Mô hình Mike 11 với các module HD (thủy động lực), AD (tải khuyếch tán), WQ (chất lượng nước), EU (phú dưỡng), ST (truyền tải bùn cát) có khả năng ứng dụng rộng rãi, giải quyết được hầu hết các bài toán một chiều (1D) trong sông.
- Các công trình được mô phỏng trong Mike 11:
• Đập (đập đỉnh rộng, đập tràn).
• Cống (cống hình chữ nhật, cống tròn).
• Bơm
• Hồ chứa
• Công trình điều tiết
• Cầu
- Các ứng dụng liên quan đến module Mike 11 – HD:
• Dự báo lũ và vận hành hồ chứa
• Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ
• Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát nước bề mặt
• Thiết kế các hệ thống kênh dẫn
• Nghiên cứu sóng triều và dâng nước do mưa ở sông và cửa sông.
- Các ứng dụng liên quan đến module Mike 11 – HD: Dự báo lũ và vận hành hồ chứa, các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ, vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát nước bề mặt, thiết kế các hệ thống kênh dẫn, nghiên cứu sóng triều và dâng nước do mưa ở sông và cửa sông. Module Mike 11 – HD : có thể trao đổi dữ liệu hai chiều giữa MIKE 11 và ArcGis. Dữ liệu được khai thác từ mạng lưới sông, khu vực- đường cong độ cao và mặt cắt ngang cấu hình từ độ cao kĩ thuật số (DEM). Xây dựng một mặt lưới nước và so sánh trên dữ liệu này với DEM để tạo độ sâu ngập lụt và thời gian dựa trên thông tin riêng từ MIKE 11.
2.4.4. Ứng dụng Arc Gis
• Chức năng cơ bản của GIS.
+ Quản lý dữ liệu.
+ Xử lý và phân tích dữ liệu. + Xuất và trình bày dữ liệu.
Phần mềm ArcGIS.
Phần mềm ArcGIS là phần mềm ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý của Viện nghiên cứu hệ thống môi trường (ESRI). Bộ phần mềm ArcGIS của ESRI có khả năng khai thác hết chức năng GIS trên các ứng dụng khác nhau như : desktop, máy chủ ( bao gồm Web), hoặc hệ thống thiết bị di động.
Hệ phần mềm ArcGIS cung cấp những công cụ rất mạnh để quản lý và cập nhật, phân tích thông tin tạo nên một hệ thống thông tin địa lý hoàn chỉnh.
Chức năng của ArcGIS.
- Tạo và chỉnh sửa dữ liệu thích hợp (dữ liệu không gian thích hợp với giữ liệu thuộc tính).
- Truy vấn dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng nhiều cách khác nhau.
- Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian kết hợp với dữ liệu thuộc tính.
CHƯƠNG III
THIẾT LẬP MÔ HÌNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT VÙNG HỒ LẮK – BUÔN TRẤP
3.1. Thiết lập sơ đồ tính toán thủy lực cho mạng lưới sông Srêpôk vùng hồ Lắk – Buôn Trấp.
3.1.1. Sơ đồ mạng lưới sông.
... Sơ đồ tính toán thủy lực cho hệ thống sông khu vực hồ Lắk – Buôn Trấp trên lưu vực sông Srêpôk rất phức tạp. Địa hình thì bị chia cắt, chênh lệch độ cao giữa các khu vực, chênh cao giữa bờ sông và bãi bên sông cũng rất lớn. Hệ thống sông có nhiều nhánh nối với nhau, có nhiều thác và ghềnh đổ vào các nhánh sông, 1 số đập được xây dựng và có nhiều biên nhập lưu trên các nhánh sông. Khi có lũ lớn tràn về do nước từ các nhánh sông, các dãy núi và cao nguyên đổ xuống làm mực nước trên các nhánh sông chảy qua vùng đồng bằng hạ du đều tràn bờ, nước lũ không chỉ chảy qua các nhánh sông mà còn chảy tràn qua các ô ruộng tạo nhiều hướng thoát lũ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sơ đồ tính toán bắt đầu từ các nhánh sông Krông Buk, Krông Pach, Krông Bông chảy vào nhánh sông Krông Ana. Nhánh sông Krông No hợp lưu với nhánh sông Krông Ana rồi đổ vào sông Srêpôk. Các biên trên là lưu lượng thực đo tại trạm Krông Buk gần sông Krông Buk, trạm Đức Xuyên trên sông Krông Nô và lưu lượng trên nhánh sông Krông Pach và Krông Bông. Ngoài các sông chính trong sơ đồ còn có các nhánh phụ, ở vùng đồng bằng giữa các nhánh sông là hệ thống các ô ruộng kế tiếp nhau, ngăn cách bởi bờ các kênh. Biên dưới là quá trình mực nước tại trạm Cầu 14 trên sông Srêpôk. Ngoài ra còn có các biên nhập lưu tại các khu giữa trên hệ thống sông.
