NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DIMOSOP DỰ BÁO DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN THU HIỀN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DIMOSOP DỰ BÁO DỊNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN THU HIỀN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DIMOSOP DỰ BÁO DỊNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SƠNG CẢ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 60-44-90 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Minh Cát TS Nguyễn Lan Châu HÀ NỘI - 2011 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, luận văn Thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình DIMOSOP dự báo dòng chảy lưu vực sơng Cả” hoàn thành theo nội dung đề cương nghiên cứu, Hội đồng Khoa học Đào tạo Khoa Thuỷ văn Tài nguyên nước phê duyệt Luận văn thực với mong muốn nghiên cứu phương pháp dự báo đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng dự báo lũ lưu vực sơng Cả, phục vụ cơng tác phòng chống lũ lụt giảm nhẹ thiên tai Để có kết ngày hôm nay, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Minh Cát – Giảng viên trường Đại học Thủy lợi, TS Nguyễn Lan Châu– Phó giám đốc Trung tâm Khí Tượng Thủy văn Trung Ương tận tình hướng dẫn, bảo đóng góp ý kiến quý báu suốt trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình, hỗ trợ mặt chuyên môn kinh nghiệm thầy giáo khoa Thủy văn & Tài nguyên nước, tạo điều kiện nhiều cho tác giả suốt trình làm luận văn Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp phòng Dự báo Thủy văn – Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương, Phòng Đào tạo Đại học sau đại học; tập thể Lớp cao học 17V Trường Đại học Thuỷ lợi toàn thể gia đình động viên, khích lệ, tạo điều kiện thuận lợi mặt cho tác giả thời gian hồn thành luận văn Trong q trình thực luận văn, thời gian kiến thức hạn chế nên chắn tránh khỏi sai sót Vì vậy, tác giả mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy cơ, đồng nghiệp để giúp tác giả hoàn thiện mặt kiến thức học tập nghiên cứu Xin trân trọng cảm ơn! Hà nội, ngày 25 tháng năm 2011 Tác giả Nguyễn Thu Hiền Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học MỤC LỤC MỞ ĐẦU T T I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ LUẬN GIẢI TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI II MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 10 T T T T T T III PHẠM VI NGHIÊN CỨU 11 IV HƯỚNG TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 T T T T V CẤU TRÚC LUẬN VĂN 12 CHƯƠNG 1: ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ 13 1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ DÂN SINH KINH TẾ 13 T T T T T T 1.1.1 Vị trí địa lý 13 1.1.2 Đặc điểm địa hình 15 1.1.3 Đặc điểm địa chất - thổ nhưỡng 16 Đặc điểm địa chất 16 Đặc điểm thổ nhưỡng 18 1.1.4 Đặc điểm thảm phủ thực vật 19 1.1.4.1 Thảm phủ thực vật vùng canh tác nông nghiệp 19 1.1.4.2 Thảm phủ thực vật đất Lâm nghiệp 20 1.1.5 Điều kiện khí hậu lưu vực sơng Cả 21 1.1.5.1 Nắng 22 