Hai trạm thuỷ văn cần khôi phục số liệu là trạm thuỷ văn Ba Thá nằm trên sông Đáy và trạm Hưng Thi trên sông Bôi. Đặc điểm lưu vực của hai con sông này tương đối phù hợp để áp dụng mô hình mưa rào dòng chảy.
a.Yêu cầu về số liệu
Đối với mô hình mưa dòng chảy NAM, các số liệu yêu cầu phục vụ cho mô hình bao gồm:
Số liệu khí tượng
Số liệu khí tượng bao gồm số liệu mưa và bốc hơi được dùng để phục vụ cho mô hình tính toán mưa – dòng chảy (NAM). Các số liệu khí tượng có đóng vai trò làm biên đầu vào trong mô hình. Các trạm đo mưa và bốc hơi sử dụng trong tính toán dòng chảy trên 2 lưu vực nói trên được liệt kê trong Bảng 3.1. Số liệu mưa, bốc hơi và lưu lượng dòng chảy được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình là số liệu mưa giờ từ ngày 31/8/1973 đến 9/9/1973.
Số liệu lưu lượng
Số liệu lưu lượng tại vị trí mặt cắt cửa ra của lưu vực được dùng để hiệu chỉnh và kiểm nghiệm trong mô hình mưa - dòng chảy. Các trạm đo lưu lượng sử
43
dụng trong hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình mưa dòng chảy trên 2 lưu vực nói trên được liệt kê trong Bảng 3.2.
Bảng 3.1: Các trạm mưa được sử dụng để tính toán dự báo thuỷ văn cho các
trạm thượng nguồn hệ thống sông Đáy, sông Hoàng Long
Lưu vực Vị trí cửa ra Diện tích (km2) Trạm bốc hơi sử dụng Trạm mưa sử dụng Thượng nguồn
sông Hoàng Long
Trạm TV
Hưng Thi 764 Nho Quan Hưng Thi
Thượng nguồn sông Đáy
Trạm TV
Ba Thá 1416 Ba Thá Ba Thá
Bảng 3.2: Các trạm mưa được sử dụng để tính toán dự báo thuỷ văn cho các trạm thượng nguồn hệ thống sông Đáy, sông Hoàng Long
Lưu vực Vị trí
cửa ra
Diện tích (km2)
Trạm đo lưu lượng sử dụng
Sông Bôi Trạm TV Hưng Thi 764 Hưng Thi
Thượng sông Đáy Trạm TV
Ba Thá 1416 Ba Thá
b. Áp dụng mô hình NAM vào khu vực nghiên cứu
Tuần tự các bước chuẩn bị để áp dụng mô hình NAM vào lưu vực nghiên cứu bao gồm các bước:
- Từ bản đồ địa hình và vị trí mặt cắt cửa ra của lưu vực, xác định vị trí và diện tích các lưu vực cần tính toán.
Sau khi chuẩn bị các bước cần thiết chuẩn bị cho mô hình, quá trình sử dụng mô hình MIKE-11 phần mưa -dòng chảy được tóm tắt như sau:
- Tạo lưu vực sông, khai báo các thông số lưu vực: Tên lưu vực, diện tích lưu vực, khai báo đường dẫn tới các tập tin lưu trữ số liệu mưa, bốc hơi. - Thiết lập các thông số, điều kiện ban đầu của mô hình cho từng lưu vực.
44
Sau khi khai báo đầy đủ các thông số và tiến hành chạy, mô hình sẽ cho ra kết quả là quá trình lưu lượng dòng chảy tại các mặt cắt cửa ra của lưu vực. Các quá trình lưu lượng này được đem so sánh với quá trình lưu lượng thực đo để xác định mức độ phù hợp bộ thông số của mô hình dùng trong lưu vực. Các kết quả này được ghi rõ trong phần hiệu chỉnh mô hình.
Để tạo và khai báo các thông số của lưu vực, ta phải thao tác qua một trình thực đơn như hình 3.1.
Hình 3.1. Hộp thoại khai báo các thông số lưu vực
Hiệu chỉnh mô hình mưa - dòng chảy (mô hình NAM)
Hiệu chỉnh mô hình là công việc rất quan trọng trong việc xây dựng và áp dụng mô hình toán. Các phương pháp để tiến hành hiệu chỉnh mô hình bao gồm phương pháp thử sai và phương pháp tối ưu. Phương pháp thử sai chủ yếu là phương pháp dò tìm bằng cách thay giá trị của các thông số để tìm ra bộ thông số thích hợp nhất. Phương pháp này thường đòi hỏi nhiều thời gian và công sức nhưng tận dụng được kinh nghiệm và kiến thức của người hiệu chỉnh nhiều hơn phương pháp tối ưu. Phương pháp dò tìm tối ưu được thực hiện dưới sự trợ giúp của máy tính dựa trên một hàm mục tiêu nào đó. Phương pháp này có ưu điểm là khả năng dò tìm rất chi tiết, tuy nhiên nhiều khi sử dụng phương pháp này gặp sai lầm do rơi
45
vào vùng cực trị địa phương. Trong nghiên cứu này sử dụng kết hợp cả hai phương pháp này nhằm giảm bớt thời gian.
