Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán thủy văn vào dự báo dòng chảy lũ sông ba

Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học MỞ ĐẦU Sông Ba sông lớn miền trung Trung Bộ Việt Nam với tổng diện tích lưu vực 14132 km2 nằm địa phận tỉnh Gia Lai, Đak Lak, Kon P P Tum Phú Yên Hàng năm, mùa lũ, nước sông Ba dồn từ thượng lưu gây ngập lụt nghiêm trọng cho hạ lưu sông Ba Theo thống kê số năm gần cho thấy tình hình lũ lụt lưu vực ngày nghiêm trọng với mức độ thiệt hại có xu ngày tăng: Địa hình lưu vực sông Ba biến đổi phức tạp, bị chia cắt mạnh mẽ chi phối dãy Trường Sơn Lưu vực sơng Ba có dạng chữ L, phình rộng trung lưu thu hẹp hai đầu thượng hạ lưu Hệ thống sông phần thượng lưu có độ cao lớn, trung lưu ngắn, phần đồng thấp trũng Các sông suối thuộc lưu vực sông Ba thường sâu, độ dốc sông suối lớn Lưu vực sông thường xuyên chịu ảnh hưởng nhiều bão, áp thấp nhiệt đới đổ bị chi phối mạnh mẽ hình thời tiết gây mưa lớn hội tụ nhiệt đới, khơng khí lạnh nên hàng năm thường xảy lũ lớn với nhiều trận lũ ác liệt, mức độ thiệt hại kinh tế xã hội vô nghiêm trọng Trong điều kiện nay, kinh tế phát triển mạnh tác động lũ lụt thành phần kinh tế lớn, địi hỏi chất lượng công tác dự báo phải ngày nâng cao Yêu cầu thực tế công tác phũng chống lụt báo hệ thống sơng địi hỏi phải nghiên cứu ứng dụng mơ hình thủy văn, thủy lực nhằm mơ phỏng, tính tốn dự báo kịp thời trình lũ, đánh giá tác động thay đổi điều kiện tự nhiên, mơi trường, khí hậu đến chế độ dịng chảy q trình lũ Do vậy, việc tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ứng dụng Mơ hình tốn thủy văn vào dự báo dịng chảy lũ sơng Ba” có ý nghĩa khoa học thực tiễn học viên lựa chọn nghiên cứu hy vọng góp phần vào nâng cao chất lượng tin dự báo lũ, kịp thời phục vụ cơng tác phịng chống giảm nhẹ thiên tai cho vùng kinh tế xã hội quan trọng Miền Trung Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Luận văn thực nhằm mục đích: Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thuỷ văn, thuỷ lực vào lập phương án dự báo lũ cho vùng hạ lưu lưu vực sơng Ba phục vụ cho cơng tác phịng chống giảm nhẹ thiên tai, làm sở cho tiếp tục nghiên cứu lập quy trình quản lý vận hành hệ thống hồ chứa sau Nâng cao khả học viên vận dụng kiến thức học vào nghiên cứu giải vấn đề cụ thể thực tế sở vận dụng phương pháp luận, phương pháp tính tốn cơng nghệ đại CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU a Đối tượng phạm vi nghiên cứu ứng dụng: • Đối tượng: Nghiên cứu dịng chảy lũ dự báo lũ • Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống sông Ba đặc biệt vùng hạ lưu b Phương pháp nghiên cứu, công cụ sử dụng + Phương pháp - Kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học cơng nghệ có giới nước Kế thừa nghiên cứu khoa học, dự án liên quan lưu vực sông Ba • Phương pháp phân tích tổng hợp nguyên nhân hình thành • Phương pháp phân tích thớng kê • Phương pháp mơ hình tốn • Phương pháp chun gia Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học + Công cụ sử dụng Khai thác, sử dụng phần mềm Map info mơ hình Mike – Nam, Mike 11 mô dự báo lũ KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC Tổng quan lưu vực sông Ba: Điều kiện tự nhiên, điều kiện khí hậu, thủy văn, điều kiện dân sinh kinh tế, đặc điểm hình thành lũ lưu vực sơng Ba Đây sở cho lý luận áp dụng mơ hình nghiên cứu dự báo lũ cho trạm thủy văn Ba đánh giá khả ứng dụng mơ hình cơng tác dự báo lũ cho lưu vực tính tốn NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN Ngoài lời mở đầu kết luận, Luận văn gồm có chương: Chương Tổng quan phương pháp