Trong nghiên cứu này trình bày một số giải pháp tích hợp mô hình MARINE và Sóng động học một chiều để nâng cao chất lượng mô phỏng mô hình MARINE và bổ sung diễn toán dòng chảy trong sông. Trong đó đã xây dựng mô hình Sóng động học một chiều Tuyến tính để diễn toán dòng chảy cho các đoạn sông trong mô hình MARINE và làm điều kiện ban đầu cho mô hình Sóng động học một chiều Phi tuyến, cải tiến MARINE để tính toán dòng chảy của nhiều nhánh sông để làm cơ sở tích hợp với mô hình Sóng động học một chiều Phi tuyến cho mạng lưới sông.
THỬ NGHIỆM TÍCH HỢP MƠ HÌNH MARINE VÀ MƠ HÌNH SĨNG ĐỘNG HỌC MỘT CHIỀU TRÊN LƯU VỰC SƠNG CÁI NHA TRANG (1) Bùi Văn Chanh(1), Trần Ngọc Anh(2) Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Trung Bộ (2) Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội Ngày nhận 22/4/2020; ngày chuyển phản biện 23/4/2020; ngày chấp nhận đăng 18/5/2020 Tóm tắt: Mơ hình MARINE mơ hình thủy văn thông số phân bố Viện Cơ học chất lỏng Toulouse (Pháp) phát triển sử dụng nhiều quốc gia Mơ hình ứng dụng Việt Nam từ 2001 khuôn khổ dự án FLOCODS, sử dụng dự báo lưu vực sơng Đà Mơ hình MARINE thuộc loại mơ hình mưa dịng chảy thơng số phân bố vật lý, mơ dòng chảy lũ sườn dốc tốt, diễn tốn dịng chảy sơng chưa hồn thiện, cần sử dụng mơ hình khác để mơ Đã có số nghiên cứu sử dụng mơ hình Muskingum, Muskingum Cunge thủy lực chiều IMECH1D để kết nối mơ dịng chảy sơng, nhiên, cịn số vấn đề cần tiếp tục cải tiến, hoàn thiện Trong nghiên cứu trình bày số giải pháp tích hợp mơ hình MARINE Sóng động học chiều để nâng cao chất lượng mơ mơ hình MARINE bổ sung diễn tốn dịng chảy sơng Trong xây dựng mơ hình Sóng động học chiều Tuyến tính để diễn tốn dịng chảy cho đoạn sơng mơ hình MARINE làm điều kiện ban đầu cho mơ hình Sóng động học chiều Phi tuyến, cải tiến MARINE để tính tốn dịng chảy nhiều nhánh sơng để làm sở tích hợp với mơ hình Sóng động học chiều Phi tuyến cho mạng lưới sơng Bộ mơ hình tích hợp ứng dụng thử nghiệm lưu vực sông Cái Nha Trang cho thấy dễ vận hành cho kết mơ tốt Từ khóa: Mơ hình MARINE, Sóng động học, lưu vực sơng Cái Nha Trang Mở đầu Mơ hình MARINE (Modelisation de l’Anticipation du Ruissellement et des INondations pour des événements Extremes), ứng dụng tính tốn lũ thời gian thực từ dự án PACTES (cảnh báo nguy lũ quét theo không gian) Pháp với hỗ trợ ban đầu Bộ nghiên cứu Pháp Cơ quan vũ trụ Pháp để tính toán trận lũ quét xảy năm 1999 vùng phía Nam nước Pháp [7, 14], ước lượng mưa từ radar để cảnh báo lũ quét năm 2002 [11] Ngoài Pháp, mơ hình MARINE cịn sử dụng để cảnh báo lũ quét, dự báo lũ Oman [16], Tây Ban Nha [9], nước khu vực Địa Trung Hải [9] Mơ hình MARINE mơ thủy văn thơng số phân bố ứng dụng Việt Nam từ 2001 Liên hệ tác giả: Bùi Văn Chanh Email: buivanchanh@gmail.com khuôn khổ Dự án FLOCODS để dự báo lũ lưu vực sông Hồng [3], năm 2006 nghiên cứu dự báo lưu lượng hồ Hịa Bình [2, 7], dự báo lũ lưu vực sông Hương [22] Hiện mơ hình sử dụng nghiệp vụ dự báo Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia cho lưu vực sông Đà [2], sông Hồng [4] Mặc dù mơ hình MARINE có nhiều ưu việt, chưa sử dụng rộng rãi (dù cho phiên mơ hình phổ biến Việt Nam mã nguồn mở, thuận tiện cho việc cải tiến ứng dụng), mơ hình chưa hồn thiện dịng chảy sơng Mơ hình MARINE hiên tính lưu lượng cho đoạn sơng dịng sơng chính, lưu lượng đoạn cộng dồn từ lưu lượng lưới có sơng