Đặc điểm thủy văn

VI. Bốc ục luận văn

1.2.6 Đặc điểm thủy văn

a. Lưới trạm thủy văn

- Trạm thủy văn Đăk Tô đặt trên sông Đăk Ta Kan, có diện tích lưu vực 297,5 km2, thời kì quan trắc từ năm 1977 đến nay. Chỉ có năm 1978 là có đo lưu lượng còn các năm còn lại đo mực nước. Theo Đài Khí tượng thủy văn Tây Nguyên thì những năm gần đây (khoảng năm 1999 đến nay), do có công trình thủy thủy điện Kon Đào ở phía thượng nguồn vận hành nên ảnh hưởng rất lớn đến chế độ dòng chảy của sông Đăk Ta Kan (nhất là các tháng mùa kiệt). Nói chung độ tin cây của tài liệu là không cao [1].

- Trạm thủy văn Đăk Mốt đặt trên sông Đăk Pô Kô, có diện tích lưu vực 1424 km2, đo lưu lượng liên tục từ năm 1994 đến nay [1].

- Thủy văn Trung Nghĩa trên sông Krông Pô kô (hạ nguồn sông Đăk Pô Kô) có diện tích lưu vực 3224 km2, bắt đầu đo đạc một cách hoàn thiện từ năm 1978 đo đạc mực nước đến hết tháng VIII/1998. Từ năm 1990 đến năm 1999 trạm được nâng cấp đo thêm các yếu tố như lưu lượng nước, nhiệt độ nước, bùn cát lơ lửng và chất lượng nước. Hiện nay, trạm thủy văn Trung Nghĩa đã ngừng hoạt động [1].

- Trạm thủy văn Kon Plong đặt trên sông Đăk Ne, có diện tích lưu vực tính đến trạm là 964 km2, chuỗi tài liệu quan trắc lưu lượng từ năm 1994 đến nay, trạm thành lập nhằm phục vụ cho công trình thủy điện Yaly [1].

Bảng 1.5 Các trạm thủy văn nghiên cứu.

TT Tên trạm Sông Yếu tố quan trắc, thời kỳ quan trắc

H Q T X

1 Kon Tum Đak Bla

1959 - 1965; 1966 - 1970; 1977 - Nay 1959 - 1965; 1966 - 1970; 1971 – 1974; 1977 - Nay 1978 - 2001 1994 - Nay

2 Đăk Tô Đăk Tơ Kan 1977-Nay 1978 1994 - Nay

3 Đăk Mốt Đăk Pô Kô 1994 - Nay 1994 - Nay 1994 - Nay 1994 - Nay

4 Trung Nghĩa Krông Pô Kô 1978 - 1998 1990 - 1999

5 Kon Plong Đăk Ne 1994 - Nay 1994 - Nay 1994 - Nay 1994 - Nay

b. Dòng chảy năm

Tại vùng phía Tây của Kon Tum, thuộc lưu vực các sông Sa Thầy, Đăk Sia và Đăk Sú có lượng mưa năm từ 1.800mm đến 2.200 mm và mô đuyn dòng chảy năm nằm trong khoảng từ 30l/s/km2 đến 40l/s/km2. Tại vùng phía Bắc và phía Đông của tỉnh, là vùng núi cao thuận chiều đón gió, có lượng mưa năm từ 2.000 mm đến 3.000 mm và mô đuyn dòng chảy năm từ 40l/s/km2 đến 70l/s/km2. Tại vùng thung lũng thấp, thuộc hạ lưu sông Pô Kô và sông Đak Bla, có lượng mưa năm từ 1.700 mm đến 1.800 mm và mô đuyn dòng chảy năm nằm trong khoảng từ 25 l/s/km2đến 30 l/s/km2 [4].

Bảng 1.6Đặc trưng dòng chảy năm các sông tại tỉnh Kon Tum.

