Quá trình hiệu chỉnh mô hình thƣờng đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp “thử - sai” nên để có đƣợc bộ thông số phù hợp là rất khó khăn và tốn kém về mặt thời gian tính toán. Để khắc phục điều này, kết quả nghiên cứu trong chƣơng 2 của luận văn đã đƣợc áp dụng.
Từ sơ đồ thủy lực ta có thể thấy Ái Nghĩa và Cẩm Lệ là các trạm thủy văn cuối cùng cần phải so sánh giữa mực nƣớc tính toán bởi mô hình và mực nƣớc thực đo. Điều chỉnh để thu đƣợc kết quả mong muốn giữa thực đo và tính toán là khá khó khăn, đặc biệt là đối với trạm thủy văn Cẩm Lệ. Nhƣ vậy, ngoài việc điều chỉnh hợp lý các thông số cho phù hợp với các trạm phía trên nhƣ Ái Nghĩa, Thạnh Mỹ thì phân lƣu từ sông Vu Gia sang sông Yên và sông Lạc Thành cũng đƣợc xem xét điều chỉnh cho phù hợp. Mực nƣớc tại Ái Nghĩa và Cẩm Lệ sẽ là căn cứ để hiệu chỉnh phân lƣu.
Khi xây dựng mô hình mạng sông Vu Gia – Hàn, chiều dài các sông Vu Gia, sông Yên, sông Lạc Thành khá chính xác. Vậy nên việc điều chỉnh chiều dài các sông là không nhiều. Hơn nữa, ảnh hƣởng của chiều dài nhánh sông tới tỷ lệ phân lƣu không đáng kể. Biên cửa ra của hệ thống sông là mực nƣớc tại cửa Hàn đƣợc lấy từ số liệu thực đo tại trạm hải văn Tiên Sa. Biên này cách trạm Cẩm Lệ khoảng 15km, cách trạm thủy văn Ái Nghĩa khoảng 30km nên mực nƣớc tại đây chỉ có khả năng ảnh hƣởng tới trạm Cẩm Lệ. Ảnh hƣởng của biên này hầu nhƣ không có tới Ái Nghĩa. Do đó để hiệu chỉnh mô hình thì hệ số nhám n và độ dốc I đƣợc ƣu tiên sử dụng. Các thông số sử dụng để hiệu chỉnh mô hình là các hệ số nhám của lòng sông, bãi sông và độ dốc lòng sông. Bề rộng của nhánh sông cũng có thể đƣợc hiệu chỉnh trong mức độ cho phép.
Các trƣờng hợp điều chỉnh đƣợc trình bày trong bảng 3.4 dƣới đây. Bảng 3.4: Các trƣờng hợp hiệu chỉnh tỷ lệ phân lƣu
Ái Nghĩa Cẩm Lệ Đánh giá Phƣơng án hiệu chỉnh
Thiên cao Thiên cao Q–Lạc Thành<Q–thực tế Giảm n–Lạc Thành, Tăng I– Lạc Thành, tăng B–Lạc Thành
Thiên thấp Thiên cao Q-Yên>Q–thực tế Tăng n–Yên, giảm I–Yên, giảm B- Yên
Thiên cao Thiên thấp Q–Yên<Q–thực tế Giảm n–Yên, Tăng I–Yên, tăng B–Yên
Thiên thấp Thiên thấp Q–Lạc Thành>Q–thực tế
Tăng n–Lạc Thành, Giảm I– Lạc Thành, giảm B–Lạc
Thành Trong đó:
Q–thực tế: lƣu lƣợng thực tế
Q–Lạc Thành: lƣu lƣợng đổ vào nhánh sông Lạc Thành Q–Yên: lƣu lƣợng đổ vào nhánh sông Yên
n–Lạc Thành: hệ số nhám nhánh sông Lạc Thành n–Yên: hệ số nhám nhánh sông Yên
I–Lạc Thành: độ dốc nhánh sông Lạc Thành I–Yên: độ dốc nhánh sông Yên
B–Lạc Thành: chiều rộng nhánh sông Lạc Thành B–Yên: chiều rộng nhánh sông Yên
Trong bảng 3.4 các phƣơng án hiệu chỉnh trong mô hình có thể áp dụng một trong các phƣơng án đã đƣợc đề ra hoặc kết hợp các phƣơng án trong cùng một trƣờng hợp.