chảy qua Như vậy, dịng chảy nhánh sơng trước đổ vào sơng diễn tốn dịng chảy sườn dốc Ngun lý mơ khơng sát với thực tế, đặc TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 45 biệt với lưu vực lớn cho kết mô không tốt Để hạn chế nhược điểm này, nghiên cứu trước nỗ lực chia nhỏ thành tiểu lưu vực, nhiên làm ưu mơ hình thơng số phân bố Do việc tính dịng chảy cho đoạn sơng sơng dẫn tới việc vận hành cồng kềnh chia nhỏ lưu vực, khó khăn thiết lập vận hành mơ hình MARINE Ngồi ra, để tính tốn lưu lượng đến cửa lưu vực sông thường cần phải sử dụng kết hợp với mơ hình diễn tốn dịng chảy sơng khác với đầu vào từ kết mơ hình MARINE Trong nghiên cứu trước đây, Nguyễn Lan Châu [2], Nguyễn Văn Điệp [22, 3], Nguyễn Tiến Cường [15, 7], Bùi Đình Lập [4] kết nối mơ hình MARINE mơ hình IMECH-1D [2, 22, 21, 3] Muskingum - Cunge [4] để mơ dịng chảy sơng Đà [2], sơng Hồng [3], sơng Hương [22] Ở Pháp, dịng chảy sơng viết Bessière (2005) phương trình xấp xỉ sóng động học [19], Foody sử dụng Muskingum [8], Rorrell sử dụng HEC-RAS [8] MAGE-1D [8] để kết nối với mơ hình MARINE Tuy nhiên, mơ hình Sóng động lực IMECH-1D, HEC-RAS, MAGE-1D cần phải sử dụng liệu mặt cắt ngang, liệu khơng có khu vực vùng núi, đặc biệt thượng nguồn sông Những khu vực khơng có mặt cắt sử dụng mơ hình Muskingum, Muskingum-Cunge xấp xỉ Sóng động học ứng dụng trên, nghiên mơ hình thể lượng trữ thủy văn tuyến tính [19, 15], khơng phản ánh q trình truyền lũ sơng biến động lớn dịng chảy tác động địa hình [19] Ngồi ra, ứng dụng sử dụng lưu lượng đoạn sông cộng dồn từ lưu lượng ô lưới có sơng chảy qua mơ cho dịng sơng Để khắc phục nhược điểm trên, nhóm nghiên cứu xây dựng mơ hình Sóng động học chiều tích hợp với mơ hình MARINE Mơ hình Sóng động học dựa dạng đơn giản hóa hệ phương trình Saint Venant [19], dạng xấp xỉ sóng động lực [15], mơ q trình truyền lũ sông thay đổi lưu lượng hay mực nước Sử dụng mơ hình Sóng động học vừa đáp ứng yêu cầu số liệu đầu vào khu vực vùng núi, vừa mô 46 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 trình truyền lũ biến động lớn dịng chảy tác động địa hình Mơ hình Sóng động học Tuyến tính mơ dịng chảy đoạn sơng mơ hình Phi tuyến mơ dịng chảy mạng lưới sông khắc phục nhược điểm cộng dồn lưu lượng mơ dịng sơng mơ hình MARINE Ngồi ưu điểm mơ hình Sóng động học nêu tăng thêm ưu mô cho lưu vực lớn, địa hình phức tạp mơ hình MARINE Mơ hình Sóng động học lập trình Fortran 70 để thống với ngơn ngữ lập trình mơ hình MARINE Mơ hình Sóng động học Lighthill Whitham (1955) đề xuất [15] nhiều nghiên cứu sau phát triển, ứng dụng để mơ dịng chảy kênh, sông suối như: Weinmann and Laurenson (1979), Henderson (1963), Brakensiek (1967), Cunge (1969), Woolhiser (1975), Dawdy (1978) [15] Mơ hình chiều sông sau Jacovvis (1996) nghiên cứu cho sơng có bãi với nhiều loại hình dạng mặt cắt [13], Aminul Islam so sánh sơ đồ sai phân ẩn sai phân [6], Tayfur phát triển để mô phát triển biến dạng mặt cắt dọc kênh bồi phù sa [10], Nwaogazie xây dựng mơ hình chiều phi tuyến phương pháp NewtonRaphson [17] Sau nhiều nghiên cứu phát triển để mô sườn dốc như: Henderson (1966), Henderson Wooding (1964), Woolhiser Liggett (1967), Kibler Woolhiser (1970), Schaafce (1970), Li (1975), Borah (1980) [15] Ở Việt Nam, mơ hình chiều sườn dốc Lương Tuấn Anh Nguyễn Thanh Sơn sử dụng để mơ dịng chảy sườn dốc mơ hình KW1D [20] Nghiên cứu ứng