Tải bản đầy đủ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE TỪNG BƯỚC HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ DỰ BÁO LŨ SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH



i


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN




Đặng Thị Lan Phương



NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE TỪNG BƯỚC
HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ DỰ BÁO LŨ
SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH




LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC








HÀ NỘI – 2012


ii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN




Đặng Thị Lan Phương

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE TỪNG BƯỚC
HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ DỰ BÁO LŨ
SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH

Chuyên ngành: Thủy văn học
Mã số: 604490

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC



PGS.TS. LƯƠNG TUẤN ANH

HÀ NỘI - 2012



iii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
DỰ BÁO LŨ 4
1.1.Giới thiệu chung 4
1.2.Một số nghiên cứu dự báo lũ trên thế giới 4
1.3.Một số nghiên cứu dự báo lũ ở Việt Nam 6
1.4. Cơ sở lý thuyết của mô hình 12
1.4.1. Mô hình MIKE NAM 12
1.4.2. Mô hình thủy lực MIKE 11 – HD 19
1.4.3. Mô hình Mike 21 28
CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ LŨ LỤT HỆ THỐNG
SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH 30
2.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên 30
2.1.1. Vị trí địa lý 30
2.1.2. Địa hình 31
2.1.3. Địa chất 34
2.1.4. Thổ nhưỡng 36
2.1.5. Lớp phủ thực vật 38
2.2. Nguyên nhân hình thành và một số đặc điểm của chế độ mưa - lũ 36
2.2.1. Một số hình thế thời tiết chủ yếu gây mưa lớn 36
2.2.2. Chế độ mưa 38
2.2.3.Đặc điểm chung về chế độ dòng chảy 39
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE DỰ BÁO LŨ HỆ THỐNG SÔNG
HỒNG – THÁI BÌNH 48
3.1. Sơ đồ thủy văn thủy lực trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình 48
3.1.1. Sơ đồ thủy văn 48
3.1.2. Sơ đồ thủy lực 52
3.2. Điều kiện biên và điều kiện ban đầu 57


iv

3.3. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình thủy văn 58
3.4. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình thủy lực 63
3.4.1. Kết quả với phương pháp kiểm tra chéo 64
3.4.2. Kết quả với trường hợp phân cấp 81
3.5. Kết nối mô hình truyền triều và mô hình thủy lực trong sông 87
3.6. Dự báo thử nghiệm 89
3.6.1. Quy trình tiến hành dự báo 90
3.6.2. Cơ sở đánh giá chất lượng dự báo 91
3.6.3. Cập nhật sai số tính toán 92
3.6.4. Kết quả dự báo thử nghiệm 95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104
TÀI LIỆU THAM KHẢO 106


















v

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1. 1. Sơ đồ lưới trạm dự báo thượng lưu sông Hồng 7
Hình 1. 2. Sơ đồ tính toán thủy lực hệ thống sông Hồng – Thái Bình 9
Hình 1. 3: Cấu trúc mô hình MIKE 12
Hình 1. 4. Cấu trúc mô hình NAM 14
Hình 1. 5. Nhánh sông với các điểm lưới xen kẽ 21
Hình 1. 6. Hình dạng các điểm lưới xung quanh nút mà tại đó ba nhánh gặp nhau.21
Hình 1. 7. Hình dạng các điểm lưới và các nút trong một mô hình hoàn chỉnh 22
Hình 1. 8. Ma trận nhánh trước khi khử 23
Hình 1. 9. Ma trận nhánh sau khi khử 24
Hình 1. 10. Giao điểm của ba nhánh sông 24
Hình 2. 1. Lưu vực sông Hồng - Thái Bình – phần Việt Nam 31
Hình 2. 2. Địa hình lưu vực sông Hồng - Thái Bình - phần Việt Nam 32
Hình 2. 3. Bản đồ thổ nhưỡng phần thuộc lãnh thổ Việt Nam trên lưu vực sông
Hồng-Thái Bình 38
Hình 2. 4. Bản đồ lượng mưa trung bình nhiều năm lưu vực sông Hồng-Thái Bình
phần lãnh thổ Việt Nam 38
Hình 2. 5. Mạng lưới sông ngòi và một số công trình trọng điểm trên sông thuộc lưu
vực sông Hồng - Thái Bình 41
Hình 3. 1. Bản đồ phân chia các lưu vực bộ phận cho lưu vực sông Hồng – Thái
Bình (sơ đồ cũ) 48
Hình 3. 2. Bản đồ phân chia các lưu vực bộ phận cho lưu vực sông Hồng – Thái
Bình (sơ đồ mới) 51
Hình 3. 3. Sơ đồ tính toán thủy văn trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình 51
Hình 3. 4. Các nhánh sông được cập nhật trong sơ đồ tính trên sông Đà 53
Hình 3. 5. Các nhánh sông được cập nhật trong sơ đồ tính trên sông Hồng 53
Hình 3. 6. Các nhánh sông được cập nhật trong sơ đồ tính khu vực Hải Phòng 54
Hình 3. 7. Sơ đồ tính toán thủy lực hệ thống sông Hồng-Thái Bình 55


vi

Hình 3. 8. Thông số các hồ chứa đã được cập nhật vào mô hình thủy lực 56
Hình 3. 9. Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại trạm Lai Châu, Tạ Bú
năm 2007 60
Hình 3. 10. Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại trạm Lai Châu, Tạ
Bú năm 2009 61
Hình 3. 11. Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán đến hồ Sơn La, năm
2011 61
Hình 3. 12. Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán đến hồ Sơn La, năm
2010 61
Hình 3. 13. Đường quá trình lưu thực đo và tính toán đến hồ Hòa Bình, năm 201162
Hình 3. 14. Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán đến hồ Hòa Bình, năm
2010 62
Hình 3. 15. Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán đến hồ Tuyên Quang,
năm 2011 62
Hình 3. 16. Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán đến hồ Tuyên Quang,
năm 2010 63
Hình 3. 17. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2006) 69
Hình 3. 18. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-07).69
Hình 3. 19. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-08).70
Hình 3. 20. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-09).70
Hình 3. 21. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-10).70
Hình 3. 22. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-11).71
Hình 3. 23. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2007) 71
Hình 3. 24. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ07-06).71
Hình 3. 25. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ07-08).72
Hình 3. 26. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ07-09).72
Hình 3. 27. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ07-10).72
Hình 3. 28. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ07-11).73
Hình 3. 29. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2008) 73


