuỷ văn NAM là mô hình thuỷ văn mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy diễn ra trên lưu vực Hiện nay được sử dụng tốt ở nhiều nơi trên thế giới như Mantania, Srilanca, Thái Lan, Ấn Độ Ở Việt Nam, mô hình này đã được nghiên cứu sử dụng trong tính toán dự báo trên nhiều hệ thống sông

b, Cấu trúc mô hình MIKE - NAM

Mô hình NAM được xây dựng dựa trên nguyên tắc mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy bằng chuỗi các bể chứa xếp theo chiều thẳng đứng và các bể chứa tuyến tính:

- Bể chứa tuyết tan được kiểm soát bằng các điều kiện nhiệt độ Đối với điều kiện khí hậu nhiệt đới ở nước ta thì không xét đến bể chứa này

- Bể chứa mặt: lượng nước ở bể chứa này bao gồm lượng nước mưa do lớp phủ thực vật chặn lại, lượng nước đọng lại trong các chỗ trũng và lượng nước trong tầng sát mặt Giới hạn trên của bể chứa này được ký hiệu bằng Umax

- Bể chứa tầng dưới: là vùng đất có rễ cây nên cây cối có thể hút nước cho bốc, thoát hơi Giới hạn trên của lượng nước trong bể chứa này được ký hiệu bằng Lmax, lượng nước hiện tại được ký hiệu là L và tỷ số L/Lmax biểu thị trạng thái ẩm của bể chứa

- Bể chứa nước ngầm tầng trên

- Bể chứa nước ngầm tầng dưới

Mưa đi vào bể chứa mặt Lượng nước (U) trong bể chứa mặt liên tục cung cấp cho bốc hơi và thấm ngang thành dòng chảy sát mặt Khi U đạt đến Umax, lượng nước thừa là dòng chảy tràn ra sông và một phần còn lại sẽ thấm xuống các bể chứa tầng dưới Nước trong bể chứa tầng dưới liên tục cung cấp cho bốc thoát hơi và thấm xuống