CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GR4J TẠI LƯU VỰC SÔNG CÁI TỈNH NINH THUẬN
4.1 Các số liệu đầu vào
4.1.1 Xác định lượng xả đập thủy điện Đa Nhim vào lưu vực sông CPR
Lượng nước xả hàng ngày của thủy điện Đa Nhim có đóng góp lớn vào dòng chảy của lưu vực sông CPR, đặc biệt vào mùa khô. Đây là một số liệu đầu vào quan trọng cho các mô hình thủy văn mô phỏng dòng chảy tại lưu vực này vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của mô hình. Tuy nhiên, số liệu này hiện nay chỉ xác định được tại vị trí nhà máy thủy điện Đa Nhim (lưu lượng qua tuabin) và rất khó để xác định giá trị thực của nó tại điểm đầu lưu vực sông CPR vì chưa có trạm quan trắc riêng về lưu lượng này.
Để đánh giá sự ảnh hưởng của lượng xả đập thủy điện Đa Nhim, nghiên cứu này đã sử dụng mô hình GR4J để mô phỏng dòng chảy tại trạm Phước Hòa với bộ số liệu bốc hơi ngày (trạm khí tượng Phan Rang) và mưa ngày (trạm Phước Bình và Khánh Sơn) giai đoạn 2013-2015. Trạm Phước Hòa được chọn cho trường hợp này vì nó nằm gần phía thượng lưu của lưu vực sông CPR nên lưu lượng tại vị trí này sẽ phản ánh tốt sự đóng góp của lượng xả đập thủy điện Đa Nhim đến lưu vực nghiên cứu. Sau khi mô phỏng, lượng xả của đập thủy điện Đa Nhim được tính theo công thức sau:
Qxả ĐN = Qtđ-Qm
Trong đó:
Qtđ: là lưu lượng thực đo tại Phước Hòa
Qm: là lưu lượng mô phỏng của mô hình GR4J tại Phước Hòa
Kết quả cho thấy, trong mùa khô, lưu lượng xả của nhà máy thủy điện tại vị trí đầu lưu vực sông CPR chiếm khoảng 85-90% lưu lượng xả tại vị trí nhà máy thủy điện và có thể lên tới 97% trong mùa lũ. Các giá trị này sẽ được sử dụng để hiệu
chỉnh số liệu đầu vào về lượng nước xả hàng ngày của thủy điện Đa Nhim cho mô hình GR4J để mô phỏng dòng chảy tại các vị trí khác nhau của lưu vực.
4.1.2 Xác định các trạm đo
Mạng lưới trạm thủy văn trên lưu vực sông CPR phân bố tương đối đều nhưng vẫn còn thưa thớt. Hiện có 07 trạm đo mưa tự động và 11 trạm đo mưa nhân dân được phân bố trên lưu vực sông Cái (Hình 4-1). Trong nghiên cứu này chỉ sử dụng chuỗi dữ liệu được cung cấp từ các trạm đo trong Bảng 3-1 vì chuỗi số liệu tại các trạm này đáp ứng yêu cầu về độ dài và chất lượng dữ liệu (không bị thiếu số liệu đo đạc).
Bảng 4-1. Vị trí các trạm đo khí tượng, thủy văn tại tỉnh Ninh Thuận [16]
TT Trạm Địa điểm Vị trí Thời kỳ
quan trắc Vĩ độ Kinh độ
Trạm đo khí tượng
1 Phan Rang Phước Mỹ, Tp.Phan Rang
Tháp Chàm 11o33’ 108o 58’ 4/1993-nay Trạm đo lưu lượng
1 Tân Mỹ X. Mỹ Sơn, H. Ninh Sơn 11o 43’ 108o 50’ 1977-nay 2 Phước Hòa Phước Hòa-Bác Ái 110,51’ 1080,46’ 2013-nay Trạm đo mưa nhân dân
1 Phan Rang Đạo Long, Tp.Phan Rang-
Tháp Chàm 11o 34’ 108 o 59’ 1993-nay 2 Tân Mỹ Mỹ Sơn, H. Ninh Sơn 11o 43’ 108 o 50’ 1978- nay 3 Sông Pha Lâm Sơn, H. Ninh Sơn 11o 50’ 108 o 43’ 1993-nay 4 Ba Tháp Tân Hải, H. Ninh Hải 11 o 42’ 109 o 03’ 1983-nay 5 Nhị Hà Nhị Hà, H. Ninh Phước 11 o 28’ 108 o 40’ 1985-nay 6 Khánh Sơn Tỉnh Khánh Hòa 12 o 01’ 108 o 58’ 1977-nay Trạm đo mưa tự động
1 Phước Bình Phước Bình-Bác Ái 120,00’ 1080,45’ 2002-nay 2 Phước Hòa Phước Hòa-Bác Ái 110,51’ 1080,46’ 2013-nay
Hình4-1. Vị trí các trạm khí tượng, thủy văn trên lưu vực sông CPR 4.1.3 Số liệu đầu vào
Chuỗi dữ liệu lượng mưa và lượng bốc hơi ngày thu thập tại các trạm Ba Tháp, Nhị Hà, Tân Mỹ, Sông Pha, Phước Bình, Khánh Sơn, Phan Rang trong giai đoạn 1986-2015. Dữ liệu lưu lượng dòng chảy thu thập tại hai trạm thủy văn Tân Mỹ (1986-2008) và Phước Hòa (2013-2015).
Tuy nhiên, kết quả tổng hợp và phân tích số liệu tại Bảng 4-2 cho thấy chuỗi dữ liệu bị gián đoạn trong giai đoạn 1986-1997, điển hình là giai đoạn 1988-1991.