vii

Hình 3. 30. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-10).73
Hình 3. 31. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-07).74
Hình 3. 32. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-09).74
Hình 3. 33. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-10).74
Hình 3. 34. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-11).75
Hình 3. 35. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2009) 75
Hình 3. 36. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-06).75
Hình 3. 37. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-07).76
Hình 3. 38. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-08).76
Hình 3. 39. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-10).76
Hình 3. 40. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-11).77
Hình 3. 41. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2010) 77
Hình 3. 42. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-06).77
Hình 3. 43. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-07).78
Hình 3. 44. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-08).78
Hình 3. 45. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-09).78
Hình 3. 46. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-11).79
Hình 3. 47. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2011) 79
Hình 3. 48. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-06).79
Hình 3. 49. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-07).80
Hình 3. 50. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-08).80
Hình 3. 51. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-09).80
Hình 3. 52. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-09).81
Hình 3. 53. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2007-
Trường hợp 1 84
Hình 3. 54. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2009-
Trường hợp 1 84
Hình 3. 55. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2010-
Trường hợp 1 84


viii
Hình 3. 56. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2011-
Trường hợp 1 85
Hình 3. 57. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2009-
Trường hợp 2 85
Hình 3. 58. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2008-
Trường hợp 2 85
Hình 3. 59. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2007-
Trường hợp 2 86
Hình 3. 60. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2006-
Trường hợp 3 86
Hình 3. 61. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2008-
Trường hợp 3 86
Hình 3. 62. Địa hình khu vực Vịnh Bắc Bộ 87
Hình 3. 63. Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo các trạm hạ lưu sông
Hồng - Thái Bình trận lũ lớn năm 1996 88
Hình 3. 64. Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo các trạm hạ lưu sông
Hồng - Thái Bình trận lũ lớn năm 2002. 88
Hình 3. 65. Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo các trạm hạ lưu sông
Hồng - Thái Bình trận lũ lớn năm 2006. 88
Hình 3. 66. Sơ đồ quy trình dự báo lũ sông Hồng Thái Bình 91
Hình 3. 67. Minh họa sai số biên và sai số pha 94
Hình 3. 68. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Sơn La năm 2011 và 2012 – thời
gian dự kiến 24 giờ 97
Hình 3. 69. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Sơn La năm 2011 và 2012 – thời
gian dự kiến 48 giờ 97
Hình 3. 70. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Sơn La năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 24 giờ 98
Hình 3. 71. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Sơn La năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 48 giờ 98


ix

Hình 3. 72. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Hòa Bình năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 24 giờ 98
Hình 3. 73. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Hòa Bình năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 48 giờ 99
Hình 3. 74. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Hòa Bình năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 24 giờ 99
Hình 3. 75. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Hòa Bình năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 48 giờ 99
Hình 3. 76. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Tuyên Quang năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 24 giờ 100
Hình 3. 77. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Tuyên Quang năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 48 giờ 100
Hình 3. 78. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Tuyên Quang năm 2011 và
2012 – thời gian dự kiến 24 giờ 100
Hình 3. 79. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Tuyên Quang năm 2011 và
2012 – thời gian dự kiến 48 giờ 101
Hình 3. 80. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Hà Nội năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 24 giờ 101
Hình 3. 81. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Hà Nội năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 48 giờ 101
Hình 3. 82. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Phả Lại năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 24 giờ 102
Hình 3. 83. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Phả Lại năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 48 giờ 102
Hình 3. 84. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Tuyên Quang năm 2011 và 2012
– thời gian dự kiến 24 giờ 102
Hình 3. 85. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Tuyên Quang năm 2011 và 2012
– thời gian dự kiến 48 giờ 103



x

MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2. 1. Các loại đất chính trên lưu vực sông Hồng –Thái Bình 36
Bảng 2. 2. Bảng tổng hợp độ che phủ rừng các tỉnh nằm trong hệ thống sông Hồng
–Thái Bình (Đơn vị: ha) 35
Bảng 2. 3. Đặc trưng hình thái các lưu vực sông chính 40
Bảng 3. 1. Các đặc trưng lưu vực phần thượng lưu hệ thống sông Hồng-Thái Bình
48
Bảng 3. 2. Các lưu vực bộ phận và trạm mưa được sử dụng để tính toán dự báo thủy
văn cho các trạm thượng nguồn hệ thống sông Hồng – Thái Bình 49
Bảng 3. 3. Thông số mô hình NAM cho các lưu vực bộ phận 58
Bảng 3. 4. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình mưa - dòng chảy 60
Bảng 3. 5. Các trường hợp hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11 64
Bảng 3. 6. Các trường hợp hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11 theo các
trường hợp mực nước tại Hà Nội 64
Bảng 3. 7. Kết quả xác định hệ số nhám trên các sông tương ứng với các năm 65
Bảng 3. 8. Kết quả đánh giá chỉ số Nash-Sutcliffe tại các trạm trên hệ thống sông
Hồng-Thái Bình theo phương pháp kiểm tra chéo 68
Bảng 3. 9. Kết quả xác định hệ số nhám trên các sông ứng với các cấp mực nước.82
Bảng 3. 10. Kết quả đánh giá chỉ số Nash-Sutcliffe tại các trạm trên hệ thống sông
Hồng-Thái Bình theo cấp mực nước 83
Bảng 3. 11. Kết quả đánh giá chỉ số NASH tại một số trạm trên hệ thống 89
Bảng 3. 12. Tiêu chuẩn sai số dự báo cho phép tại một số vị trí 92
Bảng 3. 13. Kết quả đánh giá ảnh hưởng sai số dự báo mưa đến dòng chảy 93
Bảng 3. 14. Các tham số cập nhật sai số trong mô hình MIKE 11 95
Bảng 3. 15. So sánh kết quả đánh giá dự báo mùa lũ năm 2011 và 2012 96


