MÔ PHỎNG LŨ KHU VỰC HẠ DU SÔNG LAM BẰNG MÔ HÌNH TOÁN MIKE 11

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHÍ TƢỢNG THỦY VĂN VÀ HẢI DƢƠNG HỌC Nhâm Thị Ngọc Anh MÔ PHỎNG LŨ KHU VỰC HẠ DU SƠNG LAM BẰNG MƠ HÌNH TỐN MIKE 11 Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ quy Ngành Thủy văn (Chƣơng trình đào tạo chuẩn) Hà Nội - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHÍ TƢỢNG THỦY VĂN VÀ HẢI DƢƠNG HỌC Nhâm Thị Ngọc Anh MÔ PHỎNG LŨ KHU VỰC HẠ DU SƠNG LAM BẰNG MƠ HÌNH TỐN MIKE 11 Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ quy Ngành Thủy văn (Chƣơng trình đào tạo chuẩn) Cán hƣớng dẫn: PGS.TS.Nguyễn Thanh Sơn Hà Nội - 2017 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực khóa luận với đề tài “ Mơ lũ khu vực hạ du sơng Lam mơ hình tốn Mike 11” em nhận đƣợc quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình thầy Bộ mơn thủy văn với gia đình bạn bè Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Thanh Sơn tận tình hƣớng dẫn, bảo em suốt thời gian qua để hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn đến Đài Khí tƣợng Thủy văn Khu vực Bắc Trung Bộ tạo điều kiện giúp đỡ em q trình làm khóa luận Do kinh nghiệm thân hạn chế nên nội dung khóa luận thiếu sót Vì vậy, mong đóng góp thầy bạn đểkhóa luận em hồn thiện tốt Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2017 Sinh viên Nhâm Thị Ngọc Anh MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƢU VỰC SƠNG LAM 1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ 1.2 ĐỊA HÌNH, ĐỊA MẠO 1.3 ĐỊA CHẤT, THỔ NHƢỠNG 1.4 THẢM THỰC VẬT 1.5 KHÍ HẬU 1.6 THỦY VĂN 11 CHƢƠNG ĐẶC ĐIỂM LŨ LƢU VỰC SƠNG LAM VÀ GIỚI THIỆU MƠ HÌNH MIKE 1117 2.1 TÌNH HÌNH LŨ LỤT TRÊN LƢU VỰC SÔNG LAM 17 2.2 CÁC MƠ HÌNH TỐN ĐỂ MƠ PHỎNG 27 2.3 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKE 11 VÀ CÁC MƠ PHỎNG LŨ 29 CHƢƠNG ÁP DỤNG MƠ HÌNH MIKE 11 MÔ PHỎNG LŨ HẠ DU LƢU VỰC SÔNG LAM 34 3.1 GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ TÌNH HÌNH SỐ LIỆU 34 3.2 THIẾT LẬP BÀI TỐN MƠ PHỎNG LŨ BẰNG MIKE 11 CHO KHU VỰC HẠ DU SÔNG LAM 36 3.3 HIỆU CHỈNH MƠ HÌNH 38 3.4 KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH 41 3.5 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 KẾT LUẬN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BĐ Báo động Bq Bình quân DHI Viện thủy lực Đan Mạch ECOLab Mơ hình sinh thái (EcologicalModelling) H Mực nƣớc HS Hệ số Hmax Mực nƣớc lớn H.c, H.đ Độ cao chân lũ, đỉnh lũ Ilêntb Cƣờng suất lũ lên trung bình Imax Cƣờng suất lũ lớn KTTV Khí tƣợng Thủy văn Lsơng Chiều dài sơng GIS Hệ thông tin địa lý (Geographic Information System) Q Lƣu lƣợng Qmax Lƣu lƣợng lớn Tlên Thời gian nƣớc lên TW Trung ƣơng X Mƣa X1ngMax Lƣợng mƣa ngày lớn X7ngMax Lƣợng mƣa ngày lớn F Diện tích ∆H Mực nƣớc chênh lệch chân lũ đỉnh lũ DANH MỤC BẢNG Bảng Phân bố diện tích số sơng nhánh lớn hệ thống sơng Lam Bảng Đặc trƣng hình thái số lƣu vực sông lớn Bảng Phân loại đất lƣu