Tính toán khoa học kỷ thuật và xây dựng phần mềm dự báo thiên tai

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các liệu, kết nêu Luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Hà Nội, tháng năm 2013 Tác giả luận văn Phan Hữu Hồng DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Diễn biến mực nƣớc, lƣu lƣợng dọc theo chiều dài sơng theo thời gian 29 2Hình 2.2: Sơ đồ sai phân hữu hạn điểm ẩn Abbott 30 Hình 2.3: Sơ đồ sai phân điểm ẩn Abbott mặt phẳng x~t 30 Hình 2.4: Sơ đồ sai phân ẩn điểm trung tâm 30 Hình 2.5: Sơ đồ sai phân hố phƣơng trình liên tục 31 Hình 2.6: Sơ đồ sai phân hố phƣơng trình động lƣợng 32 Hình 2.7: Ma trận phƣơng trình viết cho nhánh chƣa khử chuẩn 34 Hình 2.8: Ma trận hệ phƣơng trình viết cho nhánh khử chuẩn 35 Hình 3.1: Bản đồ hành mạng lƣới sông suối lƣu vực sông Ba 40 Hình 3.2: Bản đồ lƣới trạm mƣa khí tƣợng lƣu vực sơng Ba 46 Hình 3.3: Bản đồ lƣới trạm thủy văn lƣu vực sông Ba 54 Hình 3.4: Mặt cắt ngang phổ biến sông Ba (cách trạm TV.Củng Sơn 37849m) 61 Hình 3.5: Vị trí bãi ngập lũ 62 Hình 3.6: Vị trí đƣờng q trình lƣu lƣợng gia nhập 65 Hình 3.7: Cửa sổ bắt đầu dự án mơ hình MIKE 11 65 Hình 3.8: Mơ đun thủy lực (Hydrodynamic) 66 Hình 3.9: Cửa sổ điều khiển Simulation mơ hình MIKE 11 66 Hình 3.10: Cửa sổ để tạo file mạng sông 67 Hình 3.11: Thanh cơng cụ MIKE 11 68 Hình 3.12: Sơ đồ tính tốn thuỷ lực sông Ba 68 Hình 3.13: Cửa sổ tạo file để nhập mặt cắt 69 Hình 3.14: Cửa sổ Insert Branch 70 Hình 3.15: Cửa sổ Nhập số liệu mặt cắt ngang 70 Hình 3.16: Sơ đồ q trình hiệu chỉnh thơng số mơ hình 71 Hình 3.17: Kết mô trận lũ tháng 10/1993 Phú Lâm 73 Hình 3.9: Kết mô trận lũ tháng 11/1988 Phú Lâm 76 Hình 3.10: Kết mô trận lũ tháng 9/2005 Phú Lâm 77 Hình 3.11: Bản đồ ngập lũ lớn ứng với trận lũ 10/1993 80 Trang DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Lƣới trạm khí tƣợng đo mƣa lƣu vực sông Ba vùng lận cận 44 Bảng 3.2 Lƣợng xạ tổng cộng thực tế (kcal/cm2) 47 Bảng 3.3 Số nắng trung bình tháng năm (giờ) 47 Bảng 3.4 Nhiệt độ trung bình tháng năm (oC) 48 Bảng 3.5 Lƣợng mƣa trung bình tháng năm (mm) 49 Bảng 3.6 Lƣới trạm thủy văn lƣu vực sông Ba vùng lận cận 53 Bảng 3.7 Sông suối lƣu vực sơng Ba phân theo cấp diện tích lƣu vực 56 Bảng 3.8 Đặc trƣng hình thái lƣu vực sông Ba 56 Bảng 3.9 Đặc trƣng địa hình mặt cắt ngang sơng sơ đồ tính tốn thủy lực 60 Bảng 3.10 Thơng số đập dâng Đồng Cam 63 Bảng 3.11 Kết mô trận lũ tháng 10/1993 trạm Phú Lâm 72 Bảng 3.12 Trích kết mực nƣớc tính tốn lớn nhỏ số vị trí lũ tháng 10/1993 73 Bảng 3.13 Kết mô trận lũ tháng 11/1988 trạm Phú Lâm 75 Bảng 3.14 Kết mô trận lũ tháng 9/2005 số vị trí 77 Bảng 3.15 Diện tích ngập ứng với mức ngập lớn (10/1993) 79 Trang MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN MỀM MƠ HÌNH TỐN TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƢỚC 1.1 GIỚI THIỆU VỀ MƠ HÌNH TỐN 1.2 MƠ HÌNH TỐN TRONG NƢỚC 11 1.2.1 Mơ hình VRSAP 11 1.2.2 Mơ hình KOD 14 1.2.3 Mơ hình BPNN 14 1.2.4 Mơ hình SAL 15 1.3 MƠ HÌNH TỐN NƢỚC NGỒI 16 1.3.1 Mơ hình HEC-RAS 16 1.3.2 Mơ hình ISIS 17 1.3.3 Mơ hình EFDC 17 1.3.4 Mơ hình MIKE 11 18 CHƢƠNG 19 TÌM HIỂU MƠ HÌNH TỐN THỦY VĂN THỦY LỰC MIKE 11 19 2.