1
MỞ ĐẦU

Lũ lụt là thiên tai lớn nhất đe dọa nước Việt Nam ta, nhất là ở miền Bắc vì tổn
thất nhân mạng có thể đến mức độ khủng khiếp. Trong vòng 100 năm qua, đồng bằng
sông Hồng – Thái Bình đã có 26 trận lũ lớn. Các trận lũ lớn này đa số xảy ra vào tháng
8, nhằm vào cao điểm của mùa mưa bão. Đặc biệt cơn lũ vào tháng 8 năm 1971 đã làm
vỡ đê Sông Hồng và 100,000 người đã bị thiệt mạng. Đây là cơn lũ lớn nhất trong
vòng 250 năm nay ở miền Bắc, và số tổn thất nhân mạng vượt quá sức tưởng tượng so
với tổn thất chừng 1000 người trong các cơn lũ lịch sử vào năm 1999 ở miền Trung và
năm 2000 ở miền Nam. Trận lũ năm 1971 được liệt kê trong danh sách các trận lụt
lớn nhất thế kỷ 20. Mưa lớn tập trung vào ngày 20-23/7/1986, tâm mưa lớn
300¸400mm ở trung, hạ lưu sông Lô, Thương và Lục Nam; lũ đặc biệt lớn đã xảy ra
trên sông Cầu, Thương và Thái Bình; lũ lịch sử trên sông Lục Nam; lũ lớn trên sông
Hồng, gây sạt lở, tràn, vỡ nhiều đê bối, đê địa phương thuộc các tỉnh Phú Thọ, Vĩnh
Phúc, Hà Tây, Hà Nội, Bắc Ninh, Bắc Giang, Hải Dương, Hưng Yên, Năm 1996 lũ
đặc biệt lớn xảy ra ở hạ lưu sông Hồng, Thái Bình và Hoàng Long. Đỉnh lũ thực đo tại
Hà Nội là 12,43m (hoàn nguyên là 13.30m) lúc 19 giờ ngày 21, vượt BĐ 3 là 0.93m,
kéo dài 6 ngày trên BĐ 3; tại Phả Lại là 6,52m (7h/22), vượt BĐ 3 là 1.02m, duy trì
trên BĐ 3 trong 7 ngày. Năm 2002: lụt ở Hà Nội, mưa lớn nhiều ngày trong khoảng
tháng 8, hệ thống cống thoát đang cải tạo dở dang nên càng không thoát nước nổi, gây
ngập úng trong nội thành suốt nhiều ngày liên tục. Năm 2008: ngập trên diện rộng, rất
sâu do mưa liên tục với cường độ lớn từ đêm 30/10/2008 trở đi. Năm 2010: Mưa và lũ
lớn làm ít nhất 46 người chết và 21 người bị mất tích.
Phòng tránh lũ lụt là các biện pháp được lựa chọn nhằm hạn chế lũ lụt hoặc
những thiệt hại do lũ lụt gây ra. Trong đó quan trọng nhất vẫn là vấn đề cảnh báo, dự
báo lũ từ xa nhằm tránh tổn thất to lớn do lũ gây nên. Trải qua nhiều thời kỳ phát triển,
cùng với sự lớn mạnh không ngừng của khoa học công nghệ thông tin nên công tác
cảnh báo, dự báo lũ cũng có nhiều phát triển. Hiện nay trong thủy văn học đang tồn tại
nhiều mô hình dự báo lũ khác nhau được áp dụng trong các công tác giảng dạy, nghiên
cứu và dự báo cho các bộ ngành, địa phương Ở Việt Nam, nhiều mô hình đã được


2
xây dựng và áp dụng cho dự báo lũ cho hệ thống sông, có thể kể đến một số mô hình
được sử dụng phổ biến như MIKE, SSARR, TANK, NAM, ANN, HEC1, HMS
Đối với lưu vực sông lớn như lưu vực sông Hồng – Thái Bình đã có rất nhiều
đề tài nghiên cứu xây dựng công cụ tính toán và dự báo lũ tuy nhiên các đề tài này
chưa thành một công nghệ hoàn chỉnh dùng để dự báo tác nghiệp. Còn nhiều vấn đề
tồn tại chưa được giải quyết như biên đầu vào của mô hình bị ảnh hưởng bởi các hồ
chứa trên các lưu vực bộ phận thuộc Trung Quốc, chưa cập nhật quy trình vận hành
liên hồ mới, dự báo biên triều ở các cửa sông và vấn đề cập nhật sai số để áp dụng
trong dự báo còn chưa được xem xét. Việc gắn kết với các mô hình thủy lực với các
mô hình thuỷ văn phía thượng lưu để trở thành một công nghệ dự báo cho toàn hệ
thống sông cũng còn là một vấn đề quan trọng trong công tác dự báo.
Hiện nay, công tác dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng – Thái Bình được thực
hiện bởi nhiều cơ quan khác nhau như Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung
Ương (TT DBKTTV TW), Viện Cơ học, Viện Quy hoạch Thủy lợi, Viện Khoa học
Thủy lợi, Trường Đại học Thủy lợi Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi
trường cũng là đơn vị tham gia dự báo lũ hệ thống sông Hồng – Thái Bình. Trong quá
trình công tác tại Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường, học viên đã
tham gia vào công tác dự báo thủy văn tác nghiệp trên hệ thống sông Hồng – Thái
Bình. Qua quá trình dự báo hàng năm, có thể nhận thấy công tác dự báo tác nghiệp còn
tồn tại nhiều vấn đề cần giải quyết như dòng chảy khu giữa tính toán có độ chính xác
chưa cao, mạng tính chưa được cập nhật thêm các hồ thủy điện mới xây, dữ liệu mặt
cắt sông từ các hồ chứa ngược lên thượng lưu không có.
Trước vấn đề thực tế như vậy, luận văn “Nghiên cứu ứng dụng mô hình Mike
từng bước hoàn thiện công nghệ dự báo lũ sông Hồng – Thái Bình” đã được hình
thành với mục tiêu: Từng bước nâng cao chất lượng dự báo lũ bằng mô hình MIKE 11
cho hệ thống sông Hồng-Thái Bình nhằm bảo đảm độ tin cậy, đáp ứng yêu cầu dự báo
tác nghiệp.
Với mục tiêu đã đặt ra, luận văn tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:


3
(1) Cập nhật, bổ sung dữ liệu địa hình phục vụ cho việc thiết lập sơ đồ thủy lực cho
toàn hệ thống sông, cập nhật các thông tin hồ chứa có tính đến quy trình hoạt
động liên hồ chứa đã được ban hành
(2) Phân chia lại lưu vực bộ phận trong mô hình thủy văn nhằm tăng độ chính xác
trong quá trình dự báo lưu lượng đến các hồ.
(3) Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình thủy lực để chọn các bộ tham số phù hợp
với điều kiện dự báo tác nghiệp.
(4) Cập nhật sai số dự báo trong quá trình dự báo
(5) Cập nhật, kết nối mô hình truyền triều vào các cửa sông phục vụ tăng cường
chất lượng dự báo biên triều.
Phạm vi nghiên cứu:
- Về thời gian là mùa lũ (15/06-15/09) từ năm 2006 - 2012
- Về không gian: Mạng sông Hồng-Thái bình cùng với các hồ thủy điện lớn
Trên cơ sở nội dung thực hiện luận văn ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu
tham khảo được bố cục thành 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về các mô hình và tình hình nghiên cứu dự báo lũ
Chương 2: Đặc điểm điều kiện tự nhiên và lũ lụt hệ thống sông Hồng – Thái
Bình
Chương 3: Ứng dụng mô hình Mike dự báo lũ hệ thống sông Hồng – Thái Bình
Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do
giới hạn về mặt thời gian luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các
thầy cô cùng đồng nghiệp góp ý để luận văn ngày càng có ý nghĩa hơn.





