Ứng dụng mô hình thủy văn dự báo dòng chảy mùa cạn với thời đoạn 10 ngày phục vụ vận hành một hồ chứa thượng nguồn sông vu gia thu bồn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÙNG HỒNG LONG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN DỰ BÁO DÒNG CHẢY MÙA CẠN VỚI THỜI ĐOẠN 10 NGÀY PHỤC VỤ VẬN HÀNH MỘT SỐ HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN SÔNG VU GIA - THU BỒN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng - Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÙNG HỒNG LONG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN DỰ BÁO DÒNG CHẢY MÙA CẠN VỚI THỜI ĐOẠN 10 NGÀY PHỤC VỤ VẬN HÀNH MỘT SỐ HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN SÔNG VU GIA - THU BỒN Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60.58.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Hùng Đà Nẵng - Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả Phùng Hồng Long ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN DỰ BÁO DỊNG CHẢY MÙA CẠN VỚI THỜI ĐOẠN 10 NGÀY PHỤC VỤ VẬN HÀNH MỘT SỐ HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN SÔNG VU GIA - THU BỒN Học viên: Phùng Hồng Long Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình thủy Mã số:60.58.02.02 Khóa: 2015-2017 Trường Đại học Bách khoa- ĐHĐN Tóm tắt - Trong năm gần đây, mơ hình thủy văn sử dụng nhiều dự báo lũ Nghiên cứu đề xuất nhằm nâng cao khả ứng dụng mơ hình thủy văn dự báo lưu lượng dịng chảy đến hồ với thời đoạn 10 ngày mùa cạn vị trí hồ chứa thủy điện Sơng Tranh 2, Đắk Mi thuộc hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn Từ nguyên lý mưa - dòng chảy, tác giả sử dụng lượng mưa dự báo q trình dịng chảy thời đoạn trước thời điểm tiến hành dự báo, cho phép xây dựng phương án dự báo dòng chảy mùa cạn với thời gian dự kiến 10 ngày lập quy trình vận hành hệ thống hồ chứa với thời gian dự kiến 10 ngày Điều đóng vai trị quan trọng việc điều hành hiệu hồ chứa theo thời gian thực Làm sở cho việc vận hành liên hồ chứa để phát huy hiệu cao nhất, vừa đảm bảo chống hạn cho hạ du, vừa đảm bảo sản lượng điện phục vụ kinh tế xã hội đồng thời giảm thiểu thất thoát nguồn nước Từ khóa – dự báo thủy văn, dự báo 10 ngày, dự báo Sông Tranh 2, dự báo Đắk Mi 4, mơ hình NAM APPLICATION OF HYDROLOGICAL MODEL IN FORECASTING DRY SEASON FLOW WITH 10 DAYS PERIOD OF TIME TO OPERATE SOME RESERVOIRS OF UPSTREAM VU GIA-THU BON RIVER Abstract: In recent years, hydrological model are widely used hydrological flood forecasting This study is proposed to improve the application of hydrological modeling in flow forecasting to lakes within 10 days in dry season at the location of Song Tranh 2, Dak Mi reservoirs in the Vu Gia- Thu Bon river system From the rain-flow principle, the author has used the predicted precipitation and flow process at the pre-forecasting stage to allow the building of dry season flow forecasts methods for a period of 10 Days and can set up the reservoir system operation process with the expected 10 days.This plays is an important role in effectively managing the reservoirs in real time that one is a basis for inter-reservoir operation to maximize the effectiveness while also ensuring drought protection for the downstream area as well as ensuring electricity production for socio-economic development while minimizing water source losses Keywords: Hydrological forecasting, 10 days forecast Song Tranh forecast, Dak Mi forecast, NAM models… MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Nội dung luận văn bao gồm Chương TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DỊNG CHẢY MÙA CẠN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu dịng chảy mùa cạn điều tiết hồ chứa 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2 Phạm vi tính tốn đề tài 10 Chương ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ DÒNG CHẢY MÙA CẠN TRÊN SÔNG VU GIA – THU BỒN 12 2.1 Điều kiện tự nhiên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn 12 2.1.1 Vi ̣trí điạ lý 12 2.1.2 Điều kiện địa hiǹ h .13 2.1.3 Đă ̣c điể m sông ngòi 13 2.2 Điều kiện kinh tế xã hội lưu vực sông 14 2.3 Đặc điểm chế độ mưa mùa cạn 15 2.3.1 Tổng lượng mưa mùa cạn 15 2.3.2 Phân phối mưa mùa cạn theo thời gian .16 2.3.3 Thời gian mưa 16 2.4 Đặc điểm dòng chảy mùa cạn 16 2.4.1 Dòng chảy mùa cạn 16 2.4.2 Đặc điểm nguồn nước mùa cạn thượng nguồn sông Vu Gia - Thu Bồn 19 2.5 Hệ thống hồ chứa Sông Tranh 2, Đăk Mi nhiệm vụ điều tiết mùa cạn 20 2.5.1 Hiện trạng cơng trình thủy điện 20 2.5.2 Đảm bảo dòng chảy tối thiểu sông 21 2.5.3 Nhiệm vụ điều tiết quy trình vận hành liên hồ chứa thời kỳ mùa cạn 22 Chương THIẾT LẬP MƠ HÌNH THỦY VĂN PHỤC VỤ DỰ BÁO DÒNG CHẢY 10 NGÀY MÙA CẠN CHO THƯỢNG NGUỒN SÔNG VU GIA - THU BỒN 23 3.1 Lựa cho ̣n mô hin ̀ h dự báo 23 3.1.1 Giới thiệu chung mơ hình thủy văn phục vụ dự báo dịng chảy 23 3.1.2 Xác đinh ̣ mơ hình Thủy văn phục vụ dự báo dòng chảy 23 3.1.3 Lý thuyết mơ hình NAM 24 3.2 Số liệu khí tượng thủy văn sử dụng nghiên cứu 29 3.3 Ứng dụng mơ hình thủy văn MIKE-NAM tính tốn dịng chảy 10 ngày mùa cạn thượng nguồn hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn 30 3.3.1 Thu thập, xử lý tài liệu địa hình, số liệu mưa, bốc hơi, lưu lượng .31 3.3.2 Thiế t lâ ̣p lưu vực tính toán 31 3.3.3 Tạo lưu vực sông file đầu vào mơ hình MIKE-NAM 32 3.3.4 Thiết lập file thơng số mơ hình MIKE-NAM .34 3.4 Hiêụ chỉnh và kiể m đinh ̣ mô hin ̀ h MIKE-NAM 36 3.4.1 Đối với lưu vực Nông Sơn, Thành Mỹ .36 3.4.2 Đối với lưu vực Sông Tranh 2, Đắk Mi 43 Chương DỰ BÁO THỬ NGHIỆM DÒNG CHẢY 10 NGÀY MÙA CẠN ĐẾN HỒ CHỨA SÔNG TRANH VÀ ĐẮK MI 50 4.1 Lập phương án dự báo dòng chảy thời đoạn 10 ngày mùa cạn đến hồ chứa Sông Tranh hồ chứa Đắk Mi 50 4.2 Khả dự báo mưa lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn 50 4.3 Dự báo thử nghiêm ̣ lưu lượng dịng chảy hồ chứa Sơng Tranh hồ chứa Đắk Mi 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 Kết luận 58 Kiến nghị 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO) PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TB: LV: TV: TBNN: KTTV: MT: ESNO: M: Q: W: Whi: H: Kp: MND: MNDGC: MNC: Enăm: WBL: NCKH: NNC: Trung biǹ h Lưu vực Thủy văn Trung biǹ h nhiề u năm Khí tượng thủy văn Mơi trường El Nino Southern Oscillation Mơ đuyn dịng chảy Lưu lượng dịng chảy Tổng lượng dịng chảy Dung tích hữu ích Đô ̣ cao mực nước Hệ số phân phối Mực nước dâng Mực nước dâng gia cường Mực nước chết Tổng điện năm Chênh lệch tổ ng lươ ̣ng dòng chảy tính tốn thực đo Nghiên cứu khoa học Nhóm nghiên cứu DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên hình hình 2.1 Mưa trung bình tháng, năm thời đoạn 1980-2012 Dòng chảy tháng mùa cạn trung bình nhiều năm tỷ số phân 2.2 phối so với dịng chảy năm 2.3 Các đặc trưng dòng chảy kiệt theo thời đoạn 3.1 Danh sách trạm khí tượng 3.2 Danh sách trạm thủy văn 3.3 Danh sách trạm đo mưa 3.4 Số liệu trạm dùng để hiệu chỉnh kiểm định mơ hình Danh sách tiểu lưu vực thượng nguồn sông Vu Gia - Thu 3.5 Bồn 3.5 Danh sách lưu vực tính tốn dịng chảy mùa cạn 3.6 Tỷ trọng lượng mưa trạm cho lưu vực tính tốn Số liệu trạm dùng để hiệu chỉnh mơ hình LV Nông Sơn, 3.7 Thành Mỹ Đánh giá kết hiệu chỉnh thơng số mơ hình LV Nơng Sơn, 3.8 Thành Mỹ Các thông số sau hiệu chỉnh mơ hình LV Nơng Sơn, 3.9 Thành Mỹ Đánh giá kết kiểm định thông số LV Nông Sơn, Thành 3.10 Mỹ Số liệu trạm dùng để hiệu chỉnh lưu vực Sông Tranh 3.11 Đăk Mi Đánh giá kết kiể m đinh ̣ bô ̣ thông số LV Sông Tranh 3.12 ĐăkMi Các thông số sau hiệu chỉnh LV Sông Tranh Đăk 3.13 Mi Đánh giá kết kiểm định thông số LV Sông Tranh Đăk 3.14 Mi Trang 15 17 18 29 29 29 31 31 33 35 37 37 40 40 43 43 46 46 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình vẽ đồ thị 1.1 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 Tên hình vẽ đồ thị Trang Mạng lưới sông Vu Gia - Thu Bồn hồ chứa thủy điện Tổng lượng dòng chảy tháng mùa cạn Bản đồ khu vực nghiên cứu Phân phối năm lưu lượng trung bình tháng số trạm thuỷ văn hệ thống sông Vu Gia-Thu Bồn Hệ thống hồ chứa lớn lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn Cấu trúc mơ hình NAM Sơ đồ mạng lưới trạm khí tượng, thủy văn đo mưa lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn Các bước tính tốn dịng chảy mơ hình MIKE-NAM Lưu vực thượng nguồn sông Vu Gia – Thu Bồn File số liệu lượng mưa, lượng bốc làm đầu vào mơ hình MIKE-NAM File số liệu lưu lượng làm đầu vào mơ hình MIKE-NAM Khai báo thơng số lưu vực Sơ đồ phân bố tỷ trọng lượng mưa trạm lưu vực Thơng số mơ hình mưa dịng chảy MIKE-NAM Lưu lượng thực đo tính tốn trạm TV Nông Sơn (1/1/1980 - 31/8/2000) Lưu lượng thực đo tính tốn trạm TV Thành Mỹ (1/1/1980 - 31/8/2000) Lưu lượng thực đo tính tốn trạm TV Nông Sơn (1/1/1980 - 31/8/2000) Lưu lượng thực đo tính tốn trạm TV Thành Mỹ (1/1/1980 - 31/8/2000) Lưu lượng thực đo tính tốn hồ Sơng Tranh (1/1/2013 - 31/8/2016) Lưu lượng thực đo tính toán hồ Đắk Mi (1/1/2013 31/8/2016) Lưu lượng thực đo tính tốn hồ Sơng Tranh (10/2/2017 - 20/3/2017) 12 19 22 25 30 30 32 33 34 34 35 36 38 39 41 42 44 45 47 Số hiệu hình vẽ đồ thị 3.17 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 Tên hình vẽ đồ thị Lưu lượng thực đo tính tốn hồ Đắk Mi (10/2/2017 20/3/2017) Bản tin dự báo định lượng mưa 10 ngày, từ ngày 01 – 10/4/2017 Bản tin dự báo định lượng mưa 10 ngày, từ ngày 11 – 20/4/2017 Bản tin dự báo định lượng mưa 10 ngày, từ ngày 21 30/4/2017 Lưu lượng thực đo tính tốn hồ Sông Tranh (1/4/2017 - 10/4/2017) Lưu lượng thực đo tính tốn hồ Đắks Mi (1/4/2017 10/4/2017) Lưu lượng thực đo tính tốn hồ Sông Tranh (11/4/2017 - 20/4/2017) Lưu lượng thực đo tính tốn hồ Đắk Mi (11/4/2017 20/4/2017) Lưu lượng thực đo tính tốn hồ Sơng Tranh (21/4/2017 - 30/4/2017) Lưu lượng thực đo tính tốn hồ Đắk Mi (21/4/2017 30/4/2017) Trang 48 52 52 53 54 54 55 55 56 56 PHỤ LỤC