1.1.5.2 Chế độ nhiệt 23 1.1.5.3 Độ ẩm khơng khí 24 1.1.5.4 Bốc thoát nước 25 1.1.5.5 Chế độ mưa 26 1.1.7 Điều kiện dân sinh kinh tế 31 1.1.7.1 Dân cư 31 1.1.7.2 Thực tiêu kinh tế - xã hội chủ yếu thời kỳ 2002 ÷ 2006 31 1.1.7.3 Tình hình phát triển ngành, lĩnh vực vùng miền 32 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 1.2 TÌNH HÌNH TÀI LIỆU KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN LƯU VỰC SÔNG CẢ .37 CHƯƠNG 2: QUY LUẬT HÌNH THÀNH MƯA LỚN VÀ TÌNH HÌNH DỰ BÁO LŨ TRÊN LƯU VỰC SƠNG CẢ 40 2.1 CÁC HÌNH THẾ GÂY MƯA LŨ LỚN TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ .40 T T T T T T 2.1.1 Mưa lớn ảnh hưởng bão áp thấp nhiệt đới 40 2.1.2 Mưa lũ khơng khí lạnh kết hợp với dải hội tụ nhiệt đới 44 T T Học viên: Nguyễn Thu Hiền – Cao học 17V T T Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học 2.1.3 Mưa lớn hình thời tiết khác gây nên lưu vực sông Cả 45 T T 2.2.DIỄN BIẾN LŨ LỚN TRÊN HỆ THỐNG SÔNG CẢ 46 T T 2.2.1 Mực nước lũ 46 2.2.2 Lưu lượng tổng lượng lũ 49 T T T T 2.3 CƠNG TÁC PHỊNG CHỐNG LŨ TRÊN HỆ THỐNG SƠNG CẢ 50 T T 2.3.1 Tiêu chuẩn phòng chống lũ sơng Cả 50 2.3.1.1 Thời kỳ chống lũ 50 2.3.1.2.Tiêu chuẩn chống lũ 51 2.3.1.3 Lựa chọn mực nước chống lũ hạ du sông Cả 52 2.3.2 Mục tiêu phòng chống lũ hạ du sông Cả 53 2.3.2.1 Mục tiêu xã hội 53 2.3.2.2 Mục tiêu kinh tế 54 2.3.3 Giải pháp phi cơng trình phòng chống lũ hạ du sông Cả 54 2.3.3.1 Trồng rừng, bảo vệ rừng phòng hộ đầu nguồn 54 2.3.3.2 Công tác dự báo 54 2.3.3.3 Công tác tổ chức, huy chống lụt bão 55 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 2.4 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ DỰ BÁO THỦY VĂN: .56 T T 2.4.1 Khái niệm dự báo thủy văn 56 2.4.2 Phân loại dự báo thủy văn: 56 2.3.3 Các tiêu đánh giá dự báo thủy văn: 57 T T T T T T 2.5 TÌNH HÌNH DỰ BÁO LŨ TRÊN HỆ THỐNG SƠNG CẢ .58 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DIMOSOP DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ TRÊN LƯU VỰC CẢ 59 3.1 GIỚI THIỆU MƠ HÌNH DIMOSOP 59 3.2 KẾT QUẢ ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DIMOSOP DỰ BÁO DỊNG CHẢY TRÊN SÔNG CẢ: 3.2.1 Chuẩn bị số liệu đầu vào: 66 T T T T T T T T T T 3.2.1.1 Kết mô lưu vực: 66 3.2.1.2 Thiêt lập đồ CN: 69 3.2.1.3 Tính hệ số Ks: 70 3.2.1.4 Chuẩn bị số liệu dạng động 70 3.2.1.5 Lựa chọn trận lũ tính tốn: 72 3.2.2 Kết mơ mơ hình DIMOSHONG cho trận lũ lớn cho hệ thống sông Cả 73 3.2.2.1 Trận lũ từ ngày 24/9 đến ngày 5/10 năm 2007 73 3.2.2 Trận lũ từ ngày 29/10 đến ngày 5/11 năm 2008 76 T T T T T T T T T T T T T T T T Học viên: Nguyễn Thu Hiền – Cao học 17V T T Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học 3.2.2 Trận lũ từ ngày 23/9 đến ngày 2/10 năm 2009 78 3.2.2.4 Nhận xét kết quả: 80 T T T T 3.3 Ứng dụng phương pháp lọc Kalman mở rộng để nâng cao chất lượng tính tốn mơ hình DIMOSOP 80 T T 3.3.1 Giới thiệu phương pháp lọc Kalman mở rộng: 80 3.3.2 Dạng phương trình lọc Kalman mở rộng ứng dụng DIMOHONG 86 3.3.3 Kết ứng dụng phép lọc Kalman mở rộng làm tăng độ xác mơ hình DIMOSOP: 89 3.3.4 Nhận xét kết thu 94 T T T T T T T T 3.4 ỨNG DỤNG DỰ BÁO THỦ NGHIỆM DỊNG CHẢY LŨ TRÊN LƯU VỰC SƠNG CẢ VỚI THỜI GIAN DỰ KIẾN 24 GIỜ .94 T T 3.4.1 Trường hợp 1: Khơng có mưa dự báo 95 3.4.1 Trường hợp 2: Có số liệu mưa dự báo 97 3.4.2 Nhận xét kết dự báo 99 T T T T T T 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG .99 CHƯƠNG IV: DIỄN TỐN DỊNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SƠNG CẢ 100 4.1 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MUSKINGUM DIỄN TỐN DỊNG CHẢY TRONG SƠNG: 100 T T T T T T 4.1.1 Giới thiệu phương pháp Muskinggum 100 4.1.2 Ứng dụng phương pháp Muskingum diễn tốn dòng chảy lưu vực sơng Cả từ Dừa Yên Thượng: 103 4.1.2.1 Trận lũ từ ngày 24/9 đến ngày 5/10 năm 2007 105 4.1.2.2.Trận lũ từ ngày 23/9 đến ngày 2/10 năm 2009 105 4.1.2.3 Nhận xét kết quả: 106 T T T T T T T T T T 4.2 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHƯƠNG TRÌNH LƯU LƯỢNG TƯƠNG ỨNG DIỄN TỐN DỊNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC SƠNG CẢ 106 T T 4.2.1 Phương trình lưu lượng tương ứng viết cho đoạn sông không nhánh lớn 106 4.2.2 Phương trình lưu lượng tương ứng viết cho đoạn sơng có nhánh 108 4.2.3.1 Phương pháp điểm đặc trưng 109 4.2.3.2 Xác định thời gian chảy truyền dùng đường lượng trữ nước sông 110 4.2.3.3 Khảo sát thời gian chảy truyền từ Dừa Yên Thượng 111 4.2.4 Ứng dụng phương trình lưu lượng tương ứng diễn tốn dòng chảy từ Dừa Yên Thượng 112 T T T T T T T T T T T T 4.2.4.1 Trường hợp 1: khơng có lượng nhập khu α = 0, τ ≠ 18, τ = 12 112 T R R T Trận lũ từ ngày 24/9 đến ngày 5/10 năm 2007 112 T Học viên: Nguyễn Thu Hiền – Cao học 17V T Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học Trận lũ từ ngày 23/9 đến ngày 2/10 năm 2009 113 Nhận xét kết quả: 114 T T T T 4.2.4.2 Trường hợp 2: Có xét đến lượng nhập khu α = 0,2, τ =18 114 T T R R T Trận lũ từ ngày 24/9 đến ngày 5/10 năm 2007 114 Trận lũ từ ngày 23/9 đến ngày 2/10 năm 2009 115 Nhận xét kết quả: 115 T T T T .115 4.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG .115 T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117 KẾT LUẬN .117 T T T T Những kết đạt 117 NHỮNG HẠN CHẾ CÒN TỒN TẠI: 118 KIẾN NGHỊ 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 PHỤ LỤC 122 T T T T T T T T T T Học viên: Nguyễn Thu Hiền – Cao học 17V Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Bản đồ mạng lưới hệ thống sông Cả 13 Hình 1.2: Bản đồ sơng suối lưu vực sơng Cả 29 Hình 1.3: Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sông Cả .39 TU T U TU T U TU T U Hình 3.1: Biểu đồ lượng ẩm đất tính theo cột ẩm mơ hình DIMOSHONG 62 TU T U Hình 3.2: Lưới dòng chảy lưu vực .64 Hình 3.3: Bản đồ Dem lưu vực sông Cả 67 Hình 3.4: File thuộc tính Dem sơng Cả 68 TU T U TU T U TU T U Hình 3.5+3.6 : Grid hướng dòng chảy file ma trận hướng dòng chảy 68 HÌnh 3.7 + 3.8: Kết xác định nhánh dòng chảy phân đoạn dòng chảy 68 Hình 3.9: Số hóa nút thượng lưu hạ lưu .69 Hình 3.10: Bản đồ CN dạng Grid lưu vực sông Cả 70 