4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH VÀ TÌNH HÌNH
NGHIÊN CỨU DỰ BÁO LŨ

1.1.Giới thiệu chung
Việc nghiên cứu và dự báo mưa, lũ, lụt là vấn đề đã được rất nhiều cơ quan và
tác giả trong cũng như ngoài nước quan tâm. Các kết quả nghiên cứu đã đạt được là
những nền tảng cho công tác qui hoạch lũ và phát triển kinh tế xã hội. Tuy nhiên do
những nhu cầu thực tế, đối tượng tiến hành nghiên cứu dự báo của các nghiên cứu có
những đặc thù khác nhau như nghiên cứu dự báo lũ cho hệ thống sông chính, nghiên
cứu dự báo lũ cho hồ chứa, cho vùng hạ du và nghiên cứu dự báo lũ cho việc quản lý
và qui hoạch lưu vực
Những năm gần đây, Nhà nước đã dành sự quan tâm, đầu tư thích đáng đúng
với tầm quan trọng của khu vực đồng bằng Bắc Bộ. Kinh tế xã hội phát triển cũng tạo
ra nguy cơ thiệt hại do lũ lụt càng lớn. Do đó, việc cảnh báo, dự báo lũ lụt kịp thời và
chính xác sẽ góp phần rất quan trọng để giảm thiệt hại về người và tài sản. Mặt khác,
việc phát triển kinh tế xã hội cần gắn liền với công tác quy hoạch phòng chống lũ lụt
thì sự phát triển đó mới bền vừng và có hiệu quả.
1.2. Một số nghiên cứu dự báo lũ trên thế giới
Trên thế giới việc nghiên cứu, áp dụng các mô hình thủy văn, thủy lực cho các
mục đích trên đã được sử dụng khá phổ biến; nhiều mô hình đã được xây dựng và áp
dụng cho dự báo hồ chứa, dự báo lũ cho hệ thống sông, cho công tác qui hoạch phòng
lũ. Một số mô hình đã được ứng dụng thực tế trong công tác mô phỏng và dự báo dòng
chảy cho các lưu vực sông có thể được liệt kê ra như sau:
Viện Thủy lực Đan Mạch (Danish Hydraulics Institute, DHI) xây dựng phần
mềm dự báo lũ bao gồm: Mô hình NAM tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa; Mô
hình Mike 11 tính toán thủy lực, dự báo dòng chảy trong sông và cảnh báo ngập lụt.
Phần mềm này đã được áp dụng rất rộng rãi và rất thành công ở nhiều nước trên thế
giới. Trong khu vực Châu Á, mô hình đã được áp dụng để dự báo lũ lưu vực sông
Mun-Chi và Songkla ở Thái Lan, lưu vực sông ở Bangladesh, và Indonesia. Hiện nay,


5
công ty tư vấn CTI của Nhật Bản đã mua bản quyền của mô hình, thực hiện những cải
tiến để mô hình có thể phù hợp với điều kiện thuỷ văn của Nhật Bản.
Wallingford kết hợp với Hacrow đã xây dựng phần mềm iSIS cho tính toán dự
báo lũ và ngập lụt. Phần mềm bao gồm các môđun: Mô hình đường đơn vị tính toán và
dự báo dòng chảy từ mưa; mô hình iSIS tính toán thủy lực, dự báo dòng chảy trong
sông và cảnh báo ngập lụt. Phần mềm này đã được áp dụng khá rộng rãi ở nhiều nước
trên thế giới, đã được áp dụng cho sông Mê Kông trong chương trình Sử dụng Nước
do ủy hội Mê Kông Quốc tế chủ trì thực hiện. ở Việt Nam, mô hình iSIS được sử dụng
để tính toán trong dự án phân lũ và phát triển thủy lợi lưu vực sông Đáy do Hà Lan tài
trợ.
Trung tâm khu vực, START Đông Nam á (Southeast Asia START Regional
Center) đang xây dựng "Hệ thống dự báo lũ thời gian thực cho lưu vực sông Mê
Kông". Hệ thống này được xây dựng dựa trên mô hình thủy văn khu vực có thông số
phân bố, tính toán dòng chảy từ mưa. Hệ thống dự báo được phân thành 3 phần: thu
nhận số liệu từ vệ tinh và các trạm tự động, dự báo thủy văn và dự báo ngập lụt. Thời
gian dự kiến dự báo là 1 hoặc 2 ngày.
Viện Điện lực (EDF) của Pháp đã xây dựng phần mềm TELEMAC tính các bài
toán thuỷ lực 1 và 2 chiều. TELEMAC-2D là phần mềm tính toán thủy lực 2 chiều,
nằm trong hệ thống phần mềm TELEMAC. TELEMAC-2D đã được kiểm nghiệm
theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của Châu Âu về độ tin cậy; mô hình này đã được áp
dụng tính toán rất nhiều nơi ở Cộng hòa Pháp và trên thế giới. Ở Việt Nam, mô hình
đã được cài đặt tại Viện Cơ học Hà Nội và Khoa Xây dựng - Thuỷ lợi - Thuỷ điện,
Trường Đại học Kỹ thuật Đà nẵng và đã được áp dụng thử nghiệm để tính toán dòng
chảy tràn vùng Vân Cốc- Đập Đáy, lưu vực sông Hồng đoạn trước Hà Nội, và tính
toán ngập lụt khu vực thành phố Đà Nẵng.
Trung tâm kỹ thuật thủy văn (Mỹ) đã xây dựng bộ mô hình HEC-1 để tính toán
thủy văn, trong đó có HEC-1F là chương trình dự báo lũ từ mưa và diễn toán lũ trong
sông. Mô hình đã được áp dụng rất rộng rãi trên thế giới. ở Châu Á, mô hình đã được
áp dụng ở Indonesia, Thái Lan. Mô hình cũng đã được áp dụng để tính toán lũ hệ


6
thống sông Thu Bồn ở Việt Nam. Gần đây, mô hình được cải tiến và phát triển thành
HMS có giao diện đồ hoạ thuận lợi cho người sử dụng.
Trong một nghiên cứu về hệ thống dự báo lũ cho sông Maritsa và Tundzha,
Roelevink và cộng sự đã kết hợp sử dụng mô đun mưa - dòng chảy Mike 11-NAM và
mô đun thủy lực Mike 11-HD để tiến hành dự báo. Các mô hình này đã được hiệu
chỉnh sử dụng số liệu các trận lũ năm 2005 và 2006. Kết quả từ hai mô hình này được
kết hợp sử dụng với phần mềm FloodWatch để kết xuất ra mực nước dự báo và các
cảnh báo tại các điểm xác định. Kết quả cho thấy rằng, số liệu đầu vào quyết định độ
lớn của thời gian dự kiến. Kết quả sẽ chính xác hơn nếu thời gian dự kiến ngắn và
ngược lại. Trong nghiên cứu này cũng đã sử dụng chức năng cập nhật mực nước và
lưu lượng tính toán theo mực nước và lưu lượng thực đo tại các vị trí biên đầu vào.
1.3. Một số nghiên cứu dự báo lũ ở Việt Nam
Một số mô hình thủy lực đã được áp dụng có hiệu quả để diễn toán dòng chảy
trong hệ thống sông và vùng ngập lụt ở nước ta. Mô hình SOGREAH đã được áp dụng
thành công trong công tác khai thác, tính toán dòng chảy tràn trong hệ thống kênh rạch
và các ô trũng; Mô hình MASTER MODEL ứng dụng trong nghiên cứu qui hoạch cho
vùng hạ lưu sông Cửu Long vào năm 1988; Mô hình MEKSAL được xây dựng vào
năm 1974 để tính toán sự phân bố dòng chảy mùa cạn và xâm nhập mặn trong vùng hạ
lưu các sông; Mô hình VRSAP đã được áp dụng cho việc tính toán dòng chảy lũ và
dòng chảy mùa cạn cho vùng đồng bằng; Mô hình SAL và mô hình KOD đã có những
đóng góp đáng kể trong việc tính toán lũ và xâm nhập mặn đồng bằng cửa sông; Mô
hình DHM đã được áp dụng thành công trong tính toán nguy cơ ngập lụt hạ lưu lưu
vực Thu Bồn - Vũ Gia, và nghiên cứu thủy lực hạ lưu sông Hồng trong trường hợp giả
sử vỡ đập Hoà Bình, Sơn La v.v.
Đối với lưu vực sông Hồng-Thái Bình đã có một số nghiên cứu dự báo lũ tiêu
biểu như:
- Đề tài "Nghiên cứu xây dựng công cụ tính toán và dự báo dòng chảy lũ thượng
lưu hệ thống sông Hồng" (Lê Bắc Huỳnh, TT DBKTTVTƯ)


7
Hình 1. 1. Sơ đồ lưới trạm dự báo thượng lưu sông Hồng
(Nguồn:TTQGDBKTTVTW)
Thành quả: Đã xây dựng được hệ thống dự báo thủy văn cho các lưu vực sông
Đà, Thao, Lô, vận hành hồ chứa Hoà Bình và diễn toán lũ về hạ lưu đến trạm Sơn Tây,
Hà Nội. Đề tài đã tạo dựng được nền tảng cho việc áp dụng mô hình thủy văn để dự
báo lũ, kết quả tính toán của đề tài khá tốt và đã được TTDBKTTVTƯ bổ sung và đưa
vào dự báo tác nghiệp.
Cần nghiên cứu tiếp: (1) Đề tài có tính nghiên cứu cơ bản, chưa thành một công
nghệ hoàn chỉnh để dùng vào dự báo tác nghiệp; (2) vì thiếu số liệu phía Trung Quốc
cho nên đã phải xử lý biên trên bằng phương pháp hồi qui, vì thế có hạn chế về độ
chính xác; (3) số liệu dùng trong tính toán và hiệu chỉnh mô hình là đến năm 1996, cần
được cập nhật số liệu; (4) hơn nữa, nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở dự báo thủy văn đến
các trạm Sơn Tây và Hà Nội chưa có khả năng áp dụng cho cả hệ thống sông Hồng-
Thái Bình.
- Đề tài "Ứng dụng một số mô hình thích hợp để dự báo lũ thượng lưu hệ thống
sông Thái Bình" (Nguyễn Lan Châu, TT DBKTTVTƯ).


8
Thành quả: Trên cơ sở phân tích các hình thế thời tiết gây mưa và chế độ nước
lũ ở thượng lưu sông Thái Bình (sông Cầu, sông Thương, sông Lục Nam), đã nghiên
cứu ứng dụng các mô hình TANK, NAM và phương pháp hồi quy bội để tính toán, dự
báo quá trình dòng chảy lũ tại Thái Nguyên trên sông Cầu, Phủ Lạng Thương trên
sông Thương và Lục Nam trên sông Lục Nam. Kết quả nghiên cứu cho thấy kết quả
tính toán và dự báo dòng chảy lũ theo 3 mô hình nêu trên đều cho kết quả tốt. Mô hình
đã được TT DBKTTVTƯ bổ sung và đưa vào dự báo tác nghiệp thử nghiệm từ năm
2000.
Cần nghiên cứu tiếp: Cũng tương tự như đề tài ở trên, (1) Đề tài có tính nghiên
cứu cơ bản, chưa thành một công nghệ hoàn chỉnh để dùng vào dự báo tác nghiệp; (2)
gặp khó khăn trong giải quyết nước vật tại trạm Chũ, và chưa xét hết lượng gia nhập
khu giữa, hạ lưu của các trạm tính toán; (3) nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở dự báo thủy
văn đến các trạm Thác Bưởi, Cầu Sơn, Chũ và Phả Lại, chưa có khả năng áp dụng cho
cả hệ thống sông Hồng-Thái Bình.
- Đề tài "Đánh giá khả năng phân lũ sông Đáy và sử dụng lại các khu phân chậm
lũ" do 3 cơ quan cùng thực hiện đồng thời (Viện Khí tượng Thủy văn, Trường
Đại học Thuỷ lợi, Viện Quy hoạch Thủy lợi).
Thành quả: Đề tài đã giải quyết được phần thủy lực hạ lưu của hệ thống sông
Hồng - Thái Bình. Xét đến trường hợp vận hành hồ Hoà Bình, Thác Bà, phân lũ sông
Đáy và chậm lũ Tam Thanh, Lương Phú, Lương Phú - Quảng Oai. Đã có tiến hành dự
báo thử nghiệm tại Viện Khí tượng Thủy văn, Trường Đại học Thuỷ lợi, Viện Quy
hoạch Thủy lợi, tuy nhiên kết quả chưa được đánh giá.
Cần nghiên cứu tiếp: (1) Mục tiêu của các đề tài chú trọng vào tính toán mô
phỏng lũ để áp dụng cho quy hoạch phòng chống lũ, không chú trọng đến dự báo lũ;
(2) Vì đây là mô hình thủy lực không cập nhật được sai số do sự thay đổi địa hình,
thay đổi độ nhám lòng sông, cho nên kết quả chưa thể hịên được khả năng dự báo; (3)
Không gắn kết với các mô hình thủy văn phía thượng lưu để trở thành một công nghệ
dự báo cho toàn hệ thống sông Hồng-Thái Bình.


