Ứng dụng mô hình thủy văn mô phỏng dòng chảy lũ về hồ chứa thủy điện sông hinh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LÊ VĂN HĨA LÊ VĂN HĨA KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY LŨ VỀ HỒ CHỨA THỦY ĐIỆN SƠNG HINH LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY KHỐ 33 Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LÊ VĂN HĨA ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY LŨ VỀ HỒ CHỨA THỦY ĐIỆN SƠNG HINH Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 8580202 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Hùng Đà Nẵng - Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Lê Văn Hóa ii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, đến luận văn thạc sĩ với đề tài “Ứng dụng mô hình thủy văn mơ dịng chảy lũ hồ chứa thủy điện Sơng Hinh” hồn thành Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng với nỗ lực thân giúp đỡ, bảo, hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo, giáo, động viên gia đình, bạn bè đồng nghiệp Để hoàn thành luận văn, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc trân trọng tới thầy TS Lê Hùng công tác Khoa Xây dựng Thủy Lợi - Thủy điện, trường Đại học Bác Khoa Đà Nẵng bảo, hướng dẫn giúp đỡ tác giả tận tình suốt thời gian thực hoàn thành luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Đào tạo đại học sau đại học, Đại học Đà Nẵng tồn thể thầy giảng dạy, giúp đỡ tác giả thời gian học tập thực luận văn Tác giả chân thành cảm ơn tới bạn đồng nghiệp, bạn bè, đặc biệt Công ty Cổ phần thủy điện Vĩnh Sơn - Sông Hinh nơi tác giả công tác hỗ trợ chuyên môn, thu thập tài liệu liên quan để luận văn hoàn thành Do thời gian nghiên cứu khơng dài, trình độ kinh nghiệm thực tiễn chưa nhiều nên luận văn chắn tránh hạn chế thiếu sót Tác giả kính mong thầy, giáo, đồng nghiệp đóng góp ý kiến để kết nghiên cứu hoàn thiện Tác giả xin chân thành cảm ơn! iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Tóm tắt luận văn v Danh mục ký hiệu, từ viết tắt (nếu có) vi Danh mục bảng (nếu có) vii Danh mục hình (nếu có) viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan mơ hình mơ dịng chảy lũ 1.1.1 Mơ hình tốn thủy văn 1.1.2 Mơ hình Mưa - dịng chảy 1.2 Tình hình nghiên cứu lũ lụt giới 1.2.1 Các mơ hình phổ biến nước giới áp dụng để dự báo lũ 1.2.2 Một số cơng trình nghiên cứu dự báo ngập lụt nước 10 1.3 Tình hình nghiên cứu lũ lụt Việt Nam 10 1.3.1 Q trình nghiên cứu mơ phỏng, dự báo dòng chảy 10 1.3.2 Một số cơng trình nghiên cứu mơ phỏng, dự báo lũ khu vực 13 1.4 Sự cần thiết mơ dịng chảy lũ lưu vực hồ chứa thủy điện Sông Hinh 15 1.5 Đặc điểm điều kiện tự nhiên dòng chảy lưu vực hồ chứa thủy điện Sông Hinh 16 iv 1.5.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 16 1.5.2 Đặc điểm khí hậu lưu vực nghiên cứu 20 1.5.3 Đặc điểm khí tượng thủy văn lưu vực 23 CHƢƠNG THIẾT LẬP MƠ HÌNH THỦY VĂN MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY ĐẾN HỒ CHỨA THỦY ĐIỆN SÔNG HINH 26 2.1 Phân tích lựa chọn mơ hình để mô 26 2.2 Giới thiệu mơ hình HEC-HMS 26 2.2.1 Giới thiệu phần mềm HEC-HMS 26 2.2.2 Ứng dụng phần mềm 27 2.3 Cơ sở lý thuyết phần mềm 27 2.3.1 Các phương pháp tính mưa mơ hình 29 2.3.2 Các phương pháp tính tổn thất 31 2.3.3 Đường trình lũ đơn vị 37 2.3.4 Tính tốn dịng chảy ngầm 43 2.3.5 Diễn tốn dịng chảy 45 2.4 Thiết lập mơ hình thủy văn HEC-HMS cho lưu vực sông Hinh 55 