III.2 Xây dựng bộ công cụ mô phỏng chế độ thủy văn thủy lực trên lưu vực sông Mã
III.2.2 Xây dựng mô hình thủy văn tính toán dòng chảy nhập lư u
Học viên: Vũ Kim Thắng 69 a. Chuẩn bị số liệu và liệt tài liệu tính toán mô phỏng
Trên cơ sở số liệu yêu cầu và số liệu thu thập được của mô hình. Tiến hành thiết lập các số liệu đầu vào cho mô hình.
Liệt số liệu lượng mưa này tại các trạm trong lưu vực, bốc thoát hơi nước ET0 và chuối số dòng chảy đã được sử dụng cho thẩm định mô hình NAM. Về cơ bản, tất cả số liệu được sử dụng cho ứng dụng mô hình.
Bảng 19: Thời đoạn đối với dòng chảy tại các trạm quan trắc Sông Trạm Thuỷ văn Flv (km2) Thời đoạn
Bưởi Vụ Bản 886 1962-1970
Hón Lù Xuân Cao 12 1968-1985
Sông Đằng Xuân Thượng 53.6 1970-1989
Sông Âm Lang Chánh 331 1962-1976
Bảng 20: Liệt tài liệu mưa sử dụng cho mô hình thủy văn
Trạm mưa Thời đoạn
Hồi Xuân 1960-2010
Kim Tân 1960-2010
Lang Chánh 1960-2010
Lý Nhân 1960-2010
Như Xuân 1960-2010
Thạch Quảng 1960-2010
Cửa Đạt 1960-2010
Xuân Thượng 1960-2010
Xuân Cao 1960-2010
Bảng 21: Liệt tài liệu bốc hơi sử dụng cho mô hình thủy văn
Trạm bốc hơi Thời đoạn
Thanh Hóa 1960-2010
Hồi Xuân 1960-2010
Bái Thượng 1960-2010
Như Xuân 1960-2010
Học viên: Vũ Kim Thắng 70
Trạm bốc hơi Thời đoạn
Yên Định 1960-2010
b. Xây dựng hiệu chỉnh kiểm định mô hình thủy văn
Theo phân tích thống kế về các trạm quan trắc dòng chảy khu vực nghiên cứu.
Đề tài lựa chọn các lưu vực tương tự có tài liệu quan trắc dòngchảy và mưa để hiệu chỉnh tìm ra bộ thông số cho mô hình rồi mượn bộ thông số cho các lưu vực không có tài liệu dòng chảy mà cần mô phỏng. Các lưu vực được lựa chọn là Vụ Bản (trên sông Bưởi), Xuân Thượng (trên sông Đằng) và Lang Chánh trên (sông Âm).
Căn cứ vào tình hình số liệu dòng chảy trên các lưu vực nhỏ thuộc lưu vực sông Mã, xác định thời đoạn hiệu chỉnh, kiểm định mô hình:
Bảng 22: Thời đoạn hiệu chỉnh cho mô hình mưa dòng chảy năm TT Sông Trạm Thuỷ văn Flv
(km2)
Thời đoạn
hiệu chỉnh Thời đoạn kiểm định
1 Bưởi Vụ Bản 886 1962-1966 1967-1970
2 Sông Đằng Xuân Thượng 53.6 1968-1988 1990
3 Sông Âm Lang Chánh 331 1962-1976 1977-1980
Kết quả hiệu chỉnh mô hình MIKENAM (1) Tại trạm Vụ Bản trên sông Bưởi
Kết quả mô phỏng dòng chảy tại trạm Vụ Bản trên sông Bưởi được trình bày trong hình với dòng chảy tính toán và dòng chảy thực đo.
Căn cứ vào kết quả hình vẽ cho thấy về dạng vào quá trình dòng chảy thực đo và tính toán khá hợp về dạng đường, chỉ số NASH đặt 0.79, không có sai số về cân bằng nước. Bộ thông số thu được có thể đưa vào quá trình kiểm định mô hình.
Học viên: Vũ Kim Thắng 71 Hình 8: Kết quả dòng chảy tính toán và thực đo giai đoạn 1962-1966 tại trạm Vụ Bản
trên sông Bưởi (2) Tại trạm Xuân Thượng trên sông Đằng
Thời gian lựa chọn chuỗi hiệu chỉnh cho lưu vực Xuân Thượng trên sông Đằng là 1962-1988. Kết quả hiệu chỉnh mô hình MIKENAM cho thấy về biểu đồ dạng quá trình dòng chảy và thực đo khá phụ hợpnhau, chỉ số NASH đạt 0,69.
