Mức đảm bảo thiên nhiên % 60 70 80 88 96 Mức đảm bảo phương án % 80 85 92 95 100
2.3 Cơ sở dữ liệu
2.3.1 Tình hình tài liệu khí tượng, thủy văn thực đo
a. Khí tượng:
Việc nghiên cứu khí hậu trên lưu vực sơng Sê San được bắt đầu từ năm 1917 bằng việc thành lập trạm đo khí tượng Kon Tum, sau đó là các trạm: Khí tượng Plei Ku (1933), khí tượng Đăk Tơ (1976), Khí tượng Yaly (1994). Tuy nhiên các trạm Kon Tum và Plei Ku chỉ có chuỗi đo số liệu liên tục từ năm 1976 đến nay; trạm Yaly có chuỗi đo số liệu liên tục từ năm 1994 đến nay
Trên lưu vực có 07 trạm đo mưa nhân dân có thời gian đo liên tục khác nhau gồm: Đăk Glei, Sa Thầy, Đăk Đoa, Biển Hồ, Kon PLong, Măng Cành.
Ngồi các trạm đo khí tượng và đo mưa nhân dân nói trên, hiện nay trong lưu vực cịn có các trạm đo mưa tự động đã đi vào hoạt động từ năm 2014. Các trạm đo mưa này cùng với các trạm khí tượng do Tổng cục KTTV quản lý, chất lượng đảm bảo và có thời gian liên tục.
b. Thủy văn:
Trên nhánh sơng Đăk Bla có trạm Kon Tum bắt đầu đo mực nước, lưu lượng nước từ tháng 7/1959. Từ năm 1977 đến nay, trạm cịn quan trắc các yếu như nhiệt độ nước, hố nước, phù sa và trạm thủy văn cấp I. Năm 1994 có thêm trạm Kon Plong cũng là trạm thủy văn cấp I.
Trên nhánh sơng Pơ Kơ có trạm thủy văn Trung Nghĩa được thành lập từ tháng 7/1959 đo mực nước và lưu lượng nước. Đến năm 1990 trạm đo thêm nhiệt độ nước và phù sa. Năm 1998 trạm Trung Nghĩa thuộc lòng hồ Ialy nên ngừng hoạt động. Năm 1994 có thêm trạm Đăk Mốt, là trạm thủy văn cấp I.
Trên dịng chính sơng Sê San có các trạm trạm thủy văn dùng riêng như Sa Bình, đo mực nước, lưu lượng từ tháng 4/1982 đến 12/1991; trạm Ialy đo mực nước, lưu lượng ở thượng lưu thác Ialy từ năm 1959 - 1963 và từ tháng 3/1989 đến 1992.
Trên sông Đăk Tờ Kan ở thượng nguồn sơng Sê San có trạm thủy văn Đăk Tô đo mực nước từ năm 1977 đến nay, năm 1978 và 1981 trạm có đo lưu lượng nước.
Để thống nhất chuỗi số liệu phục vụ tính tốn xây dựng phương án dự báo hạn vừa của luận văn, học viên chọn các trạm KTTV có chuỗi số liệu đo liên tục, đồng nhất từ năm 1994 đến tháng 6 năm 2018 như bảng 2.10 và chọn các trạm đo mưa tự động có chuỗi số liệu đo từ năm 2014 đến tháng 6 năm 2018 như bảng 2.11.
