Các lưu vực sông Cái Nha Trang, sông Dinh Ninh Hòa và sông Cái Phan Rang tuy là các lưu vực có diện tích không lớn nhưng đóng vai trò cực kỳ quan trọng với sự phát triển kinh tế xã hội của khu vực Nam Trung Bộ nói chung và các tỉnh Khánh Hòa và Ninh Thuận nói riêng. Hơn nữa, các khu đô thị, trung tâm kinh tế và chính trị của các tỉnh (thành phố Nha Trang, thành phố Phan Rang, thị xã Ninh Hòa) đều nằm ở hạ lưu của các lưu vực sông này. Do vậy nhu cầu về mô phỏng và dự báo thủy văn chi tiết theo không gian là rất cấp thiết; tuy nhiên, khu vực Nam Trung Bộ chưa được áp dụng mô hình thủy văn thông số phân bố trong nghiệp vụ dự báo và ứng dụng trong mô phỏng chưa được phổ biến; do đó, vấn đề nghiên cứu của Luận án góp phần đáp ứng yêu cầu cấp thiết và hạn chế những khó khăn trên. Ngoài ra, các lưu vực sông ở khu vực Nam Trung Bộ có nhiều hồ chứa không có nhiệm vụ điều tiết, thủy triều không tác động vào sâu trong sông, khu vực thượng lưu thiếu trạm đo mưa và mặt cắt ngang sông; do đó, ứng dụng mô hình MARINE cải tiến trên các lưu vực sông ở Nam Trung Bộ là khá phù hợp.
Trong số nhiều mô hình thủy văn thông số phân bố được ứng dụng có hiệu quả ở nhiều nơi trên Thế giới và Việt Nam, mô hình MARINE được lựa chọn do có cơ sở vật lý tường minh, mã nguồn mở dễ áp dụng, đang được sử dụng tại Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn quốc gia và cho phép can thiệp, cải tiến để phù hợp với các điều kiện thực tế tại địa phương. Trên cơ sở phân tích các đặc điểm về thiếu số liệu của các lưu vực sông nghiên cứu, các hạn chế của mô hình MARINE nguyên gốc, cũng như các định hướng khắc phục để mô phỏng, dự báo dòng chảy trên lưu vực sông Cái Nha Trang, Dinh Ninh Hòa và Cái Phan Rang, Luận án đã lựa chọn MARINE và đặt ra mục tiêu cải tiến mô hình ở các khía cạnh sau:
- Cải tiến mô phỏng dòng chảy trong sông của mô hình MARINE bằng phương pháp tích hợp mô hình sóng động học một chiều và tăng khả năng ứng dụng trên lưu vực thiếu số liệu mặt cắt ngang.
- Cải tiến khả năng mô phỏng tác động của hồ chứa trong mô hình MARINE bằng phương pháp tích hợp mô đun diễn toán dòng chảy qua hồ để có thể ứng dụng cho các lưu vực đã có nhiều tác động của các hoạt động (công trình) kinh tế xã hội.
- Cải tiến tính toán mưa phân bố không gian bằng phương pháp tích hợp công cụ nội suy mưa và tăng khả năng khắc phục thiếu số liệu mưa cho các lưu vực có mạng lưới quan trắc mưa thưa thớt.
Hình 1.4. Sơ đồ nghiên cứu của Luận án
Các mô hình, mô đun, công cụ trên được kiểm tra trước và sau khi tích hợp với mô hình MARINE, đánh giá hiệu quả của quá trình cải tiến trong việc mô phỏng dòng chảy lũ trên các lưu vực sông Cái Nha Trang, Dinh Ninh Hòa
Chiều rộng và độ dốc sông Mô hình MARINE gốc Công cụ nội suy mưa Mô hình sóng
động học Mô đun diễn toán hồ chứa
Cải tiến mô hình MARINE
Mô phỏng thử nghiệm Dự báo thử nghiệm
Đánh giá
Đánh giá Đánh giá
V~F~Z Mưa trạm
DEM Thảm phủ Loại đất Mực nước ngầm
và Cái Phan Rang. Mô hình MARINE cải tiến sau đó sẽ tiếp tục được ứng dụng thử nghiệm trong nghiệp vụ dự báo hàng ngày tại Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Trung Bộ trên lưu vực sông Cái Nha Trang nhằm đánh giá tổng quát hơn cả về khả năng mô phỏng và khả năng dự báo dòng chảy lũ của mô hình.
TIỂU KẾT CHƯƠNG 1
- Yêu cầu mô phỏng và dự báo chi tiết theo không gian dẫn đến xu hướng sử dụng mô hình thủy văn thông số phân bố; tuy nhiên, ứng dụng mô hình gặp nhiều khó khăn do thiếu trạm đo và số liệu phân bố. Hiện nay có nhiều mô hình thủy văn thông số phân bố được sử dụng và mô hình MARINE là lựa chọn phù hợp do đã chứng minh được khả năng ứng dụng ở cả Việt Nam và trên Thế giới, có cơ sở khoa học tường minh và có mã nguồn mở.
- Mặc dù mô hình MARINE có khả năng mô phỏng tốt dòng chảy sườn dốc và đáp ứng yêu cầu mô phỏng, dự báo chi tiết; tuy nhiên, mô hình còn một số nhược điểm cần cải tiến và tăng khả năng mô phỏng trên lưu vực thiếu số liệu, chưa có các công cụ xử lý mưa phân bố không gian từ số liệu trạm và chưa xét đến các công trình như hồ chứa, đập dâng.
- Tích hợp mô hình sóng động học một chiều để hoàn thiện mô phỏng dòng chảy trong sông của mô hình MARINE và tăng khả năng ứng dụng trên lưu vực sông thiếu số liệu mặt cắt. Bổ sung mô phỏng tác động của hồ chứa trong mô hình MARINE bằng mô đun diễn toán dòng chảy qua hồ. Công cụ nội suy mưa được tích hợp với mô hình MARINE để khắc phục nhược điểm tính toán mưa phân bố không gian và thiếu trạm đo mưa thượng nguồn.
- Các lưu vực sông nhỏ, thiếu số liệu quan trắc ở khu vực Nam Trung Bộ (lưu vực sông Cái Nha Trang, Dinh Ninh Hòa và Cái Phan Rang) có tầm quan trọng đặc biệt với các tỉnh Khánh Hòa, Ninh Thuận và có nhu cầu cấp thiết về mô phỏng và dự báo lũ chi tiết theo không gian. Vì thế cần ứng dụng mô hình MARINE cải tiến để mô phỏng và dựa báo lũ trên các lưu vực sông không ảnh hưởng triều và thiếu số liệu mặt cắt, mưa phân bố như các lưu vực sông ở trên và qua đó chứng minh hiệu quả cải tiến của bộ công cụ mô hình.