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MƠ HÌNH MIKE 11 19 2.1.1 Xuất xứ mơ hình 19 2.1.2 Tính đồ họa mơ hình 20 2.2 CẤU TRÚC MÔ HÌNH MIKE 11 21 2.2.1 Mơ đun mƣa dịng chảy (RR) 21 2.2.2 Mô đun thủy động lực (HD) 24 2.2.3 Mô đun tải – khuyếch tán (AD) 25 Trang 2.2.4 Mô đun sinh thái (Ecolab) 27 2.3 HỆ PHƢƠNG TRÌNH CƠ BẢN VÀ CÁCH GIẢI TRONG MIKE 11HD 27 2.3.1 Hệ phƣơng trình mơ hình MIKE 11 27 2.3.2 Cách giải mơ hình MIKE 11 28 CHƢƠNG 39 3.1 GIỚI THIỆU VỀ KHU VỰC ÁP DỤNG THỰC TẾ 39 3.1.1 Điều kiện tự nhiên 39 3.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội 58 3.2 TÍNH TỐN MƠ PHỎNG LŨ TRONG SƠNG 59 3.2.1 Tài liệu sử dụng mơ hình 59 3.2.2 Thiết lập mơ hình 65 3.2.3 Hiệu mơ hình tính tốn 71 3.2.4 Kiểm định tính phù hợp mơ hình tính tốn 75 3.2.5 Tính tốn ngập lụt khu vực 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 4.1 Kết Luận 81 4.2 Kiến nghị 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 Trang LỜI CẢM ƠN Đƣợc quan tâm giúp đỡ bảo tận tình tập thể Giáo sƣ, phó Giáo sƣ, Tiến sỹ, giảng viên trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, tham gia góp ý nhà khoa học, nhà quản lý, bạn bè, đồng nghiệp nỗ lực thân tác giả, luận văn đƣợc hoàn thành vào tháng 09 năm 2013 khoa Sau đại học trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Tự đáy lịng tác giả xin bày tỏ lịng kính trọng lịng biết ơn sâu sắc tới nhà giáo GS.TSKH Lê Hùng Sơn ngƣời thầy hƣớng dẫn khoa học trực tiếp tận tình bảo hƣớng nhƣ cung cấp thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Thời gian làm đồ án tốt nghiệp dịp tốt để em có điều kiện hệ thống lại kiến thức đƣợc học trƣờng, giúp em biết cách áp dụng lý thuyết đƣợc học vào thực tế Những điều giúp em có thêm hành trang kiến thức chuyên ngành để phục vụ công việc nghiên cứu sâu tƣơng lai Mặc dù thân cố gắng nhƣng điều kiện thời gian hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong đƣợc bảo, đóng góp ý kiến thầy giáo giúp cho đồ án em đƣợc hoàn chỉnh hơn, xác hơn, giúp cho kiến thức chun mơn em đƣợc hoàn thiện Cuối xin chân thành cảm ơn Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp tạo điều kiện thuận lợi để tác giả đƣợc trình bày luận văn Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2013 Tác giả Phan Hữu Hoàng Trang MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hàng năm dân miền Trung Việt Nam thƣờng phải hứng chịu thiệt hại nặng nề ngƣời vật chất ảnh hƣởng thiên tai, chủ yếu lũ bão mang lại Việc nghiên cứu xây dựng phƣơng pháp dự báo lũ lụt có ý nghĩa khoa học cao tính phức tạp q trình vùng đặc biệt khu vực miền Trung Việt Nam Hiện với phát triển khoa học kỹ thuật đặc biệt công nghệ thông tin sở giúp sức máy tính có nhiều phần mềm tốn đƣợc viết để nhằm mục đích mơ lại q trình lũ lụt Việc nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thủy văn trở nên cấp thiết hết Bởi đề tài luận văn cao học: “Tính tốn Khoa học Kỷ thuật xây dựng phần mềm dự báo thiên tai” đƣợc đề xuất nghiên cứu Nội dung cụ thể báo cáo bao gồm: - Giới thiệu số phần mềm mơ hình toán thủy văn thủy lực giới nƣớc - Nguyên lý phƣơng trình tính tốn lũ - Tổng quan phần mềm mơ hình tốn thủy văn thủy lực MIKE 11 - Phƣơng trình thuật tốn giải