Bảng 13: Đường tần suất lưu lượng nhỏ nhất năm trạm Sơn Tây
từ 1956-2019
Đặc trưng thống kê Giá trị Đơn vị Giá trị trung bình 749.97 m³/s Hệ số phân tán CV 0.3
Hệ số thiên lệch CS 2.27
Thứ tự Tần suất
P(%)
Q m³/s Thời gian lặp lại (năm)
1 0,01 2806,13 10000
2 0,10 2177,38 1000
4 0,33 1865,52 303,03 5 0,50 1759,40 200 6 1,00 1585,29 100 7 1,50 1485,18 66,667 8 2,00 1414,95 50 9 3,00 1317,12 33,333 10 5,00 1195,85 20 11 10,00 1034,94 10 12 20,00 878,42 5 13 25,00 828,99 4 14 30,00 788,97 3,333 15 40,00 726,51 2,5 16 50,00 678,67 2 17 60,00 639,94 1,667 18 70,00 607,44 1,429 19 75,00 593,03 1,333 20 80,00 579,68 1.25 21 85,00 567,37 1,176 22 90,00 556,19 1,111 23 95,00 552,03 1,053 24 97,00 552,03 1,031 25 99,00 552,03 1,01 26 99,90 552,03 1,001 27 99,99 552,03 1
Từ chuỗi số liệu mực nước, lưu lượng thấp nhất năm từ 1956 - 2019 vẽ đường quan hệ mực nước (H) ~ lưu lượng (Q); vẽ đường tần suất mực nước chọn các trị số tương ứng với các tần suất P = 90% với H = 2,74 m; P = 95% với H =
đã quan trắc được từ 1956 đến nay vào ngày 11 tháng 2. Đường tần suất lưu lượng P = 90% với Q = 556,19 m3/s; P = 95% với Q = 552,03 m3/s; P = 97% với Q = 552,03 m3/s.
3.4.1 Chọn sơ đồ mạng sông cho phương án dự báo mặn
Tương tự như bài toán mô phỏng hiện trạng (hiệu chỉnh và kiểm định), lưới sơng tính tốn là tồn mạng sơng Hồng - Đáy bao gồm các sơng chính thuộc hai hệ thống sơng Hồng và Đáy.
Hình 12. Sơ đồ mạng sơng Hồng - Đáy trong MIKE11
1) Biên trên - Quá trình lưu lượng dự báo
Điều kiện biên trên, bao gồm:
- Quá trình lưu lượng dự báo tại Sơn Tây;
- Quá trình lưu lượng tại Vân Cốc, được tính tốn từ lưu lượng trạm Hưng Thi trên sơng Hồng Long và Ba Thá cho tồn bộ mạng sơng Đáy. Q trình dịng chảy dự báo tại Hưng Thi và Ba Thá được tính tốn từ mưa (được coi như hằng số không đổi);
2) Điều kiện biên dưới:
1. Cửa Trà Lý : sông Trà Lý 2. Cửa Ba Lạt: sông Hồng
3. Cửa Lạch Giang: sông Ninh Cơ 4. Cửa Đáy: sông Đáy
3) Điều kiện biên mặn:
- Quá trình mặn tại các trạm thuỷ văn Sơn Tây (sông Hồng) và Gián Khẩu (sông Đáy) được gán giá trị 0 do mặn không xâm nhập tới.
- Q trình mặn tại 4 cửa sơng được dự báo bằng mơ hình MIKE 11.
4) Điều kiện ban đầu: Điều kiện ban đầu được thiết lập trên toàn bộ hệ thống bằng
cách tiến hành chạy mô phỏng cho thời điểm trước khi dự báo mặn và kết quả ở thời điểm trước đó sẽ là điều kiện ban đầu cho thời điểm dự báo tiếp theo.
