3 21 Ứng dụng thử nghiệm trên lưu vực sông Cái Nha Trang
32 13 Đánh giá chi tiết hiệu quả mô phỏng của mô hình MARINE cả
trên lưu vực sông Cái Nha Trang so với mô hình gốc
a) Hiệu quả tích hợp công cụ nội suy mưa
Do không có bản đồ mưa thực đo để đánh giá trực tiếp chất lượng của phân bố mưa không gian, nên hiệu quả công cụ nội suy mưa được đánh giá gián tiếp qua chất lượng mô phỏng của mô hình với cùng bộ thông số và số liệu Để đảm bảo so sánh khách quan, mô hình sử dụng bộ thông số đã được hiệu chỉnh và chất lượng kiểm định khá ổn định với nhiều trận lũ năm 2009, 2013 và 2016 Phân bố mưa theo không gian trong 1 giờ lớn nhất của trận mưa năm 2009 (07h/5/11) và 2013 (11h/7/11) được thể hiện trên Hình 3 14
a b
Hình 3 14 Minh họa bản đồ phân bố mưa giờ lớn nhất trận lũ năm 2009 (a) và 2013 (b) được xây dựng bằng công cụ nội suy mưa
So sánh chất lượng mô phỏng trận lũ năm 2009 tại trạm thủy văn Đồng Trăng giữa trường hợp sử dụng mô hình MARINE gốc và tích hợp công cụ nội suy mưa không gian trong MARINE cải tiến, kết quả cho thấy chỉ tiêu NSE tương ứng là 0,82 và 0,91, sai số tổng lượng là 17,1% và 1,1%, sai số đỉnh lũ là 759 m3/s (24,3%) và 171 m3/s (5,5%) (Hình 3 15) So sánh tương tự với trận lũ năm 2013 tại trạm thủy văn Đồng Trăng bằng chỉ tiêu NSE tương ứng là 0,80 và 0,89, sai số tổng lượng là 40,8% và 23,0%, sai số đỉnh lũ là 332 m3/s (29,4%) và 188 m3/s (16,7%) (Hình 3 16); với trận lũ năm 2016, chỉ tiêu NSE tương ứng là 0,83 và 0,88, sai số tổng lượng là 1,5% và 1,0%, sai số đỉnh lũ là 336 m3/s (24,3%) và 224 m3/s (18,3%) (Hình 3 17)
Sự cải thiện đáng kể khi sử dụng công cụ nội suy mưa theo không gian được thể hiện ở tất cả các trận lũ kiểm tra và các chỉ tiêu trên về hiệu quả mô phỏng (NSE), sai số tổng lượng cũng như sai số đỉnh lũ đã khẳng định khả năng tăng cường chất lượng mô phỏng của mô hình MARINE khi được tích hợp thêm công cụ nội suy mưa không gian trên lưu vực sông Cái Nha Trang
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Q (m3/s) Thời gian
Thực đo MARINE cải tiến MARINE gốc
Hình 3 15 So sánh lưu lượng thực đo và tính toán của mô hình MARINE gốc với MARINE cải tiến trạm Đồng Trăng trận lũ năm 2009
1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Q (m3/s) Thời gian
Thực đo MARINE cải tiến MARINE gốc
Hình 3 16 So sánh lưu lượng thực đo và tính toán của mô hình MARINE gốc với MARINE cải tiến trạm Đồng Trăng trận lũ năm 2013
1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Q (m3/s) Thời gian
Thực đo MARINE cải tiến MARINE gốc
Hình 3 17 So sánh lưu lượng thực đo và tính toán của mô hình MARINE gốc với MARINE cải tiến trạm Đồng Trăng trận lũ năm 2016
b) Hiệu quả mô hình sóng động học một chiều