phần mềm mơ hình toán MIKE 11 - Ứng dụng thực tế phần mềm mơ hình tốn MIKE 11 việc giải tốn lũ lụt sông II MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu ứng dụng mơ hình MIKE 11 toán lũ lụt đề xuất phƣơng án kiểm soát lũ phục vụ phát triển kinh tế xã hội III HƯỚNG TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU a) Đối tượng phạm vi nghiên cứu ứng dụng - Đối tƣợng nghiên cứu: Mơ hình tốn MIKE 11 Trang Phạm vi nghiên cứu: Tìm hiểu mơ hình ứng dụng thực tế nghiên cứu lũ - sông Ba ) Phư ng pháp nghiên cứu c ng cụ s dụng - h ng pháp Kế th a, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học cơng nghệ có giới nƣớc Kế th a nghiên cứu khoa học, dự án liên quan - Phƣơng pháp điều tra phân tích tổng hợp ngun nhân hình thành - Phƣơng pháp phân tích thống kê - Phƣơng pháp mơ hình tốn thuỷ văn, thuỷ lực, cân nƣớc ứng dụng công nghệ đại: viễn thám, GIS - Phƣơng pháp chuyên gia Công c s d ng Khai thác, sử dụng phần mềm mơ hình tốn thủy văn thủy lực MIKE 11 IV KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC Kết dự kiến đạt đƣợc bao gồm: Đánh giá tổng hợp phần mềm mơ hình tốn thủy văn thủy lực; Nghiên cứu chi tiết cụ thể thuật toán khả áp dụng phần mềm mơ hình tốn MIKE 11; Ứng dụng cụ thể phần mềm mơ hình tốn MIKE 11 để giải toán lũ lụt ; Báo cáo luận văn kết luận, kiến nghị cuối Trang CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN MỀM MÔ HÌNH TỐN TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC  1.1 GIỚI THIỆU VỀ MƠ HÌNH TỐN Sự phát triển nhƣ vũ bão cơng nghệ máy tính cơng cụ tin học, đồng thời cơng cụ tốn học phát triển Hai yếu tố giúp ngƣời giải nhanh tốn phức tạp mặt toán học Mặt khác, yêu cầu phát triển kinh tế, xã hội dân số dẫn đến việc đặt nhiều toán phức tạp ảnh hƣởng đe dọa tới sống hành tinh tƣơng lai Vì địi hỏi cơng cụ mơ hình hóa để xác định tính tốn hay dự báo đƣợc biến đổi xảy Trong nhiều lĩnh vực hoạt động hàng ngày ta phải thực tính tốn t đơn giản tới phức tạp Ở trƣờng phổ thông phải thực phép cộng tr nhân chia, cao phép đạo hàm, vi tích phân Rồi ta đƣợc học phƣơng pháp số nhƣ sai phân hữu hạn, phần tử hữu hạn Nói chung đƣợc tiếp cận với cơng cụ tốn học sử dụng chúng để giải toán thực tế hàng ngày, t đơn giản đến phức tạp Với phát triển nhanh công nghệ thông tin, kỹ thuật máy tính cơng cụ tốn học đại, mơ hình tốn học đƣợc phát triển nhanh trở thành công cụ nhanh mạnh, thiếu ngƣời làm công tác quy hoạch định Thuật ngữ mơ hình đƣợc định nghĩa theo nhiều cách khác nhau: Mơ hình đối tƣợng nhỏ, thƣờng đƣợc xây dựng theo tỷ lệ, mơ tả vài đối tƣợng thực tế tự nhiên Mơ hình mẫu thể vật chƣa đƣợc xây dựng thực tế, đƣợc xem nhƣ kế hoạch (trên thực tế lớn mẫu) đƣợc xây dựng Trang Stehr thêm vào mệnh đề sau: Mơ hình cơng cụ tốt, mơ hình tốn học cịn tốt Chung cho mơ hình chức quan trọng chúng – giảm thiểu độ phức tạp phạm vi yêu cầu Theo Pierre Duhem, nhà vật lý ngƣời Pháp: Mơ hình khoa học cơng cụ để giải thích lý thuyết đƣợc loại bỏ lý thuyết khác đƣợc phát triển Campell, nhà vật lý ngƣời Anh: Mơ hình phần thiết yếu (của lý thuyết), khơng có lý thuyết hồn tồn khơng có giá trị Theo Stehr thuộc tính cần quan tâm mơ hình chất lƣợng mơ hình kết định lƣợng đƣợc