9
Hình
sơ đồ tính toán thuỷ lực
Hệ thống sông Hồng - Thái bình
trong trờng hợp Sử dụng hệ thống khu phân chậm lũ
244
2
3
5
6
7
20
18
245
246
247
133
Tam Thanh
697
27
170
712711
732
731
363
398
402
401
400
399
290
292
294
295
296
298
299
300
301
302
404
405
403
352
Ninh Cơ
243
Ba Lạt
87
Nh Tân
362
Vân Cốc
259
411
260
261
265
266
267
269
270
271
272
273
274
397
396
394
395
412
413
414
415
416
378
376
408 409 410407
710
709
703
702
Tuyên Quang
141
Yên Bái
1
Quảng C
701
Thác Huống
655
Cầu Sơn
430
452453463464
509 510
511 512
229
222
224
71
204 205 207
392 391
386 385
357
393
239
431
432
Phú Cờng
426
450
466
470
488
491
498
499
504
506
507
612
613
615
679
680
84
85
86
49
53
52
50
64
65
67
69
72
73
75
76
165
129
90
89
253
142
144
254
255
145
Lập Thạch
699
158
140
139
Thác Bà
138
147
152
29
30 31 32
43 44 47 172 175 176173
187 188
203202
669
656
670
448
443
602
605
604
478
479
230
503
Thái Bình
508
603
Văn úc
624
Trung Hà
Cống
Chuốc
Kênh Bến Mắm
Đập Đ áy
304
305
306
307
308
303
310
311
312
309
318
355
361
242
248
249
250
251
252
78
79
231
232
Trà Lý
238
236
234
235
Cầu Hoà Lạc
Cầu Mai Lĩnh
kênh Quần Liêu
TX Thái Bình
Cầu Triều D ơng
Cầu Chơng Dơng
Cầu Long Biên
Cầu Th ăng Long
Cầu Đ uống
Cầu Phú Lơng
469
Cầu Đ S Phú Lơng
sông Thao
sông Đà
sông Phó Đáy
sông Hồng
sông Hồng
sông Đuống
sông Cà Lồ
sông Cầu
sông Lục Nam
sông Thơng
sông Kinh Thày
sông Lai Vu
sông Gùa
sông Mía
sông Mới
513
514
515
sông Luộc
sông Hoá
sông Thái Bình
sông Hồng sông Hồng
sông Ninh Cơ
sông Đáy
sông Đào
sông Tích
sông Hoàng Long
sông Đáy
Hng Thi
370
Sơn Tây
Vụ Quang
Bến Mắm
Việt Trì
Ba Thá
276
279
280
281
282
284
287
Tân Lang
Phủ Lý
Gián Khẩu
81
Bến Đế
Nam Định
Trực Phơng
Quyết Chiến
sông Trà Lý
Triều
Dơng
Hng
Yên
Bối Vĩnh Tờng
700
Phả Lại
Bến Bình
Bá Nha
Chanh Chữ
Trung Trang
Kiến An
Tràn đê bối
thợng lu
Mai Lĩnh
Khu
Chơng Mỹ - Mỹ Đức
Chí Thuỷ
364
365
366
367
368
369
54
425424
sông Cầu
427 429428
516 517 520 522
625
626
379 380
381 382 383 384
25
sông Trà Lý
sông Văn úc
hồ Hoà Bình
88
tràn
Phú
Cờng
tràn
Lơng Ph ú
tràn Vĩnh Ninh
tràn Trung Hà
Hát Môn Th ợng
Hát Môn Hạ
Cống V ân Cốc
Cát Khê
Thái Bình
tràn Cao Phong
sông Lô
sông Chảy
1 2
243
4
244
245
246
8
21
19
2019
136
698
749
91
87
88
89
128
127
khu
Lơng Phú +
Quảng Oai
698
752
23
24
22
26
171
252
253
254
146
137
138 139
256
255
145
161
257
263
751
765
764
756
757
28
718
755
788
719
720
730
753
754
258
261
262
268
455
456
457
458
459
460
454
453
452
451
275
399
400
402
403
401
398
409
408
407
397
410
404
405
406
413
412
411
289
406
337
371
372
373
364
422
365
366
367
368
369
370
423
424
425
426
427
417
416
415
414
428
429
430
431
432
433
435
436
437
438
439
418 419 420
421
445
444
443
442
440
441
434
385
446
447
448
449
351
342
343
Ninh Bình
Cầu N inh Bình
394 386
356
395
241
396
358 363
242241
83
238
80
80
239
240
83 86
450
43
48
47
48
51
Hà Nội
247
248
249
250
251
74
203 204
223
222 223
229
497
494
496
495
490
492
493
489
Phú Lơng
468
467
523
607
606
579
Bến Bình
609
608
611
Cầu Tiên C ựu
Tiền Tiến
617
616
Kinh Khê
622
623
618
Cầu N iệm
689
688
691690
695
505
449
671
672
418
677
417
465
202201
Cầu Đ áp Cầu
477
480
140
137
Thợng Cát Bến Hồ
678
461
Cầu Bắc Giang
442
594
595
Cầu Lai V u
596
597
Cầu
353
Liễu Đề
7977
77
230
231
233
232 233
237
237
Nhâm
Lang
211

Hỡnh 1. 2. S tớnh toỏn thy lc h thng sụng Hng Thỏi Bỡnh
(Ngun: Vin KH KTTV&MT)
- ti "Xõy dng cụng c mụ phng s phc v cho xut, ỏnh giỏ v iu
hnh cỏc phng ỏn phũng chng l sụng Hng - Thỏi Bỡnh" (Vin C hc)
Thnh qu: ó ỏp dng mt s cỏc mụ hỡnh thy lc nh VRSAP, TL1, TL2,
TELEMAC2-D tớnh toỏn thu lc cho h lu h thng sụng Hng - Thỏi Bỡnh, phõn
l sụng ỏy v chm l Tam Thanh, Lng Phỳ, Lng Phỳ - Qung Oai. ti ó
th nghim cỏc mụ hỡnh rt cụng phu bng cỏc bi toỏn mu (test cases) m bo
c kh nng ỏp dng ca cỏc mụ hỡnh.
Cn nghiờn cu tip: Tng t nh trng hp trờn, (1) nh tờn ca ti ó
nờu rừ, ti ch chỳ trng vo tớnh toỏn mụ phng l ỏp dng cho quy hoch
phũng chng l, khụng phi l mụ hỡnh d bỏo l; (2) vỡ õy l mụ hỡnh thy lc, do
ú khụng cp nht c sai s do s thay i a hỡnh, thay i nhỏm lũng sụng,
cho nờn kt qu cha th hin c kh nng d bỏo; (3) khụng gn kt vi cỏc mụ
hỡnh thy vn phớa thng lu tr thnh mt cụng ngh d bỏo cho ton h thng
sụng Hng-Thỏi Bỡnh.