dụng mơ hình Sóng động học chiều sử dụng dạng tuyến tính, mơ cho nhánh sơng Trong báo trình bày kết xây dựng mơ hình Sóng động học chiều Phi tuyến cho mạng lưới sông sử dụng phương pháp lặp Newton để hệ phương trình Saint Venant [1] Các mơ hình sau cải tiến, tích hợp ứng dụng thử nghiệm cho lưu vực sông Cái Nha Trang đến trạm thủy văn Đồng Trăng Sông Cái Nha Trang sông lớn tỉnh Khánh Hòa, bắt nguồn từ độ cao khoảng 2.000m Sông gồm nhánh sông Thác Ngựa sông Chị, hợp lưu vị trí cách trạm thủy văn Đồng Trăng khoảng 2km phía thượng lưu trạm Sơng Thác Ngựa có dạng nan quạt với phụ lưu: Sơng Giang, sơng Khế, sơng Cầu; sơng Chị có dạng cành có phụ lưu EaThour Trên lưu vực có trạm thủy văn Đồng Trăng có số liệu quan trắc dòng chảy nhiều năm (1983-nay) trạm đo mưa nhân dân Khánh Vĩnh Khu vực lân cận có trạm khí tượng Nha Trang, M’d Rắk, Cam Ranh Số liệu quan trắc đồng sông Cái Nha Trang trận lũ đặc biệt lớn năm 2010, từ ngày 29/10-13/11 [5] sử dụng để hiệu chỉnh thông số mơ hình tích hợp với số liệu lưu lượng thời đoạn trạm Đồng Trăng sông Cái, vị trí Diên Xn sơng Chị, vị trí Sơng Cầu sơng Cầu vị trí Thác Ngựa sơng Thác Ngựa Bộ mơ hình tích hợp sau kiểm định với trận lũ năm 2009, 2013 2016 để đánh giá khả mô dịng chảy lũ sơng Cái Nha Trang Phương pháp luận 2.1 Cơ sở lý thuyết mơ hình MARINE [2] Mơ hình MARINE mơ q trình hình thành dòng chảy sinh mưa lưu vực dựa phương trình bảo tồn khối lượng: ∂V (1.1) + u.grad (V ) = Pο ∂t Trong đó: V thể tích khối chất lỏng xét u vận tốc dịng chảy lưới P0 lượng mưa Vận tốc dòng chảy trao đổi tính theo cơng thức: pente u = H 2/3 Km (1.2) Vì lưới sử dụng để tính tốn lưới vng (DEM) nên thay biểu thức vận tốc vào phương trình tích phân ta thu được: H 5/3 j j =1 Km ∆H + ∑ pente ∆t = P0 ∆t ∆x (1.3) Trong đó: pente độ dốc Km: Hệ số nhám Manning H: Độ sâu mực nước ô lưới ΔH: Sự thay đổi mực nước ô lưới từ thời điểm t1 đến t2 j: Hướng chảy của ô lưới (j =1÷4) Δx: Chiều rợng lưới Δt: Bước thời gian tính Đây phương trình tính biến thiên mực nước theo thời gian ô lưới MARINE diễn tốn dịng chảy trao đổi lưới với nhau, lượng mưa rơi vào ô lưu vực coi lượng nước bổ sung bước thời gian tính 2.2 Cơ sở lý thuyết mơ hình Sóng động học [1, 5] Sóng động học tạo nên thay đổi dòng chảy thay đổi lưu lượng nước tốc độ sóng vận tốc truyền thay đổi dọc theo kênh dẫn Tốc độ sóng phụ thuộc vào loại sóng xét hồn tồn khác biệt với vận tốc dịng nước Đối với Sóng động học, thành phần gia tốc áp suất phương trình động lượng bị bỏ qua nên chuyển động sóng mơ tả chủ yếu phương trình liên tục Do sóng mang tên Sóng động học động học nghiên cứu chuyển động khơng xét đến ảnh hưởng khối lượng lực Mơ hình Sóng động học xác định phương trình Saint Venant sau: - Phương trình liên tục: ∂Q ∂A q + = ∂x ∂t (2.1) - Phương trình động lượng: S o = S f (2.2) A = αQβ (2.3) Trong đó: A diện tích mặt cắt ướt Q lưu lượng q nhập lưu So độ dốc sông Sf độ dốc ma sát Trong phương trình Manning với So = Sf R=A/P ta có: Q= 1.49 So1/2 5/3 A nP 2/3 (2.4) Viết lại phương trình (2.4) cho A từ tìm α β = 0,6 sau: nP 2/3 A= 1.49 S o 3/5 Q 3/5 (2.5) TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 47 nP 2/3 A= 1.49 S o 0.6 (2.6) ∂A ∂Q = αβ Q β −1 ∂t ∂t (2.7) ∂Q ∂Q + αβ Q β −1 q = ∂x ∂t (2.8) Áp dụng sơ đồ sai phân ẩn phương trình (2.8) thu phương trình sai phân sóng động học tuyến tính Qi +j +11 β −1 ∆t Q j + Q ij+1 q j +1 + qij+1 Qi j +1 + αβ Qi +j i +1 + ∆t i +1 2 ∆x = β −1 + j j ∆t Qi +1 + Qi (2.9) + αβ ∆x Áp dụng sơ đồ sai phân ẩn phương trình (2.1) thu phương trình sai phân sóng động học phi tuyến β ∆t j +1 ∆t Qi +1 + α ( Qi +j +11 ) = Qi j +1 + α (Qi +j ) β ∆x ∆x (2.10) j +1 j q + qi +1 +∆t i +1 j +1 Đây phương trình phi tuyến Qi +1 cần giải phương pháp số, chương trình lập trình giải phương trình 2.10 phương pháp lặp Newton [19] Sử dụng kết tính tốn từ mơ hình Sóng động học chiểu tuyến tính (2.9) làm giá trị ban đầu phép lặp Newton j +1 Từ sai số dư f (Qi +1 ) xác định phương trình (2.10) ∆t f (Qi +j +11 ) = Qi +j +11 + α (Qi +j +11 ) β − C ∆x ∆t f '(Qi +j +1= ) + αβ (Qi +j +11 ) β −1 ∆ x j +1 i +1 (2.11) (2.12) Mục tiêu tìm Q để buộc f (Q ) không Sử dụng phương pháp lặp Newton bước lặp k Tiêu chuẩn hội tụ cho trình lặp là: f (Qi +j +11 ) k +1 ≤ ε j +1 i +1 (2.13) j +1 Ước lượng giá trị khởi đầu Qi +1 q trình lặp có ảnh hưởng quan trọng đến hội tụ sơ đồ Một cách tiếp cận sử dụng nghiệm sơ đồ tuyến tính, phương trình (2.9) 48 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 nghiệm gần thứ sơ đồ phi tuyến Li, Simons Stevens (1975) [13] sau tiến hành phân tích tính ổn định sơ đồ sử dụng phương trình (2.10) sơ đồ ổn định khơng điều kiện sử dụng trị Δt/Δx phạm vi rộng mà không tạo sai số lớn hình dạng đường q trình lưu lượng Thử nghiệm tích hợp mơ hình Sóng động học chiều mơ hình MARINE 3.1 Phương pháp tích hợp Từ phương trình (2.9) xây dựng mơ hình Sóng động học chiều Tuyến tính Mơ hình xây dựng thủ tục (Proceduce SdhTt) mơ hình MARINE thay thủ tục (Proceduce CalcApLat) tính lưu lượng cộng dồn cho đoạn sơng từ lưới mơ hình MARINE gốc (Hình 3) Do q trình diễn tốn cho đoạn sông ngắn để đảm bảo mô đồng thời thuận tiện cho việc tích hợp nên nghiên cứu sử dụng mơ hình Sóng động học Tuyến tính Mơ hình MARINE gốc tính tốn lưu lượng cho đoạn sơng (sơng chính) Tuy nhiên, thực tế lưu vực có nhiều sơng kết nối với thành mạng lưới sông suối Vì tính dịng chảy cho sơng chính, nên dịng chảy sơng nhánh coi dịng chảy sườn dốc, q trình tập trung dịng chảy từ nhánh với độ dài, kích thước khác sơng đồng thời Mô không sát với thực tế, mơ hình MARINE khắc phục cách chia nhỏ lưu vực Trong nghiên cứu Denis Dartus David Labat ra: Khi diện tích lưu vực lớn 1km2, dòng chảy bề mặt tập trung vào mạng lưới sông [7] Để mô dịng chảy sơng suối, Bessière mơ dịng chảy suối phương trình xấp xỉ Sóng động học mơ hình MARINE [8] Theo quan điểm Bessière, mơ sơng mà sát với thực tế thỉ lưu vực phải nhỏ 1km2 Để khắc phục nhược điểm này, nghiên cứu xây dựng thêm thủ tục (Proceduce Q3D) cài vào mơ hình MARINE để tính tốn dịng chảy cho mạng lưới sơng, bao gồm sơng sơng nhánh (Hình 3) Mỗi đoạn nhánh sông mạng lưới sông diễn tốn mơ hình Sóng động học chiều Tuyến tính Đây sở để tích hợp mơ hình MARINE mơ hình Sóng động học chiều Phi tuyến cho mạng lưới sơng Mơ hình Sóng động học chiều Phi tuyến cho nhánh sông xây dựng từ phương trình (2.10) giải phương pháp lặp Newton [1, 19] Xây dựng tích hợp mơ hình Sóng động học chiều Phi tuyến vào mơ hình MARINE Mơ hình sử dụng mơ hình Sóng động học chiều Tuyến tính để làm điều kiện ban đầu giúp tốn mơ hình Phi tuyến nhanh hội tụ, giảm bước lặp trình giải hệ phương trình Saint Venant Áp dụng phương pháp phân cấp sơng mơ hình Phi tuyến để mơ phịng dịng chảy cho mạng lưới sơng Phương