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
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
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
ii
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
iii
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
iv
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
v
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
vi
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 2007Trường hợp 1.........................................................................................................84
Hình 3. 54. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2009Trường hợp 1.........................................................................................................84
Hình 3. 55. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2010Trường hợp 1.........................................................................................................84
vii
Hình 3. 56. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2011Trường hợp 1.........................................................................................................85
Hình 3. 57. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2009Trường hợp 2.........................................................................................................85
Hình 3. 58. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2008Trường hợp 2.........................................................................................................85
Hình 3. 59. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2007Trường hợp 2.........................................................................................................86
Hình 3. 60. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2006Trường hợp 3.........................................................................................................86
Hình 3. 61. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2008Trường 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
viii
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
ix
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
x
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
1
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:
2
(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.
3
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,
4
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
5
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)
6
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 HồngThái 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).
7
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.
8
m
M
¾
B
Õn
8
78
ªn
h
28
30
31
S¬n T©y
2
45
394
365
42
395
367
424
367
399
415
368
368
5
414
366
366
3
364
400
416
400
402
40
397
369
7
428
418
432
43
4
433
419
440
441
404
201
202
202
s«ng §uèng
265
477
478
Phó L­¬ng
579
594
595
CÇu Lai Vu
596
480
CÇu
597
248
247
249
248
64
488
65
250
249
251
250
B¸ Nha
67
295
296
71
72
252
H­ng
Yªn
251
73
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
203
74
204
204
75
76
78
312
318
Phñ Lý
337
Ninh B×nh
392
394
s«ng Luéc
232
233
83
497
224
679
513
230
229
234
512
498
499
s« n
gM
514
TiÒn TiÕn
íi
615
515
Th¸i B×nh
688
s«ng Ho¸
689
Kinh Khª
503
504
505
690
691
695
CÇu NiÖm
622
506
507
Th¸i B×nh
508
618
623
V¨n óc
624
84
85
86
Ba L¹t
87
Đề tài "Xây dựng công cụ mô phỏng số phục vụ cho đề xuất, đánh giá và điều
hành các phương án phòng chống lũ sông Hồng - Thái Bình" (Viện Cơ học)
Thành quả: Đã áp dụng một số các mô hình thủy lực như VRSAP, TL1, TL2,
TELEMAC2-D để tính toán thuỷ lực cho hạ lưu hệ thống sông Hồng - Thái Bình, phân
lũ sông Đáy và chậm lũ Tam Thanh, Lương Phú, Lương Phú - Quảng Oai. Đề tài đã
thử nghiệm các mô hình rất công phu bằng các bài toán mẫu (test cases) để đảm bảo
được khả năng áp dụng của các mô hình.
Cần nghiên cứu tiếp: Tương tự như trường hợp ở trên, (1) như tên của đề tài đã
nêu rõ, đề tài chỉ chú trọng vào tính toán mô phỏng lũ để áp dụng cho quy hoạch
phòng chống lũ, không phải là mô hình dự báo lũ; (2) vì đây là mô hình thủy lực, do
đó không cập nhật được sai số do sự thay đổi địa hình, thay đổi độ nhám lòng sông,
cho nên kết quả chưa thể hiện 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
KiÕn An
617
Hình 1. 2. Sơ đồ tính toán thủy lực hệ thống sông Hồng – Thái Bình
(Nguồn: Viện KH KTTV&MT)
-
626
612
CÇu Tiªn Cùu
613
86
242
Ninh C¬
243
LiÔu §Ò
s«ng Hång
241
242
s«ng Ninh C¬
363
s«ng §¸y
358
241
kªnh QuÇn Liªu
625
616
Trµ Lý
238
238
239
396
511
496
229
223
237
393
83
395
223
222
680
237
81
608
609
611
TX Th¸i B×nh
80
Trùc Ph­¬ng
239
240
355
Chanh Ch÷
222
211
207
79
80
353
385
Trung Trang
495
Nh©m
Lang
TriÒu
D­¬ng
205
236
386
386
607
s«ng MÝa
235
Nam §Þnh
391
s«ng §µo
510