Sông Flv (km2) Mo (l/s/km2) Qo (m3/s) Wo (109 m3) Đak Bla 3050 32,3 98,5 3,1 Pô Kô 3530 35,7 126 3,97 Sa Bình 6732 35,6 240 7,56 Ya Ly 7659 35,6 273 8,61 Sê San 11450 35,6 408 12,9 Đăk Cấm 154 23,2 3,58 0,11

Nguồn: Đài KTTV tỉnh Kon Tum

c. Dòng chảy lũ

Mưa lớn là nguyên nhân gây nên lũ lụt trong sông và làm xói mòn bề mặt lưu vực làm ảnh hưởng không nhỏ đến sản xuất và đời sống của nhân dân. Căn cứ vào số liệu mưa ngày đo được ở các trạm đo mưa trên lưu vực thì lượng mưa lớn nhất ngày đêm thường xảy ra vào tháng VIII hàng năm và một cực đại phụthường xảy ra vào tháng X trong năm [3].

Sông Pô Kô chịu ảnh hưởng chủ yếu của khí hậu Tây Trường Sơn với hoàn lưu khí hậu chính là gió mùa Tây Nam thịnh hành trên lưu vực. Mùa lũ ở đây đến sớm hơn bắt đầu vào tháng VII và kết thúc vào tháng XI có năm

vào tháng VI đã xuất hiện lũ lớn nhất trong năm. Trên sông Pô Kô tại Trung Nghĩa đỉnh lũ cao nhất trong thời kỳ 1978 - 1997 xuất hiện vào năm 1994 vào ngày 6/IX/1994 với Qmax = 2540 m3/s. Trước thời kỳnăm 1975 cũng đã có đo mực nước nhưng tài liệu kém tin cậy lưu lượng chỉ đo được một vài lần trong năm, các đặc trưng giá trị lưu lượng ngày được nội suy từ quan hệ mực nước – lưu lượng, mà đường quan hệ này trong thời kỳ đo không khống chế được cho thời kỳnước thấp nhất và cao nhất [3].

Bảng 1.7 Khả năng xuất hiện lũ trong năm vào các tháng mùa lũ (%).

Trạm Sông VI VII VIII IX X XI

Đăk Mốt Pô Kô 0 7.1 7.1 7.1 42.9 35.8 Trung nghĩa Pô Kô 14.3 7.1 21.4 7.1 42.9 7.1

Đăk Tô Đăk Tơ Kan 11.1 11.1 11.1 11.1 44.5 11.1

Nguồn: Đài KTTV tỉnh Kon Tum

d. Dòng chảy kiệt

Mùa kiệt kéo dài từ tháng XII đến tháng VI năm sau với lượng dòng chảy mùa kiệt chỉ chiếm từ 20 - 30% lượng dòng chảy năm. Thời gian kiệt nhất thường rơi vào tháng III, IV với mô đuyn dòng chảy kiệt tháng chỉ đạt 10 - 15 l/s.km2, còn mô đuyn kiệt ngày chỉ đạt 3 - 5 l/s.km2, có nơi chỉ đạt trên dưới 1 l/s.km2. Do dòng chảy kiệt nhỏ dẫn đến mực nước trong các sông suối hạ thấp, hầu hết các sông suối nhỏ đều bị cạn kiệt, gây hạn hán nghiêm trọng nhất điển hình là các vụ hạn hán năm 1994, 1996, 1998 và năm 2003 [3].

Theo tài liệu quan trắc ở các sông lớn trong tỉnh Kon Tum kiệt nhất thường xảy ra vào tháng IV và tháng V. Phần lớn các suối nhỏ trong tỉnh đều hầu như không còn dòng chảy trong một vài tháng mùa khô, kể từ tháng III đến tháng V hàng năm [3].

Bảng 1.8 Một số đặc trưng dòng chảy kiệt.