Bảng 2.7: Danh sách các trạm KTTV được sử dụng nghiên cứu
Tên trạm Yếu tố đo Thời gian
đo liên tục Tên trạm Yếu tố đo
Thời gian đo liên tục
Đăk Mốt H, Q, X, R 1994-nay KonPlong H, Q, X, R 1994-nay Kon Tum (TV) H, Q, X, R 1976-nay Đăk Tô (TV) H 1977-nay Đăk Tô (KT) X,T,V,Z,U 1976- ay Kon Tum (KT) X,T,V,Z,U 1976-nay
Đăk Glei X 1982- ay Sa Thầy X 1988-nay
Măng Cành X 1984- ay Ialy X,T,V,Z,U 1994-nay
Pleiku X,T,V,Z,U 1976- ay
Bảng 2.8: Danh sách các trạm đo mưa tự động được sử dụng nghiên cứu
Tên trạm T/gian đo Tên trạm Tên trạm
Đăk Man 2014- nay Tân Cảnh 2014- nay Xóm Mới 2014- nay Đăk Glei 2014- nay Đăk Uy 2014- nay Mô Rai 2014- nay Đăk Long 2014- nay Đăk Sơ Mei 2014- nay Ia Krai 2014- nay Đăk Ong 2014- nay Đăk Kôi 2014- nay Đăk Ring 2014- nay Đăk Pxi 2014- nay Tê Xăng 2014- nay Ngọc Tem 2014- nay Đăk Xú 2014- nay Măng Bút 2014- nay
Hình 2.4 : Bản đồ mạng lưới trạm KTTV và vị trí các hồ chứa lớn trên lưu vực sông Sê San
2.3.2 Các số liệu KTTV thực đo được thu thập để thực hiện luận văn:
- Số liệu lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, nắng, gió, bốc hơi, mực nước, lưu lượng nước, phù sa thực đo và các đặc trưng ngày, tháng, năm của các trạm KTTV có trong bảng 2.10
- Số liệu bốc hơi 1 giờ, 06h, 12h, ngày, 10 ngày trong mùa cạn của 04 trạm khí tượng: trạm Kon Tum, ĐăkTơ, Pleiku, Yaly.
- Số liệu mưa 1 giờ, 06h, 12h, ngày, 10 ngày của 29 trạm KTTV và đo mưa.
- Số liệu trích lũ của các trận lũ sớm và các trận lũ muộn tại các trạm thuỷ văn Đăk Mốt, Đăk Tô, Kon Tum, Kon Plong.
- Số liệu trích lũ của các trận lũ sớm và các trận lũ muộn về các hồ Plei Krông, Ialy, Sê San.
- Số liệu mực nước, lưu lượng nước trung bình, max, min 10 ngày các trạm Đăk Mốt, Đăk Tô, Kon Tum, Kon Plong.
- Số liệu lưu lượng nước trung bình, max, min ngày, 10 ngày về các hồ Plei Krông, Ialy, Sê San.
2.3.3 Số liệu mưa dự báo IFS
Để thực hiện đề tài luận văn học viên lựa chọn dữ liệu mưa dự báo từ mơ hình IFS.
2.3.4 Bản đồ các loại
Bản đồ hành chính, địa hình, mạng lưới sơng suối, hồ chứa và mạng lưới trạm KTTV các tỉnh Gia Lai, Kon Tum; Bản đồ Dem 30 x 30.
CHƯƠNG 3
MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Đánh giá khả năng sử dụng sản phẩm dự báo mưa của IFS đối với dự báo dịng chảy hạn vừa trên lưu vực sơng Sê San dự báo dịng chảy hạn vừa trên lưu vực sơng Sê San
3.1.1 Kết quả nghiên cứu, đánh giá khả năng dự báo định lượng mưa hạn vừa của mơ hình IFS vừa của mơ hình IFS
Sử dụng dữ liệu mưa thực đo và mưa dự báo trong thời đoạn từ tháng 10/2012 đến 31/12/2015 tại các trạm trên lưu vực sông Sê San để đánh giá độ tin cậy và khả năng dự báo định lượng mưa hạn vừa 10 ngày của mơ hình dự báo mưa số trị IFS.
- Theo quy định đánh giá chất lượng dự báo mưa hạn vừa 10 ngày tại Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn Quốc Gia, kết quả đánh giá theo tiêu chuẩn đánh giá dự báo mưa hạn vừa 10 ngày cho kết quả đối với mơ hình dự báo mưa số trị IFS như sau:
Bảng 3.1: Kết quả đánh giá dự báo mưa số trị của mơ hình IFS
10/2012 – 12/2015 Số điểm dự báo đúng 743
Số điểm dự báo sai 285
Tổng số điểm dự báo 1028
Phần trăm 72%
Từ kết quả đánh giá dự báo mưa số trị 10 ngày của mơ hình IFS trên lưu vực sông Sê San cho thấy chất lượng dự báo đạt kết quả khá, có thể sử dụng được trong nghiệp vụ dự báo định lượng mưa hạn vừa 10 ngày.