dự báo dòng chảy lũ Chương Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Ba Chương Về nghiên cứu dự báo lũ sông Ba Chương Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo dòng chảy lũ hạ lưu sông Ba Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ 1.1 Dự báo thủy văn phòng chống giảm nhẹ thiên tai phát triển kinh tế xã hội Nước điều kiện cần cho sống người sinh vật trái đất Nước cần thiết cho người sinh hoạt, trồng trọt chăn nuôi, thuỷ điện, giao thơng vận tải du lịch giải trí Mặt khác nước lại gây cho người tai hoạ Ông cha ta đúc kết câu: “Nhất thuỷ nhì hoả” Lịch sử ghi lại nhiều trận lũ lụt gây thiệt hại to lớn người nhiều hệ thống sông lớn giới sông Trường Giang (Trung Quốc) năm 1932, 1998 Ở Việt Nam hệ thống sơng Hồng – Thái Bình thập kỉ gần có số trận lũ gây vỡ đê hàng loạt kèm theo thiệt hại nhiều mặt trận lũ năm 1945,1971 Tình hình lũ lụt ngày trở nên nghiêm trọng trở thành vấn đề ngày thiết với tất quốc gia giới Dự báo thủy văn xác định trạng thái tương lai ứng với khoảng thời gian dự kiến xác định tượng thủy văn Nhu cầu dự báo ngày tăng lên với phát triển kinh tế sử dụng nguồn nước, quản lý tài nguyên nước Dự báo thủy văn đặc biệt quan trọng để giảm thiểu thiên tai lũ hạn hán cấp quốc gia Dự báo cảnh báo thủy văn phục vụ nhiều mục đích, thay đổi từ dự báo kiện xảy thời gian ngắn lũ quét, đến nhận định mùa lũ, năm, nhiều năm, khả cung cấp nước tưới nông nghiệp, sản xuất điện giao thông thủy nội địa Dự báo thuỷ văn cần cho phòng tránh lũ lụt có tác dụng khơng phải vị trí cần quan tâm mà cịn triền sông, vùng kinh tế xã hội Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học Dự báo thuỷ văn giúp cho ngành kinh tế sử dụng, khai thác nguồn nước chủ động đạt hiệu ích cao, giúp cho thi cơng cơng trình sông tránh rủi ro, cố Dự báo lũ tốt giúp cho việc điều phối lực lượng phòng tránh lũ, biện pháp phân lũ, chậm lũ, chủ động hạn chế thiệt hại Dự báo thuỷ văn đời phát triển nhanh chóng, từ phương tiện đơn giản, đến với kỹ thuật đại có tiến lớn Các yếu tố dự báo thủy văn • Tổng lượng dịng chảy thời khoảng xác định (thường thời kỳ dòng chảy cao thời kỳ dòng chảy thấp, dòng chảy trận lũ, dòng chảy 5, 10 ngày, tháng, mùa, năm; đặc trưng dự báo lượng dịng chảy trung bình thời kỳ) • Q trình lưu lượng mực nước sông: đặc trưng mực nước, lưu lượng nước diễn biến theo thời gian • Đỉnh lũ (mực nước lưu lượng lớn nhất) thời gian xảy trận lũ hay mùa lũ; đặc trưng khác dịng chảy lũ: tình hình ngập lụt • Q trình dịng chảy (mực nước lưu lượng) hồ: Diễn biến đặc trưng mực nước (trung bình, lớn nhất, thấp nhất) hồ thời kỳ • Các yếu tố chất lượng nước như: nhiệt độ, độ đục, DO, BOD, [1, 2] Các đặc trưng dự báo thủy văn • Yếu tố dự báo: Là đặc trưng thuỷ văn cần dự báo mực nước, lưu lượng nước • Nhân tố dự báo: Là nguyên nhân sinh ảnh hưởng đến yếu tố dự báo mà ta sử dụng để tính yếu tố dự báo Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ • Chuyên ngành Thủy văn học Thời gian dự kiến: Thời gian dự kiến khoảng thời gian tính từ thời điểm quan trắc cuối yếu tố dùng để dự báo, đến thời điểm xuất yếu tố dự báo, [1, 2] Các hạn dự báo thủy văn • Dự báo thủy văn hạn ngắn: Dự báo hạn ngắn dự báo có thời gian dự kiến tối đa thời gian tập trung nước trung bình lưu vực • Dự báo thủy văn hạn vừa: dự báo có thời gian dự kiến dài dự báo hạn ngắn, tối đa khơng q 10 ngày • Dự báo thủy văn hạn dài : Dự báo hạn dài dự báo có thời gian dự kiến lớn 10 ngày, tháng, mùa, đến năm • Dự báo hạn siêu dài: Dự báo hạn siêu dài dự báo có thời gian dự kiến lớn năm • Dự báo lũ: Dự báo lũ tính tốn trước có sở khoa