Quan hệ ruộng – sông: hiện tại hệ thống sông Srêpôk hầu như không có hệ thống bờ bao để chống lũ nhỏ do vậy trong mùa lũ đặc biệt là trong trận lũ lớn, nước lũ dâng lên tràn bờ chảy tràn lan vào toàn bộ vùng hạ du, mức độ ngập rộng hẹp, nông sâu phụ thuộc hoàn toàn vào quy mô từng trận lũ. Các vùng ngập lũ ở đây hầu như mang tính chất trữ nước. Khi lũ lên tràn bờ thì chứa nước đến khi mực nước lũ ngoài sông hạ thấp thì nước lại chảy trở lại sông để thoát ra về phía hạ lưu.
Hình 3-1: Sơ đồ thủy lực hệ thống sông khu vực hồ Lắk-Buôn Trấp trong MIKE 11.
• Tài liệu địa hình lòng dẫn sông:
Căn cứ vào phương pháp tính toán sẽ sử dụng, mạng sông tính toán sẽ sử dụng tài liệu địa hình lòng dẫn sông hiện có trong lưu vực Srêpôk như sau:
o Tài liệu địa hình do Viện Quy hoạch Thuỷ lợi đo năm 1988 theo hệ cao độ
Quốc gia.
- Trắc dọc và trắc ngang sông Krông Ana đoạn từ Giang Sơn đến ngã ba Quỳnh Ngọc.
- Trắc dọc và trắc ngang sông Krông Knô đoạn từ Chư Bông Krong đến ngã ba Quỳnh Ngọc.
- Trắc dọc và trắc ngang sông Srêpôk từ ngã ba Quỳnh Ngọc tới Cầu 14.
o Tài liệu địa hình do Sở Thủy lợi Đak Lak (Nay là Sở NN và PTNT) đo năm
1992 bao gồm đo theo hệ cao độ Quốc gia.
- Trắc dọc và trắc ngang sông Krông Ana đoạn từ ngã ba sông Krông Pach tới Giang Sơn
- Trắc dọc và trắc ngang sông Krông Knô đoạn từ Đức Xuyên tới Chư Bông Krong.
- Trắc dọc và trắc ngang sông Krông Pach đoạn từ tuyến đập hồ Krông Pach xuống tới ngã ba sông Krông Ana.
- Trắc dọc và trắc ngang sông Krông Buk đoạn từ Cầu 42 xuống tới ngã ba sông Krông Pach.
Mạng sông lưu vực sông Srêpôk vùng hồ Lắk – Buôn Trấp được mô phỏng trong sơ đồ thủy lực bao gồm:
Bảng 3-1: Mạng sông được mô phỏng trong sơ đồ thủy lực.
Sốthứtự Tên sông Chiềudài (m)
1 Krong Buk 26200 2 Krong Pach 67850 3 Krong Ana 98789 4 Krông Knô 36480 5 Srêpôk 22360 6 Krong Bong 9590 7 LinkBauDai_BauDaiTrai 4000 8 LinkTria_BauDai 4000 9 LinkBuonDua_KrongDiet 4000 10 LinkKrongDiet_QuangDien1 1000 11 LinkTa2 1000 12 KenhNhanhBinhHoa 29295 13 26 nhánh sông nhỏ 500-900
Bảng 3-2: Các mặt cắt sông chính được mô phỏng trong sơ đồ thủy lực.