- Đánh giá dự báo mưa theo đánh giá dự báo pha cho kết quả sai số trung bình và sai số quân phương của các trạm trên lưu vực sông Sê San.
Bảng 3.2: Sai số trung bình và sai số qn phương của mơ hình IFS
Trạm ME RMSE Trạm ME RMSE
Đăk Mốt 6,78 39 Sa Thầy 1,13 33
Trạm ME RMSE Trạm ME RMSE
Đăk Tô (KT) 0,82 34,5 Ialy -2,95 37,3
Kon Tum (KT) -10,5 45,7 Pleiku -9,95 42,9
Đăk Glei 6,85 51,6
Kết quả đánh giá ghi ở bảng 3.2 cho thấy, với dự báo tổng lượng mưa 10 ngày trong thời đoạn đánh giá có 5/9 trạm cho kết quả nhỏ hơn thực đo (thể hiện bằng chỉ số ME âm), 4/9 trạm cho kết quả lớn hơn thực đo (thể hiện bằng chỉ số ME dương). Sai số quân phương trung bình lớn nhất RMSE = 56,6mm tại trạm Măng Cành; sai số quân phương trung bình nhỏ nhất RMSE = 33mm tại trạm Sa Thầy.
Ngồi sai số trung bình và sai số qn phương ra, các chỉ số đánh giá dự báo mưa theo pha của mơ hình dự báo mưa số trị IFS được tổng hợp trong bảng 3.3 cho thấy tổng thể về hiện tượng dự báo và hiện tượng quan trắc tổng lượng mưa thời đoạn 10 ngày.
Bảng 3.3: Điểm số đánh giá tổng lượng mưa thời đoạn 10 ngày của mơ hình IFS
PoD FAR Bias CSI PC
0,76 0,37 1,09 0,62 0,78
Để đánh giá chất lượng dự báo tổng lượng mưa thời đoạn 10 ngày của mơ hình chúng ta sử dụng chỉ số CSI. Kết quả cho thấy mơ hình dự báo tổng lượng mưa thời đoạn 10 ngày của mơ hình IFS đạt khá, có thể sử dụng để tham khảo với điểm số thành cơng 62% và độ chính xác 78% trong thời đoạn đánh giá. Bên cạnh đó, chỉ số PoD dùng để xác định các hiện tượng mưa lớn của mơ hình cũng ở mức khá tốt 76%.
Như vậy, kết quả dự báo tổng mưa thời đoạn 10 ngày của mơ hình dự báo mưa số trị IFS có thể sử dụng để xây dựng phương án và tác nghiệp dự báo hạn vừa thuỷ văn trên lưu vực sông Sê San.
3.1.2 Kết quả nghiên cứu hiệu chỉnh kết quả dự báo mưa số trị IFS làm đầu vào cho mơ hình thủy văn: đầu vào cho mơ hình thủy văn:
Áp dụng phương pháp hồi quy tuyến tính đa biến MLR cho MOS (Model Ouput Statistics) với đối tượng chính là dự báo xác suất định lượng mưa PQPF. Sau đó từ phân bố xác suất mưa theo các ngưỡng đã chọn, lượng
mưa dự báo sẽ được tính ngược lại từ hàm phân bố xác suất này. Các phương trình dự báo sẽ được xây dựng riêng biệt cho mỗi điểm trạm và khơng xây dựng một phương trình dự báo chung cho các điểm trạm trên một khu vực thuần nhất về mặt khí hậu bằng cách tổ hợp các trạm khi xây dựng phương trình thống kê. Yếu tố dự báo đối với bài toán PQPF là biến nhị phân (có hoặc khơng) dựa trên quan trắc mưa thực tế với 6 ngưỡng mưa được lựa chọn 1, 2, 5, 10, 20, 50mm/24h và giá trị dự báo tương ứng là xác suất mưa thuộc khoảng [0,1]. Việc lựa chọn các ngưỡng mưa này dựa trên nhiều nghiên cứu về PQPF trên thế giới và gợi ý từ tổ chức Khí tượng thế giới WMO.