pháp phân cấp sông theo thứ tự sau: Sơng có số thứ tự (sơng cấp 1), sông đổ trực tiếp vào sông cấp sông cấp (số thứ tự 2), sông đổ trực tiếp vào sông cấp sông cấp (thứ tự 3), q trình phân cấp sơng tiếp tục cấp sông cuối đưa vào tính tốn mơ hình (Hình 1) Áp dụng sơ đồ phân cấp cho lưu vực sơng Cái Nha Trang thể Hình Hình Sơ đồ phân cấp lưới sơng Hình Phân cấp sơng Cái Nha Trang Hình Sơ đồ tích hợp mơ hình TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 49 3.2 Ứng dụng thử nghiệm lưu vực sông Cái Nha Trang Bộ mơ hình tích hợp ứng dụng thử nghiệm lưu vực sông Cái Nha Trang Để sử Hình Bản đồ DEM sơng Cái đến trạm Đồng Trăng dụng bơ mơ hình này, trước hết cần tiến hành thiết lập mơ hình MARINE Dữ liệu địa hình, lớp phủ, sử dụng đất cho mơ hình MARINE thể hình đây: Hình Bản đồ đất sơng Cái đến trạm Đồng Trăng Hình Cấu trúc file thủy lực lưới sơng Hình Bản đồ rừng sông Cái đến trạm Đồng Trăng 50 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 Mỗi ô lưới nhận liệu từ đồ trên, lượng mưa ô nhận từ trạm mưa gồm: Trạm thủy văn Đồng Trăng, điểm đo mưa Khánh Sơn, trạm khí tượng M’d Rắk phạm vi đa giác Theissen mà trạm mưa khống chế Bản đồ mưa phân bố lượng mưa phân bố không gian theo đa giác Theissen trên, thời điểm lượng mưa xây dựng đồ Do lượng mưa đầu vào nhiều lớp đồ phân bố mưa theo thời gian Mơ hình Sóng động học chiều Tuyến Hình Lượng mưa thời đoạn trận lũ lớn năm 2010 Hình 10 So sánh đường trình lưu lượng trạm thủy văn Đồng Trăng Nghiên cứu sử dụng lượng mưa thời đoạn trạm thủy văn Đồng Trăng, điểm đo mưa Khánh Sơn, trạm khí tượng M’d Rắk từ 11h ngày 30/10 đến 23h ngày 07/11 năm 2010 [5] để hiệu chỉnh thử nghiệm Kết tính tốn trích xuất cho vị trí Thác Ngựa trạm Đồng Trăng (Hình 2) Số liệu sử dụng để so sánh trường hợp mơ cho tồn mạng lưới sơng mơ cho sơng (sơng cấp 1) Trường hợp mơ sơng chính, tính Phi tuyến thiết lập sở mạng lưới thủy lực phân cấp sơng (Hình 2) Nhánh sơng gồm nhiều điểm nối với xác định tọa độ, khoảng cách cộng dồn từ thượn lưu hạ lưu Tại điểm sơng tính tốn độ dốc sông, hệ số nhám Manning (n), chiều rộng sông Dữ liệu độ dốc sơng tính xấp xỉ với độ dốc địa hình dựa đồ DEM, chiều rộng sông đo ảnh viễn thám kết hợp với bảng tra thủy lực M.F Xripnut để xác định hệ số nhám Manning Hình So sánh đường q trình lưu lượng vị trí Thác Ngựa Hình 11 Lượng mưa trận lũ lớn năm 2009 đường trình dốc, mơ lũ lên nhanh, xuống nhanh Trong trường hợp này, dịng chảy đoạn có sơng mơ dịng chảy sườn dốc, khơng mơ tượng bẹt sóng lũ truyền sông Trường hợp mô cho mạng lưới sông cho đường trình sát với đường thực đo hơn, có tượng bẹt sóng lũ truyền sơng mơ mơ hình Sóng động nhánh sông Đánh giá chất lượng mô tiêu Nash trạm Thác Ngựa TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 51 trường hợp có sơng đạt 72,4%, trường hợp mạng lưới sông đạt 83,7%; trạm thủy văn Đồng Trăng trường hợp có sơng đạt 79,5%, mạng lưới sơng đạt 90,9% Bộ mơ hình tích hợp với thơng số hiệu chỉnh từ trận lũ đồng năm 2010 kiểm định với trận lũ lớn năm 2009 (19h/1/1123h/7/11), 2013 (1h/5/11-23h/10/11) 2016 (01/11-8/11); số liệu thực đo trạm Đồng Trăng, Khánh Vĩnh M’d Rắk Tổng cục Khí tượng Thủy văn quản lý Lượng mưa thời đoạn trạm sử dụng để kiểm định cho trạm thủy văn Đồng Trăng Đánh giá chất lượng mơ cho trường hợp có sơng mạng lưới sơng tương ứng với trận lũ năm 2009 74,4% 93,2%; trận lũ năm 2013 