2.4.1 Phân chia lưu vực 56 2.4.2 Sơ đồ tính 57 2.4.3 Thiết lập mơ hình HEC-HMS cho lưu vực sơng Hinh 57 CHƢƠNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH HEC-HMS MƠ PHỎNG LŨ ĐẾN HỒ CHỨA THỦY ĐIỆN SÔNG HINH 64 3.1 Xây dựng thông số mơ hình HEC-HMS để mơ dịng chảy lũ hồ chứa thủy điện Sông Hinh 64 3.1.1 Hiệu chỉnh mơ hình HEC-HMS cho lưu vực Sơng Hinh 64 3.1.2 Kiểm định cho trận lũ từ ngày 23-26/11/2017 68 3.1.3 Kiểm định cho trận lũ từ ngày 01-03/12/2017 69 3.1.4 Nhận xét kết hiệu chỉnh, kiểm định 70 3.2 Dự báo dịng chảy đến hồ chứa Sơng Hinh 71 3.2.1 Dự báo thử nghiệm với trận lũ từ ngày 03-05/11/2017 71 3.2.2 Đánh giá kết 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) 80 PHỤ LỤC 81 v TĨM TẮT ĐỀ TÀI Học viên: Lê Văn Hóa Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 11970 Khóa: K33 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY LŨ VỀ HỒ CHỨA THỦY ĐIỆN SƠNG HINH APPLY HYDROLOGICAL MODEL TO SIMULATE FLOOD FLOW INTO SONG HINH HYDROPOWER RESERVOIR Tóm tắt: Những năm gần đây, lũ lụt xảy ngày nghiêm trọng khó kiểm sốt Nghiên cứu mơ xác q trình lũ đến hồ chứa thủy điện Sơng Hinh góp phần đáng kể việc đưa giải pháp thích hợp để điều tiết vận hành hồ chứa hợp lý nhằm giảm nhẹ thiệt hại lũ gây cần thiết Trong nghiên cứu này, tác giả dựa vào tài liệu thực đo áp dụng mơ hình HEC-HMS tìm thơng số mơ hình để dự báo dòng chảy lũ đến lưu vực hồ chứa thủy điện Sông Hinh Tác giả sử dụng số liệu thực đo trận lũ năm 2017 để hiệu chỉnh tìm thơng số mơ hình, sau dùng thơng số kiểm định với số liệu thực đo trận lũ năm 2017 Với kết hiệu chỉnh, kiểm định, đường q trình lũ mơ từ mơ hình thực đo có số Nash 0,826, hình dạng lũ tương đối phù hợp, từ ta thấy thơng số mơ hình HEC-HMS đủ tin cậy mô dự báo lũ lưu vực hồ chứa thủy điện Sông Hinh Từ khóa: Thủy điện Sơng Hinh, mơ hình HEC-HMS, dịng chảy lũ, thơng số mơ hình, mơ hình thủy văn Abstract: In recent years, flooding has appeared to be more and more serious and difficult to control The exact study and simulation of the process of flood flowing into the reservoir of Song Hinh which is neccesary will contribute significantly to the development of appropriate solutions to regulate the operation of the reservoir and to mitigate damage caused by the flood In this study, the author bases on the actual measuring datum which applied the HEC-HMS model to find the model parameters and predict the flood flow into Song Hinh hydropower reservoir The author uses the actual measuring datum of the 2017 floods to calibrate the model parameters and then uses this data set to compare with the actual measuring datum of 2017 floods With calibration and comparing results, the flood curves simulated from the model and actual measuring have Nash value of above 0.826 The flood shape is also relatively consistent, so that we can see that the data set of HEC-HMS model is reliable enough to simulate flood forecast in reservoir area of Song Hinh hydropower Key word: Song Hinh hydropower, HEC-HMS model, flood flow, model data set, hydrological model vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU Flv Diện tích lưu vực L Chiều dài sơng Hbqlv Độ cao bình qn lưu vực Js Độ dốc lịng sơng D Mật độ lưới sông B Chiều rộng lưu vực X Lượng mưa Q0 Dòng chảy năm W0 Tổng lượng dòng chảy Ia Lượng tổn thất ban đầu fc Hằng số tốc độ tổn thất Tc Thời gian tập trung