Sốthứtự Tênsông Sốmặtcắtngang
1 Krong Buk 8 2 Krong Pach 20 3 Krông Ana 37 4 Krông Knô 12 5 Srêpôk 25 6 Krong Bong 6
Hình 3-2 : Mặt cắt ngang sông phổ biến.
Mặt cắt ngang trên hệ thống sông Srêpôk gần như ở trạng thái hoàn toàn tự nhiên bao gồm phần lòng dẫn và phần bãi tràn, khi nước lũ lên cao sẽ tràn tự do vào các bãi tràn ven 2 bên bờ sông.
3.1.2. Sơ đồ tính toán.
Hình 3-3: Sơ đồ áp dụng mô hình vào bài toán.
Căn cứ vào mạng sông trong phạm vi nghiên cứu, tình trạng số liệu hiện có, sơ đồ tính toán thủy lực cho hệ thống sông được thiết lập như sau:
Biên trên: là quá trình lưu lượng thực đo theo giờ tại các trạm thủy văn trên hệ thống sông:
- Trạm thủy văn Krong Buk trên sông Krong Buk. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Lưu lượng trên nhánh sông Krong Pach và Krong Bong - Trạm thủy văn Đức Xuyên trên sông Krông Knô.
Biên dưới: là quá trình mực nước được đo đạc tại trạm thủy văn Cầu 14. Các biên nhập lưu gia nhập mạng sông tính toán:
Thu thập tài liệu
Tài liệu thủy văn Tài liệu mặt cắt ngang
Chọn các trận lũ để tính toán
Chỉnh lý số liệu mặt cắt
Thiết lập biên đầu vào mô
hình Lập sơ đồ thủy lực
Hiệu chỉnh và chọn bộ thông số tối ưu cho mô hình
Bảng 3-3: Các khu vực nhập lưu trên khu vực hồ Lắk-Buôn Trấp.
Sốthứtự Tên Tênsông Vịtrí (m)
1 KG-Krong Buk Krong Buk 24000
2 EAPAT Krong Pach 65000
3 Krong Bong Krong Bong 0
4 Krong Bong-Giang Son Krong Ana 4000
5 LakDlieng CuaLak 500
6 Buôn Tria Buôn Tria 500
7 KG Lak Krong Ana 66080
8 Đức Xuyên-Ngã 3 Krong No 2500
9 Ngã 3- Cầu 14 Srêpôk 15000
10 KG Srêpôk Srêpôk 18000
Ngoài các biên trên, trong hệ thống còn có khoảng hơn 4.000 km2 diện tích
lưu vực có các nhánh suối được đổ vào mạng sông. Các nhánh suối nhỏ sẽ được gộp chung lại một điểm gia nhập. Một số nhánh suối gia nhập chính được thống kê như sau:
- Trên nhánh Krông Pach từ tuyến Krông Pach trở xuống hạ lưu có các nhánh suối Ea dui, Ea Dram, Ea Pat, Ea Thu, Ea Dê, Ea Rơk, Ea Diê... với tổng diện tích khoảng 550km².
- Trên nhánh Krông Buk từ cầu 42 trở xuống hạ lưu có các suối Ea Phê, Ea
Kar, Ea Knăng, Ea Uy...Tổng diện tích khoảng 350km2. Nhánh Krông Bông
có diện tích lưu vực 808km2. Từ Krông Bông về tới Giang Sơn: Bao gồm các
nhánh suối Ea Krông Kma, Ea Sau Lang,...có tổng diện tích khoảng 780 km2.
Nhánh Lak Đak Liêng, Đak Phơi...có tổng diện tích khoảng 740 km2.
- Từ Lak về tới hợp lưu sông Srêpôk có các nhánh suối Krông Diết, Ea Pour, (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Krông Prum, Ea Tul....có tổng diện tích lưu vực khoảng 140 km2. Từ Đức
Xuyên về tới hợp lưu Srêpôk có các nhánh suối Đak Pri, Đak Drouk, Ea
Snô...với tổng diện tích lưu vực khoảng 800km2.