vực sông Lam Bảng Nhiệt độ khơng khí trung bình tháng, năm số vị trí lƣu vực sơng Lam Bảng Độ ẩm khơng khí tƣơng đối tháng, năm số vị trí lƣu vực sơng Lam Bảng Lƣợng bốc tháng, năm số vị trí lƣu vực sơng Lam Bảng Đặc trƣng lƣợng mƣa tháng, năm số vị trí lƣu vực sơng Lam 10 Bảng Danh sách trạm thủy văn lƣu vực sông Lam 13 Bảng Mực nƣớc lũ thực đo số vị trí 17 Bảng 10 Đặc trƣng trận lũ từ 15-29/IX/1978 20 Bảng 11 Đặc trƣng trận lũ từ 18-22/IX/2002 22 Bảng 12 Lƣợng mƣa (mm) trận lũ năm 2010 24 Bảng 13 Đặc trƣng trận lũ từ 30/IX- 05/X/2010 25 Bảng 14 Đặc trƣng trận lũ từ 13- 19/X/2010 26 Bảng 15 Biên tính tốn mơ hình 37 Bảng 16 Chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng hiệu chỉnh mơ hình năm 2010 41 Bảng 17 Chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng kiểm định mơ hình năm 2011 42 Bảng 18 Hệ số nhám đoạn sơng hệ thống sơng Lam 43 DANH MỤC HÌNH Hình Bản đồ lƣu vực sơng Lam (phần lãnh thổ Việt Nam) Hình Bản đồ thổ nhƣỡng lƣu vực sông Lam (phần lãnh thổ Việt Nam) Hình Bản đồ thảm phủ thực vật lƣu vực sơng Lam (phần lãnh thổ Việt Nam) Hình Quá trình mực nƣớc từ ngày 16-29/IX/1978 trạm lƣu vực sơng Lam 21 Hình Đƣờng trình mực nƣớc từ ngày 10-30/IX/2002 trạm lƣu vực sơng Lam 222 Hình Quá trình mƣa, lũ từ ngày 28/IX - 28/X/2010 trạm lƣu vực sơng Lam 27 Hình Diễn biến mực nƣớc, lƣu lƣợng dọc theo chiều dài sơng theo 32 thời gian Hình Bản đồ vùng hạ lƣu lƣu vực sơng Lam 34 Hình Sơ đồ mạng lƣới thủy lực sông Lam 37 Hình 10 Sơ đồ mạng lƣới lƣu vực sơng Lam có mặt cắt 38 Hình 11 Sơ đồ q trình hiệu chỉnh thơng số mơ hình 39 Hình 12 Đƣờng q trình mực nƣớc thực đo tính tốn trạm Dừa năm 2010 40 Hình 13 Đƣờng trình mực nƣớc thực đo tính tốn trạm Linh Cảm năm 2010 40 Hình 14 Đƣờng trình mực nƣớc thực đo tính tốn trạm Dừa 41 năm 2011 Hình 15 Đƣờng trình mực nƣớc thực đo tính tốn trạm Linh Cảm năm 2011 42 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ở nƣớc ta năm gần tình hình thiên tai lũ lụt xảy phức tạp gây thiệt hại nặng nề ngƣời của, đặc biệt khu vực miền Trung – nơi hứng chịu nhiều thiên tai lũ lụt vào loại bậc nƣớc ta gây nên hậu lớn đến ngƣời Miền Trung với điều kiện địa hình dốc, sông ngắn với khắc nhiệt thời tiết nên lũ ác liệt Trên lƣu vực sông Lam đặc biệt khu vực hạ du sông Lam gần nửa kỉ qua xảy nhiều trận lũ lớn có xu hƣớng ngày tăng cƣờng độ lần tần số gây thiệt hại ngƣời tài sản cho tỉnh khu vực miền Trung nhƣ trận lũ lớn năm 1954, 1960, 1978, 2010,… Vì nhằm giảm nhẹ hậu lũ lụt gây cần nâng cao hiệu công tác dự báo lũ lụt miền Trung Với việc phát triển khoa học cơng nghệ có nhiều mơ hình đƣợc hình thành sử dụng vào việc dự báo lũ lụt nhƣ mơ hình thủy văn NAM, mơ hình HEC- HMS …và mơ hình thủy lực FLWAV, MIKE 11 đƣợc nƣớc ta áp dụng dự báo cho sơng Trong có mơ hình MIKE 11 mơ hình thủy lực chiều, mơ hình đƣợc ứng dụng rộng rãi thực tế, thu đƣợc nhiều thành cơng, dựa vào mơ hình ta tính đƣợc mực nƣớc lũ thiết kế từ đƣa đƣợc cơng