10
- Đề tài "Đánh giá các hình thế thời tiết sinh lũ lớn phục vụ dự báo và cảnh báo
trước khả năng có lũ lớn, lũ cực hạn trên hệ thống sông Hồng - Thái Bình"
(Nguyễn Ngọc Thục, TT DBKTTVTƯ)
Thành quả: Đề tài đã xây dựng công nghệ dự báo sớm lũ lớn; bước đầu sử dụng
thông tin vệ tinh địa tĩnh xác định trường mưa trên lưu vực sông Hồng-Thái Bình phục
vụ dự báo lũ trên hệ thống sông Hồng-Thái Bình; ứng dụng các thông tin Sinốp trong
dự báo định lượng mưa và dự báo dòng chảy lũ thượng nguồn sông Hồng-Thái Bình.
Đề tài đã có đóng góp lớn trong dự báo KTTV, đã đúc kết những kinh nghiệm tích lũy
được trong công tác dự báo để thành một qui trình dự báo tương đối hoàn chỉnh. Kết
quả của đề tài có thể áp dụng để tính toán cảnh báo mưa lớn áp dụng cho công nghệ dự
báo lũ lớn hệ thống sông Hồng-Thái Bình.
- Đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu công nghệ tính toán kiểm soát lũ đồng bằng
Bắc Bộ” (Viện Khoa học Thủy lợi)
Đề tài này đang được thực hiện với các nội dung và đặc điểm sau: Xây dựng sơ
đồ bố trí mạng lới thu thập thông tin, truyền tin phục vụ kiểm soát lũ; Xây dựng công
nghệ truyền tin từ các điểm đo về trung tâm tính toán dự báo, giải mã, tính toán dự báo
cho các trạm thượng nguồn; Tính toán thủy lực hạ lưu sông Hồng - Thái Bình.
- Đề tài cấp Bộ “Xây dựng công nghệ tính toán dự báo lũ lớn hệ thống sông
Hồng – Thái Bình” do PGS. TS. Trần Thục (Viện Khoa học Khí tượng Thủy
văn và Môi trường) làm chủ nhiệm.
Đề tài bước đầu đã xây dựng công nghệ hoàn chỉnh cho tính toán dự báo lũ tác
nghiệp cho toàn hệ thống sông Hồng - Thái Bình. Mô hình MIKE 11 được nghiên cứu
áp dụng để tính toán dự báo lũ lớn cho hệ thống sông Hồng-Thái Bình với 25 sông
chính và chia thành 52 nhánh sông bao gồm 792 mặt cắt.
Một số tồn tại khi ứng dụng các kết quả của đề tài trong dự báo lũ trên hệ thống
sông Hồng – Thái Bình:
• Hiện tại trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình đã có thêm một số hồ chứa đi vào
hoạt động như hồ Tuyên Quang (2007) và hồ chứa Sơn La (2011), sơ đồ mô
phỏng mạng sông trong hầu hết các đề tài đã thực hiện không còn phù hợp. Do


11
đó cần cập nhật, bổ sung mạng sơ đồ thủy lực, mặt cắt sông cho đúng với thực
tế. Khi hồ Sơn La bước vào hoạt động mực nước tại Lai Châu bị ảnh hưởng vật,
quan hệ Q=f(H) trước đây không còn sử dụng được nữa dẫn tới việc tính truyền
lũ trong sông đoạn từ Mường Tè tới thủy điện Sơn La khó khăn. Việc dự báo
lưu lượng đến hồ Hòa Bình khi thủy điện Sơn La mở nhiều cửa cũng chưa được
kiểm định.
• Các biên trên vùng thượng lưu đều bị ảnh hưởng của hoạt động của các hồ chứa
bên Trung Quốc. Các thông tin hoạt động của các hồ chứa phần lưu vực bên
Trung Quốc không có.
• Số liệu khí tượng thủy văn nhận được từ Cục Quản lý Đê điều và Phòng chống
lụt bão để làm dự báo tác nghiệp không có định dạng chuẩn nên việc trích xuất
dữ liệu mất nhiều thời gian và công sức
• Tài liệu địa hình, mặt cắt chỉ có đến năm 2000 nay sử dụng trong mô hình cần
phải cập nhật.
Như vậy, đã có rất nhiều nghiên cứu và nhiều mô hình tính toán dự báo lũ và
diễn toán lũ cho hệ thống sông Hồng - Thái Bình và đã giải quyết được từng mục tiêu
cụ thể trong nghiên cứu lũ và phòng chống thủy tai đồng bằng sông Hồng - Thái Bình,
các kết quả của các nghiên cứu này là nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo. Tuy
nhiên mỗi nghiên cứu chỉ chú trọng đến một lĩnh vực, một phạm vi nhất định và chưa
có một công nghệ hoàn chỉnh cho tính toán dự báo lũ cho toàn hệ thống sông Hồng -
Thái Bình.
Chính vì vậy, trên cơ sở kế thừa những nghiên cứu dự báo lũ hệ thống sông
Hồng – Thái Bình như hệ thống mặt cắt cũ, cơ sở dữ liệu khí tượng thủy văn, luận văn
đã sử dụng mô hình thủy văn thủy lực MIKE để xây dựng công nghệ tính toán lũ hệ
thống sông Hồng – Thái Bình nhằm nâng cao độ chính xác và thời gian dự kiến của dự
báo tác nghiệp, tính toán dự báo lũ và vận hành các hệ thống phòng chống lũ trong
trường hợp khẩn cấp.



12
1.4. Cơ sở lý thuyết của mô hình
Mô hình MIKE 11 với những mô đun riêng biệt trong đó có mô đun dự báo với
chức năng hiệu chỉnh số liệu dự báo, cập nhật sai số. Mô hình MIKE cũng có các ứng
dụng vận hành hồ chứa, điều khiển công trình, kiểm soát lũ và mô hình thuỷ văn
(NAM). Mô đun thủy động lực học (HD) là mô đun trung tâm của bộ mô hình Mike
11. Mô đun này được dùng kết hợp với các mô đun khác như FF (Flood Forecasting),
AD (Advection-Dispersion), WQ (Water Quality) và ST (Sediment Transport) để phục
vụ cho bài toán dự báo lũ và vận hành hồ chứa, mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm,
chất lượng nước và vận chuyển bùn cát.
Mô hình MIKE – NAM là mô hình cải tiến của mô hình Nielsen – Hánen, được
công bố trong tạp chí “ Nordic Hydrology” năm 1973 và sau này được viện thủy lực
Đan Mạch phát triển và đổi thành NAM.
Cấu trúc của mô hình :

Hình 1. 3. Cấu trúc mô hình MIKE

1.4.1. Mô hình MIKE NAM
Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE – NAM
Là mô hình thủy văn mô phỏng quá trình mưa dòng chảy trên bề mặt lưu vực
với 4 bể chứa được mô phỏng và sử dụng phương trình cân bằng nước để giải bài toán.
Mô hình NAM là một mô hình nhận thức, tất định, thông số tập trung.