Hình 9: Kết quả dòng chảy tính toán và thực đo giai đoạn 1968-1988 tại trạm Xuân Thượng trên sông Đằng
(3) Tại trạm Lang Chánh trên sông Âm
Lựa chọn chuỗi số liệu tại sông Âm từ năm 1962 đến năm 1976 để hiệu chỉnh mô hình thủy văn MIKE NAM.Kết quả mô phỏng dòng chảy tại trạm Lang Chánh trên
Học viên: Vũ Kim Thắng 72 sông Âm được trình bày trong hình. Qúa trình đường dòng chảy tính toán và dòng chảy thực đo khá phù hợp về dạng, hệ số NASH là 0.6 tuy nhiên sai số về căng bằng nước bằng 0. Bộ thông số hiệu chỉnh có thể chấp nhận được đưa vào quá trình kiểm định mô hình.
Hình 10: Kết quả dòng chảy tính toán và thực đo tại trạm Lang Chánh trên sông Âm từ năm 1962-1976
Bảng 23: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá TT Sông Trạm Thuỷ
văn Flv
(km2)
Hiệu chỉnh
NASH WBL (%)
1 Bưởi Vụ Bản 886 0.79 0
2 Sông
Đằng Xuân
Thượng 53.6 0.69 2.1
3 Sông Âm Lang Chánh 331 0.6 0
Nhưvậy qua các kết quả và phân tích trên rút ra những nhận xét sau:
- Lượng dòng chảy tính toán thực đo khá phù hợp về xu thế, thích hợp - Cân bằng nước không có sự chênh lệch nhiều
- Hế số NASH đánh giá giữa giá trị thực đo và tính toán đều đạt yêu cầu ở quá trình hiệu chỉnh .
Do đó bộ thông số của mô hình NAM có thể tin cậy để phục vụ tính toán kéo dài tài liệu và tính toán biên phục vụ cho mô hình thủy lực sau khi qua quá trình kiểm định. Bộ thông số hiệu chỉnh tại số trạm có tài liệu tính toán như sau:
Học viên: Vũ Kim Thắng 73 Bảng 24: Bộ thông số của mô hình NAM đối với các lưu vực
Tên lưu vực Umax Lmax CQOF CKIF CK1,2 TOF TIF TG CKBF Vụ Bản 19.8 118 0.84 917 14.9 0.55 0.418 0.374 1875
Xuân
Thượng 15.6 246 0.7 350 9 0.2 0.68 0.44 3239
Lang Chánh 17 100 0.76 150 17 0.84 0.05 0.1 1750
Với kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình, bộthông số có thể dùng cho việc khôi phục lại dòng chảy tại 1 số biên trên và biên nhập lưu trên các sông Mã, Bưởi, Chu.
Từ kết quả hiệu chỉnh mô hình trên các lưu vực có một số nhận xét như sau:
- Lượng dòng chảy tính toán thực đo khá phù hợp về xu thế, thích hợp.
- Cân bằng nước không có sự chênh lệch nhiều.
- Hế số NASH đánh giá giữa giá trị thực đo và tính toán đều đạt yêu cầu ở quá trình hiệu chỉnh .
Do đóbộ thông số của mô hình NAM có thể tin cậy và được dùng để kiểm định chuỗi thủy văn khác nhau.
Kết quả kiểm định mô hình
Kết quả kiểm định mô hình mô phỏng cho các lưu vực đã nêu được tổng hợp như trong như sau:
Bảng 25: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá TT Sông Trạm Thuỷ
văn Flv
(km2)
Hiệu chỉnh
NASH WBL (%)
1 Bưởi Vụ Bản 886 0.82 0.4
2 Sông
Đằng Xuân
Thượng 53.6 0.85 8,4
3 Sông Âm Lang Chánh 331 0.59 0
Chi tiết cho các lưu vực sau:
(1) Tại trạm Vụ Bản trên sông Bưởi
Học viên: Vũ Kim Thắng 74 Kết quả mô phỏng dòng chảy tại trạm Vụ Bản trên sông Bưởi được trình bày trong hình với dòng chảy tính toán và dòng chảy thực đo.
Căn cứ vào kết quả hình vẽ cho thấy về dạng vào quá trình dòng chảy thực đo và tính toán khá hợp về dạng đường, hệ số NASH đặt 0.82, sai số về cân bằng nước là 0.4%.