tác dự báo lũ lụt đƣợc hiệu Xuất phát từ lý em chọn “ Mô lũ khu vực hạ lƣu sơng Lam mơ hình tốn Mike 11”làm đề tài nghiên cứu khóa luận Mục đích khóa luận Mục đích khóa luận xây dựng mơ hình tốn mơ q trình lũ cho khu vực hạ du sông Lam Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu + Đối tƣợng: Mô hình Mike 11 + Phạm vi nghiên cứu: Mùa lũ khu vực hạ du sơng Lam Bố cục khóa luận Ngoài phần mở đầu, phần kết luận phụ lục, khóa luận gồm chƣơng chính: - Đặc điểm địa lý tự nhiên lƣu vực sông Lam - Đặc điểm lũ lƣu vực sông Lam giới thiệu mô hình Mike 11 - Áp dụng mơ hình Mike 11 mô lũ hạ du lƣu vực sông Lam CHƢƠNG ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƢU VỰC SƠNG LAM 1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ Lƣu vực sơng Lam trải dài từ 18º15’50’’ đến 20º10’30’’ vĩ độ Bắc, từ 103º45’10’’ đến 105º15’20’’ kinh độ Đơng Phía Bắc giáp lƣu vực sơng Chu, phía Tây giáp lƣu vực sơng Mê Cơng, phía Nam giáp lƣu vực sơng Gianh phía Đơng giáp Biển Đơng Tổng diện tích lƣu vực 27.200 km², phần diện tích Việt Nam 17.730 km², chiếm 65,2% diện tích lƣu vực diện tích lại thuộc địa phận Lào Dòng sơng Lam có chiều dài 531 km, 170 km chảy qua lãnh thổ Lào qua địa phận Nghệ An – Hã Tĩnh 361 km.[5] Hình Bản đồ lƣu vực sông Lam(phần lãnh thổ Việt Nam) 1.2 ĐỊA HÌNH, ĐỊA MẠO Lƣu vực sơng Lam có dạng địa hình [5]: Địa hình đồng đồng ven biển nhỏ, hẹp nằm sát với dòng chính.Tồn đồng đƣợc bảo vệ đê hai bờ sông trừ vùng hữu ngạn Thanh Chƣơng vùng hữu ngạn Nam Đàn bảo vệ đê bối Tổng diện tích vùng vào khoảng 350.000 (ha) chiếm 10% diện tích lƣu vực sơng Lam Vùng đồi trung du thuộc huyện Nghĩa Đàn, Qùy Hợp, Tân Kỳ, Anh Sơn, - Thanh Chƣơng (Nghệ An), Vũ Quang, Hƣơng Sơn Hƣơng Khê (Hà Tĩnh) Đây dạng địa hình phức tạp, bị chia cắt mạnh dốc theo nhiều chiều sông nhỏ tạo nên Tổng diện tích dạng địa hình vào khoảng 680.000 (ha) Địa hình vùng núi cao chủ yếu tập trung phía Tây, Tây Bắc Tây Nam lƣu vực Dạng địa hình có độ cao từ 12000 ÷ 15000 m nhƣ tƣờng ngăn lƣu vực sông Mê Kông lƣu vực sông Lam Dạng địa hình có độ dốc lớn, thung lũng hẹp, chiếm tới 60% diện tích lƣu vực Đây đƣợc xác định vùng lâm nghiệp phòng hộ đầu nguồn Bảng Phân bố diện tích số sơng nhánh lớn hệ thống sơng Lam TT Lƣu vực sơng Tồn Phần Việt Nam Phần Lào F (km2) % F (km2) % F (km2) % Nậm Mộ 3.970 14.6 2.300 8.8 1.580 5.8 Nậm Nơn 8.870 32.6 1.470 5.4 7.400 27.2 Hiếu 5.340 19.6 5.340 19.6 Giăng La 1.050 3.210 3.86 11.8 1.050 3.210 3.86 11.8 Lam 27.200 100 17.730 65.2 9.470 34.8 Bảng Đặc trƣng hình thái số lƣu vực sơng lớn TT Lƣu vực F (km2) Lsông (km) Lam Nậm Mộ Nậm Nơn Hiếu Giăng La 27.2 3.97 8.87 5.34 1.05 3.21 531 173 285 228 77 135 Độ cao bq (m) Độ dốc bqlv (%o) Mật độ lƣới sông (km/km2) HS không đối xứng HS hình dạng LV 294 960 1.83 2.57 0.6 -0.14 0.22 0.29 0.27 303 492 362 1.3 1.72 2.82 0.71 0.02 -0.09 0.53 0.2 0.24 0.68 0.8 Tóm lại, địa hình sơng Lam tổng hợp nhiều dạng địa hình dốc chung