Nếu mực nƣớc tại Ái Nghĩa và Cẩm Lệ đều thiên cao hơn so với thực tế thì chứng tỏ rằng lƣu lƣợng từ Vu Gia phân lƣu sang nhánh sông Lạc Thành nhỏ hơn so với thực tế. Để giảm mực nƣớc tại Ái Nghĩa và mực nƣớc tại Cẩm Lệ ta có thể chọn một phƣơng án hoặc kết hợp các phƣơng án hiệu chỉnh sau: giảm hệ số nhám đoạn sông Lạc Thành, tăng độ dốc đoạn sông này. Bề rộng của nhánh sông Lạc Thành cũng có thể cho phép đƣợc mở rộng. Tuy nhiên tăng bề rộng của nhánh sông cũng chỉ trong mức độ cho phép. Việc tăng bề rộng không thể điều chỉnh quá nhiều.
Tƣơng tự với các trƣờng hợp khác, các phƣơng án hiệu chỉnh cũng đƣợc chọn để điều chỉnh sao cho mực nƣớc tại 2 trạm này có sự phù hợp giữa tính toán và thực đo.
Bộ thông số thu đƣợc trong quá trình hiệu chỉnh sẽ đƣợc dùng để áp dụng trong kiểm tra cho toàn bộ mô hình.
Mô hình thủy lực mạng sông Vu Gia – Hàn đƣợc hiệu chỉnh theo các số liệu thực đo mùa lũ năm 2006 và 2007 tại các trạm thủy văn Thạnh Mỹ, Hội Khách, Ái Nghĩa và Cẩm Lệ.
a. Số liệu đầu vào
Về mặt hình học, các nhánh sông của hệ thống sông Vu Gia – Hàn đã đƣợc thiết lập với các số liệu đo đạc đƣợc cung cấp bởi [10], [11] và các đợt khảo sát của Viện Công nghệ môi trƣờng.
Trạm thủy văn Thạnh Mỹ là biên đầu vào lƣu lƣợng. Số liệu thực đo là lƣu lƣợng nƣớc tại trạm theo những mốc thời gian khác nhau là 1h, 2h, 3h, 6h. Nhƣng do đặc thù của mô hình tính toán cần số liệu lƣu lƣợng đo theo chu kỳ 1h nên số liệu thực đo đã đƣợc xử lý nội suy để có đƣợc dạng số liệu nhƣ mong muốn. Hình 3.7 và hình 3.8 dƣới đây thể hiện lƣu lƣợng đầu vào của mô hình tại Thạnh Mỹ tƣơng ứng năm 2006 và 2007.
Các biên tính toán khác nhƣ: biên lƣu lƣợng vào sông Kone, sông Bung, sông Túy Loan đƣợc lấy từ kết quả tính toán thủy văn.
Biên cửa Hàn chọn là biên mực nƣớc lấy từ số liệu tại trạm hải văn Sơn Trà. Số liệu mực nƣớc đƣợc xử lý theo từng giờ trong năm 2006, 2007. Hình 3.9 và hình 3.10 thể hiện mực nƣớc đã đƣợc xử lý cho tƣơng ứng năm 2006, 2007.
Hình 3.8: Biên lưu lượng tại trạm đo Thạnh Mỹ năm 2007 để hiệu chỉnh mô hình
Hình 3.10: Biên mực nước tại cửa Hàn năm 2007 để hiệu chỉnh mô hình b. Kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình
Kết quả tính toán hiệu chỉnh đƣợc so sánh với số liệu lũ thực đo của năm 2007 tại các trạm thủy văn: Thạnh Mỹ, Hội Khách, Ái Nghĩa, Cẩm Lệ.