Hình 11: Kết quả dòng chảy tính toán và thực đo giai đoạn 1967-1970 tại trạm Vụ Bản trên sông Bưởi
Như vậy kết quả kiểm định về dạng đường quá trình dòng chảy thực đo và tính toán khá phù hợp, các giá trị dòng chảy sai khác không nhiều, sai số về cân bằng nước không lớn. Bộ thông số của mô hình khá phù hợp, có thể sử dụng để mô phỏng dòng chảy còn thiếu cho lưu vực nhập lưu và biên trên.
(2) Tại trạm Xuân Thượng trên sông Đằng
Thời gian lựa chọn chuỗi hiệu chỉnh cho lưu vực Xuân Thượng trên sông Đằng là 1990. Kết quả hiệu chỉnh mô hình MIKENAM cho thấy về biểu đồ dạng quá trình dòng chảy và thực đo khá phụ hợp nhau, chỉ số NASH đạt 0.85, sai số cân bằng nước 8.4%. Chỉ số NASH khá cao chứng tỏ sai khác giữa các giá trị thựcđo và tính toán là ít, sai số cân bằng nước không nhỏ.
Học viên: Vũ Kim Thắng 75 Hình 12: Kết quả dòng chảy tính toán và thực đo giai đoạn 1990 tại trạm Xuân
Thượng trên sông Đằng (3) Tại trạm Lang Chánh trên sông Âm
Lựa chọn chuỗi số liệu tại sông Âm từ năm 1977 đến năm 1980 để hiệu chỉnh mô hình thủy văn MIKE NAM. Kết quả mô phỏng dòng chảy tại trạm Lang Chánh trên sông Âm được trình bày trong hình. Quá trình đường dòng chảy tính toán và dòng chảy thực đo khá phù hợp về dạng, hệ số NASH là 0.6 tuy nhiên sai số về cân bằng nước bằng 0. Bộ thông số hiệu chỉnh có thể chấp nhận được đưa vào quá trình kiểm định mô hình.
Học viên: Vũ Kim Thắng 76 Hình 13: Kết quả dòng chảy tính toán và thực đo tại trạm Lang Chánh trên sông Âm
từ năm 1977-1980
Mỗi bộ thông số đặc trưng cho mỗi một lưu vực, nó được xây dựng trên cơ sở chuỗi số liệu đầu vào. Do đómỗi chuỗi thủy văn thường sẽ cho ra một bộ thông số của mô hình. Mặc dù các chuỗi dòng đều mang tích chất chung là dòng chảy nhưng chuỗi dòng chảy đầu mùa của các năm khác nhau sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến bộ thông số của mô hình, bởi đầu các đặc trưng vật lý của lưu vực sẽ khác nhau tại thời điểm mô phỏng khác nhau. Nên việc đem áp dụng bộ thông số được xác định từ chuỗi thủy văn này cho chuỗi thủy khác dẫn đến sự khác biệt rất lớn. Ta có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách hiệu chỉnh cho nhiều chuỗi thủy văn trong các khoảng thời gian khác nhau để từ đótìm ra bộ một bộ thông số chung đặc trưng cho lưu vực. Tuy nhiên việc này rất khó bởi việc trung bình hóa bộ thông số của các chuỗi thủy văn mà vẫn đảm bảo được tính đại biểu, đồng nhất là khó có thể xảy ra. Mặt khác, dữ liệu dòng chảy trên lưu vực sông Mã và tại các lưu vực lân cận lưu vực cần mô phỏng dòng chảy là không có và chuỗi không dài. Do vậy mà các kết quả kiểm định tại lưu vực Vụ Bản, Lang Chánh, Sông Đằng với chỉ số NASH lớn hơn 0.5 và sai số cân bằng nước lớn nhất là 8.5% là chấp nhận được. Bộ thông số của mô hình MIKE NAM phù hợp với
Học viên: Vũ Kim Thắng 77 các lưu vực đã chọn, có thể áp dụng vào việc mô phỏng biên đầu vào 1 số biên trên và biên nhập lưu trên các sông Mã, Bưởi, Chu.
Bảng 26: Bộ thông số của mô hình NAM đối với các lưu vực
Tên lưu vực Umax Lmax CQOF CKIF CK1,2 TOF TIF TG CKBF Vụ Bản 19.8 118 0.84 917 14.9 0.55 0.418 0.374 1875
Xuân
Thượng 15.6 246 0.7 350 9 0.2 0.68 0.44 3239
Lang Chánh 17 100 0.76 150 17 0.84 0.05 0.1 1750