Hình 13. Mực nước các trạm đo triều 2014
3.4.2 Các phương án dự báo biên:
Dự báo biên lưu lượng tại Sơn Tây
Lưu lượng tại Sơn Tây là tổng hợp dịng chảy của các sơng Đà, sơng Thao, sông Lô, sông Gâm, sông Chảy. Vì vậy quy trình xả của hồ chứa phụ thuộc rất lớn vào việc dự báo dòng chảy đến hồ và nhu cầu dùng điện. Từ việc dự báo dòng chảy đến hồ, nhu cầu dùng điện và các kinh nghiệm của các chuyên gia dự báo có thể dự kiến được dòng chảy xả xuống hạ lưu.
Như vậy, dự báo dòng chảy tại Sơn Tây sẽ bao gồm hai phần chính là dự báo dịng chảy từ mưa đến cho hồ chứa Hịa Bình, Tun Quang, dự báo dịng chảy đến n Bái và bài tốn thủy lực từ các vị trí đó đến Sơn Tây.
Dự báo dòng chảy từ mưa. Thời gian dự báo dòng chảy vào mùa khô nên lượng
mưa khơng đáng kể nên có thể coi là hằng số.
Dự báo dịng chảy đến trạm Sơn Tây trên sơng Hồng: Theo vận hành các hồ thủy
điện, lịch xả nước theo thông báo của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn. Mực nước trên sông Hồng tại Sơn Tây trong thời gian lấy nước duy trì ở mức 4.50-5.50m (theo cấp lưu lượng); tại Hà Nội 2.20-2.55m.
Bảng 14. Lịch xả vụ Đông - Xuân 2010 - 2018 2009-2010 Đợt 1 24/1 đến 3/2/2010 Đợt 2 7/2 đến 13/2/2010 Đợt 3 22/2 đến 24/2/2010 2010-2011 Đợt 1 5h /27/1 đến 18h/2/2/2011 Đợt 2 5h/13/2 đến 18h/20/2/2011 Đợt 3 x 2011-2012 Đợt 1 5h/18/01 đến 18h//22/01/2012 Đợt 2 5h/01/02 đến 18h/9/02/2012. Đợt 3 x 2012-2013 Đợt 1 22/1 đến 29/1/2013 Đợt 2 02/2 đến 09/2/2013 Đợt 3 17/2 đến 24/2/2013 2013-2014 Đợt 1 11/1 đến 18/1/2014 Đợt 2 23/1 đến 29/1/2014 Đợt 3 05/2 đến 16/2/2014 2014-2015 Đợt 1 0h/19/1 đến 24h/23/1/2015 Đợt 2 0h/30/1 đến 24h/7/2/2015 Đợt 3 0h/13/2 đến 24h/17/2/2015
2015-2016 Đợt 1 19/1 đến 26/1/2016 Đợt 2 01/2 đến 06/2/2016 Đợt 3 14/2 đến 23/2/2016 2016-2017 Đợt 1 0h/10/1 đến 24h/15/1/2017 Đợt 2 0h/23/1 đến 24h/26/1/2017 Đợt 3 0h/6/2 đến 24h/13/2/2017 2017-2018 Đợt 1 0h/16/1 đến 24h/19/1/2018 Đợt 2 0h/28/1 đến 24h/4/2/2018 Đợt 3 0h/9/2 đến 24h/14/2/2018.
Dự báo biên mực nước cửa ra trên sông Đuống và sông Luộc
Sử dụng mực nước thực đo, lưu lượng tính tốn theo các giờ quan trắc 01h, 07h, 13h và 19h trong ngày vào tháng 12 đến tháng 3 năm sau tại các trạm Sơn Tây, Hà Nội để tính lượng nước tại cửa ra trên sơng Đuống là trạm Thượng Cát.
Sử dụng mực nước thực đo, lưu lượng tính tốn theo các giờ quan trắc 01h, 07h, 13h và 19h trong ngày vào tháng 12 đến tháng 3 năm sau tại các trạm Sơn Tây, Hà Nội để tính lượng nước tại cửa ra trên sông Luộc là trạm Triều Dương.