theo hƣớng Tây – Đông, Tây Bắc – Đông Nam, Tây Nam – Đông Bắc rốn trũng cửa sơng Lam Độ dốc bình qn lƣu vực lớn, phần đồng hẹp Địa hình lƣu vực đa dạng thích hợp cho phát triển kinh tế tổng hợp đồng thời thuận lợi cho nơng nghiệp đa dạng hóa cấy trồng vật ni có khả tạo vùng chuyên canh hàng hóa, cơng nghiệp Mike 11 giải phƣơng trình tích hợp theo chiều dọc cho việc bảo tồn liên tục, tức phƣơng trình Saint Venant Các ứng dụng liên quan đến mô-đun HD Mike 11 bao gồm: - Dự báo lũ hồ hoạt động - Mơ biện pháp kiểm sốt lũ - Vận hành hệ thống thoát nƣớc thủy lợi nƣớc mặt - Thiết kế hệ thống kênh - Các nghiên cứu thủy triều nƣớc dâng bão sơng cửa sơng Tính hệ thống mơ hình Mike 11 cấu trúc mơ-đun tích hợp với loạt nhiều loại mơ-đun đƣợc thêm vào mô liên quan đến hệ thống sông 2.3.2 Hệ phƣơng trình đƣợc sử dụng mơ hình Mike 11 2.3.2.1 Phương trình tính tốn mơ hình Hệ phƣơng trình sử dụng mơ hình hệ phƣơng trình Saint-Venant, đƣợc viết dƣới dạng thực hành cho tốn chiều khơng gian, tức quy luật diễn biến đọ cao mặt nƣớc lƣu lƣợng dòng chảy dọc theo chiều dài sơng, kênh theo thời gian Hệ phƣơng trình Saint-Venant gồm phƣơng trình: phƣơng trình liên tục phƣơng trình động lƣợng [1]: Phƣơng trình liên tục: 𝜕𝑄 𝜕𝑥 + 𝜕𝐴 𝜕𝑡 =q (3) Phƣơng trình động lƣợng: 𝜕𝑄 𝜕𝑡 + 𝜕 𝜕𝑥 𝑄² 𝜕𝑍 𝐴 𝜕𝑥 (α ) + gA +g 𝑄.|𝑄| 𝐶²𝑅𝐴 =0 (4) Trong đó: - Z: mực nƣớc thời đoạn tính tốn (m); t: thời gian tính tốn (s); - Q: lƣu lƣợng dòng chảy qua mặt cắt (m³/s); x: khơng gian (dọc theo dòng chảy) (m); A: diện tích mặt cắt ƣớt (m²); q: lƣu lƣợng ra, nhập dọc theo đơn vị chiều dài (m²/s); - C: hệ số Seri, đƣợc tính theo cơng thức: C=(1/n)Ry; n: hệ số nhám; 31 - R: bán kính thủy lực (m); - y: hệ số, theo Manning y = 1/6; g: gia tốc trọng trƣờng = 9.81m/s²; - α: hệ số động lƣợng 2.3.2.2 Cách giải Giải hệ phƣơng trình theo phƣơng pháp sai phân hữu hạn điểm xác định đƣợc giá trị lƣu lƣợng, mực nƣớc đoạn sông mặt cắt ngang mạng sơng thời điểm khoảng thời gian tính tốn Hình 7.Diễn biến mực nƣớc, lƣu lƣợng dọc theo chiều dài sơng theo thời gian Thuật tốn mơ hình MIKE 11: Hệ phƣơng tình vi phân (3) (4) hệ phƣơng tình vi phân tuyến tính, có hệ số biến đổi Các nghiệm cần tìm Q Z hàm số biến độc lập x, t Nhƣng hàm A v lại hàm phức tạp Q Z nên không giải đƣợc phƣơng pháp giải tích, mà giải gần theo phƣơng pháp sai phân Giải hệ phƣơng trình vi phân (3 4) theo phƣơng pháp sai phân hữu hạn điểm ẩn xác định đƣợc giá trị lƣu lƣợng, mực nƣớc đoạn sông, mặt cắt ngang mạng sông thời điểm khoảng thời gian nghiên cứu 2.3.2.3 Yêu cầu số liệu Về đầu vào/ chỉnh sửa, đặc tính Mike 11 bao gồm[4] : - Nhập liệu/ chỉnh sửa đồ - Đồng thời nhập nhiều dạng liệu vào/ chỉnh sửa mang tính mơ 32 - Tiện ích copy paste để nhập xuất liệu ví dụ từ chƣơng trình trang bảng tính - Bảng số liệu tổng hợp cửa sổ sơ đồ - Nhập liệu mạng sông địa hình từ ASCII text files - Layout cho ngƣời sử dụng xác định cho tất cửa sổ sơ đồ (màu sắc, cài đặt font, đƣờng, dạng