V. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
3.2.3Thiết lập mô hình NAM tính toán dòng chảy khu giữa
Quá trình tính toán bao gồm các nội dung cơ bản như sau:
3.2.3.1 Yêu cầu số liệu đầu vào
Số liệu không gian:
Bản đồ ranh giới lưu vực và mạng lưới sông trên lưu vực sông Cả tính toán.
Bản đồ mạng lưới khí tượng và thủy văn của lưu vực.
Bản đồ địa hình, địa chất, thổ nhưỡng.
Số liệu thuộc tính:
Số liệu mưa ngày của các trạm khí tượng trong và lân cận lưu vực.
Số liệu bốc hơi ngày tại trạm khí tượng.
3.2.3.2 Tính toán mưa bình quân lưu vực
Mưa bình quân lưu vực (X ) được tính theo công thức: ∑
= = n i i i X a X 1 . Trong đó
Xi: lượng mưa của trạm mưa thứ i.
αi: trọng số của trạm mưa thứ i (được xác định bằng phương pháp đa giác Theisson hoặc đường đẳng trị mưa).
n: số trạm mưa ảnh hưởng trong lưu vực.
Việc xác định chính xác trọng số của các trạm mưa (αi) sẽ quyết định tính đại biểu của số liệu mưa đưa vào tính toán. Căn cứ vào tình hình số liệu các trạm mưa thu thập được ta tiến hành đưa các trạm mưa lên bản đồ đã phân chia các tiểu lưu vực, sau đó sử dụng phương pháp đa giác Thiesson bằng công cụ “Thiesson option” chạy trên nền mô hình Arcview. Từ đó tìm được các trạm mưa đại biểu và trọng số của từng trạm cho mỗi tiểu lưu vực.
Phân tích các trạm mưa trên lưu vực và tình hình số liệu mưa tại các trạm đo mưa, trạm khí tượng, trạm thủy văn, sơ bộ chọn các trạm mưa, bốc hơi đưa vào mô phỏng tìm bộ thông số mô hình NAM như sau:
+ Trạm Môn Sơn: Số liệu mưa ngày đầy đủ từ 1962 – 1989
+ Trạm Thác Muối: Số liệu mưa ngày không liên tục: Từ 1965 – 1980, 1983 – 1985, 1991 – 2012
+ Trạm Dừa: Số liệu mưa ngày không liên tục: Từ 1965 – 1968, 1970 – 2012 + Trạm Con Cuông (TV): Số liệu mưa ngày không liên tục 1967 – 1969, 1973 – 1974
+ Trạm Cốc Nà: Số liệu mưa ngày không liên tục 1967 – 1969, 1972 – 1973 + Bốc hơi trạm Con Cuông 1965 – 2012
Hình 3. 9Đa giác Thiessen lưu vực thượng lưu Thác Muối 3.2.3.3 Trình tự tính toán
Sử dụng 5 trạm mưa ở trên với trọng số chia theo phương pháp đa giác Thiessen. Dùng các năm có số liệu thực đo ở trạm Thác Muối để hiệu chỉnh kiểm định mô hình, trong đó: năm 1967 – 1969 để hiệu chỉnh mô hình, năm 1972 – 1973 để kiểm định mô hình. (hình 3.10; 3.11)
Bảng 3. 7 Kết quả tính toán trọng số các trạm mưa theo phương pháp Thiessen
Trạm mưa Số liệu mưa Diện tích đa
giác (km2) Trọng số (%) Môn Sơn 1962 – 1989 606,773 0,8 Dừa 1965 – 1968, 1970- 2012 47,265 0,062 Thác Muối 1965-1980, 1983-1985, 91-2012 46,830 0,062 Con Cuông TV 1967 – 1969, 1973 – 1974 26,547 0,035 Cốc Nà 1967 – 1969, 1972-1973 31,066 0,041
Hình 3. 10Quá trình lưu lượng trung bình ngày thực đo – tính toán (hiệu chỉnh các năm 1967 – 1969)
Hình 3. 11 Quá trình lưu lượng trung bình ngày thực đo – tính toán (kiểm định các năm 1972 – 1973)
Số liệu đưa vào tính toán mô hình NAM đã tận dụng toàn bộ số liệu mưa thu thập, khi mô phỏng đã tính toán đến nhiều phương án (dùng một trạm mưa Môn Sơn đại diện cho lưu vực, hay một vài trạm mưa trong và lân cận lưu vực).
Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình cho kết quả không cao, hệ số NASH của hiệu chinh và kiểm định tương ứng là 0,50 đến 0,67, tuy nhiên mùa kiệt phần nước thấp quá trình dòng chảy tính toán tương đối phù hợp với quá trình thực đo có thể sử dụng mô hình để tính toán đánh giá khả năng đáp ứng dòng chảy tối thiểu trên lưu vực sông. Mô hình sẽ được sử dụng để khôi phục chuỗi số liệu lưu lượng ngày tại trạm thủy văn Thác Muối và tính toán lưu lượng gia nhập khu giữa của các lưu vực giữa trạm TV. Thác Muối đến ngã ba sông Cả, tính toán khu giữa Dừa đến đập dâng Đô Lương.
3.2.4 Thiết lập mô hình MIKE 11 mô phỏng dòng chảy mùa cạn trên lưu vực (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.4.1 Thiết lập mạng lưới sông suối
Phạm vi mô phỏng bao gồm:
+ Sông Cả: Tv. Dừa - Cửa Hội, chiều dài 157 km
+ Sông Giăng: Tv. Thác Muối – ngã ba sông Cả, chiều dài 39 km + Sông Ngàn Sâu: Tv. Hòa Duyệt – ngã ba Linh Cảm, chiều dài 37 km + Sông Ngàn Phố: Tv. Sơn Diệm – ngã ba Linh Cảm, chiều dài 28 km
Hình 3. 12Mạng lưới tính toán trong MIKE 11 3.2.4.2 Mặt cắt ngang sông
Số liệu mặt cắt ngang sông đo đạc năm 2011 của Bộ Tài nguyên Môi trường, bao gồm:
+ Sông Cả: 76 mặt cắt + Sông Giăng: 18 mặt cắt
+ Sông Ngàn Sâu: 21 mặt cắt (bao gồm đoạn sông ngàn Sâu và đoạn sông La từ ngã ba Linh cảm đến ngã ba Chợ Tràng)
3.2.4.3 Biên thủy lực
Hình 3. 13 Giao diện thiết lập biên thủy lực trong MIKE 11
a. Biên trên, biên dưới mô phỏng
+ Sông Cả : Biên trên là dòng chảy trạm thủy văn Dừa Biên dưới là mực nước trạm Cửa Hội
+ Sông Ngàn Phố: Biên trên là dòng chảy trạm thủy văn Sơn Diệm + Sông Ngàn Sâu: Biên trên là dòng chảy trạm thủy văn Hòa Duyệt + Sông Giăng: Biên trên là dòng chảy trạm thủy văn Thác Muối
mô hình
b. Biên gia nhập khu giữa
+ Khu giữa Tv. Thác Muối – ngã ba sông Thác Muối – sông Cả + Khu giữa Tv. Dừa – đập Đô Lương
+ Khu giữa đập Đô Lương – cống Nam Đàn + Khu giữa Tv. Sơn Diệm – ngã ba Linh Cảm + Khu giữa Tv. Hòa Duyệt – ngã ba Linh Cảm
Lượng nước gia nhập khu giữa được tính toán từ số liệu mưa bằng mô hình MIKE NAM. Giả thiết lượng dòng chảy trên lưu vực khu giữa chảy phân bố đều trên đoạn sông của lưu vực đó (dạng biên Distributed Source).
Hình 3. 15Đường quá trình lưu lượng gia nhập khu giữa tính toán bằng NAM
c. Biên nhu cầu sử dụng nước
+ Nhu cầu nước khu giữa Tv. Dừa – đập Đô Lương
+ Nhu cầu nước khu giữa đập Đô Lương – cống Nam Đàn + Nhu cầu nước khu giữa ngã ba Chợ Tràng – Cửa Hội + Nhu cầu nước khu giữa Tv. Hòa Duyệt – ngã ba Linh Cảm + Nhu cầu nước khu giữa Tv. Sơn Diệm – ngã ba Linh Cảm
Nhu cầu nước ở các khu giữa được tính toán theo công suất khai thác của các trạm bơm, nhà máy nước. Trong mô hình thiết lập nhu cầu nước là lượng dòng chảy
trong sông bị mất đi, giả thiết tổng nhu cầu nước được lấy đi phân bố đều trên đoạn sông có các công trình khai thác.