Hình 3.11: Vị trí trạm đo mưa vực sông Cả gồm phần lãnh thổ Lào 71 Hình 3.12: Kết đường trình mô trận lũ năm 2007 trạm Quỳ Châu 73 Hình 3.13: Kết đường q trình mơ trận lũ năm 2007 trạm Nghĩa Khánh 73 Hình 3.14: Kết đường q trình mơ trận lũ năm 2007 trạm Con Cuông 74 Hình 3.15: Kết đường trình mô trận lũ năm 2007 trạm Dừa .74 Hình 3.16 Kết đường q trình mơ trận lũ năm 2008 trạm Quỳ Châu 76 Hình 3.17: Kết đường trình mơ trận lũ năm 2008 trạm Nghĩa Khánh 77 Hình 3.19: Kết đường q trình mơ trận lũ năm 2008 trạm Con Cuông 77 Hình 3.20: Kết đường q trình mơ trận lũ năm 2008 trạm Dừa .78 Hình 3.21: Kết đường q trình mơ trận lũ năm 2009 trạm Quỳ Châu 78 Hình 3.22: Kết đường q trình mơ trận lũ năm 2009 trạm Nghĩa Khánh 79 TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U Học viên: Nguyễn Thu Hiền – Cao học 17V Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học Hình 3.23: Kết đường q trình mơ trận lũ năm 2009 trạm Con Cuông 79 TU T U Hình 3.25: Thuật tốn lọc Kalman mở rộng .86 Hình 3.26: Mối quan hệ dòng chảy tính tốn lượng trữ lưới 89 Hình 3.27: Các bước áp dụng phương pháp EKF kết hợp với DIMOSOP 90 TU T U TU T U TU T U Hình 3.28: So sánh kết mơ trận lũ năm 2009 trạm Quỳ Châu 91 Hình 3.29: So sánh kết mô trận lũ năm 2009 trạm Nghĩa Khánh 91 TU T U TU T U Hình 3.30: So sánh kết mô trận lũ năm 2009 trạm Con Cng 92 Hình 3.31: So sánh kết mơ trận lũ năm 2009 trạm Dừa .92 Hình 3.32: Đường trình lưu lượng dự báo trạm Nghĩa Khánh năm 2010 .95 TU T U TU T U TU T U Hình 3.32: Đường trình lưu lượng trạm Con Cng năm 2010 96 Hình 3.32: Đường trình lưu lượng trạm Nghĩa Khánh năm 2010 .96 Hình 3.34: Đường trình lưu lượng dự báo trạm Nghĩa Khánh năm 2010 .97 Hình 3.35: Đường trình lưu lượng dự báo trạm Con Cng năm 2010 98 Hình 3.36: Đường q trình lưu lượng dự báo trạm Dừa năm 2010 98 Hình 4.1: Đường trình lưu lượng vào khỏi đoạn sông 101 Hình 4.2: Sự phân chia lượng trữ đoạn sơng 102 Hình 4.3: Đường q trình diễn tốn dòng chảy từ Dừa n Thượng năm 2007 105 Hình 4.4: Đường trình diễn tốn dòng chảy từ Dừa n Thượng năm 2009 105 Hình 4.5: Đường q trình diễn tốn dòng chảy từ Dừa Yên Thượng năm 2007 113 Hình 4.6: Đường trình diễn tốn dòng chảy từ Dừa n Thượng năm 2009 113 TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU TU T U T U TU T U TU T U TU T U TU T U Học viên: Nguyễn Thu Hiền – Cao học 17V ... PHẠM VI NGHIÊN CỨU Không gian nghiên cứu: Luận văn nghiên cứu trình hình thành lũ lưu vực sơng Cả Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, ứng dụng mơ hình DIMOSOP dự báo dòng chảy lũ lưu vực sơng Cả tính... TÌNH HÌNH DỰ BÁO LŨ TRÊN HỆ THỐNG SÔNG CẢ .58 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DIMOSOP DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ TRÊN LƯU VỰC CẢ 59 3.1 GIỚI THIỆU MƠ HÌNH DIMOSOP 59 3.2 KẾT QUẢ ỨNG DỤNG... thành mưa lớn tình hình dự báo lũ lưu vực sông Cả Chương 3: Ứng dụng mơ hình DIMOSOP dự báo dòng chảy lũ lũ vực sơng Cả Chương 4:Diễn tốn dòng chảy lưu vực sông Cả Kết luận kiến nghị Tài liệu tham