điểm vạch dấu marker, v.v…) Về đầu ra, có tính trình bày báo cáo tiên tiến, bao gồm: - Màu đồ horizontal plan cho hệ thống liệu kết - Trình bày kết hình động sơ đồ mặt ngang, dọc chuỗi thời gian - Thể kết hình động đồng thời - Trình bày chuỗi thời gian mở rộng - Bản đồ 2D - Tiện ích copy dán để xuất bảng kết trình bày đồ vào ứng dụng khác (trang bảng tính, word dạng khác) 33 CHƢƠNG 3ÁP DỤNG MƠ HÌNH MIKE 11 MƠ PHỎNG LŨ HẠ DU LƢU VỰC SÔNG LAM 3.1 GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ TÌNH HÌNH SỐ LIỆU 3.1.1 Giới hạn phạm vi nghiên cứu Vùng nghiên cứu khóa luận đƣợc chọn lƣu vực có đặc điểm khác hạ lƣu lƣu vực sơng Lam (Hình 8): lƣu vực sơng Rộ, lƣu vực sông Gang, khu vực thành phố Vinh vùng phụ cận.[8] Hình 8.Bản đồ vùng hạ lƣu lƣu vực sông Lam - Lƣu vực sông Rộ nằm bên bờ hữu sông Lam thuộc huyện Thanh Chƣơng, Nghệ An Lƣu vực sơng Rộ có diện tích khống chế 130 km2 Sông bắt nguồn từ đỉnh Trƣờng Sơn (biên giới Việt - Lào), có độ cao 400 - 500 m Sơng có chiều dài 20,5 km với đặc điểm dốc Trên lƣu vực có hai hồ chứa thủy lợi: hồ Lãi Bò, có diện tích lƣu vực 24,0 km2 hồ sơng Rộ, có diện tích lƣu vực 13 km2 - Lƣu vực sông Gang nằm bên bờ tả sông Lam thuộc huyện Đô Lƣơng, Thanh Chƣơng (Nghệ An) Lƣu vực sông Gang có diện tích khống chế 307km2 Sơng bắt nguồn từ vùng đồi thƣợc huyện Đơ Lƣơng, có độ cao 130 - 150 m Sơng có chiều dài 35km với đặc điểm thoải, quanh co uốn khúc Trên lƣu vực có 15 hồ chứa thủy lợi Đây khu vực có nhiều diện tích trồng lúa tỉnh Nghệ An 34 - Khu vực thành phố Vinh phụ cận nằm bờ tả sông Lam, với tổng diện tích 755 km2 Vùng phụ cận bao gồm huyện: Nam Đàn, Hƣng Nguyên, Đô Lƣơng, Nghi Lộc, Cửa Hội thị xã Cửa Lò Vùng đƣợc chia làm vùng đặc trƣng : vùng đồi núi, vùng đồng đô thị Khu vực phần lớn vùng đồng thấp trũng có nhiều kênh nhỏ cắt ngang Hệ thống tiêu thoát nƣớc khu vực nhƣ sau: sơng Lam nằm phía Nam, sơng Cấm phía Bắc, hệ thống sơng Nội Đồng, sơng Vinh, Kênh Thấp, Kênh Gai + Sông Cấm bắt nguồn từ vùng đồi núi thuộc huyện Đô Lƣơng với tổng chiều dài 51,8km diện tích 243km2 sơng chảy theo hƣớng Tây Đơng đổ biển Đơng Cửa Lò + Sơng Rào Đừng bắt nguồn từ phía Bắc thành phố Vinh chảy theo hƣớng Tây Bắc - Đông Nam đổ sông Lam cống Rào Đừng Sông có chiều dài 13km, với diện tích khống chế 63,8 km2 + Sông Vinh: xuất phát từ cống Bến Thủy Sơng có chiều dài 26,9 km, với diện tích khống chế 181 km2 Sơng chảy theo hƣớng Tây Đông đổ sông Lam Bến Thủy 3.1.2 Tình hình số liệu Số liệu khí tƣợng thủy văn: bao gồm số liệu mƣa trạm lƣu vực, số liệu lƣu lƣợng thực đo trạm Mƣờng Xén, Qùy Châu, Sơn Diệm, Hòa Duyệt mực nƣớc thực đo trạm Cửa Hội, Dừa, Linh Cảm Do số liệu đo đạc dòng chảy lƣu vực sông Lam hạn chế không đồng bộ, em sử dụng mơ hình Mike – Nam với phân chia lƣu vực nghiên cứu thành lƣu vực phận nhƣ: Bản Vẽ - Thạch Giám, Thạch Giám – Khe Bố, Khe Bố - Dừa, Dừa – Đô Lƣơng, hạ lƣu Nậm Mộ, hạ lƣu Thác Muối, Qùy Châu – Bản Mồng, Bản Mồng – Nghĩa Khánh, hạ lƣu sông Hiếu, Đô Lƣơng – Yên Thƣợng, Yên Thƣợng – Nam Đàn, Nam Đàn – Chợ Tràng, Chu Lễ - Hòa Duyệt, Hòa Duyệt – Linh Cảm, hạ lƣu Ngàn Phố, Linh Cảm – Chợ Tràng, Chợ Tràng – Cửa Hội để cung cấp lƣu lƣợng nhập lƣu khu mơ hình thủy lực mạng lƣới sông Mike 11 Số liệu mạng lƣới sông : số liệu mặt cắt dọc, mặt cắt ngang lƣu vực sông Lam 35 3.2 THIẾT LẬP BÀI TỐN MƠ PHỎNG LŨ BẰNG MIKE 11 CHO KHU VỰC HẠ DU SƠNG LAM Mạng sơng : Mạng sơng đƣa vào tính tốn thuỷ lực bao gồm tồn dòng phụ lƣu vùng trung, hạ du lƣu vực sơng Lam (hình 10), cụ thể nhƣ sau: + Dòng sơng Lam: từ ngã ba Cửa Rào đến Của Hội dài 260 km với 148 mặt cắt; + Sông Nậm Mộ: từ trạm thủy văn Mƣờng Xén đến ngã ba Cửa Rào, dài 54 km với mặt cắt sử dụng 27 mặt cắt; + Sông Nậm Nơn: từ trạm Bản Vẽ đến ngã ba Cửa Rào, dài 16 km với 46 mặt cắt; + Sông Hiếu (sông Con): từ trạm thủy văn Qùy Châu đến nhập lƣu vào sông Lam (ngã ba Cây Chanh), dài 105km với 41 mặt cắt; + Sông Giăng: từ Thác Muối đến nhập lƣu vào sông Lam với chiều dài 22 km mặt cắt sử dụng 11 mặt cắt; + Sông Ngàn Phố: Từ trạm thuỷ văn Sơn Diệm đến ngã ba Linh Cảm với chiều dài 30km mặt cắt sử dụng 16 mặt cắt; + Sơng Ngàn Sâu: từ trạm thuỷ văn Hồ Duyệt đến ngã ba Linh Cảm với chiều dài 25km mặt cắt sử dụng 20 mặt cắt; + Sông La: từ Linh Cảm đến nhập lƣu vào sông Lam (ngã ba Chợ Tràng) với chiều dài 13km mặt cắt sử dụng 13 mặt cắt; 36 Hình Sơ đồ mạng lƣới thủy lực sơng Lam Số liệu mặt cắt từ đoạn Dừa đến Cửa Hội từ Hòa Duyệt đến Ngã ba Chợ Tràng đƣợc đo đạc năm 2016 Còn đoạn khác đƣợc Trung tâm công nghệ Tài nguyên - Môi trƣờng nƣớc thực tháng 10-11/2001 Đã đƣợc đo đạc cập nhật, bổ sung Liên đồn khảo sát khí tƣợng thủy văn năm 2008 Điều kiện biên mơ hình:Các biên đƣợc lấy từ số liệu lƣu lƣợng thực đo trạm, lƣợng gia nhập khu đƣợc tính tốn mơ hình Nam tích hợp mơ hình Mike, biên dƣới mực nƣớc trạm thủy văn Cửa Hội đƣợc thể bảng 15 Bảng 15 Biên tính tốn mơ hình TT Trạm Sông Tài liệu sử dụng Biên Mƣờng Xén Nậm Mộ Q Biên Qùy Châu Hiếu Q Biên Bản Vẽ Nậm Nơn Q Biên Sơn Diệm Ngàn Phố Q Biên 37 Trạm TT Sơng Tài liệu sử dụng Biên Hòa Duyệt Ngàn Sâu Q Biên Cửa Hội Lam H Biên dƣới Thác Muối Giăng Q Biên Biên khu đƣợc tính từ Mike Nam Q Biên khu Dừa Lam H Trạm kiểm tra 10 Linh Cảm La H Trạm kiểm tra Từ số liệu mạng sông ta đƣợc mạng lƣới lƣu vực sông Lam nhƣ hình 11: Hình 10.Sơ đồ mạng lƣới lƣu vực sơng Lam có mặt cắt 3.3 HIỆU CHỈNH MƠ HÌNH Việc hiệu chỉnh thơng số mơ hình chủ yếu đƣợc tiến hành cách thay đổi độ nhám Hệ số nhám đƣợc tìm cho mặt cắt đƣợc hiệu chỉnh q trình hiệu chỉnh mơ hình kết hợp với thơng tin điều tra thực địa Kiểm tra tính hợp lý thông qua tài liệu đo đạc trạm trung gian Trong trƣờng hợp dòng chảy lũ có tƣợng trài bãi Với dòng chảy kiệt dòng chảy chủ yếu lòng sơng, 38 nên việc hiệu chỉnh thông số chủ yếu thay đổi độ nhám lòng dẫn Phƣơng pháp hiệu chỉnh thơng số dùng phƣơng pháp thử dần Hình 11.Sơ đồ q trình hiệu chỉnh