Nghiên cứu lựa chọn phương án dự báo lũ cho các trạm thủy văn cơ bản tỉnh an giang phục vụ công tác dự báo nghiệp vụ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LƯU VĂN NINH NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ CHO CÁC TRẠM THỦY VĂN CƠ BẢN TỈNH AN GIANG PHỤC VỤ CÔNG TÁC DỰ BÁO NGHIỆP VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lưu Văn Ninh NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ CHO CÁC TRẠM THỦY VĂN CƠ BẢN TỈNH AN GIANG PHỤC VỤ CÔNG TÁC DỰ BÁO NGHIỆP VỤ Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 8440224.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THANH SƠN HÀ NỘI - 2019 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sỹ khoa học “Nghiên cứu lựa chọn phương án dự báo lũ cho trạm thủy văn tỉnh An Giang phục vụ công tác dự báo nghiệp vụ” thực vào năm 2018 Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Trong trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn, tác giả nhận giúp đỡ quý thầy, cô đồng nghiệp Trước hết, tác giả xin trân trọng cảm ơn Thầy PGS.TS Nguyễn Thanh Sơn người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ trình hồn thành luận văn Tác giả xin cảm ơn TS Cấn Thu Văn tận tình góp ý hướng dẫn kỹ thuật cho luận văn Trong trình thực luận văn, tác giả nhận hỗ trợ sở liệu khí tượng thủy văn, đặc biệt số liệu phục vụ cơng tác dự báo dịng chảy trạm thuộc tỉnh An Giang khuôn khổ đề tài: “Nghiên cứu xây dựng sở liệu khí tượng thủy văn tỉnh An Giang bối cảnh biến đổi khí hậu”, mã số 373.2016.12, tác giả chân thành cảm ơn Tác giả xin chân thành cảm ơn đến lãnh đạo, đồng nghiệp Đài Khí tượng Thủy văn tỉnh An Giang, Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Bộ, Tổng cục Khí tượng Thủy văn Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn quốc gia, q Thầy, Cơ Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện tốt trình học tập hồn thành luận văn Cuối cùng, tác giả cảm ơn gia đình, bạn bè động viên, giúp đỡ suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Chắc chắn rằng, luận văn cịn khơng hạn chế thiếu sót Vì vậy, tác giả mong muốn nhận góp ý quý báu độc giả bạn đồng nghiệp Trân trọng Tác giả Lưu Văn Ninh MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ-XÃ HỘI TỈNH AN GIANG VÀ BỘ CƠ SỞ DỮ LIỆU KTTV 1.1 TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN TỈNH AN GIANG 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Địa hình 1.1.2.1 Đồng phù sa 1.1.2.2 Đồng ven núi 1.1.3 Hệ thống sông, kênh, rạch hồ 1.1.3.1 Hệ thống sơng 1.1.3.2 Hệ thống rạch tự nhiên 1.1.3.3 Hệ thống kênh đào 10 1.1.3.4 Hệ thống khe suối 10 1.1.3.5 Hệ thống hồ 10 1.1.4 Đặc điểm khí tượng - khí hậu 11 1.1.4.1 Thời gian nắng 11 1.1.4.2 Gió 