tạo t mơ hình Theo Stehr: Mơ hình cơng cụ giúp dự báo nhƣ tính tốn trƣớc hậu thực thi dự án kinh tế phát triển xã hội Dự báo đƣợc xây dựng tri thức đặc trƣng trình xảy thiên nhiên, quy luật phát triển xã hội ảnh hƣởng lẫn mối quan hệ tƣơng hỗ Mơ hình loại công cụ đƣợc sử dụng rộng rãi khoa học Các nhà khoa học trƣớc sử dụng rộng rãi mơ hình vật lý để tiến hành thí nghiệm ngồi trƣờng nhƣ phịng thí nghiệm để nghiên cứu mối quan hệ mà ngƣời ta quan tâm Ngày nay, phát triển cơng nghệ máy tính cơng nghệ thơng tin xu phổ biến làm thí nghiệm máy tính trƣớc tiến hành bắt buộc số thí nghiệm vật lý nhằm kiểm định kết t máy tính, mơ hình tốn đƣợc sử dụng rộng rãi Q trình mơ hình hóa dựa nguyên lý khác nhau, dựa sở xem xét phân tích mối liên hệ nhân – Mơ hình tốn học miêu tả hệ thống dƣới dạng tốn học Mơ hình tốn học tập hợp phƣơng trình tốn học, mệnh đề logic thể quan hệ biến thơng số mơ hình để mơ hệ thống tự nhiên hay nói cách khác mơ hình tốn học hệ thống biến đổi đầu vào biết thành đầu liệu cần để phân tích Khả mơ hình tốn: Trang 10 Xác lập iên t nh tốn Theo giới hạn mạng sơng mơ hình, biên mơ hình thủy lực bao gồm: - Biên trên: Là đƣờng trình lƣu lƣợng Củng Sơn - Biên dƣới: Là đƣờng trình mực nƣớc cửa Đà Rằng - Biên dọc sông trục: Là đƣờng trình lƣu lƣợng nhánh suối gia nhập vào hệ thống Bao gồm: + Sông Con, sông Bạc nhập vào sơng Ba vị trí 7678 m + Sơng Cái nhập vào sơng Ba vị trí 17398 m + Sơng Đồng Bị nhập vào sơng Ba vị trí 25023 m + Suối Cái, Duy Tơm nhập vào sơng Ba vị trí 34089 m + Sơng Chùa nhập vào sơng Ba vị trí 47000 m 3.2.3 Hiệu mơ hình tính tốn Việc hiệu chỉnh thơng số mơ hình chủ yếu đƣợc tiến hành cách thay đổi độ nhám Hệ số nhám đƣợc tìm cho t ng 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 dịng chảy lũ có tƣợng tràn bãi Phƣơng pháp hiệu chỉnh thông số dùng phƣơng pháp thử dần Giả thiết thơng số Chạy mơ hình So sánh thực đo tính tốn Đánh giá sai số theo tiêu chuẩn Nash D ng Đạt Không đạt Thay đổi thông số Hình 3.16: Sơ đồ q trình hiệu chỉnh thơng số mơ hình Trang 71 Hiệu chỉnh mơ hình đƣợc thực với lũ tháng 10/1993 lũ lịch sử lớn xảy lƣu vực sông Ba với lƣu lƣợng đỉnh lũ Củng Sơn đạt 20700 m3/s tƣơng ứng với tần suất khoảng 1% Con lũ làm ngập phần lớn diện tích khu tƣới hạ lƣu đập Đồng Cam phần lớn diện tích hạ lƣu sơng Bàn Thạch Nhằm lựa chọn thơng số thủy lực thích hợp để tính tốn xác định mức độ giảm nhẹ ngập lụt hạ lƣu hồ chứa thƣợng nguồn có lũ vụ lớn xảy ra, mô cho lũ tháng 10/1993 Đây lũ có đầy đủ số liệu đo đạc đƣờng trình mực nƣớc, lƣu lƣợng trạm thủy văn Các số liệu sở để mơ với phƣơng pháp thử dần Các thông số chủ yếu đƣợc thử dần q trình mơ hệ số nhám mặt cắt, vị trí kết nối ô ruộng với sông, bề rộng kênh nhánh kết nối, cao trình kết nối Đƣờng q trình mực nƣớc tính toán thực đo trạm Phú Lâm trận lũ tháng 10/1993 thể Hình 3.17 Để đánh giá kết mơ hình ta sử dụng tiêu Nash-Sutcliffe nhƣ sau: ∑ (Q n i tdo Nash-Sutcliffe (%) = (1- Qtti ) i =1 ∑ (Q )100% n i tdo i tdoTB Q ) i =1 Kết đánh giá đƣờng trình mực nƣớc lũ tiêu Nash-Sutcliffe kết so sánh mực nƣớc lũ lớn trạm Phú Lâm tính tốn thực đo đƣợc đƣa Bảng 3.11 Bảng 3.11 Kết mô trận lũ tháng 10/1993 trạm Phú Lâm Giá trị Hmax Phú Lâm (m) Thực đo Tính tốn 5,21 5,23 Trang 72 Chênh lệch Nash-Sutcliffe (%) 0,02 97,17 Hình 3.17: Kết mơ trận lũ tháng 10/1993 Phú Lâm Nhận xét kết m trận lũ 10/1993 Việc mô lũ 10/1993 đạt kết tốt trạm đo thủy văn Tại trạm Phú Lâm đƣờng q trình mực nƣớc tính tốn thực đo phù hợp có sai số đỉnh lũ nhỏ (0,02 m) Hệ số Nash-Sutcliffe đánh giá độ xác đƣờng q trình mực nƣớc tính tốn thực đo cho kết cao, đạt tới 97,17% Vì kết luận thơng số thủy lực chúng tơi chọn có đủ độ tin cậy để tính tốn phƣơng án lũ sau Bảng 3.12 Trích kết mực nƣớc tính tốn lớn nhỏ số vị trí lũ tháng 10/1993 V tr sông SONG BA 0.00 SONG BA 2103.00 SONG BA 4753.00 SONG BA 6368.00 SONG BA 7678.00 SONG BA 10293.00 Nhỏ (m) 27.372 26.288 25.12 24.793 24.741 24.792 Trang 73 Lớn (m) 40.272 37.647 36.697 36.698 37.216 36.745 Chênh lệch (m) 12.90 11.36 11.58 11.91 12.48 11.95 V tr sông SONG BA 12043.00 SONG BA 13253.00 SONG BA 15088.00 SONG BA 17398.00 SONG BA 18848.00 SONG BA 20363.00 SONG BA 21000.00 SONG BA 22000.00 SONG BA 23013.00 SONG BA 24000.00 SONG BA 25023.00 SONG BA 25023.00 SONG BA 26000.00 SONG BA 27000.00 SONG BA 28548.00 SONG BA 28548.00 SONG BA 29000.00 SONG BA 30369.00 SONG BA 30369.00 SONG BA 31000.00 SONG BA 31500.00 SONG BA 32000.00 SONG BA 32289.00 SONG BA 32289.00 SONG BA 33000.00 SONG BA 34089.00 SONG BA 34089.00 SONG BA 35000.00 SONG BA 35890.00 SONG BA 35890.00 SONG BA 36000.00 SONG BA 37849.00 SONG BA 37849.00 SONG BA 38000.00 SONG BA 39000.00 SONG BA 40296.00 SONG BA 40296.00 SONG BA 41000.00 Nhỏ (m) 24.79 11.05 11.06 10.67 10.51 10.31 10.16 9.90 9.57 9.35 9.25 9.25 9.11 8.93 8.49 8.49 8.32 7.45 7.45 6.57 5.99 5.65 5.35 5.35 4.90 4.20 4.20 2.84 2.80 2.80 2.80 2.74 2.74 2.72 2.61 2.30 2.30 2.20 Lớn (m) 36.22 22.66 23.71 23.12 21.63 21.40 21.16 20.89 20.74 20.84 20.84 20.84 20.80 20.70 20.23 20.23 19.91 18.34 18.34 17.22 16.26 15.19 14.48 14.48 12.63 10.67 10.67 9.75 9.50 9.50 9.48 8.87 8.87 8.80 8.34 7.65 7.65 7.23 Trang 74 Chênh lệch (m) 11.43 11.60 12.65 12.45 11.12 11.09 11.00 10.99 11.18 11.49 11.59 11.59 11.68 11.78 11.74 11.74 11.59 10.89 10.89 10.65 10.28 9.54 9.13 9.13 7.73 6.47 6.47 6.90 6.70 6.70 6.68 6.13 6.13 6.08 5.73 5.35 5.35 5.03 V tr sông SONG BA 42000.00 SONG BA 42469.00 SONG BA 42469.00 SONG BA 43000.00 SONG BA 44294.00 SONG BA 44294.00 SONG BA 45000.00 SONG BA 45904.00 SONG BA 48000.00 SONG BA 48000.00 SONG BA 49000.00 SONG BA 49400.00 Nhỏ (m) 1.80 1.58 1.58 1.19 0.64 0.64 0.45 0.32 0.10 0.10 -0.08 -0.29 Lớn (m) 6.57 6.20 6.20 5.87 5.51 5.51 5.38 5.23 4.33 4.33 2.70 0.91 Chênh lệch (m) 4.78 4.62 4.62 4.68 4.88 4.88 4.92 4.91 4.23 4.23 2.79 1.20 3.2.4 Kiểm định tính phù hợp mơ hình tính tốn Trận lũ tháng 11/1988 Dựa thông số lựa chọn sau đƣợc hiệu chỉnh cho trận lũ tháng 10/1993, kiểm định cho lũ tháng 11/1988 Sở dĩ chọn lũ tháng 11/1988 để kiểm định lũ thƣờng xuyên xảy ứng với tần suất khoảng 10% lũ có số liệu đo đạc mực nƣớc Củng Sơn Phú Lâm, lƣu lƣợng Củng Sơn Đƣờng trình mực nƣớc lũ tính tốn thực đo trạm Phú Lâm trận lũ 11/1988 đƣợc thể Hình 3.18 Kết đánh giá đƣờng trình mực nƣớc lũ tiêu Nash-Sutcliffe kết so sánh mực nƣớc lũ lớn trạm Phú Lâm tính toán thực đo đƣợc đƣa Bảng 3.12 Bảng 