học trạng thái tương lai tình hình lũ sau thời gian định với độ xác xác định • Cảnh báo lũ:Cảnh báo lũ thơng báo tình hình lũ coi nguy hiểm xẩy ra; (với độ xác cảnh báo thấp dự báo), [1, 2] Một số khái niệm khác sử dụng dự báo thủy văn Dự báo đúng: Trị số dự báo coi sai số dự báo nhỏ sai số cho phép (+S cf ) R R Dự báo kịp thời: Tin dự báo coi kịp thời hiệu số thời gian dự kiến thời gian có hiệu tin vừa tổng số thời gian thu thập số liệu, phân tích dự báo truyền tin dự báo hợp lý Cơ quan quản lý Dự báo Khí tượng Thuỷ văn quy định Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học Gần mức: Trị số dự báo coi xấp xỉ gần mức sai số dự báo nằm phạm vi -50% S cf ÷ R R Xấp xỉ mức tương đương: Trị số dự báo coi xấp xỉ mức tương đương sai số dự báo nằm phạm vi ± 50%S cf R Trên mức: Trị số dự báo coi mức, sai số dự báo nằm phạm vi từ 0÷+S cf R R R Dưới mức: Trị số dự báo coi mức sai số dự báo nằm phạm vi -S cf ÷0 R R Lũ lên (hoặc xuống) nhanh: Lũ coi lên (hoặc xuống) nhanh cường suất lũ lên (hoặc xuống) vượt cường suất lũ lên (hoặc xuống) trung bình nhiều năm trạm xét Lũ lên (hoặc xuống) chậm: Lũ coi lên (hoặc xuống) chậm lũ có cường suất lên (hoặc xuống) nhỏ cường suất lũ lên (hoặc xuống) trung bình nhiều năm trạm xét Dao động nhỏ: Mực nước thời gian dự kiến có lên xuống đợt lũ biên độ không đáng kể (biên độ lũ lên nhỏ 0,5m) 10 Ít biến đổi, thay đổi, (hoặc biến đổi chậm , thay đổi chậm): Mực nước có lên (hoặc xuống) thời gian dự kiến lên (hoặc xuống) phạm vi nhỏ 0.3m 11 Chập chờn: Dùng để nhận xét chung cho vùng nhiều sông, nhiều trạm, mơ tả tình hình mực nước có nơi lên, nơi xuống, lúc lên, lúc xuống không rõ ràng [1, 2] 1.2 Tổng quan nghiên cứu dự báo lũ giới Việt Nam 1.2.1 Trên giới Cũng ngành khoa học khác, khoa học dự báo trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ đơn sơ đến hồn chỉnh, cơng trình nghiên cứu lý thuyết từ đơn giản đến phức tạp, từ kỹ thuật đo đạc, thu thập thông tin, phương tiện tính tốn Trong giai đoạn nay, khoa học dự báo phát triển Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học cách mạnh mẽ giới Việt Nam với hỗ trợ máy tính điện tử bùng nổ công nghệ thông tin, khoa học viễn thám Nghiên cứu dự báo mưa, lũ giới vấn đề nóng khoa học dự báo, đặc biệt để nâng cao chất lượng dự báo (độ xác) kéo dài thời gian dự kiến Mơ hình tốn thủy văn xem công cụ mạnh dự báo – áp dụng cách mô tả quy luật vận động nước thiên nhiên hệ thống phương trình tốn học, lơgíc giải chúng kỹ thuật số máy tính Kỹ thuật mơ hình toán cho phép nhà nghiên cứu sâu xem xét, đánh giá, định lượng nhiều đặc trưng, yếu tố, tượng phức tạp hệ thống tầm vi mơ vĩ mơ Từ góc độ nhận thức đối tượng nghiên cứu tài nguyên nước mơi trường mơ hình tốn thuỷ văn phân biệt theo ba loại sau: o Mô hình ngẫu nhiên (Stochacstic model) o Mơ hình tất định (Deterministic model) o Mơ hình tất định-ngẫu nhiên (Deterministic-stochacstic model) Theo Dawdy (Dawdy D.R -1969) mơ hình tốn ngẫu nhiên thuỷ văn phương pháp tương đối Sự khởi đầu tính từ Hazen chứng minh khả áp dụng lý thuyết xác suất, thống kê tốn học vào phân tích chuỗi dịng chảy sơng ngịi (1914) Năm 1949 Kriski Menkel sử dụng mơ hình Marcov để tính tốn q trình dao động mực nước biển Kaspien (Liên Xơ cũ) Các mơ hình thuỷ văn tất định dựa phương pháp tốn học sử dụng máy tính làm cơng cụ tính tốn cách tiếp cận đại tính tốn q trình dịng chảy lưu vực hệ thống sơng Việc đời mơ hình thuỷ văn tất định Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học mở hướng cho tính tốn thuỷ văn, góp phần giải khó khăn số liệu thuỷ văn nâng cao độ xác tính tốn cho quy