Trạm Flv (km2)

Lưu lượng trung bình tháng (min)

Lưu lượng trung bình

năm (min) Lưu lượng nhỏ nhất tuyệt đối Q(m3/s) M (l/s/km2) Q (m3/s) M (l/s/km2) Q (m3/s) M (l/s/km2) Ngày xuất hiện Đak Bla Tr. Nghĩa Sa Bình Đak Cấm 2990 3320 6732 154 31.7 32.0 88.0 0.93 10.6 9.6 13.1 6.03 21.9 25.1 67.4 0.48 7.32 7.53 10.0 3.1 14.0 13.5 50.0 0.1 4.68 4.06 7.42 0.65 21/5/1977 16/4/1988 23/4/1983 6/3/1980

Nguồn: Đài KTTV tỉnh Kon Tum

1.3 Nhận xét

-Qua những nghiên cứu và phân tích những phương pháp dự báo lũ trên Thế giới và Việt Nam có thể thấy nhiều mô hình toán đã được áp dụng và phát triển để tính toán và dự báo lũ cho nhiều lưu vực khác nhau. Trong từng bài toán cụ thể, tùy thuộc vào điều kiện của lưu vực, tình hình số liệu … để lựa chọn mô hình tính toán phù hợp nhất.

-Tuy nhiên trên lưu vực sông Pô Kô vẫn chưa có nghiên cứu áp dụng công nghệ dự báo hiện đại mà vẫn sử dụng các phương pháp cũ khi tiến hành xây dựng phương án dự báo dòng chảy lũ trên sông Pô Kô. Do đó, nghiên cứu trong luận văn này bước đầu xây dựng một phương án dự báo dòng chảy lũ trên sông Pô Kô để trở thành phương pháp dự báo tác nghiệp cho lưu vực nói riêng và tỉnh Kon Tum nói chung, từ đó tạo tiền đề cho các nghiên cứu tiếp

CHƯƠNG II. CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀPHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở dữ liệu

Sau khi tìm hiểu lưu vực nghiên cứu và định hướng mục tiêu luận văn, tác giả đã tiến hành thu thập các tài liệu, số liệu liên quan bao gồm:

2.1.1 Số liệu không gian dưới dạng bản đồ

- Bản đồ sốhóa độ cao DEM 30.

- Bản đồđịa lý, hành chính tỉnh Kon Tum. - Bản đồ mạng lưới sông suối tỉnh Kon Tum. - Bản đồ mạng lưới trạm KTTV tỉnh Kon Tum.

2.1.2 Số liệu thuộc tính

a. Số liệu khí tượng

Hiện nay, toàn tỉnh Kon Tum có 11 trạm khí tượng đang hoạt động với số liệu thực đo từ 1977 –nay. Tuy nhiên, trên lưu vực Pô Kô tác giả sử dụng số liệu của trạm khí tượng Đăk Tô và số liệu đo mưa của trạm thủy văn Đăk Mốt, ngoài ra còn có 1 trạm đo mưa Đăk Glei trên lưu vực nhưng trạm này là trạm đo nhân dân nên số liệu khí tượng rời rạc và không chuẩn xác nên tác giả không đưa số liệu khí tượng của trạm đo mưa Đăk Glei vào sử dụng cho mục đích nghiên cứu.

Tình hình quan trắc các yếu tố khí tượng của các trạm trên lưu vực sông Pô Kô sử dụng trong đề tài được liệt kê trong bảng 2.1 dưới đây:

Bảng 2.1 Số liệu quan trắc khí tượng trên lưu vực sông Pô Kô.

Tên trạm Biến Bước thời gian Thời gian

Đăk Mốt X Giờ (6h) 2003, 2009, 2011 - 2013

b. Số liệu thủy văn

Trước đây, trên lưu vực sông Pô Kô có 3 trạm thủy văn, trong đó có 2 trạm Đăk Mốt và Trung Nghĩa đo mực nước và lưu lượng, trạm Đăk Tô chỉ đo mực nước. Tình hình quan trắc của các trạm như sau:

- Trên sông Pô Kô có trạm thủy văn Trung Nghĩa thành lập từ 1959 – 1964, đo mực nước và lưu lượng. Chất lượng đo thời kỳ này kém vì đo lưu lượng không theo qui phạm mà chủ yếu dựa vào mực nước ngày để đo lưu lượng ngày. Từ năm 1977 trạm lại bắt đầu tiến hành đo mực nước đến năm 1990 trạm nâng cấp đo bổ xung thêm lưu lượng, nhiệt độ, hoá nước và bùn cát lơ lửng. Năm 1998 khi hồ Yaly đi vào hoạt động và hồ Plei Krông đến giai đoạn hoàn thiện, trạm Trung Nghĩa nằm ở hạ lưu hồ Plei Krông và thượng lưu (thuộc lòng hồ) Yaly nên trạm ngừng hoạt động.