13
Mô hình mô phỏng một cánh liên tục quá trình mưa dòng chảy thông qua việc
tính toán cân bằng nước ở 4 bể chứa thẳng đứng, có tác dụng qua laik lẫn nhau để diễn
tả tính chất vật lý của lưu vực. Các bể chứa gồm:
+ Bể tuyết (chỉ áp dụng cho vùng có tuyết)
+ Bể mặt
+ Bể sát mặt hay tầng rễ cây
+ Bể ngầm
Cấu trúc của mô hình
Mô hình NAM được xây dựng tại Khoa Thuỷ văn Viện Kỹ thuật Thuỷ động lực
và Thuỷ lực thuộc Đại học Kỹ thuật Đan Mạch năm 1982. NAM là chữ viết tắt của
cụm từ tiếng Đan Mạch “Nedbør - Afstrømnings - Models” có nghĩa là mô hình mưa
rào dòng chảy. Mô hình NAM đã được sử dụng rộng rãi ở Đan Mạch và một số nước
nằm trong nhiều vùng khí hậu khác nhau như Srilanca, Thái Lan, Ấn Độ và Việt
Nam.v.v. Trong mô hình NAM, mỗi lưu vực được xem là một đơn vị xử lý, do đó các
thông số và các biến là đại diện cho các giá trị được trung bình hóa trên toàn lưu vực.
Mô hình tính quá trình mưa - dòng chảy theo cách tính liên tục hàm lượng ẩm trong
năm bể chứa riêng biệt có tương tác lẫn nhau.
Cấu trúc mô hình NAM được xây dựng trên nguyên tắc các hồ chứa theo chiều
thẳng đứng và các hồ chứa tuyến tính, gồm có 5 bể chứa theo chiều thẳng đứng như
Hình 1. 4.
+ Bể chứa tuyết tan được kiểm soát bằng các điều kiện nhiệt độ. Đối với điều
kiện khí hậu nhiệt đới ở nước ta thì không xét đến bể chứa này.
+ Bể chứa mặt: lượng nước ở bể chứa này bao gồm lượng nước mưa do lớp phủ
thực vật chặn lại, lượng nước đọng lại trong các chỗ trũng và lượng nước trong tầng
sát mặt. Giới hạn trên của bể chứa này được ký hiệu bằng Umax.
+ Bể chứa tầng dưới: là vùng đất có rễ cây nên cây cối có thể hút nước cho bốc,
thoát hơi. Giới hạn trên của lượng nước trong bể chứa này được ký hiệu là Lmax,


14
lượng nước hiện tại được ký hiệu là L và tỷ số L/Lmax biểu thị trạng thái ẩm của bể
chứa.
+ Bể chứa nước ngầm tầng trên.
+ Bể chứa nước ngầm tầng dưới.
Mưa hoặc tuyết tan đều đi vào bể chứa mặt. Lượng nước (U) trong bể chứa mặt
liên tục cung cấp cho bốc hơi và thấm ngang thành dòng chảy sát mặt. Khi U đạt đến
Umax, lượng nước thừa là dòng chảy tràn trực tiếp ra sông và một phần còn lại sẽ
thấm xuống các bể chứa tầng dưới và bể chứa ngầm.
Nước trong bể chứa tầng dưới liên tục cung cấp cho bốc thoát hơi và thấm
xuống bể chứa ngầm. Lượng cấp nước ngầm được phân chia thành hai bể chứa: tầng
trên và tầng dưới, hoạt động như các hồ chứa tuyến tính với các hằng số thời gian khác
nhau. Hai bể chứa này liên tục chảy ra sông tạo thành dòng chảy cơ bản.
Dòng chảy tràn và dòng chảy sát mặt được diễn toán qua một hồ chứa tuyến
tính thứ nhất, sau đó các thành phần dòng chảy được cộng lại và diễn toán qua hồ chứa
tuyến tính thứ hai. Cuối cùng cũng thu được dòng chảy tổng cộng tại cửa ra.

Hình 1. 4. Cấu trúc mô hình NAM.


15
Các thông số cơ bản của mô hình NAM
Mô hình có các thông số cơ bản sau:
CQOF: Hệ số dòng chảy tràn không có thứ nguyên, có phạm vi biến đổi từ 0.0
đến 0.9. Nó phản ánh điều kiện thấm và cấp nước ngầm. Vì vậy nó ảnh hưởng nhiều
đến tổng lượng dòng chảy và đoạn cuối của đường rút. Thông số này rất quan trọng vì
nó quyết định phần nước dư thừa để tạo thành dòng chảy tràn và lượng nước thấm.
Các lưu vực có địa hình bằng phẳng, cấu tạo bởi cát thô thì giá trị CQOF tương đối
nhỏ, ở những lưu vực mà tính thấm nước của thổ nhưỡng kém như sét, đá tảng thì giá
trị của nó sẽ rất lớn.
CQIF: Hệ số dòng chảy sát mặt, có thứ nguyên là thời gian (giờ)-1. Nó chính là
phần của lượng nước trong bể chứa mặt (U) chảy sinh ra dòng chảy sát mặt trong một
đơn vị thời gian. Thông số này ảnh hưởng không lớn đến tổng lượng lũ, đường rút
nước.
CBL: là thông số dòng chảy ngầm, được dùng để chia dòng chảy ngầm ra làm
hai thành phần: BFU và BFL. Trường hợp dòng chảy ngầm không quan trọng thì có
thể chỉ dùng một trong 2 bể chứa nước ngầm, khi đó chỉ cần CBFL=0, tức là lượng
cấp nước ngầm đều đi vào bể chứa ngầm tầng trên.
CKOF, CKIF: Là các ngưỡng dưới của các bể chứa để sinh dòng chảy tràn,
dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm, các thông số này không có thứ nguyên và có
giá trị nhỏ hơn 1. Chúng có liên quan đến độ ẩm trong đất, khi các giá trị của ngưỡng
này nhỏ hơn L/Lmax thì sẽ không có dòng chảy tràn, dòng chảy sát mặt và dòng chảy
ngầm. Về ý nghĩa vật lý, các thông số này phản ánh mức độ biến đổi trong không gian
của các đặc trưng lưu vực sông. Do vậy, giá trị các ngưỡng của lưu vực nhỏ thường
lớn so với lưu vực lớn.
Umax, Lmax: Thông số biểu diễn khả năng chứa tối đa của các bể chứa tầng
trên và tầng dưới. Do vậy, Umax và Lmax chính là lượng tổn thất ban đầu lớn nhất,
phụ thuộc và điều kiện mặt đệm của lưu vực. Một đặc điểm của mô hình là lượng chứa
Umax phải nằm trong sức chứa tối đa trước khi có lượng mưa vượt thấm, khi đó lượng

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×