Dự báo biên lưu lượng trên sông Đáy
1- Dự báo dòng chảy đến Hưng Thi và Ba Thá
Trên hệ thống sông Đáy, hai biên trên được sử dụng để tính tốn dự báo mặn tại Hưng Thi và Ba Thá. Vào mùa kiệt dòng chảy nhập lưu tại các trạm này không lớn, lượng mưa khơng đáng kể nên có thể coi là hằng số.
2- Dự báo dòng chảy đến Gián Khẩu
Căn cứ vào cơng việc tính tốn, các tài liệu cơ bản hiện có, chế độ thuỷ văn trên mạng sơng, sơ đồ tính tốn thuỷ lực mùa kiệt hệ thống lưu vực sông Đáy được chọn như sau:
- Thượng nguồn sông Nhuệ nối với sông Hồng tại cống Liên Mạc;
Để phục vụ cho phương án dự báo, phạm vi dự báo được gói gọn trong tồn bộ sơng Hồng - sông Đáy bởi các lý do sau:
- Hệ thống sông Hồng – Đáy là hệ thống sông thuộc quản lí về đo đạc, dự báo khí tượng thủy văn Đài khí tượng thủy văn khu vực đồng bằng Bắc bộ nên việc thu hẹp miền tính, sử dụng các trị số đo đạc thực tế trong khu vực đo đạc và dự báo sẽ đem lại kết quả phù hợp với thực tế thu phát số liệu mực nước, độ mặn vào các tháng mùa kiệt - mùa xâm nhập mặn trong năm (một số trạm thủy văn trong khu vực hệ thống sơng Hồng - Thái Bình khơng điện báo mực nước, độ mặn theo quy phạm ngành quy định).
- Đối với phương án dự báo thì tất cả các biên đầu vào đều là dự báo nên để có được các biên dự báo phía hạ lưu cần phải tiến ra biển và do vậy mạng sơng tính tốn sẽ bao gồm tồn bộ hệ thơng sơng Hồng – Đáy.
Phương pháp hiệu chỉnh mơ hình thuỷ lực MIKE 11 chỉ sử dụng phương pháp thử sai để hiệu chỉnh. Lần lượt thay giá trị của các thông số vào để thu được kết quả hợp lý nhất. Trong mơ hình thuỷ lực MIKE thì hệ số nhám Maning có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả của mơ hình.
Dự báo biên triều, mặn tại 4 cửa sơng
Kết quả tính tốn hiệu chỉnh và kiểm nghiệm cho thấy có sự phù hợp giữa tính tốn và thực đo nên đây là cơ sở quan trọng để có thể sử dụng mơ hình MIKE 11 phục vụ dự báo mực nước triều và xâm nhập mặn cho vùng cửa sông.
Trong phương án dự báo thì vấn đề được quan tâm nhiều nhất vẫn là thời gian dự kiến. Để kéo dài thời gian dự kiến cho các điểm cần dự báo thì cách đơn giản nhất là kéo dài thời gian dự kiến của các biên. Đối với việc dự báo biên triều và độ mặn tại 4 cửa sông Hồng, Đáy, Ninh Cơ, Đáy như trong nghiên cứu này thì thời gian dự kiến có thể rất dài và như vậy hoàn toàn thỏa mãn các điều kiện kéo dài thời gian dự kiến đến 72 giờ.
