3.1.2.1. Yêu c u s li u đ u vào S li u v th i gian
S li u khí t ng bao g m nhi t đ không khí (t i cao, t i th p), t c đ gió, b c x , đ m t ng đ i, đ m tuy t đ i, l ng m a trung bình ngày.
S li u thu v n: l u l ng trung bình ngày .
S li u bùn cát: l u l ng vƠ t ng l ng bùn cát ngƠy, tháng.
S li u v không gian
B n đ đ a hình l u v c sông
B n đ m ng l i sông su i vƠ h th ng l i tr m đo khí t ng thu v n.
i v i l u v c sông Gơm ph n lưnh th Vi t Nam:
B n đ s d ng đ t (landuses) l y theo hi n tr ng r ng 2002 t l 1:100.000
B n đ đ t (soil map): L y theo b n đ t l 1:100.000 c a ch ng trình Atlat qu c gia.
B n đ đ a hình xơy d ng DEM d a trên c s DEM 90x90m c a M vƠ có b sung theo b n đ t l 1:50.000.
i v i l u v c sông Gơm ph n lưnh th Trung Qu c:
B n đ s d ng đ t l y theo b n đ s d ng đ t toƠn c u xơy d ng b i c quan thông tin đ a lý Nh t B n (GSI);
B n đ đ t: đ c trích d n t b n đ c s d li u b n đ đ t toƠn c u đ c xơy d ng b i FAO.
Các b n đ đ c chuy n v format c a ARCGIS d i d ng Grid ho c Shape. Các s li u khí t ng thu v n đ c đ a vƠo d i d ng
DataBase ho c file v n b n v i các c t s li u thích ng. Mô hình s hoá đ cao ph thu c vƠo m c đ chi ti t v đ cao c a b n đ đ a hình vƠ nh v y các thông s ph thu c đ a hình c a mô hình c ng có nh h ng theo.
D li u đ t vƠ s d ng đ t đ c k t h p t Atlas vƠ d li u t các ngu n GSI, FAO nh đư đ c p trên vƠ đ c đ a vƠo d i d ng raster.
3.1.2.2. Yêu c u s li u khí t ng th y v n
L u v c sông Gơm tính đ n Chiêm Hóa có t ng di n tích lƠ 16500 km2. Trên l u v c có 7 tr m đo m a vƠ khí t ng đ i di n cho các vùng đ tính toán. Chu i s li u khí t ng trung bình ngƠy th ng nh t l y t n m 1964 - 2008. Các tr m đo m a và khí t ng s d ng trong tính toán dòng ch y c a sông Gơm đ c th ng kê trong b ng 3.1
B ng 3.1: Các tr m đo m a và tr m khí t ng dùng trong tính toán mô hình SWAT trên l u v c sông Gâm
TT Tênătr m V ătrí Y uăt ăđo
V ăđ Kinhăđ M a Nhi tăđ ă m T căđ ăgió
1 ng V n 23017’ 105022’ 1959-2008 2 Yên Minh 23007’ 105008’ 1961-2008 3 B o L c 22057’ 105040’ 1961-2008 1961-2008 1961-2008 1961-2008 4 B c Mê 22044’ 105022’ 1961-2008 5 Ch Rư 22027’ 105043’ 1961-2008 6 Na Hang 22005’ 105016’ 1961-2008 7 Chiêm Hóa 22005’ 105016’ 1961-2008 1961-2008 1961-2008 1961-2008 Trên l u v c sông Gơm có 5 tr m th y v n, trong đó ch có tr m đo Chiêm Hóa có chu i s li u dòng ch y đ y đ t n m 1961 đ n nay. Các tr m B o L c, u ng, Thác H c có s li u đo t n m 1961 đ n n m 1976 thì d ng ho t đ ng. Tr m Kiên Ơi đo t n m 1973. Nh m ph c v tính toán cho mô hình SWAT, nghiên c u ch ti n hƠnh mô ph ng l u l ng t i các tr m th y v n trên sông chính lƠ tr m B o L c vƠ Chiêm Hóa.