hoạch thiết kế cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện, khắc phục số khó khăn mà phương pháp tính toán thuỷ văn cổ điển chưa giải Phương pháp mơ hình tốn tất định đời tương đối sớm hình thành hai hướng nghiên cứu: hướng mơ hình tốn dạng hộp đen hướng mơ hình tốn dạng hộp xám (hay cịn gọi mơ hình nhận thức) Trong mơ hình nhận thức cịn phân mơ hình tham số tập trung mơ hình tham số phân bố Trong mơ hình hộp đen lưu vực coi hệ thống động lực Nhìn chung, cấu trúc mơ hình hộp đen hồn tồn khơng biết trước Mối quan hệ lượng vào lượng hệ thống thể thông qua hàm truyền (hàm ảnh hưởng, hàm tập trung nước …) xác định từ tài liệu thực đo lượng vào lượng hệ thống Mơ hình nhận thức đời sau mơ hình hộp đen, phát triển mạnh mẽ ứng dụng rộng rãi lĩnh vực thủy văn Mơ hình tất định nhận thức xuất phát từ hiểu biết nhận thức cách rõ ràng thành phần hệ thống thuỷ văn để tiếp cận hệ thống phương pháp mơ phỏng, thí dụ mơ trình tổn thất, trình trữ nước, trình tập trung dịng chảy lưu vực sơng, từ xây dựng sơ đồ cấu trúc mơ hình để tính tốn dịng chảy lưu vực Trong mơ hình nhận thức, dựa vào đặc tính biểu thị tham số ta chia mơ hình loại mơ hình tham số tập trung mơ hình tham số phân phối Những mơ hình tham số tập trung thường dùng phương trình vi phân thường để diễn tả mối quan hệ lượng vào lượng hệ thống phụ thuộc vào thời gian Vì vậy, mơ hình tham số tập trung không xét đến phân bố lượng mưa, dịng chảy, tính chất thấm đất yếu tố thủy văn, khí tượng khác theo khơng gian, chúng thay giá trị bình quân theo diện tích, chúng hàm số thời gian Nói cách khác, tất đặc Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ 10 Chuyên ngành Thủy văn học trưng lưu vực tập trung điểm Trong mơ hình tham số phân phối mơ tả mối quan hệ yếu tố hệ thống mơ tả phương trình vi phân đạo hàm riêng, nghĩa phương trình chứa biến thời gian không gian Trong thập kỷ gần yêu cầu thực tiễn có loại mơ hình tốn có cấu trúc tất định-ngẫu nhiên đời Những mơ hình phát triển sở hợp hai loại mơ hình tạo nên chế hoạt động nhiễu-mưa-dòng chảy [4] Những nghiên cứu tương đồng cấu trúc mô hình tất định dạng bể chứa với mơ hình ngẫu nhiên dạng ARMA(p,q) vào năm 70, 80 kỷ không tạo sở cho mô hình đời mà cịn mở nhiều triển vọng cho việc ứng dụng mơ hình tốn thuỷ văn, phương pháp hiệu chỉnh tham số mơ hình 1.2.2 Tổng quan nghiên cứu mơ hình tốn thuỷ văn dự báo dịng chảy lũ Việt Nam Hiện nay, công tác dự báo tác nghiệp mưa lũ cho hệ thống sơng tồn quốc thực Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia Ngồi quan thuộc Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn Quốc gia cịn có Viện nghiên cứu, Trường đại học tham gia nghiên cứu như: Viện Khí tượng Thuỷ văn thuộc Bộ Tài Nguyên Môi trường, Viện khoa học Thuỷ lợi thuộc Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn, Trường Đại học Thuỷ lợi, Trường Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Tại đơn vị trực thuộc Trung tâm KTTV Quốc gia sử dụng phương pháp dự báo truyền thống phương pháp phân tích thống kê, nhận dạng hình thời tiết gây mưa lớn, phương pháp mực nước tương ứng, phương pháp hồi quy nhiều biến số mơ hình tốn thủy văn mơ hình SSARR, TANK, NAM số mơ hình MIKE 11, MARINE, HEC công cụ chủ yếu để dự báo lũ, lụt Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ 92 Chuyên ngành Thủy văn học 4.6.2 Nhập liệu mưa dự báo Số liệu mưa dự báo Củng Sơn Phú Lâm nhập vào mô đun MIKE – NAM file “X.dfs0” đầu vào module RR MIKE 11 Hình 4.18: Giao diện file liệu mưa trạm Củng Sơn Phú Lâm (X.dfs0) Kết tính tốn module RR MIKE 11 lượng dòng chảy gia nhập khu mưa lưu