Phụ lục BẢNG KẾT QUẢ LƯỢNG MƯA DỰ BÁO BẰNG MƠ HÌNH WRF Bảng Lượng mưa dự báo 10 ngày, từ ngày 01 – 10/4/2017 HIEP NONG TRA TIEN KHAM THANH Time DUC SON MY PHUOC DUC MY 19h/01 07h/02 0 0 19h/02 8 13 07h/03 4 1 19h/03 1 1 07h/04 1 19h/04 0 0 0 07h/05 0 0 0 19h/05 18 07h/06 0 0 0 19h/06 5 0 21 07h/07 0 0 0 19h/07 0 0 07h/08 0 0 0 19h/08 0 0 0 07h/09 0 0 0 19h/09 0 0 0 07h/10 0 0 0 19h/10 0 0 0 07h/11 0 0 0 19h/01 07h/02 0 0 Bảng Lượng mưa dự báo 10 ngày, từ ngày 11 – 20/4/2017 HIEP NONG TRA TIEN KHAM THANH Time DUC SON MY PHUOC DUC MY 19h/10 07h/11 0 0 0 19h/11 0 0 07h/12 0 0 0 19h/12 07h/13 0 0 0 19h/13 27 12 55 07h/14 0 0 0 19h/14 0 0 07h/15 0 0 0 19h/15 0 0 07h/16 0 0 0 19h/16 13 0 0 07h/17 0 0 0 19h/17 0 47 07h/18 0 0 0 19h/18 0 0 0 07h/19 0 0 0 19h/19 0 0 0 07h/20 0 0 0 19h/10 07h/11 0 0 0 Bảng Lượng mưa dự báo 10 ngày, từ ngày 21 – 30/4/2017 HIEP NONG TRA TIEN KHAM THANH Time DUC SON MY PHUOC DUC MY 19h/20 3 07h/21 0 0 0 19h/21 0 0 07h/22 0 0 0 19h/22 14 38 1 07h/23 0 0 0 19h/23 13 20 14 15 07h/24 0 0 0 19h/24 10 53 38 07h/25 0 0 0 19h/25/ 15 6 07h/26 0 0 0 19h/26 16 12 17 0 07h/27 0 0 0 19h/27 19 11 07h/28 0 0 19h/28 25 22 51 12 18 07h/29 0 0 19h/29 36 07h/30 0 0 19h/30 0 0 19h/20 3 Phụ luc KẾT QUẢ DỰ BÁO THỬ NGHIỆM DÒNG CHẢY VỀ HỒ Thời gian 01/04/2017 02/04/2017 03/04/2017 04/04/2017 05/04/2017 06/04/2017 07/04/2017 08/04/2017 09/04/2017 10/04/2017 11/04/2017 12/04/2017 13/04/2017 14/04/2017 15/04/2017 16/04/2017 17/04/2017 18/04/2017 19/04/2017 20/04/2017 21/04/2017 22/04/2017 23/04/2017 24/04/2017 25/04/2017 26/04/2017 27/04/2017 28/04/2017 29/04/2017 30/04/2017 SÔNG TRANH VÀ ĐẮK MI Sông Tranh Đắk Mi Lưu Lưu Lưu Lưu lượng lượng Sai số lượng lượng thực đo tính tốn thực đo tính tốn 70,2 64,5 5,7 50,9 50,8 65,8 63,5 2,3 47,3 46,3 72,0 66,5 5,5 45,0 41,2 62,0 63,5 -1,5 40,0 37,1 67,7 64,5 3,2 45,0 42,5 69,0 67,6 1,4 47,0 45,4 57,0 64,3 -7,3 47,8 46,8 52,5 59,3 -6,9 45,3 42,2 50,8 53,8 -3,0 41,7 37,5 47,3 48,4 -1,1 36,7 35,9 44,0 47,0 -3,0 42,0 45,9 43,0 43,2 -0,2 37,7 37,1 48,0 47,6 0,4 44,2 41,7 42,0 46,8 -4,8 35,0 38,7 44,0 45,1 -1,1 38,2 40,0 45,0 47,6 -2,6 40,2 37,1 43,0 46,6 -3,6 34,0 34,5 39,0 44,4 -5,4 35,9 32,0 36,0 41,2 -5,2 32,4 29,6 32,6 38,5 -5,9 30,0 28,4 35,0 39,6 -4,6 33,8 37,4 36,8 38,3 -1,5 33,0 30,7 44,0 40,4 3,6 30,0 25,7 42,0 41,3 0,7 40,6 37,4 42,0 41,4 0,6 37,8 39,0 43,9 45,9 -2,1 36,0 37,7 44,1 46,1 -2,0 42,0 43,7 47,0 50,1 -3,1 41,0 39,8 48,0 50,8 -2,8 38,2 36,7 50,0 54,1 -4,1 35,0 38,1 Sai số 0,1 0,9 3,8 2,9 2,5 1,6 1,0 3,1 4,2 0,7 -3,9 0,6 2,4 -3,7 -1,7 3,1 -0,5 3,9 2,8 1,6 -3,6 2,3 4,3 3,2 -1,2 -1,7 -1,7 1,2 1,5 -3,1 ... - Sông Vu Gia: Sông Vu Gia hai sông hợp thành hệ thống sông Thu Bồn sông lớn thứ hai tỉnh Quảng nam Lưu vực sông Vu Gia nằm bên trái sông Thu Bồn thu? ??c địa phận huyện Hiên, Phước Sơn, Nam Giang,... CHẢY MÙA CẠN TRÊN SƠNG VU GIA – THU BỒN 2.1 Điều kiện tự nhiên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn 2.1.1 Vi ̣trí điạ lý Sông Vu Gia - Thu Bồ n là ̣ thố ng sông lớn ở vu? ?ng Duyên hải Trung... vực sông Vu Gia - Thu Bồn gồm lưu vực sơng Vu Gia Thu Bồn, có diện tích lưu vực 103 50 km2, chiếm 80 % diện tích tỉnh Quảng Nam Hai lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn kết nối - trao đổi nước với qua sông