Ứng dụng mô hình thủy văn mô phỏng dòng chảy lũ về hồ thủy lợi phú vinh tỉnh quảng bình

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN HỒNG QUẢNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN MƠ PHỎNG DÒNG CHẢY LŨ VỀ HỒ THỦY LỢI PHÚ VINH, TỈNH QUẢNG BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN HỒNG QUẢNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY LŨ VỀ HỒ THỦY LỢI PHÚ VINH, TỈNH QUẢNG BÌNH Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã ngành: 60.58.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Tô Thúy Nga Đà Nẵng - Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi Trần Hồng Quảng 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 luận văn Trần Hồng Quảng ii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, đến luận văn thạc sĩ với đề tài " Ứng dụng mơ hình thủy văn mơ dòng chảy lũ hồ thủy lợi Phú Vinh - tỉnh Quảng Bình” 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 Cô giáo: TS.Tô Thúy Nga công tác Khoa Xây dựng Thủy Lợi - Thủy điện, Trường Đại học Bách 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 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 MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: .2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU: .3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: CẤU TRÚC LUẬN VĂN CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MƠ HÌNH DỰ BÁO LŨ 1.2 TINH HINH NGHIEN CỨU DỰ BAO LU LỤT TREN THẾ GIỚI 1.2.1 Mơ hình TANK: .9 1.2.2 Mơ hình NAM (Nedbor-Afstromnings-Model hay Precipitation-RunoffModel): 1.2.3 Mơ hình SSARR (Stream flow synthesis and Reservoir Regulation): 10 1.2.4 Mơ hình HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center - Hydrologic Modeling System): .10 1.2.5 Mơ hình RRLM (Road Research Laboratory Model): 11 1.2.6 Mô hình SHEM (Systeme Hydrologique Europeen Model): 11 1.2.7 Mơ hình TR-20 (Technical Realease Model): 11 1.2.8 Mơ hình HYDRO: 12 1.2.9 Mơ hình MARINE: 12 1.2.10 Mơ hình DIMOSOP 13 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DỰ BÁO LŨ LỤT Ở VIỆT NAM 14 1.4 SỰ CẦN THIẾT DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ TRÊN LƯU VỰC HỒ CHỨA THỦY LỢI PHÚ VINH 15 1.4.1 Hiện trạng lũ lụt công tác dự báo cơng trình thủy lợi Phú Vinh .15 1.4.2 Lựa chọn mơ hình MIKE NAM để tính tốn dòng chảy lũ 19 1.4.3.Vấn đề luận văn tập trung giải 20 1.5 ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ LŨ LỤT TRÊN LƯU VỰC HỒ CHỨA THỦY LỢI PHÚ VINH 20 1.5.