- Trạm Đăk Tô trên sông Đăk Tờ Kan ở thượng nguồn sông Sê San đo mực nước từnăm 1977 đến nay, năm 1978 trạm có đo lưu lượng.

- Cuối năm 1993 để phục vụ cho thi công công trình thủy điện Yaly, hai trạm thủy văn Kon Plong (trên sông Đắk Bla) và trạm thủy văn Đắk Mốt (trên sông Pô Kô) được thành lập và chính thức hoạt động từ năm 1994.

Để phục vụcho đề tài nghiên cứu, các số liệu thủy văn được tác giả sử dụng được liệt kê trong bảng 2.2 dưới đây:

Bảng 2.2 Số liệu quan trắc thủy văn các trạm trên lưu vực sông Pô Kô.

Trạm Biến Bước thời gian Thời gian

Đăk Mốt H, Q Giờ 2003, 2009, 2011 – 2013

Đăk Tô H Giờ 2003, 2009, 2011 – 2013

- Bản đồ mạng lưới sông trích từ ArcGIS.

- Số liệu mặt cắt dọc và mặt cắt ngang của các sông trên lưu vực sông Pô Kô. Được thể hiện trong hình 2.1 dưới đây:

Hình 2.1 Sơ đồ mạng lưới sông và mặt cắt dọc sông lưu vực Pô Kô.

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Lựa chọn mô hình tính toán mô phỏng dòng chảy lũ cho lưu vực sông Pô Kô sông Pô Kô

Dựa vào tình hình số liệu ở trên, có thể nhận thấy mặc dù số liệu mặt cắt có khá chi tiết nhưng không thể vận dụng mô hình thủy động lực học do thiếu trạm kiểm tra. Vì vậy việc áp dụng MIKE NAM – MIKE 11 theo dự kiến ban đầu gặp khó khăn. Từ đó tác giả đã nghiên cứu và đề xuất phương

Đăk Mốt

Hồ Plei Krông

pháp kết hợp mô hình mưa rào dòng chảy giúp khôi phục số liệu đến mặt cắt kiểm soát (dòng chảy vào hồ Plei Krông) đồng thời áp dụng mô hình mạng trí tuệ nhân tạo ANN để tạo mạng dự báo dòng chảy đến hồ Plei Krông dựa trên số liệu mưa tự ghi của các trạm trên lưu vực và số liệu dòng chảy đến hồ mô phỏng từ mô hình MIKE NAM.

Mô hình MIKE NAM là mô hình đơn giản và dễ sử dụng nhất hiện nay, mô hình này cho chất lượng dự báo tốt đối với các lưu vực vừa và nhỏ có địa hình miền núi, thuận tiện, dễ sử dụng, thời gian chạy mô hình nhanh và ổn định, thích hợp trong điều kiện dự báo nghiệp vụ. Khả năng tích hợp của mô hình này với các mô hình trong họ MIKE rất thuận tiện, không yêu cầu phức tạp về chuyển đổi số liệu do có định dạng số liệu chung. Bộ mô hình MIKE cũng đã được áp dụng trong dự báo nghiệp vụ cho một số sông thuộc khu vực Tây Nguyên có điều kiện tương tự như lưu vực nghiên cứu. Ðối với mô hình thủy lực và dự báo ngập lụt, hiện nay trong nghiệp vụ sử dụng phố biến nhất vẫn là họ mô hình MIKE do có giao diện thuận tiện, dễ thiết lập và hiệu chỉnh, dễ sử dụng trong nghiệp vụ.