Bảng 15. Kết quả đánh giá sai số tính tốn và thực đo tại một số trạm kiểm tra trên hệ thống sông Hồng - Đáy tháng 1 năm 2015
TT Trạm Sai số đỉnh (%) Chỉ số NASH
Trạm đo lưu lượng
1 Sơn Tây 11.2 9.5 2 Hà Nội 11.15 0.94 Trạm đo mực nước 1 Sơn Tây 6.52 0.95 2 Hà Nội 5.21 0.95 3 Thượng Cát 3.9 0.94 4 Triều Dương 5.0 0.85 5 Ba Lạt 14.3 0.85 6 Đông Quý 6.9 0.85
Bảng 16. Bảng kết quả đánh giá sai số độ mặn tính tốn và thực đo tại các vị trí kiểm tra trên hệ thống sông Hồng - Đáy cho tháng 1 năm 2016
Tt Trạm Sông Smax thực đo(%o) Smax tính tốn Sai số lệch Chênh lệch tgxh đỉnh (giờ) 1 Ba Lạt Hồng 26.3 20.1 6.2 1 2 Phú Lễ Ninh Cơ 23.5 24.4 0.9 1 3 Đông Quý Trà Lý 15.2 9.0 6.2 4
4 Như Tân Đáy 16.9 12.3 4.6 1
Nhận xét:
Kết quả kiểm nghiệm bộ thông số của mơ hình cho một số nhận xét sau: Đối với mơ đun thủy lực kết quả kiểm định mơ hình khá tốt với chỉ số Nash vào khoảng 0,8 – 0,9, sai số lệch đỉnh của quá trình lưu lượng khoảng 10 % nằm
nước, chỉ số Nash của đường quá trình lưu lượng khoảng 0,7 – 0,8 dạng đường giữa tính tốn và thực đo khá phù hợp. Sai số lệch đỉnh của các quá trình mực nước tại những trạm thủy văn bên dưới khoảng 10% hồn tồn có thể chấp nhận được.
Việc kiểm định mô đun khuếch tán cho kết quả sai số độ mặn lớn nhất tại một số trạm cửa sông nằm trong giới hạn cho phép.
Như vậy có thể thấy việc kiểm định mơ hình tính tốn truyền mặn nhìn chung đã đạt kết quả khá tốt trên hầu hết các con sơng. Bộ thơng số của mơ hình có thể được sử dụng để tính tốn dự báo mặn kiểm tra cho năm 2015 - 2016.
Kết luận chung:
Bộ thơng số của mơ hình cho hệ thống sơng Hồng – Đáy đã được hiệu chỉnh và kiểm nghiệm bằng số liệu thực đo của hai thời kỳ là tháng 1/2015 và tháng 1/2016. Qua đó cho một số kết luận như sau:
- Mơ hình đã mơ phỏng tốt cho mùa kiệt của hệ thống sông Hồng - Đáy thơng qua kết quả đánh giá sai số nhìn chung đạt kết quả tốt.
- Quá trình triều và mặn xảy ra đồng pha, đỉnh mặn xuất hiện trùng với đỉnh triều, thời gian xuất hiện đỉnh mặn giữa tỉnh toán và thực đo lệch 1-2 giờ.
Sai số tính tốn và thực đo khơng tốt cho một số điểm dự báo trên các sơng khác có thể do một số nguyên nhân chính sau:
- Sai số do bản thân mỗi mơ hình trong thuật tốn giải hệ phương trình vi phân để mơ phỏng số một hiện tượng vật lý có diễn biến phức tạp.
- Sai số khi thực hiện các phép trung bình hố trong mơ phỏng đoạn sơng và mặt cắt tự nhiên.
- Sai số do tính khơng đồng bộ về thời gian về số liệu điạ hình.
- Tác động của độ mặn khi xâm nhập sâu sẽ bị nhiều tác động chi phối bổ sung trên đường đi như tác động lấy nước và xả nước, tác động giao thông thuỷ và diễn biến của địa hình mặt cắt sơng. Tác động ngày càng tăng cường của chế độ dòng chảy từ thượng lưu về tạo ra chế độ trộn lẫn phức tạp giữa nước sông và nước biến do thuỷ triều đưa vào.