thơng số mơ hình Nhập số liệu lƣu lƣợng biên số liệu mực nƣớc biên dƣới sơ đồ thủy lực tính tốn hệ thống sơng Lam mơ hình Mike 11 ta nhận thấy Dựa số liệu lƣu lƣợng lũ năm 2010 thu thập đƣợc hệ thống sông Lam biên nêu mục Ta tiến hành tính tốn thủy lực mơ hình Mike 11 với bƣớc thời gian tính tốn 30 phút Thời gian 01 ngày 1/8/2010 đến 19 ngày 29/10/2010 Để đánh giá kết tính tốn mơ mơ hình, đánh giá dò tìm thơng số cho mơ hình nút kiểm tra mơ hình tiến hành tính tốn đánh giá sai số kết tính tốn từ mơ hình thủy lực với kết thực đo dựa số sau: Chỉ số Nash: Có ý nghĩa đánh giá mức độ tƣơng quan kết tính tốn kết đo đạc Và đƣợc xác định theo công thức: Nash = - Phần trăm sai số đỉnh lũ: %Q max - n i i i=1 (Q td − Q n )² n (Q i − Q )² td i=0 td = Q nmax Q td max ∗ 100% Phần trăm sai số tổng lƣợng: %Wmax = W nmax W td max ∗ 100% Trong đó: Qin : lƣu lƣợng tính tốn thời điểm i Qitd : lƣu lƣợng thực đo thời điểm i Q td : giá trị trung bình chuỗi số liệu trung bình thực đo W : tổng lƣợng dòng chảy tính tốn 39 - So sánh hình dạng đƣờng q trình lũ tính tốn với đƣờng trình lũ thực đo (thời gian xuất lũ thời điểm xuất lũ max) Kết ta thu đƣợc biểu đồ thực đo tính tốn trạm Dừa trạm Linh Cảm nhƣ sau: Tínhtốn Thực đo Hình 12.Đƣờng q trình mực nƣớc thực đo tính tốn trạm Dừa năm 2010 Thực đo Tính tốn Hình 13.Đƣờng q trình mực nƣớc thực đo tính tốn trạm Linh Cảm năm 2010 40 Bảng 16.Chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng hiệu chỉnh mơ hình năm 2010 Trạm Các số Dừa Linh Cảm Hệ số Nash 0.855 0.823 Sai số tổng lƣợng (%) 4.521 15.227 Sai số đỉnh lũ (%) 4.793 -11.019 3.4 KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH Ta lựa chọn thời gian để kiểm định thông số ngày 01/09/2011 lúc 01 đến ngày 25/09/2011 lúc 19 Kết thu đƣợc trạm Dừa trạm Linh Cảm nhƣ sau: Thực đo Tính tốn Hình 14.Đƣờng q trình mực nƣớc thực đo tính tốn trạm Dừa năm 2011 41 Thực đo Tính tốn Hình 15.Đƣờng q trình mực nƣớc thực đo tính tốn trạm Linh Cảm năm 2011 Bảng 17.Chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng kiểm định mơ hình năm 2011 Trạm Các số Dừa Linh Cảm Hệ số Nash 0.864 0.749 Sai số tổng lƣợng (%) -2.093 -13.153 Sai số đỉnh lũ (%) -1.424 -11.64 3.5 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết hiệu chỉnh mơ hình năm 2010 trạm thủy văn Dừa có đƣờng q trình mực nƣớc tốt với tiêu Nash 0.855 thuộc loại tốt với sai số tổng lƣợng 4.521%, sai số đỉnh lũ 4.793% Tại trạm Linh Cảm, có tiêu Nash 0.823 thuộc loại với sai số tổng lƣợng 15.227%, sai số định lũ – 11.019% nằm sai số cho phép kết hiệu chỉnh mơ hình tốt Năm 2011 đƣợc dùng làm năm kiểm định mơ hình, kết đƣờng trình mực nƣớc trạm Dừa tốt tiêu Nash 0.864, sai số tổng lƣợng 42 -2.093%, sai số đỉnh lũ – 1.424% Trạm Linh Cảm có tiêu Nash 0.749, sai số tổng lƣợng – 13.153% sai số đỉnh lũ – 11.64% Dựa vào kết tiêu đánh giá chất lƣợng mơ hình hiệu chỉnh kiểm định ta dùng thơng số để mô lũ Qua hiệu chỉnh kiệm định, em xác