Theo đó, tập dữ liệu bao gồm 5 năm dự báo và quan trắc kéo dài từ 2012 đến 2017. Thực hiện kỹ thuật kiểm tra chéo, 4 năm dữ liệu sẽ được sử dụng như tập dữ liệu phụ thuộc để phát triển mơ hình, năm dữ liệu còn lại được sử dụng là dữ liệu độc lập thực hiện đánh giá.
- Kết quả hiệu chỉnh: Trước hết, tần suất các nhân tố dự báo được sử dụng cho mơ hình IFS được tính trung bình cho tất cả các trạm và chỉ các nhân tố có tần suất trên 10% mới được đưa ra
Bảng 3.4: Tần suất tuyển chọn ít nhất 10% của các nhân tố dự báo theo phương pháp MLR cho mơ hình IFS cho các trạm nghiên cứu
Nhân tố dự báo Tần xuất (%)
Tổng lượng mưa tích lũy thời đoạn 24h dự báo 40
Tổng lượng mưa tích lũy thời đoạn 24h quan trắc 35
Độ xốy trung bình (925-500mb) dự báo thời đoạn 24h 23
Độ ẩm trung bình (950-500mb) 27
Từ kết quả trên có thể thấy rằng biến tổng lượng mưa tích lũy thời đoạn 24h, tổng lượng mưa quan trắc thời đoạn 24h và độ ẩm trung bình cột khí quyển từ mực 950mb lên đến 500mb chiếm đa số trong các biến được chọn làm nhân tố dự báo. Điều này thể hiện mối tương quan cao giữa các lượng mưa dự báo và lượng mưa quan trắc đưa ra.
Bảng 3.5 đưa ra kết quả đánh giá các chỉ số trên tập số liệu độc lập dự báo trực tiếp từ mơ hình và sau khi thực hiện dự báo theo MOS. Lưu ý là các kết quả đánh giá trong bảng này đã được tính cho tổng lượng mưa 10 ngày dự
báo từ mơ hình. Các ngưỡng đánh giá được lựa chọn theo quy chuẩn đánh giá mưa 10 ngày tại Trung tâm Dự báo KTTV Quốc gia.
Bảng 3.5: Các chỉ số đánh giá dự báo nhị phân cho tập dữ liệu độc lập mùa cạn trên toàn bộ khu vực nghiên cứu
Chỉ số đánh giá Mơ hình đánh giá IFS IFS_MLR BIAS 1,92 1,80 POD 0,50 0,54 FAR 0,73 0,65 CSI 0,24 0,26 PC 0,35 0,.38
Nghiên cứu còn đưa ra một số kết quả minh họa dự báo mưa trong một số đợt nghiên cứu, hiển thị dưới dạng trường trên hình 3.1 cho dự báo trực tiếp từ mơ hình, sau khi sử dụng MOS theo phương pháp MLR và quan trắc. Có thể thấy dự báo định lượng mưa từ mơ hình sau khi sử dụng MLR thấp hơn thực tế ở các vùng mưa lớn, do đó có thể hạn chế được dự báo khống từ các mơ hình. Tuy vậy vẫn xảy ra hiện tượng dự báo sót và tâm mưa dự báo bị lệch so với quan trắc.