file kết quả: “resRR.res11” Hình 4.15 kết lượng dịng chảy tính tốn từ RR so với tổng lượng dòng chảy Củng Sơn mùa lũ 2010 Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ 93 Chuyên ngành Thủy văn học Hình 4.19: Lượng dịng chảy tính tốn từ RR so với tổng lượng dịng chảy trạm Củng Sơn Nhìn hình vẽ cho ta thấy lượng dòng chảy mưa sinh (đường đỏ) thấp nhiều so với tổng lượng dịng chảy qua trạm Củng Sơn (đường xanh) Vì nói, lượng dịng chảy đổ hạ lưu sơng Ba có lũ chủ yếu xả đập thủy điện Ba Hạ Sông Hinh 4.6.3 Nhập liệu biên cho mơ hình thủy lực Khi có lũ xẩy lưu vực, nhà máy thủy điện tiến hành xả hạ thấp mực nước hồ, dành dung tích để đón lũ Lưu lượng xả dự kiến xả cung cấp trước để tính tốn mức độ ngập lụt hạ du Số liệu xả dự kiến cung cấp biên đầu vào cho mơ hình dự báo, lưu lượng xả dự kiến nhập vào file “Qxa.dfs0” chứa biên Q xả thủy điện Ba Hạ biên nhập lưu Q xả thủy điện sơng Hinh Giao diện file Qxa hình 4.16: Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ 94 Chuyên ngành Thủy văn học Hình 4.20: Giao diện file Qxa.dfs0 4.6.4 Chạy mơ hình File sim.sim11 file diễn tốn mơ hình thiết lập phần 4.5 Trong tab simulation file thiết lập thời gian diễn toán thời gian cần nhận giá trị dự báo Sau tiến hành chạy mơ hình dự báo, kết lưu file “resHD.res11” Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ 95 Chuyên ngành Thủy văn học Hình 4.21:Thiết đặt thời gian diễn tốn Hình 4.22: Chạy mơ hình dự báo Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ 96 Chuyên ngành Thủy văn học 4.6.5 Xem kết dự báo Sử dụng tool Mike View mơ hình MIKE 11 để xem kết dự báo Hình 4.23 – Xem kết dự báo Nhận xét Kết diễn toán việc lấy số liệu thực đo làm biên đầu vào cho mơ hình dự báo cho kết xác Vì kết luận thơng số mơ hình thủy lực sử dụng diễn tốn dự báo lũ lụt cho lưu vực sơng Ba Tuy nhiên, mơ hình dự báo cịn nhiều hạn chế ngun nhân sau: - Phụ thuộc nhiều vào số liệu mưa dự báo, mưa dự báo sai kết dự báo sai - Phụ thuộc vào số liệu Q xả thủy điện cung cấp, liệu ảnh hưởng lớn đến kết diễn toán Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ 97 Chuyên ngành Thủy văn học Để hạn chế khuyết điểm cần tăng cường công tác điều tra khảo sát, cập nhật thông tin địa số liệu khí tượng thủy văn; tăng cường nghiệp vụ cho công tác dự báo mưa thủy văn; thiết lập mạng lưới thông tin liên lạc thủy điện quan dự báo để việc phối hợp phòng chống lũ cho hạ du tốt Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ 98 Chuyên ngành Thủy văn học KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian thực với nỗ lực thân, hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Lai đồ án với đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn vào dự báo dịng chảy lũ sơng Ba” hồn thành Kết đạt sau: Kết luận: • Những kết đạt Luận văn: - Tìm hiểu phương pháp, mơ hình sử dụng dự báo thủy văn - Luận văn nghiên cứu, phân tích đánh giá đặc điểm tự nhiên (địa hình, khí tượng - thuỷ văn, thảm phủ thực vật, thổ nhưỡng, đặc điểm chế độ mưa, chế độ dòng chảy, chế độ sinh lũ ) hoạt động kinh tế-xã hội lưu vực sơng Ba - Ứng dụng mơ hình MIKE NAM MIKE 11 dự báo dòng chảy mùa lũ cho trạm thủy văn Củng Sơn, Phú Lâm Kết làm sở cho công tác dự báo năm - Bổ sung thêm phương án dự báo hồn thiện cơng tác dự báo lũ cho sơng Ba • Tồn hạn chế: Dù cố gắng khuôn khổ Luận văn kinh nghiệm làm dự báo nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót cịn nhiều hạn chế, tồn ảnh hưởng đến kết dự báo - Do hạn chế thời gian tài liệu quan trắc hệ thống, hiệu chỉnh thông số cho số mùa lũ - Kết dự báo thử nghiệm chưa đủ dài để đánh giá ổn định