B ng 3.2: Các tr m đo l u l ng trên l u v c sông Gâm tính đ n Chiêm Hóa
TT Tr m Sông di nătíchăl uăv c V ăđ Kinhăđ N măđoăđ c
1 B o L c Gâm 4060 22057' 105040' 1961-1976
2 Chiêm Hóa Gâm 16500 22005' 105106' 1959-2013
3 u ng N ng 1890 22027' 105034' 1956-1976 4 Kiên Ơi Ơi Th 359 22013' 105020' 1975-1984 5 Thác H c Ngòi Qu ng 664 22012' 105013' 1962-1976
Hình 3.1. B n đ l i tr m khí t ng th y v n trên l u v c sông Gâm đ n tr m
3.1.2.3. Phân chia l u v c tính toán
C n c vƠo m ng l i tr m th y v n vƠ b n đ đ a hình (DEM) trên l u v c sông gơm tính đ n tr m th y v n Chiêm Hóa, c ng nh nhu c u tính toán dòng ch y và bùn cát đ n h Tuyên Quang, mô hình SWAT chia l u v c sông Gơm thƠnh 11 l u v c con. Dòng ch y l u l ng vƠ bùn cát m i l u v c b ph n đ c tính toán d a trên m t tr m đo m ađ i bi u g n nh t (B ng 3.3) vƠ t đ ng đánh s nh sau:
Ti uăl uăv că1ăbaoăg m:
- L u v c 1:L u v c tr m th y v n B o L c trên sông Gơm;
- L u v c 2: L u v c sông Nho Qu ;
- L u v c 3: Khu gi a sông t tr m th y v n B o L c đ n ngư 3 nh p l u
c a sông Nho Qu vƠ sông Gơm;
- L u v c 4: Khu gi a t ngư 3 sông Nho Qu -sông Gơm đ n tr m khí t ng B c Mê;
Ti uăl uăv că2ăbaoăg m:
- L u v c 5: L u v c sông Ma tính đ n đo n nh p l u v i sông Gơm
Ti uăl uăv că3ăbaoăg m:
- L u v c 8: L u v c sông N ng tính đ n đo n nh p l u v i sông Gơm;
Ti uăl uăv că4ăbaoăg m:
- L u v c 6: Khu gi a t tr m khí t ng B c Mê đ n ngư 3 nh p l u sông
Ma vào sông Gâm;
- L u v c 7: Khu gi a t ngư 3 sông Ma- Gơm đ n ngư 3 sông N ng ậ Gâm;
- L u v c 9: Khu gi a t ngư 3 sông N ng ậ Gơm đ n tr m th y v n Na
Hang;
Ti uă l uă v că 5ă(bao g m các ti u l u v c khác d i h l u h Tuyên
Quang):
- L uv c 10: L u v c tr m th y v n Thác H c trên sông N ng;
- L u v c 11: Khu gi a t tr m th y v n Na Hang đ n tr m th y v n Chiêm
Hình 3.2. B n đ các l u v c b ph n trong mô hình SWAT B ng 3.3: Danh sách các l u v c và tr m m a đ i bi u t ng ng
Ti uăl uăv c Tr măm a Ti uăl uăv c Tr măm a
1 B o L c 7 B c Mê
2 Yên Minh 8 Ch Rư
3 B o L c 9 Na Hang
4 B c Mê 10 Na Hang
5 B c Mê 11 Chiêm Hóa
Nh n xét: Do sông Gơm n m trên lưnh th 2 Qu c gia nên vi c thu th p s li u t ng đ i khó kh n. c bi t lƠ vùng l u v c sông thu c lưnh th Trung Qu c, chi m đ n 40% di n tích l u v c, g n nh các s li u v khí t ng th y v n lƠ không th thu th p đ c. Các d li u đ t vƠ th m ph c ng ch có v i đ phơn gi i th p 1km x 1km. i u nƠy s d n đ n sai s không th tránh kh i trong vi c mô ph ng dòng ch y vƠ bùn cát. S li u bùn cát c ng khá h n ch v i duy nh t tr m Chiêm Hóa lƠ có s li u đ y đ t n m 1969 cho đ n nay. Do đó quá trình hi u ch nh ki m đ nh c ng t p trung t i 2 tr m B o L c vƠ Chiêm Hóa. Trong đi u ki n khó kh n v thu th p s li u nh trên, mô hình SWAT thi t l p cho l u v c sông Gơm tính đ n tr m th y v n Chiêm Hóa m c dù còn h n ch nh ng v n có th s d ng đ mô ph ng l u l ng vƠ bùn cát đ n cho h th y đi n Tuyên Quang.