nước R Hệ số lượng trữ K Thời gian truyền sóng lũ  Độ rỗng đất Sf Sự di chuyển màng thấm Q Lưu lượng nước A Diện tích mặt cắt ướt qL Lượng nhập khu đơn vị chiều dài kênh Sf Độ dốc ma sát So Độ dốc đáy kênh c Gia tốc sóng theo phương x  Hệ số khuếch tán thủy lực n Hệ số nhám Manning CÁC CHỮ VIẾT TẮT KTTV Khí tượng thủy văn LV Lưu vực MNDBT Mực nước dâng bình thường MNC Mực nước chết vii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang bảng 1.1 Đặc trưng hình thái lưu vực tính đến tuyến đập sơng Hinh 16 1.2 Danh sách trạm khí tượng trạm đo mưa lân cận lưu vực 19 1.3 Danh sách trạm thủy văn lân cận lưu vực sông Hinh 19 Giá trị trung bình cực trị nhiệt độ khơng khí trạm Sơn 21 1.4 Hịa 1.5 Độ ẩm tương đối khơng khí trạm Sơn Hịa (%) 21 1.6 Tần suất xuất hướng gió trạm Sơn Hịa 21 1.7 Tốc độ gió lớn thiết kế trạm Sơn Hòa (m/s) 21 Phân phối bốc tổn thất bốc mặt nước hồ chứa sông 22 1.8 Hinh 1.9 Lượng mưa ngày lớn thiết kế (mm) 22 Số ngày mưa phân phối lượng mưa tháng năm 23 1.10 (trạm Sông Hinh) 1.11 Đặc trưng dịng chảy năm tuyến đập Sơng Hinh 23 Phân phối dịng chảy năm điển hình tuyến đập Sơng 24 1.12 Hinh 1.13 Đặc trưng dịng chảy lũ thiết kế tuyến đập Sông Hinh 24 1.14 Qmax tổng lượng lũ thiết kế tuyến đập sông Hinh 24 2.1 Diện tích tiểu lưu vực 56 3.1 Các trận lũ dùng để hiệu chỉnh kiểm định 64 3.2 Tổng hợp kết số Nash 70 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình Trang hình 1.1 Sơ đồ phân loại mơ hình tốn thủy văn 1.2 Q trình hình thành dịng chảy Sơ đồ sử dụng mơ hình HEC-HMS/RAS, mưa đa GIS 1.3 10 để tính tốn ngập lụt 1.4 Sơ đồ cấu trúc mơ hình NAM 12 1.5 Mơ hình tham số phân bố MARIN kết hợp với DEM GIS 13 1.6 Cấu trúc mơ hình WETSPA 13 1.7 Phương pháp nghiên cứu dự báo, cảnh báo ngập lụt 14 1.8 Biểu đồ Qđến Qxả trận lũ từ ngày 02-04/11/2009 15 Bản đồ mạng lưới trạm đo mưa khí tượng lưu vực sông 1.9 18 Hinh phụ cận 1.10 Đường q trình lũ thiết kế tuyến đập Sơng Hinh 25 2.1 Biểu đồ mưa tính tốn 29 Phương pháp tính mưa theo đa giác Theissen đường đẳng 2.2 30 trị mưa 2.3 Tổn thất dòng chảy theo phương pháp SCS 33 2.4 Các biến số phương pháp thấm Green - Ampt 35 2.5 Sơ đồ tính thấm theo độ ẩm đất 36 2.6 Các phương pháp cắt nước ngầm 44 2.7 Bản đồ phân chia lưu vực Sơng Hinh 56 2.8 Sơ đồ tính 57 2.9 Sơ đồ tính mơ hình HEC-HMS lưu vực sơng Hinh 63 3.1 Biểu đồ Q~t tính tốn thực đo tiểu lưu vực 65 3.2 Kết hiệu chỉnh trận lũ số từ ngày 03-05/11/2017 67 3.3 Bộ thơng số mơ hình thiết lập dị tìm tối ưu 67 3.4 Hệ số Nash trận lũ số từ ngày 03-05/11/2017 68 3.5 Kết kiểm định trận lũ số từ ngày 23-26/11/2017 68 3.6 Hệ số Nash trận lũ số từ ngày 23-26/11/2017 69 3.7 Kết kiểm định trận lũ số từ ngày 01-03/12/2017 69 3.8 Hệ số Nash trận lũ số từ ngày 01-03/12/2017 70 ... - Xây dựng thơng số mơ hình thủy văn mơ hình HEC-HMS để mơ dịng chảy mùa lũ lưu vực hồ chứa thủy điện Sông Hinh - Dự báo dòng chảy lũ đến hồ chứa thủy điện Sơng Hinh mơ hình HEC-HMS để chủ động... xây dựng thông số mô hình phần mềm thủy văn để dự báo dịng chảy lũ hồ chứa thủy điện Sông Hinh cần thiết 1.5 Đặc điểm điều kiện tự nhiên dòng chảy lƣu vực hồ chứa thủy điện Sông Hinh 1.5.1 Đặc điểm... hình HEC-HMS cho lưu vực sơng Hinh 57 CHƢƠNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH HEC-HMS MƠ PHỎNG LŨ ĐẾN HỒ CHỨA THỦY ĐIỆN SÔNG HINH 64 3.1 Xây dựng thông số mơ hình HEC-HMS để mơ dịng chảy lũ hồ chứa thủy