3.13 Kết mô trận lũ tháng 11/1988 trạm Phú Lâm Giá trị Hmax Phú Thực Tính Chênh Nash-Sutcliffe đo toán lệch (%) 4,39 4,42 0,03 97,62 Trang 75 Lâm (m) Hình 3.18: Kết mơ trận lũ tháng 11/1988 Phú Lâm Nhận xét kết kiểm đ nh Kết kiểm định thông số mơ hình trận lũ tháng 11/1988 cho thấy chênh lệch mực nƣớc đỉnh lũ Phú Lâm tính tốn thực đo khơng đáng kể Tại Phú Lâm chênh lệch đỉnh lũ 0,03 m Hình dạng đƣờng q trình lũ thực đo tính tốn phù hợp hệ số Nash-Sutcliffe đạt cao 97,62% Việc kiểm định trận lũ tháng 11/1988 (là lũ thƣờng xuyên với tần suất Củng Sơn khoảng 10%) dựa việc áp dụng tồn bộ thơng số thủy lực (nhám bãi, nhám ruộng, bề rộng kênh nối ) việc mô lũ 10/1993 (là lũ lớn t ng xảy ra) nhƣng cho kết có độ xác cao Vì vậy, nói thơng số thủy lực chọn chấp nhận để chạy cho phƣơng án tính tốn lũ tƣơng đối lớn Trang 76 Trận lũ tháng 9/2005 Trận lũ tháng năm 2005 trận lũ nhỏ có lƣu lƣợng đỉnh lũ Củng Sơn đạt 3250 m3/s Đƣờng q trình mực nƣớc lũ tính tốn thực đo trạm Phú Lâm tháng 9/2005 đƣợc thể Hình 3.19 Kết đánh giá đƣờng trình mực nƣớc lũ tiêu Nash-Sutcliffe kết so sánh mực nƣớc lũ lớn trạm Phú Lâm tính tốn thực đo đƣợc đƣa Bảng 3.14 Bảng 3.14 Kết mô trận lũ tháng 9/2005 số vị trí Giá trị Hmax Phú Lâm (m) Thực Tính Chênh Nash- đo tốn lệch Sutcliffe (%) 2,47 2,30 0,19 94,02 Trang 77 Hình 3.19: Kết mô trận lũ tháng 9/2005 Phú Lâm  Nhận xét kết kiểm đ nh lũ tháng 9/2005 Mực nƣớc Phú Lâm có kết kiểm định tƣơng đối tốt với hệ số NashSutcliffe đạt tới 94,02% Tuy nhiên, đƣờng trình mực nƣớc thực đo tính tốn chƣa đƣợc phù hợp hình dạng pha, phần đỉnh lũ Mực nƣớc đỉnh lũ tính tốn thực đo chênh lệch lớn 0,19m Nhƣ nhận xét phần kiểm định lũ tháng 11/1998 chọn đƣợc thơng số thủy lực để mơ tuyệt đối cho tất lũ có mức độ chênh lớn Cũng nhƣ việc kiểm định cho lũ tháng 11/1988, việc áp dụng tồn bộ thơng số thủy lực sau mơ lũ 10/1993 tính tốn cho lũ tháng 9/2005 lũ nhỏ có lƣu lƣợng đỉnh lũ Củng Sơn khoảng 15% lƣu lƣợng đỉnh lũ 10/1993 nên việc có sai số lớn khơng tránh khỏi Vì vậy, nói thơng số thủy lực chọn chấp nhận để chạy cho phƣơng án tính tốn lũ kết tính tốn cho kết phù hợp lũ có độ lớn khơng q nhỏ 3.2.5 Tính tốn ngập l t khu vực Trận lũ tháng 10/1993 trận lũ lịch sử gây ngập lụt nghiêm trọng cho hạ lƣu sông Ba hạ lƣu sơng Bàn Thạch Qua kết tính tốn diện tích tƣơng ứng với thời gian bị ngập cho thấy lũ sông Ba lên nhanh rút nhanh nhƣng gây thiệt hại nặng nề cho khu vực hạ lƣu Trang 78 - Kết tính tốn thuỷ lực bao gồm hệ thống mạng lƣới sơng, đƣờng trình mực nƣớc, lƣu lƣợng vị trí sơ đồ đƣợc xuất sang MIKE 11 – GIS kết hợp với đồ cao độ số DEM để xây dựng đồ ngập lũ - - Hình 3.20 đồ ngập lũ lớn ứng với trận lũ 10/1993 Vào thời điểm đó, diện tích ven sơng Ba thuộc xã Hồ Định Tây, Hồ Định Đơng, Hồ Phong, Hồ Bình đặc biệt vùng hạ lƣu lƣu vực sông Bàn Thạch nhƣ xã Hịa Xn Đơng, Hịa Tam bị ngập sâu Nhiều diện tích bị ngập sâu 5m Khi mực nƣớc lũ đạt giá trị lớn nhất, tổng diện tích bị ảnh hƣởng ngập hạ lƣu sông Ba sơng Bàn Thạch 30075 ha, có tới 26973 bị ngập sâu mét, 22691 bị ngập sâu mét, 17514 bị ngập sâu mét, 11993 bị ngập sâu mét diện tích bị ngập sâu mét 7094 Nếu tính phần diện tích ruộng, tổng diện tích bị ảnh