thơng số mơ hình - Phụ thuộc nhiều vào số liệu mưa dự báo, mưa dự báo sai kết dự báo sai - Phụ thuộc vào số liệu Q xả thủy điện cung cấp, liệu ảnh hưởng lớn đến kết diễn toán Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ 99 Chuyên ngành Thủy văn học Kiến nghị - Tiếp tục tiến hành hiệu chỉnh thêm cho trận lũ cho năm để thơng số hai mơ hình có ổn định cao kết dự báo tốt phục vụ cơng tác phịng chống giảm nhẹ thiên tai năm 2011 năm Trung tâm Dự báo Khí tượng thuỷ văn Quốc gia nơi tác giả Luận văn công tác - Mơ hình MIKE 11 mơ hình tiên tiến, đại công cụ hỗ trợ người dự báo viên dự báo tác nghiệp Để đưa tin dự báo với kết cao, người dự báo phải hiểu sâu sắc đối tượng lưu vực sơng, có trạm quan trắc tự động cung cấp liệu cần - Cần cung cấp thêm nhiều thông tin Q xả thủy điện - Địa hình lưu vực lịng sơng ln thay đổi qua mùa lũ, đặc biệt có trận lũ lớn lịng sơng lưu vực gần thay đổi hồn tồn Vì cần có cập nhật số liệu địa hình lưu vực lịng sơng - Cần xây dựng mơ đun hiệu chỉnh hậu mơ hình Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ 100 Chuyên ngành Thủy văn học TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đặng Văn Bảng (2000), Giáo trình Dự báo thuỷ văn, Đại học Thủy Lợi, Hà Nội, 155tr Nguyễn Văn Lai (2007), Bài giảng Dự báo Thuỷ văn, Đại học Thủy Lợi, Hà Nội Nguyễn Văn Lai, Nguyễn Việt Hưng (2006), Mơ hình bể chứa tuyến tính LTANK- Linear Tank khả ứng dụng Việt Nam, Tạp chí khoa học kỹ thuật Thuỷ lợi Môi trường Trường ĐH Thuỷ lợi, số 14 tháng 8/2006, tr.3743 Nguyễn Văn Lai (2007), báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu phương pháp dự báo dịng chảy lũ sơng Miền Trung (lưu vực sông Hương)”, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở Trường ĐH Thuỷ lợi Lê Văn Nghinh, Bùi Cơng Quang, Hồng Thanh Tùng (2005), Giáo Trình mơ T T1 T1 hình tốn thủy văn, Trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội T1 T1 T1 T1 T1 T1 Nguyễn Văn Tuần, Đoàn Quyết Trung, Bùi Văn Đức (2001), Dự báo Thuỷ văn, T T Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội, 212tr Phòng Dự báo thuỷ văn, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thuỷ văn TW (2005), Dự T T1 T1 T1 T1 báo lũ sông Ba, Hồ sơ dự báo lũ sông Trung Trung Bộ T1 T1 Tổng cục Khí tượng Thuỷ văn (1991), Quy phạm dự báo lũ, Tiêu chuẩn ngành 94-TCN7-91 Trung tâm Dự báo Khí tượng Thuỷ văn TW, phịng Dự báo thuỷ văn T (2007), Tổng kết tình hình mưa lũ sơng miền Trung cơng tác dự báo T1 T1 năm 1999-2006, Hà Nội Tiếng Anh 10 Denmark, MIKE 11- Basin concepts, DHI water and Environment Horsolm, (2001), DHI Sorfware-MIKE11 user guide 11 Van Lai Nguyen and Ronny Berntsson (1986), A simple and efficient conceptual T T catchment model allowing for spatial variation in rainfall Hydrological Sciences Journal –des Sciences Hydrologiques, 31.4, 12/1986, 475-487pp Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học 101 MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ T T 1.1 Dự báo thủy văn phòng chống giảm nhẹ thiên tai phát triển kinh tế xã hội .4 T T T T 1.2 Tổng quan nghiên cứu dự báo lũ giới Việt Nam 1.2.1 Trên giới 1.2.2 Tổng quan nghiên cứu mô hình tốn thuỷ văn dự báo dịng chảy lũ Việt Nam 10 T T T T T T T T T T T T 1.3 Các phương pháp dự báo lũ 17 1.3.1 Phương pháp xu 17 1.3.2 Phương pháp mực nước, lưu lượng tương ứng 17 1.3.3 Phương pháp lượng trữ 18 1.3.4 Phương pháp phân tích thống kê 18 1.3.5 Phương pháp sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo 19 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 1.4 Lựa chọn phương pháp dự báo dịng chảy lũ sơng Ba 20 1.4.1 Đặc điểm