11 1.1.4.3 Mưa 12 1.1.4.4 Độ ẩm khơng khí 13 1.1.4.5 Bốc 14 1.1.4.6 Diễn biến nhiệt 14 1.1.5 Thủy văn 15 1.1.5.1 Đặc điểm thủy văn mùa lũ 15 1.1.5.2 Đặc điểm thủy văn mùa kiệt 18 1.1.5.3 Thủy triều 21 1.1.5.4 Chất lơ lửng (phù sa) 26 1.2 TỔNG QUAN KINH TẾ-XÃ HỘI TỈNH AN GIANG 28 1.2.1 Kinh tế 28 i 1.2.2 Xã hội 29 1.3 BỘ CSDL KTTV PHỤC VỤ DỰ BÁO LŨ TỈNH AN GIANG 30 1.3.1 Thu thập, xử lý xây dựng CSDL KTTV 30 1.3.2 Đánh giá kết thu thập, xử lý số liệu xây dựng CSDL KTTV 30 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ CHO CÁC TRẠM CƠ BẢN THUỘC TỈNH AN GIANG 32 2.1 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ 32 2.2 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ CHO CÁC TRẠM CƠ BẢN THUỘC TỈNH AN GIANG 37 2.2.1 Phân tích diễn biến lũ, ngập lụt 38 2.2.1.1 Lũ sông Mekong 38 2.2.1.2 Lũ sông Cửu Long 42 2.2.1.3 Ngập lụt 43 2.2.1.4 Thời gian truyền lũ 44 2.2.2 Phân tích diễn biến thủy triều 45 2.2.3 Phân tích ảnh hưởng cơng trình đến dịng chảy lũ 49 2.2.3.1 Hệ thống hồ đập thủy điện thượng nguồn sông Mekong 49 2.2.3.2 Hệ thống đê bao cơng trình thủy nơng 50 2.2.4 Phân tích, lựa chọn phương án dự báo lũ 51 2.2.4.1 Phân tích phương án dự báo 51 2.2.4.2 Lựa chọn, xây dựng phương án dự báo 54 2.2.4.3 Xây dựng phương trình hồi quy tuyến tính nhiều biến cho trạm dự báo…………………………………………………………………………………… …………… 57 2.3 ÁP DỤNG DỰ BÁO KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 68 2.3.1 Áp dụng dự báo kiểm nghiệm 69 2.3.2 Đánh giá kết dự báo 78 CHƯƠNG 3: DỰ BÁO NGHIỆP VỤ CHO CÁC TRẠM CƠ BẢN THUỘC TỈNH AN GIANG VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN 80 3.1 PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ NGHIỆP VỤ CHO CÁC TRẠM CƠ BẢN THUỘC TỈNH AN GIANG 80 3.1.1 Quy trình kỹ thuật dự báo lũ nghiệp vụ 81 3.1.2 Xác định sai số 81 ii 3.1.3 Kết dự báo lũ nghiệp vụ 83 3.1.4 Đánh giá phương án dự báo mực nước lớn ngày 92 3.2 ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN CÔNG TÁC DỰ BÁO LŨ NGHIỆP VỤ THUỘC ĐÀI KTTV TỈNH AN GIANG 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 KẾT LUẬN 95 KIẾN NGHỊ 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 iii DANH MỤC HÌNH Hình 1-1 Bản đồ hành tỉnh An Giang Hình 1-2 Trung tâm đồi núi cao hai huyện Tri Tôn-Tịnh Biên Hình 1-3 Tổng số nắng trung bình tháng An Giang 11 Hình 1-4 Biến trình tổng số nắng năm xu An Giang 11 Hình 1-5 Hoa gió mùa khơ 12 Hình 1-6 Hoa gió mùa mưa 12 Hình 1-7 Lượng mưa trung bình tháng mùa khơ 12 Hình 1-8 Lượng mưa trung bình tháng mùa mưa 12 Hình 1-9 Độ ẩm TB năm diễn biến 13 Hình 1-10 Độ ẩm thấp TB tháng 13 Hình 1-11 Tổng lượng bốc tháng 14 Hình 1-12 Tổng lượng bốc năm xu 14 Hình 1-13 Nhiệt độ cao tuyệt đối năm 14 Hình 1-14 