hƣởng ngập 24277 chiếm tới 52,29% diện tích tự nhiên ruộng, có tới 21676 bị ngập sâu mét, 18218 bị ngập sâu mét, 14111 bị ngập sâu mét, 10046 bị ngập sâu mét diện tích bị ngập sâu mét 5770 Trang 79 Tổng hợp diện tích ngập ứng với mức ngập lụt lớn trận lũ 10/1993 đƣợc thống kê Bảng 3.15 Bảng 3.15 Diện tích ngập ứng với mức ngập lớn (10/1993) Hạng mục Toàn Diện tích bị ngập sâu (ha) F bị Ftn % ảh (ha) >=0,2m >=0,5m >=1m >=2m >=3m >=4m >=5m (ha) ảh 30075 29830 28858 26973 22691 17514 11993 7094 Tổng ô ruộng 24277 24086 23269 21676 18218 14111 10046 5770 46425 52.29 Ô kênh ĐC 3093 3058 2942 2724 2105 1531 1126 711 7545 40.99 Trong kênh Bắc 1260 1251 1205 1162 983 817 671 438 3514 35.85 Trong kênh Nam 1833 1806 1737 1562 1122 714 454 273 4032 45.46 Ơ ngồi kênh ĐC 21185 21028 20327 18952 16113 12580 8920 5059 38880 54.49 Ngoài kênh Bắc 3797 Ngoài kênh Nam 17387 17284 16782 15684 13610 11539 8801 5059 29825 58.30 3745 3545 3268 2502 Trang 80 1041 119 9055 41.94 Hình 3.20: Bản đồ ngập lũ lớn ứng với trận lũ 10/1993 Trang 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết Luận Sau thời gian thực luận văn, với đạo tận tình giáo viên hƣớng dẫn khoa học GS.TSKH Lê Hùng Sơn với cố gắng thân tơi hồn thành đƣợc đồ án tốt nghiệp với đề tài tốt nghiệp “Tính toán Khoa học Kỷ thuật xây dựng phần mềm dự báo thiên tai” Đồ án đạt kết sau:  Bƣớc đầu nghiên cứu tìm hiểu ngun lý tốn thủy văn thủy lực tính tốn lũ phƣơng trình mơ nhƣ phƣơng pháp luận giải tốn  Nghiên cứu tìm hiểu mơ hình MIKE 11, mơ hình thủy văn thủy lực mạnh đƣợc ứng dụng nhiều nghiên cứu thực tế giới nói chung nhƣ Việt Nam nói riêng  Luận văn xây dựng đƣợc sơ đồ tính tốn thủy lực sơng Ba mơ hình Mike 11  Đã nghiên cứu áp dụng thành cơng mơ hình Mike 11 để xác định mực nƣớc lũ khu vực tuyến sông Ba tỉnh Phú Yên,đồng thời kết đƣợc xử lý thông qua phƣơng pháp viễn thám GIS xây dựng nên khu vực lụt trận lũ mô gây nhằm phục vụ cho công tác phịng lũ Kết tính tốn thực đo đạt đƣợc tốt  Trong đồ án cơng nghệ mơ hình đƣợc sử dụng mơ hình chiều Mike 11, mơ hình đƣợc ứng dụng rộng rãi cho đoạn sông khác nhau, mô hình đƣợc nghiên cứu cách khác quan chứng minh đƣợc khả ứng dụng toán đặt Tuy nhiên thời gian kinh nghiệm thân hạn chế đặc biệt lĩnh vực thủy văn mẻ nên kết đồ án d ng lại việc xác định đƣợc mực nƣớc lũ phạm vi ngập lụt trận lũ gây quanh khu vực sông Ba chƣa xét đƣợc phạm vi lũ ngập lụt tồn hệ thống sơng Trang 82 4.2 Kiến ngh Luận văn sở nghiên cứu tìm hiểu phần mềm mơ hình áp dụng vào thực tế sông Ba với trận lũ cụ thể, nhiên việc kiểm chứng độ xác kết dùng lại vị trí trạm đo thủy văn khơng có điều kiện để kiểm chứng nhiều vị trí sơng Để có kết tốt ta cần phải kết hợp sử dụng thêm phƣơng pháp khác nhƣ phƣơng pháp thống kê, khảo sát thực địa hay điều tra lại vết lũ Đối với tiểu vùng hệ thống tài liệu hạn chế nên cần tính tốn chi tiết số thời điểm tƣơng lai, sử dụng mơ hình tính tốn thủy văn phù hợp để t có số liệu xác cho biên mơ hình Do kiến thức hạn chế, tài liệu thu thập phục vụ nghiên cứu chƣa đầy đủ vấn lũ lụt vấn đề lớn có tính chất phức tạp tác giả mong thầy, chuyên gia quan tâm góp ý kiến để luận văn mang tính thực tiễn cao, áp dụng đƣợc vào