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Phú Vinh .20 1.5.2 Đặc điểm khí hậu lưu vực 25 1.5.2.1 Chế độ nhiệt 25 1.5.2.2 Chế độ ẩm 25 iv 1.5.2.3 Chế độ gió 25 1.5.2.4 Chế độ bốc 26 1.5.2.5 Chế độ mưa 27 1.5.3 Đặc điểm thủy văn 28 1.5.3.1 Dòng chảy năm trạm thủy văn lân cận lưu vực 28 1.5.3.2 Dòng chảy năm tuyến cơng trình 28 1.5.4 Đặc điểm lũ lụt sông Phú Vinh 29 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH NAM 30 2.1 GIỚI THIỆU 30 2.2 YÊU CẦU VỀ DỮ LIỆU .30 2.2.1 Dữ liệu khí tượng 31 2.2.2 Dữ liệu thuỷ văn 32 2.3 CẤU TRÚC MƠ HÌNH 33 2.4 THÀNH PHẦN LẬP MƠ HÌNH CƠ BẢN 34 2.4.1 Lưu trữ bề mặt 34 2.4.2 Lưu trữ tầng đáy tầng thấp 34 2.4.3 Sự bốc nước 34 2.4.4 Dòng chảy tràn 34 2.4.5 Dòng chảy hội lưu 35 2.4.6 Lộ trình dòng chảy tràn dòng chảy hội lưu 35 2.4.7 Nạp (bổ cập) nước ngầm 36 2.4.8 Hàm lượng độ ẩm đất 36 2.4.9 Dòng chảy 36 2.5 THÀNH PHẦN NƯỚC NGẦM MỞ RỘNG 36 2.5.1 Thoát nước đến từ lưu vực kề cận 36 2.5.2 Lưu trữ nước ngầm thấp 36 2.5.3 Mô tả hồ chứa nhân tạo nước ngầm nông 36 2.5.4 Dòng chảy mao dẫn 37 2.6 MƠ HÌNH THƠNG SỐ 37 2.6.1 Các thông số bề mặt tầng đáy 37 2.6.2 Các thông số nước ngầm 40 2.7 CÁC ĐIỀU KIỆN BAN ĐẦU .41 2.8 THẨM ĐỊNH MƠ HÌNH 42 2.8.1 Mục tiêu thẩm định biện pháp đánh giá 42 v 2.8.2 Thẩm định thủ công 43 2.8.3 Lộ trình thẩm định tự động .44 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG BỘ THƠNG SỐ MƠ HÌNH NAM MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY LŨ VỀ HỒ CHỨA THỦY LỢI PHÚ VINH 49 3.1 DỮ LIỆU ĐẦU VÀO 49 3.2 HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH 53 3.3 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO) vi PHỤ LỤC Phụ lục 1: Số liệu đo mưa dòng chảy trận lũ tháng 10/2015 60 Phụ lục 1: Số liệu đo mưa dòng chảy trận lũ tháng 10/2015 (tt) 61 Phụ lục 1: Số liệu đo mưa dòng chảy trận lũ tháng 10/2015 (tt) 62 Phụ lục 2: Số liệu đo mưa dòng chảy trận lũ tháng 10/2016 63 Phụ lục 2: Số liệu đo mưa dòng chảy trận lũ tháng 10/2016 (tt) 64 Phụ lục 2: Số liệu đo mưa dòng chảy trận lũ tháng 10/2016 (tt) 65 Phụ lục 3: Biểu đồ trận lũ tháng 10/2015 .66 Phụ lục 4: Biểu đồ trận lũ tháng 10/2016…………………………………………….66 vii ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN MƠ PHỎNG DÒNG CHẢY LŨ VỀ HỒ THỦY LỢI PHÚ VINH, TỈNH QUẢNG BÌNH Học viên: Trần Hồng Quảng; Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60.58.02.02; Khóa: 2016 - 2018; Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN 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 lợi Phú Vinh 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 NAM tìm thơng số mơ hình để dự báo dòng chảy lũ đến lưu vực hồ chứa thủy lợi Phú Vinh Tác giả sử dụng số liệu thực đo trận lũ tháng 10/2015 để hiệu chỉnh tìm thơng số mơ hình, sau dùng thơng số kiểm định với số liệu thực đo trận lũ tháng 10/2016 Với kết hiệu chỉnh, kiểm định, đường q trình lũ mơ từ mơ hình thực đo có số Nash 0,767, hình dạng lũ tương đối phù hợp, từ ta thấy thơng số mơ hình NAM đủ tin cậy mô dự báo lũ lưu vực hồ chứa thủy lợi Phú Vinh Từ khóa: Thủy lợi Phú Vinh, mơ hình NAM, dịng chảy lũ, thơng số mơ hình, mơ hình thủy văn Applying hydrological model to simulate flooding flow into the Phu Vinh irrigation reservoir, Quang Binh Province Student: Tran Hong Quang; Speciality: Civil Hydraulic Engineering Construction Code: 60.58.02.02; Course: 2016 - 2018 Polytechnic University - Da Nang University 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 flooding flow into the Phu Vinh irrigation reservoir which will contribute significantly to give the appropriate solutions to regulate the operation of the reservoir and to mitigate damage caused by the flood is necessary In this study, the author based on the actual measuring data which applied the NAM model to find the model parameters and predict the flood flow into the Phu Vinh reservoir The author used the actual data of the flood in 10/2015 to calibrate the model parameters, then used these parameters to verify the data of flood in 10/2016 flood With calibration and comparing results, the flood curves simulated from the model and actual measuring have Nash value of above 0,767 The flood shape in the model was relatively consistent with the actual measuring’s The findings suggested that the parameters of the NAM model are reliable enough to simulate flood forecast in the Phu Vinh irrigation reservoir area Key words: Phu Vinh irrigation, the NAM model, the flooding flow, the model data set, hydrological model MỞ ĐẦU Quảng Bình trải dài từ 16°55’ đến 18°05’ vĩ Bắc từ 105°37’ đến 107°00’ kinh Đông, tựa vào dãy núi Trường Sơn hướng Biển Đơng với chiều dài bờ biển 116 km, phía bắc giáp tỉnh Hà Tỉnh, phía nam giáp tỉnh Quảng Trị, phía tây giáp tỉnh Lào phía đơng giáp biển Đông, tỉnh duyên hải miền Trung với tổng diện tích tự nhiên 8.065 km2 Quảng Bình có hệ thống sơng suối lớn với mật độ 0,8 - 1,1 km/km², sông suối phân bố tương đối Các sơng có số đặc điểm như: Do địa hình có đặc trưng chủ yếu hẹp dốc, nghiêng từ tây sang đông, đồi núi chiếm 85% diện tích tồn tỉnh bị chia cắt mạnh, nên sơng bắt nguồn từ phía đơng dãy Trường Sơn đổ biển Đông, sông chảy hai địa hình (đồi núi phức tạp đồng hẹp), sơng ngắn độ dốc lịng sơng lớn Tính từ Bắc vào Nam, Quảng Bình có hệ thống sơng đổ cửa biển, bao gồm: sơng Rn, sơng Gianh, sơng Lý Hồ, sơng Dinh sơng Nhật Lệ - Sơng Rn Sơng Rn dài 30km bắt nguồn từ Thượng Thọ, có tọa độ 1753’00” vĩ độ Bắc, 10616’00” kinh độ Đơng với độ cao 100m, diện tích lưu vực 275km2 chảy biển Đông cửa Bắc Hà, sơng có phụ lưu cấp ngắn nhỏ - Sông Gianh Sông Gianh bắt nguồn từ Phu Cơ Pi có tọa độ 1749’20” vĩ độ Bắc 10541’30” độ kinh Đông với độ cao 1.350m Đây hệ thống sông lớn tỉnh Quảng Bình Nó hợp lưu sơng vào loại trung bình tỉnh: sơng Rào Nậy, sơng Rào Nan sơng Son (cịn gọi sơng Trc) Sơng có chiều