Hình 3.1. Lượng mưa tích lũy 240h tại 07h ngày 29/05/2017 dự báo trực tiếp (trái và giữa); Lượng mưa tích lũy quan trắc 240h tại 07h ngày 29/05/2017 (phải) từ mơ
Trong nghiên cứu này học viên đã tiến hành thiết kế xây dựng dự báo thống kê sau mơ hình sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính đa biến MLR cho mơ hình IFS với yếu tố dự báo là tổng lượng mưa tích lũy thời đoạn 24h. Theo các kết quả đạt được, học viên đưa ra một số kết luận sau:
- Kết quả dự báo theo phương pháp MLR mơ hình IFS khơng cải thiện nhiều so với dự báo trực tiếp. Tuy vậy cũng có một số kết quả tích cực: Tỷ lệ báo động giả (chỉ số FAR) giảm hơn so với dự báo trực tiếp từ mơ hình.
- Khi thực hiện dự báo thông qua MLR, xét về không gian, vùng mưa lớn thường bị lệch so với thực tế, điều này có thể dẫn đến dự báo sót các hiện tượng mưa lớn tại vị trí cần dự báo.
3.2. Xây dựng phương án dự báo dòng chảy sơng Sê San bằng mơ hình MIKE -NAM
3.2.1. Thiết lập mơ hình tính tốn mơ phỏng dịng chảy hạn vừa cho sơng Sê San bằng MIKE - NAM Sê San bằng MIKE - NAM
3.2.1.1. Kết quả phân chia lưu vực bộ phận lưu vực sơng Sê San:
Mơ hình MIKE NAM tính tốn dịng chảy từ mưa rất tốt cho các lưu vực nhỏ, việc phân chia lưu vực chi tiết hay khơng có ảnh hưởng lớn đến kết quả tính toán. Dựa trên nền bản đồ DEM đã xây dựng, tồn bộ diện tích vùng nghiên cứu được phân thành các lưu vực bộ phận sử dụng tiện ích trong MIKE - BASIN. Các ranh giới này sau đó được hiệu chỉnh lại bằng việc chồng lên bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25.000. Các điểm cao nhất trong lưu vực sẽ tạo thành đường phân thủy cho lưu vực bộ phận theo các nhánh phụ lưu của sông. Điểm ra của các lưu vực bộ phận là vị trí của các hồ Thủy điện và trạm Thủy văn. Cụ thể, lưu vực sông Sê San được phân chia thành 12 lưu vực bộ phân. Các thơng số diện tích, chu vi của các lưu vực bộ phận được trình bày trong bảng 3.6. Trong đó, lưu vực bộ phận lớn nhất là DAK MOT với diện tích khoảng 2148km2; lưu vực bộ phận nhỏ nhất là SESAN 3A 295km2.
+ Sông ĐăkBla được chia thành 3 lưu vực bộ phận: Lưu vực THUONG KON TUM với các vị trí hồ Thượng Kon Tum, lưu vực KONPLONG với vị trí trạm Kon Plong, lưu vực KONTUM với vị trí trạm Kon Tum
+ Sơng Krơng Pơkơ được chia thành 2 lưu vực bộ phận: lưu vực DAK MOT ứng với vị trí trạm thủy văn Đăk Mốt và lưu vực PLEI KRONG ứng với vị trí hồ Plei krơng
+ Sông Đăk Tơ Kan được chia thành 1 lưu vực bộ phận DAK TO ứng với trạm thủy văn Đăk Tô
+ Các lưu vực bộ phận khác như IALY, SESAN 3A, SESAN 3, SESAN 4, SESAN 4A được chia theo dịng chính của lưu vực sơng Sê San với điểm ra của lưu vực là các hồ chứa thủy điện. Riêng lưu vực DAK HODRAI là lưu vực bên ngoài gia nhập dịng chảy vào lưu vực sơng Sê San phía hạ lưu hồ thủy điện SE SAN 4A.
- Số liệu đầu vào của mơ hình MIKE - NAM gồm mưa, bốc hơi và lưu lượng dưới định dạng file là DFS0.
Nhập bản đồ bao gồm các lưu vực, đường chia nước, trạm mưa vào mơ hình NAM. Mơ hình NAM được thiết lập cho 12 lưu vực bộ phận.