494
231
231
s«ng Trµ Lý
BÕn B×nh
606
509
s«ng Gïa
QuyÕt ChiÕn
230
77
602
603
604
605
489
490
491
492
493
69
Ba Th¸
Nh­ T©n
362
523
CÇu §S Phó L­¬ng
290
292
294
356
522
CÇu Phó L­¬ng
CÇu Ninh B×nh
357
520
BÕn B×nh
479
342
361
517
C¸t Khª
CÇu Hoµ L¹c
279
280
281
282
284
287
351
s«ng Kinh Thµy
516
468
470
343
452
467
203
52
53
54
384
352
453
466
s«ng V¨n óc
383
Ph¶ L¹i
s«ng Th¸i B×nh
382
463
188
s«ng Trµ Lý
381
187
BÕn Hå
233
410
385
s«ng Hoµng Long
176
464
450
425
465
417
79
409
449
408
448
447
446
407
380
424
CÇu Ch­¬ng D­¬ng
s«ng Hång
445
421
405
T©n Lang
Gi¸n KhÈu
379
175
s«ng CÇu
418
CÇu §¸p CÇu
Th­îng C¸t
s«ng Lôc Nam
448
449
469
77
420
44
2
44 44
4 3
373
378
672
232
372
BÕn §Õ
49
CÇu B¾c Giang
443
671
50
51
s«ng §¸y
5
43
436
437
438
43
9
406
371
173
48
CÇu TriÒu D­¬ng
7
9
42
430
431
402
403
376
670
429
432
442
261
289
370
42
41
Khu
Ch­¬ng Mü - Mü §øc
H­ng Thi
370
3
410
411
41
2
369
401
172
47
Hµ Néi
273
CÇu Mai LÜnh
274
275
276
460
399
5
40
2
4
60
365
42
398
459
416
454
396
8
39
42
364
40
9
363
39 7
4
40
ChÝ Thuû
458
415
453
401
40
7
40
8
26
87
731
457
41
3
Trµn ®ª bèi
th­îng l­u
Mai LÜnh
730
hå Hoµ B×nh
88
428
267
268
269
270
271
272
456
414
88
89
455
44 47
CÇu Long Biªn
260
266
412
413
4
s«ng §µ
1
45
s«ng TÝch
720
411
§Ëp §¸y
262
Cèng
Chuèc
43
43
450
261
718
s«ng Hång
32
258
V©n Cèc
259
732
K
136
75
Tr 4
un
gH
µ
CÇu §uèng
29
tr
inh µ n
48
ViÖt Tr×
711 712
427
677
678
CÇu Th¨ng Long
BÕn M¾m
27
752
91
90
trµn
L­¬ng Phó
khu
L­¬ng Phó +
Qu¶ng Oai
698
3
75
N
Ünh
nV
tr µ
719
127
89
C­êng
128
749
trµn
Phó
129
Bèi VÜnh T­êng
700
26
137
133
Phó C­êng
426
H¸t M«n H¹
19 20
698
756
702
s«ng Cµ Lå
709
710
¸y
703
Cèng V©n Cèc
7 65
171
s«ng Hång
20
22 23 24
25
§7
ã 75
Ph
ong
ao Ph
H¸t M«n Th­îng
s«ng Thao
170
19
C
4
76
g
s«n
LËp Th¹ch
699
257
trµn
165
21
Tam Thanh
697
256
751
18
Trung Hµ
255
263
669
Vu
152
158
161
5
7
8
Qu¶ng C­
701
La
i
146
147
Vô Quang
246
247
255
ng
139
140
431
s«ng Th­¬ng
138
254
CÇu S¬n
430
656
trong tr­êng hîp Sö dông hÖ thèng khu ph©n chËm lò
254
s«ng CÇu
139
145
461
6
253
253
Th¸c Huèng
655
s¬ ®å tÝnh to¸n thuû lùc
HÖ thèng s«ng Hång - Th¸i b×nh
H×nh
252
144
145
245
137
s«ng Ch¶y
5
246
s«ng L«
2
4
244
245
140
1
142
Th¸c Bµ
138
3
s«
Tuyªn Quang
141
2
75
Yªn B¸i
1
243
244
-
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
10
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.
11
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.
12
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,
13
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.
14
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
15
nước thừa sẽ PN xuất hiện, tức là U< Umax. Do đó trong thời kỳ khô hạn, tổn thất của
lượng mưa trước khi có dòng chảy tràn xuất hiện có thể được lấy làm Umax ban đầu.
CK1,2, CKBF: là các hằng số thời gian biểu thị thời gian tập trung nước. Chúng
là các thông số rất quan trọng, ảnh hưởng đến dạng đường quá trình và đỉnh.
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến dòng chảy
- Lượng trữ bề mặt:
Lượng ẩm bị giữ lại bởi thực vật cũng như được trữ trong các chỗ trũng trên
tầng trên cùng của bề mặt đất được coi là lượng trữ bề mặt. Umax biểu thị giới hạn
trên của tổng lượng nước trong lượng trữ bề mặt. Tổng lượng nước U trong lượng trữ
bề mặt liên tục bị giảm do bốc hơi cũng như do thấm ngang. Khi lượng trữ bề mặt đạt
đến mức tối đa, một lượng nước thừa PN sẽ gia nhập vào sông với vai trò là dòng chảy
tràn trong khi lượng còn lại sẽ thấm vào tầng thấp bên dưới và tầng ngầm.
- Lượng trữ tầng thấp hay lượng trữ tầng rễ cây:
Độ ẩm trong tầng rễ cây, lớp đất bên dưới bề mặt đất, tại đó thực vật có thể hút
nước để bốc thoát hơi đặc trưng cho lượng trữ tầng thấp. Lmax biểu thị giới hạn trên
của tổng lượng nước trữ trong tầng này. Độ ẩm trong lượng trữ tầng thấp cung cấp cho
bốc thoát hơi thực vật. Độ ẩm trong tầng này điều chỉnh tổng lượng nước gia nhập vào
lượng trữ tầng ngầm, thành phần dòng chảy mặt, dòng sát mặt và lượng gia nhập lại.
- Bốc thoát hơi nước:
Nhu cầu bốc thoát hơi đầu tiên được thoả mãn từ lượng trữ bề mặt với tốc độ
tiềm năng. Nếu lượng ẩm U trong lượng trữ bề mặt nhỏ hơn yêu cầu (U < Ep) thì phần
còn thiếu được coi rằng là do các hoạt động của rễ cây rút ra từ lượng trữ tầng thấp
theo tốc độ thực tế Ea. Ea tương ứng với lượng bốc hơi tiềm năng và biến đổi tuyến
tính theo quan hệ lượng trữ ẩm trong đất, L/Lmax, của lượng trữ ẩm tầng thấp.
Ea  ( E p  U )
L
Lmax
(1 - 1)
- Dòng chảy mặt:
16
Khi lượng trữ bề mặt đã tràn, U > Umax, thì lượng nước thừa PN sẽ gia nhập
vào thành phần dòng chảy mặt. Thông số QOF đặc trưng cho phần nước thừa PN đóng
góp vào dòng chảy mặt. Nó được giả thiết là tương ứng với PN và biến đổi tuyến tính
theo quan hệ lượng trữ ẩm đất, L/Lmax, của lượng trữ ẩm tầng thấp.
QOF
L / Lmax  TOF