dài 158km, chiều rộng bình qn lưu vực 38,8km, chiều dài lưu vực 121km, lưu vực sông rộng 4.680km2, bao gồm hầu hết diện tích huyện Tuyên Hóa, Minh Hố, Quảng Trạch phần huyện Bố Trạch Thuỷ chế dịng sơng thất thường, thượng nguồn Mùa nước cạn vào khoảng tháng XII đến tháng VIII, mùa nước lớn vào tháng IX, X, XI, mùa lũ lụt - Sông Lý Hịa Đây sơng ngắn tỉnh, dài 22km, bắt nguồn từ tọa độ 1731’30” vĩ độ Bắc, 10626’50” kinh độ Đơng (rìa núi phía Tây huyện Bố Trạch) với độ cao 400m, chảy theo hướng Tây Nam - Đơng Bắc đến xóm Rẫy, sau uốn khúc chạy theo hướng Đơng cửa Lý Hồ, lưu vực sơng có diện tích 177km - Sông Dinh 62 Phụ lục 1: Số liệu đo mưa, bốc dòng chảy trận lũ tháng 10/2015 (tt) Ngày tháng báo cáo Lượng mưa X (mm) Bốc (mm) Lưu lượng tự nhiên hồ Qđến (m3/s) 15/10/2015 22:00 15/10/2015 23:00 16/10/2015 0:00 16/10/2015 1:00 16/10/2015 2:00 16/10/2015 3:00 16/10/2015 4:00 16/10/2015 5:00 16/10/2015 6:00 16/10/2015 7:00 16/10/2015 8:00 16/10/2015 9:00 16/10/2015 10:00 16/10/2015 11:00 16/10/2015 12:00 16/10/2015 13:00 16/10/2015 14:00 16/10/2015 15:00 16/10/2015 16:00 16/10/2015 17:00 16/10/2015 18:00 16/10/2015 19:00 16/10/2015 20:00 16/10/2015 21:00 16/10/2015 22:00 16/10/2015 23:00 9,6 1,6 0,0 0,0 1,0 0,0 31,6 26,8 3,0 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 4,6 1,4 0,8 0,2 0,0 3,0 3,0 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 18,8 17,9 17,3 16,8 16,5 16,2 16,0 15,8 19,6 23,4 25,4 27,4 27,0 26,6 25,9 25,2 23,0 20,8 19,3 17,7 16,4 15,1 14,0 12,8 11,9 10,9 63 Phụ lục 2: Số liệu đo mưa, bốc dòng chảy trận lũ tháng 10/2016 Ngày tháng báo cáo 12/10/2016 1:00 12/10/2016 2:00 12/10/2016 3:00 12/10/2016 4:00 12/10/2016 5:00 12/10/2016 6:00 12/10/2016 7:00 12/10/2016 8:00 12/10/2016 9:00 12/10/2016 10:00 12/10/2016 11:00 12/10/2016 12:00 12/10/2016 13:00 12/10/2016 14:00 12/10/2016 15:00 12/10/2016 16:00 12/10/2016 17:00 12/10/2016 18:00 12/10/2016 19:00 12/10/2016 20:00 12/10/2016 21:00 12/10/2016 22:00 12/10/2016 23:00 13/10/2016 0:00 13/10/2016 1:00 13/10/2016 2:00 13/10/2016 3:00 13/10/2016 4:00 13/10/2016 5:00 13/10/2016 6:00 13/10/2016 7:00 13/10/2016 8:00 13/10/2016 9:00 13/10/2016 10:00 13/10/2016 11:00 Lượng mưa X (mm) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,4 0,0 0,0 0,0 0,2 0,0 0,4 0,8 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,6 2,8 1,2 2,4 5,0 0,0 1,2 3,6 5,0 6,6 9,2 11,8 1,0 4,8 Bốc (mm) 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 Lưu lượng tự nhiên hồ Qđến (m3/s) 1,59 1,06 1,32 1,59 1,06 1,32 1,59 1,06 1,32 1,59 1,06 1,32 1,59 1,06 1,32 1,59 1,06 1,32 1,59 1,06 1,29 1,55 1,02 1,29 1,55 1,06 1,32 1,59 1,06 1,32 1,59 1,19 1,59 1,98 2,11 64 Phụ lục 2: Số liệu đo mưa, bốc dòng chảy trận lũ tháng 10/2016 (tt) Ngày tháng báo cáo 13/10/2016 