Hình 3.12: Mực nước thực đo và tính toán tại trạm đo Hội Khách năm 2007
Hình 3.14: Mực nước thực đo và tính toán tại trạm đo Cẩm Lệ năm 2007
Hình 3.11 và hình 3.12 cho thấy mực nƣớc tính toán theo mô hình HEC – RAS gần sát với mực nƣớc thực đo tại các trạm thủy văn Thạnh Mỹ và Hội Khách cả về pha và biên độ. Tại Hội Khách và Cẩm Lệ (hình 3.13, hình 3.14), về pha tuy có sự phù hợp nhƣng chênh lệch giữa mực nƣớc thực đo và tính toán lại khá lớn.
Tại Ái Nghĩa (hình 3.13), mực nƣớc tính toán theo mô hình cao hơn mực nƣớc thực tế tại mọi thời điểm tính toán. Tại trạm này mực nƣớc thiên cao hơn so với thực tế. Tại Cẩm Lệ (hình 3.14) mực nƣớc tính toán theo mô hình thấp hơn so với mực nƣớc thực đo tại đỉnh lũ tháng 10, ngày 11 tháng 11, tháng 12 năm 2007. Các đỉnh lũ nhỏ khác tuy tính toán cao hơn so với thực tế nhƣng phía chân lũ lại thấp hơn nhiều. Nhƣ vậy, tại trạm này mực nƣớc là thiên thấp hơn so với thực tế.
Để điều chỉnh phù hợp giữa thực đo và tính toán theo mô hình, cần giảm mực nƣớc tính toán tại trạm Ái Nghĩa và tăng mực nƣớc tính toán tại trạm Cẩm Lệ. Dựa trên các phƣơng án hiệu chỉnh đƣa ra trong bảng 3.4, hệ số nhám, độ dốc và chiều rộng của các nhánh sông: sông Yên, sông Lạc Thành đã đƣợc điều chỉnh lại. Hệ số nhám của nhánh sông Yên giảm, độ dốc và bề rộng của nhánh sông tăng thêm.
Sau một số lần hiệu chỉnh đã cho kết quả khá tốt cả về pha và biên độ tại 2 trạm đo này.
Hình 3.15 và hình 3.16 dƣới đây đƣa ra kết quả so sánh giữa mực nƣớc tính toán từ mô hình HEC – RAS và mực nƣớc thực đo tại 2 trạm thủy văn Ái Nghĩa và Cẩm Lệ sau khi đã đƣợc điều chỉnh.
Hình 3.15: Mực nước thực đo và tính toán tại trạm đo Ái Nghĩa năm 2007 (sau khi được hiệu chỉnh)
Hình 3.16: Mực nước thực đo và tính toán tại trạm đo Cẩm Lệ năm 2007(sau khi được hiệu chỉnh)
Sai số của mô hình đƣợc đánh giá theo hệ số Nash – Sutcliffe. Hệ số này đƣợc xác định nhƣ sau: N i N N ci i i Q Q Q Q Q Q Nash 1 2 1 1 2 2 Trong đó:
Qi: giá trị của thông số thực đo thực đo tại thời điểm i
Q: Giá trị trung bình của thông số độ thực đo
Qci: giá trị của thông số tính toán tại thời điểm i N: Số số liệu quan trắc sử dụng để hiệu chỉnh
Thông thƣờng, nếu hệ số Nash 0.75 thì kết quả hiệu chỉnh là chấp nhận đƣợc. Bảng 3.5 dƣới đây đƣa ra giá trị hệ số Nash ứng với lần thay đổi đầu tiên và lần cuối cùng các thông số trong mô hình.