Nhiệt độ thấp tuyệt đối năm 14 Hình 1-15 Nhiệt độ cao TB tuyệt đối tháng TBNN 15 Hình 1-16 Nhiệt độ thấp TB tuyệt đối tháng TBNN 15 Hình 1-17 Đường trình mực nước mùa lũ 16 Hình 1-18 Phân bố mực nước cao năm thời kỳ 1985-2015 17 Hình 1-19 Mực nước thấp năm Tân Châu, Châu Đốc (1985-2015) 19 Hình 1-20 Mực nước thấp năm Chợ Mới, Long Xuyên (1985-2015) 19 Hình 1-21 Mực nước thấp năm nội đồng TGLX 20 Hình 1-22 Phân bố mực nước thấp năm thời kỳ 1985-2015 20 Hình 1-23 Quá trình mực nước mùa lũ dọc sông Tiền-Vũng Tàu 22 Hình 1-24 Quá trình mực nước mùa khô dọc sông Hậu-Vũng Tàu 23 Hình 1-25 Quá trình mực nước cao điểm mùa lũ vùng TGLX 25 Hình 1-26 Q trình mực nước cao điểm mùa khơ vùng TGLX 25 Hình 1-27 Hàm lượng chất lơ lửng lớn nhất, nhỏ trạm Tân Châu 27 iv Hình 1-28 Hàm lượng chất lơ lửng lớn nhất, nhỏ trạm Châu Đốc 27 Hình 1-29 Tổng lượng chất lơ lửng vào sông Tiền Tân Châu 28 Hình 1-30 Tổng lượng chất lơ lửng vào sông Hậu Châu Đốc 28 Hình 2-1 Bản đồ mạng lưới trạm KTTV tỉnh An Giang 38 Hình 2-2 Hồ đập thủy điện dịng Mekong 50 Hình 2-3 Vị trí trạm thủy văn lưu vực sông Mekong 50 Hình 2-4 Sơ đồ khối xây dựng phương án dự báo 56 Hình 2-5 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Tân Châu năm 2009 .69 Hình 2-6 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Tân Châu năm 2010 .69 Hình 2-7 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Tân Châu năm 2011 .70 Hình 2-8 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Châu Đốc năm 2009 70 Hình 2-9 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Châu Đốc năm 2010 71 Hình 2-10 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Châu Đốc năm 2011 71 Hình 2-11 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Vàm Nao năm 2009 72 Hình 2-12 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Vàm Nao năm 2010 72 Hình 2-13 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Vàm Nao năm 2011 72 Hình 2-14 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Chợ Mới năm 2009 73 Hình 2-15 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Chợ Mới năm 2010 73 Hình 2-16 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Chợ Mới năm 2011 74 Hình 2-17 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Long Xuyên năm 2009 74 Hình 2-18 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Long Xuyên năm 2010 75 Hình 2-19 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Long Xuyên năm 2011 75 Hình 2-20 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Xn Tơ năm 2009 76 Hình 2-21 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Xn Tơ năm 2010 76 Hình 2-22 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Xn Tơ năm 2011 76 Hình 2-23 