Bộmô hình này được lựa chọn do phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Mục đích, phạm vi nghiên cứu của đề tài.

- Căn cứ vào tình hình tài liệu, số liệu thực đo hiện có tại khu vực nghiên cứu.

- Các mô hình này được áp dụng nhiều trong việc dự báo, mô phỏng dòng chảy lũ và cảnh báo ngập lụt cho các sông chính ở khu vực Tây Nguyên và các khu vực lân cận. Kết quả mô hình được sử dụng trong nhiều đề tài nghiên cứu cho kết quả tốt và dễ sử dụng tác nghiệp.

2.2.2 Giới thiệu mô hình MIKE NAM

NAM là chữ viết tắt của Đan Mạch “Nedbor – Afstromming – Model”, nghĩa là mô hình mưa – dòng chảy. Mô hình NAM thuộc loại mô hình thủy văn tất định – nhận thức – gộp, được xây dựng vào khoảng năm 1982 tại khoa Thủy Văn Viện kĩ thuật thủy động lực và thủy lực thuộc trường Đại học kĩ thuật Đan Mạch [2].

b. Cấu trúc của mô hình

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc mô hình MIKE NAM.

NAM là một mô phỏng pha đất của chu trình thủy văn, có cấu trúc được thể hiện trên hình 2.3. Mô hình này mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy bằng cách tính liên tục lượng nước trong bốn bể chứa khác nhau: bể chứa tuyết (không xét tới đối với điều kiện khí hận nhiệt đới như nước ta), bể

chứa mặt, bể chứa tầng rễ cây và bể chứa ngầm). Các bể chứa này mô tả các thành phần vật lí của lưu vực có quan hệ qua lại với nhau. Thêm vào đó, NAM cho phép xử lí các can thiệp do con người thực hiện trong chu trình thủy văn, chẳng hạn như việc tưới và bơm nước ngầm. Dựa trên cơ sở các số liệu khí tượng đầu vào, NAM chế tạo ra dòng chảy của lưu vực cũng như các thông tin về các thành phần khác của pha đất của chu trình thủy văn như: sự thay đổi nhiệt độ bốc hơi, độ ẩm đất, lượng bổ cập nước ngầm và mực nước ngầm [7].

Dòng chảy kết quả của lưu vực được phân chia thành các thành phần: dòng chảy mặt, dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm. Mô hình NAM được xây dựng trên nguyên tắc xếp 5 bể chứa theo chiều thẳng đứng và 2 bể chứa tuyến tính nằm ngang.

c. Các thông số của mô hình

 CQOF: Hệ số dòng chảy tràn không có thứ nguyên, có phạm vi biến đổi từ 0,0 đến 0,9. Nó phản ánh điều kiện thấm và cấp nước ngầm. Vì vậy nó ảnh hưởng nhiều đến tổng lượng dòng chảy và đoạn cuối của đường rút. Thông số này rất quan trọng vì nó quyết định phần nước dư thừa để tạo thành dòng chảy tràn và lượng nước thấm. Các lưu vực có địa hình bằng phẳng, cấu tạo bởi cát thô thì giá trịCQOF tương đối nhỏ, ở những lưu vực mà tính thấm nước của thổnhưỡng kém như sét, đá tảng thì giá trị của nó sẽ rất lớn [2].

 CQIF: Hệ số dòng chảy sát mặt, có thứ nguyên là thời gian (giờ)-1. Nó chính là phần của lượng nước trong bể chứa mặt (U) chảy sinh ra dòng chảy sát mặt trong một đơn vị thời gian. Thông số này ảnh hưởng không lớn đến tổng lượng lũ, đường rút nước [2].

 CBL: là thông số dòng chảy ngầm, được dùng dể chia dòng chảy ngầm ra làm hai thành phần: BFU và BFL. Trường hợp dòng chảy ngầm không quan trọng thì có thể chỉ dùng một trong 2 bể chứa nước ngầm, khi đó chỉ cần