Số liệu các trận lũ năm 2009, 2013 và 2016 được sử dụng để so sánh trong trường hợp mô phỏng bằng mô hình MARINE gốc và MARINE tích hợp với mô hình sóng động học (MARINE cải tiến) Trường hợp mô phỏng bằng mô hình MARINE gốc, các đường quá trình lũ thường có độ dốc lớn, đỉnh nhọn, lũ lên nhanh và xuống nhanh (Hình 3 18 đến 3 20) Nguyên nhân là trong mô hình gốc, dòng chảy trên đoạn sông được cộng dồn, chưa tính đến quá trình truyền sóng lũ trong sông Và hạn chế này đã được khắc phục khi thay thế bằng mô đun sóng động học 1 chiều, cho kết quả tính toán sát với thực đo hơn, bám sát cả quá trình lũ lên và lũ xuống, đỉnh lũ phù hợp với thực đo
Hiệu quả này được đánh giá định lượng thông qua các chỉ tiêu thống kê so sánh giữa tính toán bằng mô hình MARINE gốc và MARINE cải tiến so với lưu lượng thực đo tại trạm Đồng Trăng Cụ thể, đối với trận lũ năm 2009, chỉ tiêu NSE tương ứng là 0,74 và 0,93, sai số tổng lượng là 24,5% và 1,5%, sai số đỉnh lũ là 1074 m3/s (34,3%) và 14 m3/s (1,0%) (Hình 3 18) So sánh tương tự cho trận lũ năm 2013 tại trạm Đồng Trăng tương ứng được chỉ tiêu NSE là 0,73 và 0,82, sai số tổng lượng là 23,1% và 14,4%, sai số đỉnh lũ là 276 m3/s (24,4%) và 188 m3/s (16,6%) (Hình 3 19); trận lũ năm 2016 tương ứng được chỉ tiêu NSE là 0,78 và 0,82, sai số tổng lượng là 5,5% và 1,0%, sai số đỉnh lũ là 385 m3/s (31,6%) và 224 m3/s (18,4%) (Hình 3 20)
5000 4000 3000 2000 1000 0 Q (m3/s) Thời gian
Thực đo MARINE cải tiến MARINE gốc
Hình 3 18 So sánh lưu lượng thực đo và tính toán của mô hình MARINE gốc với MARINE cải tiến trạm Đồng Trăng trận lũ năm 2009
1500 Q (m3/s) 1000 500 Thời gian 0
Thực đo MARINE cải tiến MARINE gốc
Hình 3 19 So sánh lưu lượng thực đo và tính toán của mô hình MARINE gốc với MARINE cải tiến trạm Đồng Trăng trận lũ năm 2013
2000 Q (m3/s) 1500 1000 500 0 Thời gian
Thực đo MARINE cải tiến MARINE gốc
Hình 3 20 So sánh lưu lượng thực đo và tính toán của mô hình MARINE gốc với MARINE cải tiến trạm Đồng Trăng trận lũ năm 2016
c) Hiệu quả mô đun diễn toán dòng chảy qua hồ
Đánh giá hiệu quả mô đun diễn toán dòng chảy qua hồ cần thiết sử dụng số liệu các trạm đo gần sát chân đập để thể hiện rõ tác động của hồ chứa đến dòng chảy trong sông Trên lưu vực sông Cái Nha Trang thu thập được số liệu đồng bộ năm 2010 của hồ Suối Dầu và trạm Suối Cát gần chân đập (Hình 1 1 và 3 3) [16]; để đánh giá khách quan, số liệu của điểm này không được sử dụng trong quá trình hiệu chỉnh bộ thông số mô hình MARINE So sánh giữa kết quả tính toán bằng mô hình MARINE gốc và MARINE cải tiến có tích hợp mô đun hồ chứa so với giá trị lưu lượng thực đo tại Suối Cát cho thấy: chỉ tiêu NSE tương ứng là 0,23 và 0,93, sai số tổng lượng là 20,0% và 3,5%, sai số đỉnh lũ là 94,5 m3/s (35,3%) và 20,3 m3/s (5,9%) (Hình 3 21)
Như vậy, chất lượng mô phỏng đã được cải thiện đáng kể khi tích hợp thêm mô đun diễn toán dòng chảy qua hồ chứa và thể hiện tầm quan trọng của các hồ chứa đối với quá trình dòng chảy phía hạ lưu kể cả đối với các hồ không thực hiện điều tiết dòng chảy
400 350 300 250 200 150 100 50 0
Thực đo MARINE cải tiến MARINE gốc
Hình 3 21 So sánh lưu lượng thực đo và tính toán của mô hình MARINE gốc với MARINE cải tiến trạm Suối Cát năm 2010