73,7% 82,2%; trận lũ năm 2016 78,3% 82,7% Trận lũ năm 2010 đo đạc đồng nhiều trạm sông Cái nên liệu chi tiết để hiệu chỉnh đồng thời cho kết ban đầu hiệu tích hợp mơ hình Sóng động học chiều Tuyến tính vào MARINE Từ trận mưa lũ năm 2010 tính tốn dịng chảy đoạn sơng từ lưới hai trường hợp cộng dồn sử dụng mơ hình Sóng động học Từ kết tính tốn hai trường hợp cho đoạn sơng sau sử dụng mơ hình Sóng động học chiều Phi tuyến để mơ cho mạng lưới sơng, trích xuất kết vị trí Diên Xn, Sơng Cầu (Hình 2) cho kết thể hình So sánh kết tính tốn dịng chảy đoạn phương pháp cộng dồn mô hình Sóng động học chiều tuyến tính vị trí Diên Xn Sơng Cầu cho thấy đỉnh lũ tính cộng dồn tăng nhanh, cường suất lũ lớn so với đường thực đo đường lưu lượng tính mơ hình Sóng động học Đường q trình lưu lượng tính Sóng động học khớp với đường thực đo đường lưu lượng tính cộng dồn Chất lượng mơ theo tiêu Nash mơ hình Sóng động học Diên Xuân đạt 89,9%, Sông Cầu đạt 84,6%; cách tính cộng dồn Diên Xuân đạt 83,5%, Sơng Cầu đạt 71,8% Hình 12 So sánh đường trình lưu lượng năm 2009 Hình 13 Lượng mưa trận lũ lớn năm 2013 Hình 14 So sánh đường trình lưu lượng năm 2013 Hình 15 Lượng mưa trận lũ lớn năm 2016 52 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 Hình 16 Lượng mưa trận lũ lớn năm 2016 Hình 17 So sánh trình lưu lượng vị trí Diên Xn trận lũ năm 2010 Hình 18 So sánh q trình lưu lượng vị trí sơng Cầu trận lũ năm 2010 Kết luận Tích hợp mơ hình tốn để hồn thiện mơ dịng chảy lưu vực sơng cần thiết, có mơ hình MARINE Nghiên cứu tích hợp mơ hình Sóng động học chiều vào mơ hình MARINE để hồn thiện, nâng cao chất lượng mơ áp dụng thử nghiệm cho lưu vực sông Cái Nha Trang Tuy nhiên, kết ban đầu áp dụng thử nghiệm cho lưu vực sơng, cần thêm thử nghiệm cho lưu vực khác Mỗi mơ hình thành phần mơ hình tích hợp đảm nhận chức mơ thành phần trình phức tạp dịng chảy lưu vực sơng Do cần phải có số liệu chi tiết, nhiều trạm đo để hiệu chỉnh kiểm định mơ hình thành phần Nghiên cứu sử dụng số liệu trận lũ quan trắc đồng năm 2010 lưu vực sông Cái Nha Trang để hiệu chỉnh mơ hình thành phần Tuy nhiên, việc đo chi tiết, đồng số liệu khó khăn với số liệu chưa đủ tin cậy, cần đầu tư thêm nghiên cứu tương tự Tích hợp mơ hình Sóng động học chiều vào mơ hình MARINE giúp thiết lập mơ hình đơn giản hơn, giảm bớt việc chia nhỏ lưu vực Do sử dụng mơ hình đơn giản hơn, giúp nâng cao hiệu ứng dụng Quá trình tích hợp chỉnh sửa mã nguồn mơ hình MARINE không làm gốc giữ nguyên mơ dịng chảy sườn dốc Tích hợp bổ sung, hồn thiện phần cịn thiếu mơ hình Trước có nghiên cứu kết nối mơ hình MARINE sóng động lực (IMECH1D), lý thuyết tốt mơ hình sóng động học Tuy nhiên, sử dụng mơ hình Sóng động lực cần phải đo mặt cắt ngang, việc đo mặt cắt ngang thượng nguồn sơng khó khăn, chí khơng thể đo Do tích hợp mơ hình MARINE Sóng động học có tính khả thi, thực tế TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 53 Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt Bùi Văn Chanh, Trần Ngọc Anh, Lương Tuấn Anh (2019), “Mơ dịng chảy sơng sóng động học chiều phi tuyến”, Tạp chí Đại học Quốc gia Hà Nội, Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32 (số 3S), tr.14-19 Nguyễn Lan Châu (2006), Báo cáo tổng kết đề tài: Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ lụt phục vụ điều tiết hồ Hịa Bình cơng tác phịng chống lũ lụt, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương chủ trì, Bộ Tài nguyên Môi trường chủ quản Nguyễn Văn Điệp (2004), Báo cáo tổng kết đề tài: Nghiên cứu sở khoa học cho giải pháp tổng thể dự báo phịng tránh lũ lụt đồng sơng Hồng, Viện Cơ học chủ trì, Bộ Khoa học Cơng nghệ chủ quản Bùi Đình Lập (2016), Báo cáo tổng kết đề tài: Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo dòng chảy lũ đến các hồ chứa lớn hệ thớng sơng Hờng, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương chủ trì, Bộ Tài ngun Mơi trường chủ quản Nguyên Văn Lý (2010), Báo cáo tổng kết dự án: Lập đồ ngập lụt lưu vực sơng Dinh Ninh Hịa sơng Cái Nha Trang, Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Trung Bộ chủ trì, Chi cục Thủy lợi Khánh Hịa chủ quản Tài liệu tiếng Anh Aminul Islam Md., Nuzhat Nueery Haque, Abdul Halim Dr Md.(2013), IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering (IOSR-JMCE) e-ISSN: 2278-1684,p-ISSN: 2320-334X, Volume 9, Issue (Nov Dec 2013), PP 55-60 Denis Dartus & David Labat (2008), Assimilation de données variationnelle pour la modélisation hydrologique distribuée des crues cinétique rapide, Doctorat de l’Université de Toulouse Estupina Borrell V., Dartus D and Ababou R (2006), “Flash flood modeling with the MARINE hydrological distributed model”, Journal Hydrology and Earth System Sciences, V3, p.3397–3438 Garambois P A., Roux H., Larnier K., Labat D., Dartusbc D (2015), “Parameter regionalization for a process-oriented distributed model dedicated to flash floods”, Journal of Hydrology, Volume 525, June 2015, Pages 383-399 10 Gokmen Tayfur and Vijay P Singh, Kinematic wave model of bed profiles in alluvial channels, Water Resources Research, Vol 42, 2006.19 11 Hélène Bessière & Héléne Roux, Denis Dartus (2008), “Estimation de paramètres et assimilation variationnelle de données pour un modèle hydrologique distribué dédié aux crues éclairs”, Les 7èmes journées scientifiques et techniques du CETMEF – Paris – 8, et 10 décembre 2008 12 Hossain M M & Ferdous J Ema (2013), “Solution of Kinematic Wave Equation Using Finite Difference Method and Finite Element Method”, Global Journal of Science Frontier Research Mathematics and Decision Sciences, Volume 13 Issue Version 1.0 Year 2013 13 Jaccvkis P M., Tabak E G.(1996), A Kinematic Wave Model for Rivers with Flood Plains and Other Irregular Geometries, Elsevier Science Ltd Printed in Great Britain, Modelling Vol 24, No 11, pp 1-21 14 Jacques Chorda & Denis Dartus (2005), Prévision des crues éclair Flash-flood anticipation, Comptes Rendus Geoscience, Volume 337, Issue 13, September–October 2005, Pages 1109-1119 15 Jeffrey E Miller (1984), Basic Concepts of Kinematic-Wave Models, U.S Geological Survey Professional Paper 1302 16 Mohammed Abdel Fattah, Sameh A Kantoush, Mohamed Saber and Tetsuya Sumi (2018), “Rainfall runoff Modeling for extrame flash floods in Wadi Samail (Oman)”, Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser B1 (Hydraulic Engineering), Vol 74, No 5, I_691-I_696 54 TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 17 Nwaogazie L., Kinematic-wave simulation program for natural rivers, Advances in Engineering Software (1978), Volume 8, Issue 1, January 1986, Pages 32-45 18 Simons D B., Li R M and Stevens M A (1975), Development of models for prediction water and sediment routing and yield from