3.1.3.Hi u ch nh và ki m đ nh mô hình
i v i hi u ch nh ki m đ nh, nghiên c u l a ch n hi u ch nh, ki m đ nh cho 2 tr m th y v n trên dòng chính sông Gơm lƠ B o L c vƠ Chiêm Hóa (B ng
3.4): B ng 3.4: Th i k hi u ch nh, ki m đ nh t i B o L c và Chiêm Hóa Tr m th y v n th i k hi u ch nh th i k ki m đ nh B o L c 1/1/1968-31/12/1973 1/1//1974-31/12/1976 Chiêm Hóa 1/1/1968-31/12/1989 1/1/1990-31/12/2003 a)K t qu hi u ch nh và ki m đ nh l u l ng dòng ch y:
K t qu hi u ch nh cho th y t ng đ i t t Chiêm Hóa, ch s Nash hi u ch nh vƠ ki m đ nh v i ch s Nash đ t trên 0.75. K t qu hi u ch nh tr m B o L c ch đ t 0.68 trong khi k t qu ki m đ nh đ t 0.73. Các hình lƠ đ ng quá trình tháng l u l ng th c đo vƠ tính toán t i 2 tr m.
B ng 3.5: Ch s Nash hi u ch nh ki m đ nh t i tr m B o L c và Chiêm Hóa
Tr m B oăL c Chiêm Hóa
Hi u ch nh 0.68 0.76 Ki m đ nh 0.73 0.75
Hình 3.3. ng quá trình l u l ng hi u ch nh và th c đo t i tr m B o L c
Hình 3.4. ng quá trình l u l ng ki m đ nh và th c đo t i tr m B o L c
Hình 3.6. ng quá trình l u l ng ki m đ nh và th c đo t i tr m Chiêm Hóa
b) K t qu hi u ch nh và ki m đ nh dòng ch y bùn cát trong sông
K t qu hi u ch nh, ki m đ nh l u l ng bùn cát t i tr m B o L c t ng đ i t t v i h s Nash hi u ch nh vƠ ki m đ nh đ u đ t trên 0.7.
K t qu hi u ch nh vƠ ki m đ nh dòng ch y bùn cát t i tr m Chiêm Hóa đ t l n l t lƠ 0.67 vƠ 0.64. M t s n m k t qu mô ph ng có xu h ng thiên bé, nh n m 1968, 1970.
B ng 3.6: Ch s Nash hi u ch nh ki m đ nh t i tr m B o L c và Chiêm Hóa
B o L c Chiêm Hóa Hi u ch nh 0.71 0.67 Ki m đ nh 0.79 0.64
Hình 3.7. ng quá trình t ng l ng bùn cát tháng hi u ch nh và th c đo t i tr m B o L c
Hình 3.8. ng quátrình t ng l ng bùn cát tháng ki m đ nh và th c đo t i tr m B o L c Hình 3.9. ng quá trình t ng l ng bùn cát tháng hi u ch nh và th c đo t i tr m Chiêm Hóa Hình 3.10. ng quá trình t ng l ng bùn cát tháng ki m đ nh và th c đo t i tr m Chiêm Hóa T ng ăl ng ăb ùn ăc át ă(t n) T ng ăl ng ăb ùn ăc át ă(t n)
Nh n xét: Do đ c đi m đ a hình l u v c sông Gơm, h n ch trong vi c thu th p s li u vƠ thi t l p mô hình g p m t s khó kh n d n đ n h n ch trong vi c hi u ch nh vƠ ki m đ nh mô hình đ c bi t lƠ hi u ch nh bùn cát. K t qu hi u ch nh vƠ ki m đ nh cho l u l ng dòng ch y ngƠy t i 2 tr m B o L c vƠ Chiêm Hóa khá t t v i giá tr Nash đ u đ t trên 0,7. K t qu mô ph ng dòng ch y bùn cát tháng B o L c đ t trên 0,7. K t qu mô ph ng dòng ch y bùn cát tháng cho 35 n m Chiêm Hóa đ t trên 0.65. Nh v y, k t qu mô ph ng t ng đ i đ t, có th s d ng đ mô ph ng dòng ch y l u l ng vƠ bùn cát đ n h th y đi n Tuyên Quang
3.2. Thi tăl pămôăhìnhăMikeă11ăd ătínhăb iăl ngăh ăTuyênăQuang
3.2.1.Gi i thi u mô hình
MIKE 11, do DHI Water & Environment phát tri n, lƠ m t gói ph n m m dùng đ mô ph ng dòng ch y/ l u l ng, ch t l ng n c vƠ v n chuy n bùn cát các c a sông, sông, kênht i vƠ các v t th n c khác.