3.1.3. Xây dựng ô chứa.
Đối với lũ sông Srêpôk, do dọc hai bên sông có các bãi tràn tự nhiên hầu như không có đê bao, khi lũ lên cao sẽ tràn tự do vào các bãi dọc hai bên sông. Các bãi này ngoài khả năng trữ nước còn có khả năng chuyển nước. Bởi vậy lòng sông và các bãi ngập lũ được tách riêng rẽ nhau, các bãi ngập lũ này được nối với nhau và nối với các mặt cắt ngang sông bởi các kênh nhánh.
Các bãi ngập lũ trên khu vực hồ Lắk-Buôn Trấp được mô hình hóa thành 16 ô ruộng được nối với nhau và nối với các mặt cắt ngang sông bởi các kênh nhánh.
Diện tích các ô chứa chiếm hơn 60% diện tích lưu vực tính toán nên ảnh hưởng lớn đến kết quả tính toán thủy lực cũng như tính toán diện tích ngập lụt trên lưu vực sông Srêpôk vùng hồ Lắk-Buôn Trấp.
Tính toán:
• Sử dụng mô hình HEC-GeoRAS là một phần mở rộng của ArcMap. Đầu vào
là DEM 30, mạng lưới sông, bản đồ đường giao thông, bản đồ lưu vực sông Srêpôk. Sử dụng tool editor -> start editing xây dựng các ô chứa.
• Khởi tạo storageAreas trong Hec-GeoRAS và tính toán, kết quả được xuất
dưới dạng dữ liệu GIS.
• Dữ liệu GIS được đọc bằng phần mềm HEC-RAS, ta sẽ có được quan hệ
Elevation và Volume(1000m3) của các khu chứa.
Hình 3-4: Các ô chứa khu vực hồ Lắk-Buôn Trấp trên lưu vực sông Srêpôk.
Xác định vị trí nhận nước của các khu chứa trên lưu vực.
Bảng 3-4: Các ô chứa và các vị trí nhận nước trên sông.
chứa
(ID) (m)
chứa
(ID) (m)
1 21 Krong No 28211.616 9 34 Krong Ana 88048.092
2 22 Krong Ana 94020.682 10 35 Krong Ana 87003.277
3 23 Krong No 32576.751 11 41 Krong Ana 59695.613
4 24 Krong Ana 90519.164 12 42 Krong Ana 22294.053
5 26 Krong Ana 85411.211 13 43 Krong Ana 46549.039
6 29 Krong Ana 80023.255 14 44 Krong Ana 9874.6921
7 30 Krong Ana 69347.091 15 45 Krong Ana 82487.891
8 33 Krong Ana 97360 16 46 Krong Ana 13272.292
3.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.1. Mô hình NAM .
• Số liệu để mô phỏng mô hình.
- Số liệu mưa ngày của trạm Giang Sơn, Đức Xuyên, Cầu 14, Buôn Hồ, Đoàn Kết, Dak Mil, Buôn Ma Thuột, Dak Nong, Krong Buk và các trạm và lưu vực lân cận.
- Số liệu bốc hơi tiềm năng để chuyển đổi thành giá trị ngày.
- Số liệu lưu lượng thực đo tại các trạm Giang Sơn, Đức Xuyên, Cầu 14 và Bản Đôn, Krong Buk, Buôn Hồ.
• Mục đích mô phỏng.
- Tạo số liệu dòng chảy cho các lưu vực, các khu vực nhập lưu vào lưu vực tính toán.
- Truy xuất được dữ liệu lưu lượng để nhập vào các biên nhập lưu trong mô hình mike 11.
Hình 3-5: Các lưu vực cần tính toán dòng chảy bằng mô hình NAM.
Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình Nam cho lưu vực nghiên cứu.
Số liệu mưa, bốc hơi và lưu lượng dòng chảy được sử dụng để hiệu chỉnh mô hình từ 1977 đến 1992 và kiểm định từ 1993 đến 2003.