storms on small watershed, Colo State Univ Rep CER74-75DBSRML-MAS24 Prepared for USDA For.Serv., Rocky Mt For and Range Exp Stn., Flagstaff, Ariz 19 Techow V., Maidment D R., Mays L W (1988), Applied Hydrology, New York: McGraw-Hill, c1988 20 Thanh Son Nguyen, Tuan Anh Luong, Huu Dung Luong, Hong Thai Tran (2016), A finite element one-dimensional kinematic wave rainfall-runoff model, Pacific Science Review A: Natural Science and Engineering 21 Tien Cuong Nguyen, Thu Phuong Trinh (2008), “Forecasting the discharge into Hoa Binh reservoir by applying the connecting model MARINE - IMECH1D”, Viet Nam Journal of Mechanics, VAST, Vol 30, No (2008), pp 149 - 157 22 Van Lai H., Van Diep N., Cuong N T & Phong N H (2009), Coupling hydrological–hydraulic models for extreme flood simulating and forecasting on the North Central Coast of Vietnam, WIT Transactions on Ecology and the Environment, Vol 124, WIT Press, ISSN 1743-3541 INTEGRATING EXPERIMENTING OF MARINE MODEL AND ONE DIMENSION KINEMATIC WAVE MODEL ON CAI NHA TRANG RIVER BASIN (1) Bui Van Chanh(1), Tran Ngoc Anh(2) Southern Central Region Hydro-Meteorology Center, VMHA (2) VNU University of Science Received: 22/4/2020; Accepted: 18/5/2020 Abstract: MARINE model is a hydrological parametric distribution model developed by Toulouse Institute of Fluid Mechanics (France) and used in many countries The model has been applied in Viet Nam since 2001 as part of the FLOCODS project, used in projections in the Da river basin MARINE model is a physical distribution model of rainfall-runoff model, simulating flood flow on steep slopes but the flow calculation in the river is not complete, other models need to be used to simulate There have been a number of studies using the Muskingum, Muskingum Cunge and IMECH1D one dimension hydraulic model to connect the flow simulation in the river, but some issues need to be further improved In this research, we present some solutions to integrate MARINE model and one-dimension Kinematic model to improve the quality of MARINE simulation model and supplement the flow calculation in the river In particular, the linear one-dimensional Kinematic wave model has been developed to calculate the flow for the river sections in the MARINE model and to be the initial condition for the non-linear Kinematic wave model, improving MARINE to calculate flow of many tributaries as the basis for integration with the non-linear Kinematic wave model for the river network The integrated model set tested on the Cai Nha Trang river basin shows that it is easy to operate and gives better simulation results Keywords: MARINE model, Kinematic wave, Cai Nha Trang river basin TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 55 ... thử nghiệm cho lưu vực sông Cái Nha Trang Tuy nhiên, kết ban đầu áp dụng thử nghiệm cho lưu vực sông, cần thêm thử nghiệm cho lưu vực khác Mỗi mơ hình thành phần mơ hình tích hợp đảm nhận chức mô. .. sơng Hình Phân cấp sơng Cái Nha Trang Hình Sơ đồ tích hợp mơ hình TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Số 14 - Tháng 6/2020 49 3.2 Ứng dụng thử nghiệm lưu vực sông Cái Nha Trang Bộ mơ hình tích hợp. .. Xây dựng tích hợp mơ hình Sóng động học chiều Phi tuyến vào mơ hình MARINE Mơ hình sử dụng mơ hình Sóng động học chiều Tuyến tính để làm điều kiện ban đầu giúp tốn mơ hình Phi tuyến nhanh hội