MIKE 11 lƠ công c l p mô hình đ ng l c, m t chi u trong kênh h , bưi ven sông, vùng ng p l vƠ mô hình thơn thi n v i ng i s d ng nh m phơn tích chi ti t, thi t k , qu n lý vƠ v n hƠnh cho sông vƠ h th ng kênh d n đ n gi n vƠ ph c t p. MIKE 11 cung c p m t môi tr ng thi t k h u hi u v k thu t công trình, tƠi nguyên n c, qu n lý ch t l ng n c vƠ các ng d ng quy ho ch.
c tr ng c b n c a h th ng l p mô hình MIKE 11 lƠ c u trúc mô-đun t ng h p v i nhi u lo i mô-đun đ c thêm vƠo m i mô ph ng các hi n t ng liên quan đ n h th ng sông.
H ph ng trình s d ng trong mô hình lƠ h ph ng trình Saint Venant đ c vi t ra d i d ng th c hƠnh cho bƠi toán m t chi u không gian, t c quy lu t di n bi n c a đ cao m t n c vƠ l u l ng dòng ch y d c theo chi u dƠi dòng sông kênh vƠ theo th i gian. H g m hai ph ng trình lƠ ph ng trình liên t c vƠ ph ng trình đ ng l ng: ph ng trình liên t c, ph ng trình đ ng l ng.
-D báo l vƠ v n hƠnh h ch a;
-Các ph ng pháp mô ph ng ki m soát l ; -V n hƠnh h th ng t i vƠ tiêu thoát b m t; -Thi t k các h th ng kênh d n;
Các công trình đ c mô ph ng trong MIKE 11 bao g m: p đ nh r ng, đ p trƠn; C ng (c ng hình ch nh t, hình tròn...); B m; H ch a; Công trình đi u ti t; Môdun c u.
Ph ng trình c b n c a mô hình đ tính toán cho tr ng h p dòng ch y không n đ nh lƠ ph ng trình liên t c vƠ ph ng trình đ ng l ng (h ph ng trình Sanit Venant) v i các gi thi t ch t l u không nén đ c vƠ đ ng nh t, dòng ch y ch y u lƠ m t chi u, đ d c đáy nh , các thông s m t c t ngang ít bi n đ ng theo chi u d c, phơn b áp su t th y t nh cho ph ng trình liên t c (b o toƠn kh i l ng) vƠ ph ng trình đ ng l ng (b o toƠn đ ng l ng) Ph ng trình liên t c: Q A q x t Ph ng trình đ ng l ng: 0 ) ( 2 2 RA C Q Q g x h gA A Q x t Q Trong đó:
B: Chi u r ng m t n c th i đo n tính toán (m) h: Cao trình m c n c th i đo n tính toán (m) t: Th i gian tính toán (giơy)
Q: L u l ng dòng ch y qua m t c t (m3/s) X: Không gian (d c theo dòng ch y) (m)
: H s phơn b l u t c không đ u trên m t c t A: Di n tích m t c t t (m2)
q: L u l ng ra nh p d c theo đ n v chi u dƠi (m3/s) C: H s Chezy, đ c tính theo công th c:
y R n C 1 n: H s nhám R: Bán kính thu l c (m) Y: H s , theo Maninh y=1/6 g: Gia t c tr ng tr ng = 9,81 m/s2
: H s đ ng n ng
Trong MIKE 11, các ph ng trình Saint Venant đ c gi i b ng cách dùng l c đ sai phơn h u h n 6 đi m n lƠ Abbott- Inoescu. Trong l c đ nƠy, các c p m c n c vƠ l u l ng d c theo các nhánh sông đ c tính trong m t h th ng các đi m l i xen k nh trong hình sau:
Hình 3.11. S đ các đi m l i xen k
Mô hình Mike 11 cho phép ng i s d ng mô ph ng v n chuy n bùn cát theo t ng l ng bùn cát ho c theo t ng thƠnh ph n bùn cát l l ng vƠ bùn cát đáy. Các mô hình v n chuy n bùn cát đ c tích h p trong Mike 11 đ c chia ra lƠm 3 nhóm:
-Mô hình v n chuy n t ng l ng bùn cát bao g m: mô hình c a Engelund - Hansen; Ackers - While; Smart - Jaeggi;
-Mô hình v n chuy n bùn cát đáy: Engelund - Hansen, Van Rijin, Meyer Peter - Muller, Sato - Kikkawa - Ashida, Ashida - Takahashi - Mizuyama;