Hình 3-7: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Giang Sơn (1993 – 2003) Bảng 3-5: Bộ thông số mô hình của lưu vực Giang Sơn.
Thôngsốdòngchảymặtvàsátmặt
Lưu vực Giang Sơn
Umax Lmax CQOF CKIF CK1,2 TOF TIF
11,8 162 0,486 383,8 49,4 0,94 0,0709
Thông sốvềlượnggianhậpnướcngầm
Lưu vực Giang Sơn
TG CKBF Cqlow Cklow
0,119 1268 30 2723
Điềukiệnbanđầu
Lưu vực Giang Sơn
U/Umax L/Lmax QOF QIF BF
Hình 3-8: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại trạm Đức Xuyên (1978 – 1992)
Hình 3-9: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Đức Xuyên (1993 – 2003) Bảng 3-6: Bộ thông số mô hình của lưu vực Đức Xuyên.
Thôngsốdòngchảymặtvàsátmặt
Lưu vực Đức Xuyên
Umax Lmax CQOF CKIF CK1,2 TOF TIF
10,1 103 0,473 360 38,8 0,798 0,0175
Thông sốvềlượnggianhậpnướcngầm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lưu vực Đức Xuyên
TG CKBF Cqlow Cklow
0,0106 2270 7,7 7190
Điềukiệnbanđầu
Lưu vực Đức Xuyên
U/Umax L/Lmax QOF QIF BF
0,5 0,5 30 20 10
Hình 3-11: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Cầu 14 (1993 –2003) Bảng 3-7: Bộ thông số mô hình của lưu vực Cầu 14.
Thông số dòng chảy mặt và sát mặt
Lưu vực Cầu 14
Umax Lmax CQOF CKIF CK1,2 TOF TIF
12,3 182 0,277 336,4 49,5 0,865 0,0164
Thông số về lượng gia nhập nước ngầm
Lưu vực Cầu 14
TG CKBF Cqlow Cklow
0,00227 2000 30 27230
Điều kiện ban đầu
Lưu vực Cầu 14
U/Umax L/Lmax QOF QIF BF
0,7 0,7 60 30 10
Để đánh giá kết tính toán và mô phỏng của mô hình thì tại các nút kiểm tra của mô hình tiến hành tính toán đánh giá sai số giữa kết quả tính toán từ mô hình với kết quả thực đo dựa trên chỉ tiêu Nash:
Nash = 1- ∑ ∑ = = − − n i i tdoTB i tdo n i i tt i tdo Q Q Q Q 1 2 1 2 ) ( ) ( Trong đó: Qtt
i : là lưu lượng tính toán tại thời điểm i
Qtđ
i : là lưu lượng thực đo tại thời điểm i
td
Q : là giá trị trung bình của chuỗi số liệu trung bình thực đo
Bảng 3-8: Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mưa - dòng chảy
Lưu vực Tên trạm
Chỉ số Nash (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lưu vực Giang Sơn Giang Sơn 0,724 0,784
Lưu vực Đức Xuyên Đức Xuyên 0,730 0,702
Lưu vực Cầu 14 Cầu 14 0,808 0,678
Nhìn vào đồ thị hiệu chỉnh và kiểm định các năm trên các trạm thủy văn có thể nhận thấy kết quả tính toán và thực đo là tương đối chính xác. Lưu lượng đỉnh lũ đo được và tính toán là chênh lệch nhau không đáng kể, theo từng năm khác nhau thì có sự sai lệch khác nhau. Hâu hết kết quả tính toán đều thấp hơn kết quả thực đo, các đỉnh lũ tính toán được thường thấp hơn kết quả thực đo.
Chỉ số Nash được tính toán gần như đều > 0,7. Riêng trường hợp lưu vực Cầu 14 chỉ số Nash=0,678 là do đỉnh lũ năm 2001 có sự sai lệch lớn giữa lưu lượng tính toán và thực đo. Nhưng có thể tạm chấp nhận để tính toán tiếp. Vì vậy