Điều này dẫn đến chuỗi dữ liệu thời gian này không đảm bảo độ tin cậy để thực hiện hiệu chỉnh và kiểm định mô hình theo các trường hợp tính toán của nghiên cứu này. Bảng 3-2 cũng thể hiện rằng thời đoạn 1998-2015 có chuỗi số liệu liên tục và đầy đủ hơn cho cả các tháng mùa mưa và mùa khô. Vì vậy, chuỗi dữ liệu giai đoạn
1998-2015 có thể đáp ứng mục tiêu nghiên cứu, với từng giai đoạn được chia cụ thể như sau:
Giai đoạn 1998-2000 và 2005-2008: Trong các giai đoạn này, Ninh Thuận không có diễn biến thất thường về thời tiết, thích hợp để hiệu chỉnh mô hình, xác định bộ 4 tham số tối ưu.
Giai đoạn 2001-2004 và 2013-2015: Các giai đoạn này chịu tác động của hạn hán, nên được sử dụng để đánh giá khả năng mô phỏng dòng chảy kiệt của mô hình.
Giai đoạn 1998-2015: Giai đoạn này có chuỗi dữ liệu được ghi nhận đầy đủ, liên tục và dài nhất trong bộ dữ liệu thu thập, nên có thể dùng để phân tích xu hướng diễn biến dòng chảy trong tương lai.
Bảng 4-2. Tổng hợp chuỗi dữ liệu thu thập tại các trạm khí tượng, thủy văn lưu vực sông Cái Phan Rang
Tháng
Năm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1986 x x x x x x x x
1987 x x x x x x x
1988 x x x x x x x x x x x x
1989 x x x x x x x x x x x x
1990 x x x x x x x x x x x x
1991 x x x x x x x x x x x x
1992 x x x x x x
1993 x x x x
1994 x x x x x x
1995 x x x x x x x x x x x x
1996 x x x x
1997 x x x x x x x
1998 x x x x
1999 x x
2000 x x
2001 x
2002 x x x
2003 x x x x
2004 x x x x x
2005 x x x x x
Tháng
Năm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2006 x x x x
2007 x x x x
2008
2009 x x x x
2010 x x
2011 x x x
2012
2013 x x x x
2014 x x x
2015 x x x x
Ghi chú: Ô bôi màu thể hiện khoảng thời gian được lựa chọn.
Dấu “x” là khoảng thời gian tỉnh Ninh Thuận không mưa hoặc dữ liệu bị thiếu.
Dữ liệu đầu vào từ các trạm thủy văn và khí tượng được lựa chọn một cách thích hợp dựa trên diện tích tiểu lưu vực được phân chia bởi mô hình GR4J (chi tiết tại mục 4.3.1). Chính vì vậy, dữ liệu đầu vào thực đo tại các trạm đo được lựa chọn với trường hợp sử dụng khác nhau, như được trình bày trong Bảng 4-3.
Bảng 4-3. Số liệu và trạm khí tượng, thủy văn được sử dụng mô phỏng và dự báo dòng chảy trong mô hình GR4J
Loại số liệu
Trạm thủy văn, khí
tượng
Thời đoạn Chi tiết
số liệu Trường hợp sử dụng
Số liệu dòng chảy
Tân Mỹ
1998 - 2000 2001 - 2004 2005 - 2008
Phụ lục 2
- Hiệu chỉnh mô hình GR4J với thời đoạn khác nhau - Đánh giá khả năng mô phỏng GR4J tại các vị trí khác nhau
Phước Hòa 2013 - 2015 Phụ lục 3
- Đánh giá khả năng mô phỏng GR4J tại các vị trí khác nhau
Trạm thủy điện Đa Nhim
1998 - 2000 2001 - 2004 2005 - 2008 1998 - 2015
Phụ lục 4
- Hiệu chỉnh mô hình GR4J với thời đoạn khác nhau - Đánh giá khả năng mô phỏng GR4J tại các vị trí khác nhau
- Mô phỏng và dự báo dòng chảy GR4J tại điểm đầu ra của lưu vực CPR
Loại số liệu
Trạm thủy văn, khí
tượng
Thời đoạn Chi tiết
số liệu Trường hợp sử dụng
Số liệu mưa
Khánh Sơn, Phước Bình, Tân Mỹ, Sông Pha, Ba Tháp, Nhị Hà, Phan Rang
1998 - 2000 2001 - 2004 2005 - 2008
1998 - 2015 Phụ lục 5
- Hiệu chỉnh mô hình GR4J với thời đoạn khác nhau - Đánh giá khả năng mô phỏng GR4J tại các vị trí khác nhau
- Mô phỏng và dự báo dòng chảy GR4J tại điểm ra của lưu vực CPR
1998 - 2015
- Mô phỏng và dự báo dòng chảy GR4J tại điểm ra của lưu vực CPR
Số liệu bốc
hơi Phan Rang
1998 - 2000 2001 - 2004 2005 - 2008 1998 - 2015
Phụ lục 6
- Hiệu chỉnh mô hình GR4J với thời đoạn khác nhau - Đánh giá khả năng mô phỏng GR4J tại các vị trí khác nhau
- Mô phỏng và dự báo dòng chảy GR4J tại điểm ra của lưu vực CPR
Chuỗi dữ liệu đầu vào và lưu lượng dòng chảy sau khi được phân tích lựa chọn sẽ được định dạng lại theo yêu cầu định dang file trong Source. Khi đó, số liệu được biểu diễn thành hai cột: một cột thể hiện bước thời gian theo ngày và cột còn lại thể hiện số liệu tương ứng và có đơn vị tính toán là mm/day. Đối với dữ liệu lưu lượng dòng chảy được dùng để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thì đơn vị tính toán được thể hiện là ML/day. Tất cả tập tin dữ liệu sử dụng trong mô hình GR4J được định dạng với đuôi mở rộng .csv.