12:00 13/10/2016 13:00 13/10/2016 14:00 13/10/2016 15:00 13/10/2016 16:00 13/10/2016 17:00 13/10/2016 18:00 13/10/2016 19:00 13/10/2016 20:00 13/10/2016 21:00 13/10/2016 22:00 13/10/2016 23:00 14/10/2016 0:00 14/10/2016 1:00 14/10/2016 2:00 14/10/2016 3:00 14/10/2016 4:00 14/10/2016 5:00 14/10/2016 6:00 14/10/2016 7:00 14/10/2016 8:00 14/10/2016 9:00 14/10/2016 10:00 14/10/2016 11:00 14/10/2016 12:00 14/10/2016 13:00 14/10/2016 14:00 14/10/2016 15:00 14/10/2016 16:00 14/10/2016 17:00 14/10/2016 18:00 14/10/2016 19:00 14/10/2016 20:00 14/10/2016 21:00 14/10/2016 22:00 Lượng mưa X (mm) 5,0 0,6 3,4 1,6 0,2 0,4 1,0 5,0 1,0 3,6 4,8 8,8 6,4 14,0 15,2 28,4 11,4 16,0 7,8 24,6 26,0 21,0 17,6 33,2 60,6 66,4 40,2 42,6 14,2 11,8 15,0 32,2 14,4 11,4 10,4 Bốc (mm) 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 Lưu lượng tự nhiên hồ Qđến (m3/s) 3,21 4,33 6,61 8,89 10,54 12,19 13,09 13,94 15,79 17,65 18,37 18,47 18,37 18,27 18,27 21,35 25,18 30,00 32,61 35,69 39,32 44,94 51,55 62,45 71,37 85,25 114,66 149,03 168,85 193,30 208,50 226,68 240,56 252,12 257,74 65 Phụ lục 2: Số liệu đo mưa, bốc dòng chảy trận lũ tháng 10/2016 (tt) Ngày tháng báo cáo 14/10/2016 23:00 15/10/2016 0:00 15/10/2016 1:00 15/10/2016 2:00 15/10/2016 3:00 15/10/2016 4:00 15/10/2016 5:00 15/10/2016 6:00 15/10/2016 7:00 15/10/2016 8:00 15/10/2016 9:00 15/10/2016 10:00 15/10/2016 11:00 15/10/2016 12:00 15/10/2016 13:00 15/10/2016 14:00 15/10/2016 15:00 15/10/2016 16:00 15/10/2016 17:00 15/10/2016 18:00 15/10/2016 19:00 15/10/2016 20:00 15/10/2016 21:00 15/10/2016 22:00 15/10/2016 23:00 Lượng mưa X (mm) 11,4 6,2 6,0 0,0 4,0 12,2 1,4 1,2 0,4 5,4 0,4 0,0 0,0 0,0 0,0 2,4 1,0 2,8 8,6 0,4 2,6 3,6 7,8 12,6 7,4 Bốc (mm) 0,7 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 Lưu lượng tự nhiên hồ Qđến (m3/s) 257,08 248,49 238,57 218,09 207,18 191,32 172,82 155,63 144,07 124,90 109,37 98,14 87,90 81,95 72,70 64,77 59,48 53,86 49,90 45,60 41,63 38,66 36,02 33,70 32,75 66 Phụ lục 3: Biểu đồ trận lũ tháng 10/2015 Phụ lục 4: Biểu đồ trận lũ tháng 10/2016 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 ... KHOA TRẦN HỒNG QUẢNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN MƠ PHỎNG DÒNG CHẢY LŨ VỀ HỒ THỦY LỢI PHÚ VINH, TỈNH QUẢNG BÌNH Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã ngành: 60.58.02.02 LUẬN VĂN THẠC... giả luận văn Trần Hồng Quảng ii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, đến luận văn thạc sĩ với đề tài " Ứng dụng mơ hình thủy văn mơ dịng chảy lũ hồ thủy lợi Phú Vinh - tỉnh Quảng Bình? ?? hồn thành... bàn tỉnh Do tác giả chọn đề tài: " Ứng dụng mơ hình thủy văn mơ dòng chảy lũ hồ thủy lợi Phú Vinh - tỉnh Quảng Bình? ?? Mục tiêu nghiên cứu: - Xây dựng thơng số mơ hình NAM cho lưu vực hồ chứa thủy