thực tế Trang 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hữu Khải, Nguyễn Thanh Sơn, Giáo trình mơ hình tốn thủy văn, 2003 Nhà xuất Nơng nghiệp, Giáo trình động lực học sơng ngịi, Hà Nội, 1981 3.Nguyễn Tất Đắc, ảnh h ởng gió ch ớng l u l ợng nguồn tới xâm nhập mặn đồng sơng C u Long, Tạp chí KTTV tháng số 463, năm 1999 Lã Thanh Hà (2001), Đánh giá khả phân lũ sông Đáy s d ng lại khu phân lũ đề xuất ph ng án x lý gặp lũ khẩn cấp, Đề tài NCKH cấp Nhà nƣớc, Chƣơng trình Phịng chống lũ 1999-2001 Bộ NN&PTNT chủ trì Lã Thanh Hà (2004: Nghiên cứu giải pháp khai thác s d ng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi tr ờng phịng tránh thiên tai l u vực sơng Lơ, sơng Chảy, Mã số KC.08.27 thuộc Chƣơng trình Bảo vệ Mơi trƣờng Phòng tránh thiên tai.), Đề tài NCKH cấp Nhà nƣớc, Bộ KH & CN Lê Bắc Huỳnh, Thực trạng suy giảm nguồn n ớc hạ l u l u vực sông vấn đề đặt quản lý, Tạp chí KTTV tháng số 557, năm 2007 Trần Văn Hƣng, 1996, Nghiên cứu môi tr ờng tài nguyên n ớc ph c v phát triển kinh tế- xã hội dải ven biển Đồng Sơng Hồng Luận án Phó tiến sỹ khoa học Địa lý- Địa chất, Hà Nội Nguyễn Nhƣ Khuê, 1986, Modelling of tidal propagation and salility intrusion in the Mekong main estuarine system - Technical paper, Mekong Secretariat, December Báo cáo đề tài nhánh: “Đánh giá tổng hợp tài nguyên n ớc quy hoạch thủy lợi thủy điện l u vực sông Kone, sông Ba đến năm 2010-2020” - Mã số KC-08-25-01 10 Báo cáo trạng: “Quy hoạch s d ng tổng hợp bảo vệ nguồn n ớc l u vực sông Ba” - Mã số: 4281QĐ/BNN-KH 11 Báo cáo tổng hợp: Đề tài “Nghiên cứu c sở khoa học ph ng pháp tính tốn ng ỡng khai thác s d ng nguồn n ớc dịng chảy mơi tr ờng, ứng d ng cho l u vực sông Ba sông Trà Khúc” Trang 84 12 Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài: “Nghiên cứu giải pháp tổng thể s d ng hợp lý tài nguyên bảo vệ môi tr ờng l u vực sông Ba sơng Cơn” - Mã số KC.08.25 13 Hồng Niêm, 1993, Báo cáo đề tài: “Đánh giá trạng s d ng tài nguyên n ớc quan điểm sinh thái phát triển lâu bền” Đề tài NCKH cấp Nhà nƣớc (KT-0210) 14 Trần Thục (2005), Xây dựng cơng nghệ tính tốn dự báo lũ lớn hệ thống sơng Hồng - Thái Bình Đề tài NCKH cấp Bộ, Bộ TN & MT 15.Nguyễn Tất Đắc, Nguyễn Văn Điệp, Nguyễn Minh Sơn, 1988, Mơ hình tính tốn dòng chảy chất l ợng n ớc hệ thống kênh, sơng (WFQ87) kỹ thuật ch trình, Uỷ ban Quốc gia Chƣơng trình Thuỷ văn Quốc tế Việt Nam 16 DHI, MIKE 11 User Manual, 2007 17 DHI, MIKE 11 Reference Manual, 2007 18 DHI, MIKEViewUserGuide, 2007 19 DHI, MIKE 11Short Introduction Tutorial, 2007 Trang 85 ng ... nhiều phần mềm tốn đƣợc viết để nhằm mục đích mơ lại trình lũ lụt Việc nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thủy văn trở nên cấp thiết hết Bởi đề tài luận văn cao học: ? ?Tính tốn Khoa học Kỷ thuật xây dựng. .. đƣợc xây dựng theo tỷ lệ, mơ tả vài đối tƣợng thực tế tự nhiên Mô hình mẫu thể vật cịn chƣa đƣợc xây dựng thực tế, đƣợc xem nhƣ kế hoạch (trên thực tế lớn mẫu) đƣợc xây dựng Trang Stehr thêm vào... xây dựng phần mềm dự báo thiên tai? ?? đƣợc đề xuất nghiên cứu Nội dung cụ thể báo cáo bao gồm: - Giới thiệu số phần mềm mơ hình tốn thủy văn thủy lực giới nƣớc - Nguyên lý phƣơng trình tính tốn