định đƣợc hệ số nhám trận đoạn sông nhƣ bảng 18 Bảng 18.Hệ số nhám đoạn sông hệ thống sông Lam Tên sông Sông Hiếu Sông Hiếu Sông Lam Sông Lam Sông Lam Sông Giăng Sông Ngàn Phố Sông Ngàn Phố Sông Ngàn Sâu Sông Ngàn Sâu Sông La Từ (km) Đến (km) Hệ số nhám Manning 75800 65894 158078 0 11460 12500 75800 159835 65894 158078 226566 24050 11460 27086 12500 27584 11441 0.045 0.035 0.046 0.035 0.03 0.035 0.041 0.038 0.042 0.039 0.026 43 KẾT LUẬN Trong thời gian thực khóa luận với đề tài “Mô lũ khu vực hạ du sông Lam mơ hình tốn Mike 11” em đạt đƣợc kết sau: - Đã nghiên cứu điều kiện địa lý tự nhiên lƣu vực sơng Lam có ảnh hƣởng đến lũ ngập lụt hạ lƣu - Đã nghiên cứu mơ hình Mike 11 để nắm bắt phƣơng pháp hiệu chỉnh kiểm định mơ hình - Đã tiến hành hiệu chỉnh mơ hình Mike 11 lƣu vực sông Lam cho trạm Dừa Linh Cảm Kết hiệu chỉnh năm 2010 cho thấy số Nash tốt thông số đƣợc nêu bảng 18 Khi sử dụng thông số để kiểm định năm 2011 đƣợc kết tốt từ thấy sử dụng mơ hình Mike 11 để mô lũ lƣu vực sông Lam để phục vụ tính tốn khác nhƣ dự báo, tính tốn… - Kiến nghị: Trong khóa luận này, mơ hình mô lũ điềm kiện sông tự nhiên , chƣa có tham gia hồ chứa, xâm nhập mặn nên kết đƣợc áp dụng cho đoạn sơng chƣa có can thệp hồ chứa 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Nguyễn Kim Dũng (2009), Ứng dụng mơ hình Mike 11 để xác định mực nƣớc lƣu lƣợng lũ thiết kế cho tuyến sông thuộc địa bàn thành phố Hải Dƣơng Đồ án tốt nghiệp [2] Phạm Trƣờng Giang (2014), Nghiên cứu đặc trƣng lũ phục vụ cảnh báo ngập lụt hạ du lƣu vực sông Lam Luận văn thạc sĩ khoa học [3] Trần Duy Kiều (2012), Nghiên cứu quản lý lũ lớn lƣu vực sông Lam Luận án tiến sĩ kỹ thuật [4] Nguyễn Phƣơng Nhung (2011), Tính tốn cân nƣớc hệ thống lƣu vực sông Cầu mơ hình Mike Basin Luận văn thạc sĩ khoa học [5] Nguyễn Thanh Sơn (2015), Đánh giá mức độ tổn thƣơng kinh tế- xã hội lũ lụt số lƣu vực sơng miền trung bối cảnh biến đổi khí hậu khai thác cơng trình thủy điện, thủy lợi [6] Nguyễn Xuân Tiến (2015) Phân tích, xác định nguyên nhân ngập úng vùng hạ lƣu lƣu vực sông Cả đề xuất giải pháp giảm nhẹ thiệt hại Tiểu luận tổng quan [7] Hoàng Thanh Tùng, “Nghiên cứu dƣ báo lũ trung hạn lƣu vƣc sông Cả” NCS Trƣờng Đại học Thủy lợi [8] Trung tâm dự báo Khí tƣợng Thủy văn trung ƣơng Tiếng Anh [9] DHI Water and Enviroment (2007), Mike 11 – User Manual 45 ... Đặt vấn đề Ở nƣớc ta năm gần tình hình thi n tai lũ lụt xảy phức tạp gây thi t hại nặng nề ngƣời của, đặc biệt khu vực miền Trung – nơi hứng chịu nhiều thi n tai lũ lụt vào loại bậc nƣớc ta gây... ĐIỂM LŨ LƢU VỰC SƠNG LAM VÀ GIỚI THI U MƠ HÌNH MIKE 1117 2.1 TÌNH HÌNH LŨ LỤT TRÊN LƢU VỰC SƠNG LAM 17 2.2 CÁC MÔ HÌNH TỐN ĐỂ MƠ PHỎNG 27 2.3 GIỚI THI U MƠ HÌNH MIKE 11 VÀ CÁC MÔ... làm khóa luận Do kinh nghiệm thân hạn chế nên nội dung khóa luận thi u sót Vì vậy, mong đóng góp thầy bạn đểkhóa luận em hồn thi n tốt Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2017 Sinh viên