địa lý bật lưu vực sông Ba .20 1.4.2 Lựa chọn phương pháp dự báo dòng chảy lũ sông Ba 22 T T T T T T T T T T T T CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG BA 24 T T 2.1 Điều kiện địa lý tự nhiên 24 2.1.1 Địa hình 24 2.1.2 Về độ dốc địa hình: 24 2.1.3 Về địa chất, thổ nhưỡng 25 2.1.4 Về thảm thực vật .25 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T Đặc điểm khí hậu hình thời tiết khí hậu vùng nghiên cứu 26 2.2.1 Mạng lưới quan trắc khí tượng, khí hậu 26 2.2.2 Chế độ khí hậu 28 2.2.3 Các yếu tố khí hậu 28 2.2 T T T T T T T T T T T T T T T T T 2.3 Đặc điểm thủy văn sơng ngịi lưu vực nghiên cứu 33 2.3.1 Mạng lưới sơng ngịi lưu vực sơng Ba .33 2.3.2 Mạng lưới quan trắc thủy văn 35 T T T T T T T T T T T T 2.4 Tình hình dân sinh phát triển kinh tế xã hội 39 2.4.1 Dân số .39 2.4.2 Y tế, giáo dục 39 2.4.3 Giao thông 40 T T T T T T T T T T T T T T T T Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học 102 2.4.4 Kinh tế 40 T T T T 2.5 Hiện trạng khai thác tài nguyên nước lưu vực sông Ba 41 2.5.1 Thai thác sử dụng nước cho nông nghiệp 41 2.5.2 Khai thác sử dụng nước thủy điện 43 2.5.3 Khai thác sử dụng nước cung cấp cho sinh hoạt đô thị nông thôn 45 2.5.4 Khai thác sử dụng nước cho công nghiệp 46 2.5.5 Khai thác sử dụng nước cho phát triển thủy sản .46 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU DỰ BÁO LŨ TRÊN SÔNG BA 48 T T 3.1 Đặc điểm dịng chảy lũ sơng Miền Trung xác định thời gian dự kiến cho tuyến dự báo .48 3.1.1 Đặc điểm chung lũ Trung Bộ 48 3.1.2 Đặc điểm chung lũ Tây Nguyên 50 3.1.3 Xác định thời gian truyền lũ 52 T T T T T T T T T T T T T T T T 3.2 Đánh giá phần mềm ứng dụng cho dự báo dịng chảy lũ sơng Ba 53 3.2.1 Lựa chọn mơ hình thủy văn 53 3.2.2 Lựa chọn mơ hình thủy lực 54 T T T T T T T T T T T T 3.3 Giới thiệu mơ hình MIKE-NAM 54 3.3.1 Giới thiệu mơ hình Nam 54 3.3.2 Cấu trúc mơ hình .56 3.3.3 Những điều kiện ban đầu 59 3.3.4 Các thơng số mơ hình 60 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 3.4 Về mơ hình Mike 11 .62 3.4.1 Giới thiệu chung .62 3.4.2 Phương trình thuật tốn mơ hình 64 3.4.3 Các điều kiện ổn định mơ hình 66 3.4.4 Điều kiện biên 67 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T CHƯƠNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO 68 T T 4.1 Các tiêu đánh giá chất lượng mơ hình sai số cho phép dự báo thuỷ văn 68 4.1.1 Các tiêu đánh giá chất lượng mơ hình .68 4.1.2 Đánh giá sai số dự báo thủy văn 69 T T T T T T T T T T T T 4.2 Mô lưu lượng hồ sông Ba Hạ sông Hinh mơ hình MIKE – NAM (MIKE-RR) 70 4.2.1 Phân chia lưu vực 70 4.2.2 Dữ liệu sử dụng cho mơ hình MIKE –RR 72 4.2.3 Mơ phỏng, tính tốn lưu lượng nước hồ Ba Hạ 73 T T T T T T T T T T T T T T T Mô thủy lực dự báo dịng chảy hạ lưu mơ hình MIKE – HD 79 4.3.1 Phạm vi nghiên cứu mơ hình 79 4.3 T T T T T T T T Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V T Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học 103 4.3.2 Sơ đồ tính tốn 80 4.3.3 Tài liệu dùng tính tốn thủy lực 82 4.3.4 Hiệu chỉnh tham số mô hình 84 T T T T T T T T T T T T 4.4 Kiểm định mơ hình 87 4.4.1 Kiểm định lũ 7/XI – 11/XI năm 2010 .87 4.4.2 Kiểm định lũ 17/XI – 21/XI năm 2010 .89 T T T T T T T T T T 4.5 T T T T Đánh giá kết quả, lựa chọn phương án dự báo dịng chảy sơng Ba 91 T T 4.6 Lập quy trình dự báo theo phương án dự báo lựa chọn 91 4.6.1 Quy trình dự báo .91 4.6.2 Nhập liệu mưa dự báo .92 4.6.3 Nhập liệu biên cho mơ hình thủy lực 93 4.6.4 Chạy mơ hình 94 4.6.5 Xem kết dự báo 96 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 T T Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học 