- Độ mặn tính tốn theo mơ hình là độ mặn trung bình trên tồn mặt cắt trong khi độ mặn thực đo chỉ tại một vị trí (gần giữa sơng) tính theo trung bình trên một thuỷ trực. Như vậy sẽ dẫn đến sai số khách quan xuất hiện ngay cả khi kết quả tính tốn có mức tin cậy cao. Sai số này càng lớn khi mức độ xâm nhập triều yếu tạo ra dạng đường bao hình nêm vào cửa sơng.
Do thời gian thực hiện chỉ trong thời gian ngắn, đồng thời số liệu thu thập để kiểm định và thẩm tra rất lớn nên chỉ chọn các vị trí điển hình cho các sơng và tại các vị trí có u cầu dự báo. Kết quả tính tốn kiểm tra cho thấy, mặc dù mức độ phù hợp cho từng vị trí có khác nhau nhưng mức độ phù hợp ở tất cả các vị trí được chọn đều ở giới hạn cho phép.
Mặc dù cịn những sai khác giữa tính tốn và thực đo nhưng sự phù hợp một cách tương đối giữa đường quá trình mực nước, lưu lượng, độ mặn tính tốn và thực đo cho các mùa kiệt năm 2015 và 2016. Với kết quả mô phỏng đạt mức tin cậy trong bài tốn thuỷ lực, xâm nhập mặn, với bộ thơng số được đánh giá tốt cho hầu hết các sơng thì mơ hình MIKE 11 được tiếp tục áp dụng cho bài tốn tính tốn xâm nhập mặn cho các kịch bản khác nhau cũng như là cơng cụ để phục vụ bài tốn dự báo xâm nhập mặn tại các khu vực khác nhau cho hệ thống sông Hồng - Đáy.
3.4.3 Dự báo xâm nhập mặn
Áp dụng dự báo thử nghiệm cho mùa kiệt 2015, 2016
Trên cơ sở bộ thơng số của mơ hình đã được hiệu chỉnh và kiểm nghiệm, các biên đã được dự báo với thời gian dự kiến ít nhất là 24 giờ thì dự báo độ mặn tại tất cả các vị trí ở vùng cửa sơng hồn tồn có thể đảm bảo thời gian dự kiến ít nhất là 48 giờ.
Đối với biên lưu lượng tại Gián Khẩu, vào mùa kiệt dòng chảy ở đây rất nhỏ và biên độ dao động rất nhỏ nên mơ hình MIKE 11 với công cụ dự báo thì hồn tồn có thể tăng thời gian dự kiến. Vì vậy thời gian dự kiến cho dự báo mặn tại các cửa sơng có thể tăng lên 72 giờ.
Dưới đây là bảng thống kê một số vị trí được chọn để dự báo mặn thử nghiệm cho 4 cửa sông thuộc vùng đồng bằng sông Hồng – Đáy. Kết quả dự báo thử nghiệm tại các vị trí đo mặn như sau.
Kết quả thử nghiệm dự báo biên trên làm đầu vào
a, Dự báo biên tại Sơn Tây
Kết quả dự báo thử nghiệm mùa cạn 2015 - 2016 theo mơ hình MIKE 11 tại Sơn Tây. Đánh giá chất lượng dự báo tại Sơn Tây mùa cạn 2015 – 2016 với các thời gian dự kiến là 24 giờ, 48 giờ, và 72 giờ như sau:
Bảng 17. Kết quả đánh giá sai số dự báo tại trạm Sơn Tây
Tên trạm Thời gian dự kiến
24h 48h 72h
Sơn Tây 90% 75% 60%
b, Dự báo biên tại Gián Khẩu
Chất lượng dự báo tại trạm Gián Khẩu mùa cạn 2015 – 2016 với các thời gian dự kiến.
Bảng 18. Kết quả đánh giá sai số dự báo tại trạm Gián Khẩu
Tên trạm Thời gian dự kiến
24h 48h 72h
Gián Khẩu 85% 72% 61%
3.4.4 Kết quả thử nghiệm dự báo mặn tại các cửa sông