Hình 3. 16Nhu cầu sử dụng nước tại các vị trí trên lưu vực sông Cả 3.2.4.4 Thiết lập các công trình khai thác nước trên dòng chính
Trên dòng chính sông Cả (Lam), sông La ngoài các trạm bơm nhỏ lấy nước phục vụ nông nghiệp, còn các công trình lấy nước tập trung quy mô lớn: hệ thống công trình đầu mối đập Đô Lương, cống Nam Đàn,. Các công trình được thiết lập trong mô hình MIKE phần Control Structure.
a. Đập dâng Đô Lương
Hình 3. 17Mô phỏng vận hành đập Đô Lương theo mực nước
Đập dâng Đô Lương là công trình điều khiển tự động theo mực nước thượng lưu đập (khi mực nước thượng lưu đập >11 m, cửa van hạ xuống cao trình 10.1 m).
b. Cống Nam Đàn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cống Nam Đàn là công trình lấy nước bên (Side structure), có thời gian đóng mở cống theo thời gian.
Hình 3. 18Mô phỏng cống Nam Đàn theo thời gian lấy nước 3.2.4.5 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
Các vị trí chọn hiệu chỉnh, kiểm định mô hình là những vị trí trong phạm vi thiết lập mô hình, tại những vị trí có thể kiểm tra được sự thay đổi về các giá trị Q,
H khi thay đổi các thông số mô hình và là những vị trí có số liệu quan trắc đầy đủ, chính xác. Trên cơ sở đó lựa chọn các điểm hiệu chỉnh, kiểm định mô hình như sau:
Vị trí hiệu chỉnh và kiểm định Yếu tố hiệu chỉnh – kiểm định
TV. Yên Thượng H, Q
Trạm mực nước Nam Đàn H
Trên cơ sở phân tích chuỗi số liệu biên mô hình và biên kiểm tra, tính đồng bộ của chuỗi số liệu luận văn đã sử dụng chuỗi từ 1967 – 1974 dùng hiệu chỉnh mô hình, và các năm 1977, 1978, 2002, 2004, 2005 để kiểm định mô hình (đây là các năm có lượng dòng chảy mùa kiệt nhỏ)
Hình 3. 19Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo lưu lượng tại trạm Tv. Yên Thượng (1967 -1974)
Hình 3. 20Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước tại trạm Tv. Yên Thượng (1967 -1974)
Hình 3. 21Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước tại cống Nam Đàn (1967 -1974)
Kết quả hiệu chỉnh mô hình được thể hiện ở hình 3.19-3.21, cho thấy đường quá trình tương đối phù hợp, đặc biệt quá trình lưu lượng khá bám sát. Tuy nhiên,
đối với quá trình mực nước vẫn còn có sự sai lệch ở những pha nước thấp. Hệ số NASH đều > 0,8. Từ đó khẳng định kết quả tính toán hiệu chỉnh sử dụng tốt trong các tính toán tiếp theo.
Bảng 3.6: Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại các điểm kiểm tra
Chỉ tiêu NASH cả năm Chỉ tiêu NASH mùa kiệt
Trạm Tv. Yên Thượng 0.97 0.93
Trạm Nam Đàn 0.93 0.89
Trên cơ sở bộ thông số thu được từ việc hiệu chỉnh tiến hành kiểm định mô hình cho một số năm ứng với các tần suất khác nhau. Các kết quả được thể hiện
Hình 3. 22Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước tại cống Nam Đàn (1977)
Hình 3. 23Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước tại cống Nam Đàn (1978)
Hình 3. 24Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước tại cống Nam Đàn (2002)
Hình 3. 25Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước tại cống Nam Đàn (2004)
Hình 3. 26Kết quả mô phỏng tính toán và thực đo mực nước tại cống Nam Đàn (2005)
Bảng 3.7 Kết quả kiểm định mô hình
Tần suất Năm Chỉ tiêu NASH H max tt (m) H max tđ (m) H min tt (m) H min tđ (m) 75% 1977 0.96 5.49 6.20 0.67 0.74 90% 1978 0.93 3.12 3.16 0.63 0.79 80% 2002 0.96 4.89 4.53 0.59 0.80 95% 2004 0.88 6.22 5.76 0.63 0.68 85% 2005 0.84 3.35 3.34 0.30 0.46
Kết quả tính toán kiểm định mô hình từ hình 3.22 và 3.26 cho thấy đường quá trình là phù hợp, hệ số Nash đạt yêu cầu. (sự sai khác về đỉnh là do sai số trong mô phỏng lũ thiết kế đầu vào bằng Mike NAM và sai số do sự thay đổi địa hình, lòng dẫn tại thời điểm khảo sát với năm tính toán). Từ các nhận định trên và qua so sánh với các kết quả tính toán đã có trước đây, có thể khẳng định kết quả tính toán hiệu chỉnh kiểm định là đ ạt yêu cầu, mô hình mạng lưới sông có thể sử dụng trong tính toán nghiên cứu tiếp theo.
CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TỐI THIỂU VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC
TRÊN DÒNG CHÍNH SÔNG CẢ