Mô hình mưa - dòng chảy được hiệu chỉnh dựa vào số liệu thời đoạn giờ. Số liệu mưa tại các trạm đo mưa và bốc hơi được sử dụng để tính toán. Số liệu lưu lượng thực đo từ tháng cùng thời gian và thời đoạn được dùng để hiệu chỉnh mô hình. Giá trị các thông số trong mô hình mưa dòng chảy (NAM) sau khi hiệu chỉnh được ghi trong bảng 3.3.
Sai số giữa lưu lượng tính toán và thực đo trong bước hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình được đánh giá theo chỉ số Nash-Sutcliffe.
2 , , 2 1 2 , 1 1 n obs i sim i i n obs i obs i Q Q R Q Q
Trong đó: Qobs, i: lưu lượng thực đo tại thời điểm thứ i Qsim, i: lưu lượng tính toán tại thời điểm thứ i Qobs : lưu lượng thực đo trung bình các thời đoạn.
Kết quả hiệu chỉnh đường quá trình lưu lượng tính toán và đường quá trình lưu lượng thực đo được trình bày trong các hình 3.2 và hình 3.3. Trên các hình này, sự trùng lặp khá tốt giữa số liệu đo đạc và kết quả tính toán bằng mô hình đã được ghi nhận.
Kết quả hiệu chỉnh các thông số của mô hình được trình bày trong Bảng 3.3 và Bảng 3.4.
Bảng 3.3. Giá trị các thông số mô hình mưa- dòng chảy (NAM)
cho các lưu vực sông
Thông số dòng chảy mặt và sát mặt
Trạm Umax Lmax CQOF CKIF CK1,2 TOF TIF
Hưng Thi 14.2 160 0.105 745.5 10.4 0.121 0.553 Ba Thá 23.9 271.0 0.296 606.6 10.2 0.113 0.103
46
Bảng 3.4.Kết quả hiệu chỉnh mô hình mưa - dòng chảy
Lưu vực Tên trạm Chỉ số Nash(%)
Thượng sông Đáy Trạm Ba Thá 71.1%
Sông Bôi Trạm Hưng Thi 89.7%
Hình 3.2.So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình mưa dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Ba Thá
Hình 3.3.So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình mưa dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Hưng Thi
47
Kiểm định mô hình mưa - dòng chảy ( mô hình NAM)
Kiểm định mô hình là công tác kiểm tra lại mức độ phù hợp của mô hình với bộ thông số tìm được sau khi hiệu chỉnh thành công trên lưu vực tính toán nhưng ở giai đoạn thời gian khác với thời gian hiệu chỉnh mô hình.
Kiểm nghiệm mô hình mưa – dòng chảy cũng dựa vào số liệu có thời đoạn giờ. Số liệu mưa tại các trạm đo mưa trong lưu vực và số liệu lưu lượng tại mặt cắt cửa ra của các lưu vực đó từ 1/8/2001 đến 7/8/2001 được sử dụng để kiểm định mô hình. Kết quả kiểm nghiệm đường quá trình lưu lượng thực đo và đường quá trình lưu lượng tính toán được trình bày trong các Hình 3.4 và Hình 3.5. Kết quả kiểm nghiệm chỉ số hữu hiệu của mô hình được trình bày trong Bảng 3.5.
Bảng 3.5.Kết quả kiểm nghiệm mô hình mưa - dòng chảy
Lưu vực Tên trạm Chỉ số Nash
Thượng sông Đáy Trạm Ba Thá 91%
Sông Bôi Trạm Hưng Thi 81%
Bộ số thông số NAM trong bảng 3.3 sẽ được dùng để tính toán dòng chảy trên các tiểu lưu vực, làm biên đầu vào cho mạng thủy lực một chiều và mạng hai chiều.
Hình 3.4. So sánh giữa kết quả tính toán kiểm định mô hình mưa dòng chảy
48
Hình 3.5. So sánh giữa kết quả tính toán kiểm định mô hình mưa dòng
chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Hưng Thi