104 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Tình hình quan trắc khí tượng lân cận lưu vực sông Ba 27 TU T U Bảng 2.1: Đặc trưng hình thái lưu vực sông Ba 35 TU T U Bảng 2.2 Thống kê thời gian xuất đỉnh lũ trạm thủy văn .38 TU T U Bảng 2.3: Thống kê số lượng cơng trình thủy lợi vừa nhỏ 43 TU T U Bảng 2.4: Các cơng trình thủy điện xây dựng 44 TU T U Bảng 2.5: Thơng số bậc thang hồ chứa sông Ba 44 TU T U Bảng 3.1 Các thông số cần hiệu chỉnh giới hạn chúng 60 TU T U Bảng 4.1- Tiêu chuẩn chất lượng phương án dự báo (QP 94/TCN-91) 70 TU T U Bảng 4.2: Kết tiêu đánh giá mô mơ hình 74 TU T U Bảng 4.3: Bộ thơng số mơ hình 74 TU T U Bảng 4.4: Kết tiêu đánh giá mơ mơ hình 76 TU T U Bảng 4.5: Kết tiêu đánh giá mô mô hình 77 TU T U Bảng 4.6: Kết tiêu đánh giá mơ mơ hình 78 TU T U Bảng 4.7: Bộ thông số mơ hình 79 TU T U Bảng 4.8: Đặc trưng mặt cắt ngang sơng sơ đồ tính tốn thủy lực 82 TU T U Bảng 4.9: Bảng tiêu chất lượng mô trình lũ .86 TU T U Bảng 4.10: Bảng tiêu chất lượng kiểm định trình lũ 88 TU T U Bảng 4.11: Bảng tiêu chất lượng kiểm định trình lũ 90 TU Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V T U Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Thủy văn học 105 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 4.1: Bản đồ phân chia lưu vực sơng Ba 72 TU T U Hình 4.2: Đường trình lưu lượng thực đo mô hồ An Khê – Kanak 74 TU T U Hình 4.3: Đường trình lưu lượng thực đo tính tốn hồ An Khê – Kanak .75 TU T U Hình 4.4: Đường q trình lưu lượng thực đo mơ hồ Ba Hạ 77 TU T U Hình 4.5: Đường trình lưu lượng thực đo dự báo hồ sông Hinh 78 TU T U Hình 4.6: Sơ đồ mạng sơng tính tốn 79 TU T U Hình 4.7: Vị trí đường q trình lưu lượng gia nhập mơ hình thủy lực 80 TU T U Hình 4.8: Sơ đồ tính tốn thủy lực dịng chảy lũ sông Ba 81 TU T U Hình 4.9: Mạng lưới mặt cắt sông Ba .81 TU T U Hình 4.10: Mặt cắt ngang phổ biến sông Ba 84 TU T U Hình 4.11: Kết mơ q trình mực nước trạm Củng Sơn trận lũ 1/XI – TU 5/XI năm 2010 85 T U Hình 4.12: Kết mơ q trình mực nước trạm Phú Lâm trận lũ 1/XI – 5/XI TU năm 2010 85 T U Hình 4.13 : Hệ số nhám đoạn sông 86 TU T U Hình 4.14: Kết kiểm định trình mực nước trạm Củng Sơn trận lũ 7/XI – TU 11/XI năm2010 87 T U Hình 4.15: Kết kiểm định trình mực nước trạm Phú Lâm trận lũ 7/XI – TU 11/XI năm 2010 87 T U Hình 4.16: Kết kiểm định trình mực nước trạm Củng Sơn trận lũ 17/XI – TU 21/XI năm 2010 .89 T U Hình 4.17: Kết kiểm định trình mực nước trạm Phú Lâm trận lũ 17/XI – TU 21/XI năm 2010 .90 T U Hình 4.18: Giao diện file liệu mưa trạm Củng Sơn Phú Lâm (X.dfs0) 92 TU T U Hình 4.19: Lượng dịng chảy tính tốn từ RR so với tổng lượng dòng chảy 93 TU T U trạm Củng Sơn 93 TU T U Hình 4.20: Giao diện file Qxa.dfs0 94 TU T U Hình 4.21:Thiết đặt thời gian diễn tốn 95 TU T U Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ 106 Chuyên ngành Thủy văn học Hình 4.22: Chạy mơ hình dự báo 95 TU T U Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V ... thủy văn có Dự báo thuỷ văn Mơ hình tốn thủy văn ứng dụng dự báo dịng chảy lũ ngày hoàn thiện hơn, khẳng định rõ vài trị lĩnh vực dự báo dịng chảy lũ Các mơ hình tốn thủy văn nghiên cứu ứng dụng. .. nhiên lưu vực sông Ba Chương Về nghiên cứu dự báo lũ sông Ba Chương Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo dòng chảy lũ hạ lưu sông Ba Học viên: Nguyễn Thị Kim Ngân - Cao học 17V Luận văn thạc sĩ... hạn dự báo thủy văn • Dự báo thủy văn hạn ngắn: Dự báo hạn ngắn dự báo có thời gian dự kiến tối đa thời gian tập trung nước trung bình lưu vực • Dự báo thủy văn hạn vừa: dự báo có thời gian dự