Kết quả cho thấy hệ số Nash tại 2 trạm đều tăng sau mỗi lần hiệu chỉnh các thống số của mô hình. So với các thông số đƣợc lựa chọn lần đầu, tại trạm Ái Nghĩa trị số này tăng từ gần 0.6 lên đến 0.91. Tại trạm Cẩm Lệ năm tuy chỉ đạt giá trị 0.7 cho lần hiệu chỉnh cuối cùng là thấp nhƣng xét về pha dao động và giá trị đỉnh lũ thì kết quả trên có thể đƣợc chấp nhận. Trị số này tại đây thấp đƣợc giải thích là do mực nƣớc ở đây dao động mạnh vì ảnh hƣởng của triều và dòng chảy trên sông Túy Loan – tại đây không có các số liệu quan trắc trong thời gian hiệu chỉnh.
Bảng 3.5: Hệ số Nash ứng với lần đầu, cuối thay đổi thông số
Vị trí Sông Hệ số Nash
Đổi thông số lần đầu Đổi thông số lần cuối
Ái Nghĩa Vũ Gia 0.589 0.91
Cẩm Lệ Yên 0.593 0.705
Kết quả hiệu chỉnh mô hình cho mùa lũ năm 2006 đƣợc chỉ ra trong các hình từ hình 3.17 đến hình 3.19 dƣới đây.
Hình 3.17: Mực nước thực đo và tính toán tại trạm đo Thạnh Mỹ năm 2006
Hình 3.19: Mực nước thực đo và tính toán tại trạm Ái Nghĩa năm 2006
Sai số giữa mô hình và số liệu thực đo đƣợc trình bày trong bảng 3.6. Hệ số Nash cho từng điểm quan trắc đƣợc đƣa ra trong bảng 3.7.
Bảng 3.6: Kết quả mực nƣớc tính toán và thực đo lũ chính vụ tại một số vị trí Năm Vị trí Sông Hthực đo max
(m) Hmô phỏng max (m) Sai số (m) 2006 Thạnh Mỹ Vũ Gia 22.84 22.94 0.01 Hội Khách Vũ Gia 17.01 17.15 0.14
Ái Nghĩa Vũ Gia 9.75 9.61 0.14
Cẩm Lệ Vũ Gia (Yên) 1.53 1.7 0.17
2007
Thạnh Mỹ Vũ Gia 24.72 24.65 0.07
Hội Khách Vũ Gia 18.97 19.08 0.11
Ái Nghĩa Vũ Gia 10.36 9.98 0.38
Cẩm Lệ Vũ Gia (Yên) 4.4 4.5 0.1
Bảng 3.7: Hệ số Nash-Sutcliffe cho các điểm quan trắc mực nƣớc giai đoạn hiệu chỉnh mô hình.
Năm hiệu chỉnh Điểm quan
trắc Hệ số Nash Sai số đỉnh lũ (%) 2006 Thạnh Mỹ 0.938 0.7 Hội Khách 0.870 3.762 Ái Nghĩa 0.910 3.487 Cẩm Lệ 0.705 0.83 2007 Thạnh Mỹ 0.951 8.374 Hội Khách 0.957 1.634 Ái Nghĩa 0.803 5.502 Cẩm Lệ 0.897 2.42
Từ kết quả hiệu chỉnh mô hình có thể thấy mực nƣớc đƣợc tính toán bởi mô hình phù hợp tốt với mực nƣớc thực đo về cả đỉnh và pha. Tại Cẩm Lệ do ảnh hƣởng của triều, mực nƣớc dao động mạnh ở chân lũ. Tại đây có sự sai khác giữa mực nƣớc do mô hình tính toán và mực nƣớc thực đo tuy nhiên sự phù hợp về đỉnh lũ vẫn có kết quả tốt.
Nhƣ vậy bộ thông số thu đƣợc trong quá trình hiệu chỉnh dựa trên việc hiệu chỉnh tỷ lệ phân lƣu sẽ đƣợc áp dụng để kiểm tra mô hình cho mùa lũ năm 1999 và 2009.