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Tri Tơn năm 2009 77 Hình 2-24 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Tri Tơn năm 2010 77 Hình 2-25 Biểu đồ tương quan Hmax thực đo dự báo trạm Tri Tôn năm 2011 78 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1 Thống kê lượng mưa phân bố theo mùa An Giang 13 Bảng 1-2 Mực nước đỉnh lũ đầu mùa (m) số năm điển hình An Giang 15 Bảng 1-3 Mực nước đỉnh lũ lớn năm (m) trạm dọc sông Tiền, sông Hậu 16 Bảng 1-4 Lưu lượng lũ trung bình ngày lớn năm (m3/s) sơng 17 Bảng 1-5 Mực nước đỉnh lũ lớn năm (m) trạm nội đồng TGLX 18 Bảng 1-6 Mực nước thấp năm (m) trạm dọc sông Tiền, sông Hậu 19 Bảng 1-7 Mực nước thấp năm (m) trạm nội đồng Tứ giác Long Xuyên 20 Bảng 1-8 Lưu lượng trung bình ngày nhỏ (Qm3/s) sơng An Giang 21 Bảng 1-9 Lưu lượng triều lên trung bình ngày lớn (m3/s) sơng 23 Bảng 1-10 Hàm lượng phù sa lơ lửng (g/m3) chảy xi bình qn ngày lớn năm 26 Bảng 1-11 Tổng lượng phù sa lơ lửng (triệu tấn/năm) gia đoạn 2009-2015 27 Bảng 2-1 Mạng lưới trạm KTTV tỉnh An Giang 37 Bảng 3-1 Kết tính tốn sai số cho phép dự báo lũ 82 Bảng 3-2 Kết dự báo Hmax ngày trạm Tân Châu (ngày 05-09/9/2018) 84 Bảng 3-3 Kết dự báo Hmax ngày trạm Tân Châu (ngày 15-19/9/2018) 84 Bảng 3-4 Kết dự báo Hmax ngày trạm Tân Châu (ngày 25-29/9/2018) 84 Bảng 3-5 Kết dự báo Hmax ngày trạm Châu Đốc (ngày 05-09/9/2018) 85 Bảng 3-6 Kết dự báo Hmax ngày trạm Châu Đốc (ngày 15-19/9/2018) 85 Bảng 3-7 Kết dự báo Hmax ngày trạm Châu Đốc (ngày 25-29/9/2018) 86 Bảng 3-8 Kết dự báo Hmax ngày trạm Vàm Nao (ngày 05-09/9/2018) 86 Bảng 3-9 Kết dự báo Hmax ngày trạm Vàm Nao (ngày 15-19/9/2018) 87 Bảng 3-10 Kết dự báo Hmax ngày trạm Vàm Nao (ngày 25-29/9/2018) 87 Bảng 3-11 Kết dự báo Hmax ngày trạm Chợ Mới (ngày 05-09/9/2018) 87 Bảng 3-12 Kết dự báo Hmax ngày trạm Chợ Mới (ngày 15-19/9/2018) 88 Bảng 3-13 Kết dự báo Hmax ngày trạm Chợ Mới (ngày 25-29/9/2018) 88 Bảng 3-14 Kết dự báo Hmax ngày trạm Long Xuyên (ngày 05-09/9/2018) 88 Bảng 3-15 Kết dự báo Hmax ngày trạm Long Xuyên (ngày 15-19/9/2018) 89 vi Bảng 3-16 Kết dự báo Hmax ngày trạm Long Xuyên (ngày 25-29/9/2018) 89 Bảng 3-17 Kết dự báo Hmax ngày trạm Xuân Tô (ngày 05-09/9/2018) 89 Bảng 3-18 Kết dự báo Hmax ngày trạm Xuân Tô (ngày 15-19/9/2018) 90 Bảng 3-19 Kết dự báo Hmax ngày trạm Xuân Tô (ngày 25-29/9/2018) 90 Bảng 3-20 Kết dự báo Hmax ngày trạm Tri Tôn (ngày 05-09/9/2018) 91 Bảng 3-21 Kết dự báo Hmax ngày trạm Tri Tôn (ngày 15-19/9/2018) 91 Bảng 3-22 Kết dự báo Hmax ngày trạm Tri Tôn (ngày 25-29/9/2018) 91 vii Scf = 0,6741 (3.1) n 1 =  (i −  ) i =1 (3.2) (n − 1) Trong đó: σ1 độ lệch chuẩn yếu tố thời gian dự kiến; ΔYi biên độ yếu tố thời gian dự kiến tính hiệu số trị số sau thời gian dự kiến (t + Δt) với trị số thời điểm (t);  chuẩn chuỗi số liệu ΔYi; n số số hạng dãy số tính tốn Chuỗi số liệu dùng để tính sai số cho phép trị số dự báo, cảnh báo: Thời đoạn, thời gian lấy số liệu tính tốn lấy theo thời đoạn dự báo tương ứng theo thời gian dự kiến; chuỗi số liệu thống kê dùng để tính sai số cho phép bao gồm toàn số liệu thực đo 10 năm gần nhất; chuỗi số liệu tính tốn thống kê phải có 30 trị số - Sai số cho phép vị trí dự báo thực theo Quyết định số 722/QĐTCKTTV ngày 05 tháng 12 năm 2018 Tổng cục Khí tượng Thủy văn Quyết định ban hành quy định tạm thời sai số cho phép vị trí dự báo thủy văn sơng thuộc phạm vi nước Kết tính tốn sai số cho phép dự báo lũ cho trạm thủy văn tỉnh An Giang, với thời gian dự kiến ngày bảng đây: Bảng 3-1 Kết tính tốn sai số cho phép dự báo lũ TT Trạm dự báo Ký hiệu Yếu tố dự báo Thời hạn dự báo (ngày) Sai số cho phép (m) Tân Châu HTC(t+5) Hmax ngày 0.17 Châu Đốc HCĐ(t+5) Hmax ngày 0.17 Vàm Nao HVN(t+5) Hmax ngày 0.17 Chợ Mới HCM(t+5) Hmax ngày 0.20 Long Xuyên HLX(t+5) Hmax ngày 0.21 Xuân Tô HXT(t+5) Hmax ngày 0.16 Tri Tôn HTT(t+5) Hmax ngày 0.11 82 3.1.3 Kết dự báo lũ nghiệp vụ Để kết dự báo lũ hàng năm đạt chất lượng tối ưu nhất, sở kết dự báo hạn dài từ mô hình, cơng cụ khác,… nhận định diễn biến lũ năm dự báo, từ lựa chọn phương án phù hợp để áp dụng dự báo lũ nghiệp vụ Thời gian dự báo lũ thực từ ngày 01/6 đến 30/11 hàng năm, nhiên tùy thuộc vào lượng lũ thượng nguồn để tiến hành dự báo phát tin dự báo lũ Phương án dự báo lũ cho trạm thủy văn thuộc tỉnh An Giang sử dụng phương trình hồi quy tuyến tính nhiều biến xây dựng cho trạm Dựa vào phương trình hồi quy xây dựng, luận văn tiến hành dự báo thử nghiệm nghiệp vụ thời đoạn ngày sau: 1) Trạm Tân Châu: Trạm Tân Châu phụ thuộc trạm Kratie Vàm Kênh, phương thức thử nghiệm dự báo thử từ ngày 05/9 đến 09/9/2018: + Mực nước thực đo Hmax ngày trạm Tân Châu: từ 02/9-04/9/2018; + Mực nước thực đo Hmax ngày trạm Kratie: từ 02/9-04/9/2018; + Mực nước thực đo Hmax ngày trạm Vàm Kênh: từ 03/9-04/9/2018; + Mực nước dự báo Hmax ngày trạm Kratie: ngày 05/9/2018; + Mực nước dự báo Hmax ngày trạm Vàm Kênh: từ 05/9-07/9/2018; Kết Hmax Tân Châu dự báo ngày hôm trước sử dụng làm thực đo để dự báo ngày hơm sau tính ngày thứ (trong ví dụ này: ngày đầu 05/9 ngày thứ ngày 09/9/2018): Theo kết dự báo hạn dài nhận định năm 2018 lũ trung bình, luận văn áp dụng phương trình năm lũ trung bình để dự báo thử nghiệm Kết thể bảng đây: 83 Bảng 3-2 Kết dự báo Hmax ngày trạm Tân Châu (ngày 05-09/9/2018) HmaxTC Dự báo H (m) 3.96 Sai số tuyệt đối |H| (m) 0.02 5/9/2018 HmaxTC Thực đo H (m) 3.98 6/9/2018 3.98 3.94 0.04 7/9/2018 4.02 3.92 0.10 8/9/2018 4.05 3.96 0.09 9/9/2018 4.07 3.92 0.15