PN nÕu L / Lmax  TOF
CQOF
1  TOF

0
nÕu L / Lmax  TOF

Trong đó:
(1 - 2)
CQOF = hệ số dòng chảy tràn trên mặt đất (0 ≤ CQOF ≤ 1),
TOF = giá trị ngưỡng của dòng chảy tràn (0 ≤ TOF ≤ 1).
Phần lượng nước thừa PN không tham gia vào thành phần dòng chảy tràn sẽ
thấm xuống lượng trữ tầng thấp. Một phần trong đó, ∆L, của nước có sẵn cho thấm,
(PN-QOF), được giả thiết sẽ làm tăng lượng ẩm L trong lượng trữ ẩm tầng thấp.
Lượng ẩm còn lại, G, được giả thiết sẽ thấm sâu hơn và gia nhập lại vào lượng trữ tầng
ngầm.
- Dòng chảy sát mặt
Sự đóng góp của dòng chảy sát mặt, QIF, được giả thiết là tương ứng với U và
biến đổi tuyến tính theo quan hệ lượng chứa ẩm của lượng trữ tầng thấp.
QIF

1 L / Lmax  TIF
U nÕu L / Lmax  TIF
(CK IF )
1  TIF

 0
nÕu L / Lmax  TIF

(1 - 3)
Trong đó CKIF là hằng số thời gian dòng chảy sát mặt và TIF là giá trị ngưỡng
tầng rễ cây của dòng sát mặt (0 ≤ TIF ≤ 1).
- Diễn toán dòng chảy mặt và dòng sát mặt:
Dòng sát mặt được diễn toán qua chuỗi hai hồ chứa tuyến tính với cùng một
hằng số thời gian CK12. Diễn toán dòng chảy mặt cũng dựa trên khái niệm hồ chứa
tuyến tính nhưng với hằng số thời gian có thể biến đổi.
nÕu OF < OFmin
 CK12


CK  
 OF 
nÕu OF < OFmin
CK12  OF 
 min 

17
(1 - 4)
Trong đó OF là dòng chảy tràn (mm/hr) OFmin là giới hạn trên của diễn toán
tuyến tính (= 0,4 mm/giờ), và β = 0,4. Hằng số β = 0,4 tương ứng với việc sử dụng
công thức Manning để mô phỏng dòng chảy mặt.
Theo phương trình trên, diễn toán dòng chảy mặt được tính bằng phương pháp
sóng động học, và dòng chảy sát mặt được tính theo mô hình NAM như dòng chảy mặt
(trong lưu vực không có thành phần dòng chảy mặt) được diễn toán như một hồ chứa
tuyến tính.
- Lượng gia nhập nước ngầm
Tổng lượng nước thấm G gia nhập vào lượng trữ nước ngầm phụ thuộc vào độ
ẩm chứa trong đất trong tầng rễ cây.
L / Lmax  TG

nÕu L / Lmax  TG
( PN  QOF )
1  TG
G 
0
nÕu L / Lmax  TG

(1 - 5)
Trong đó TG là giá trị ngưỡng tầng rễ cây đối với lượng gia nhập nước ngầm
(0 ≤ TG ≤ 1).
- Độ ẩm chứa trong đất
Lượng trữ tầng thấp biểu thị lượng nước chứa trong tầng rễ cây. Sau khi phân
chia mưa giữa dòng chảy mặt và dòng thấm xuống tầng ngầm, lượng nước mưa còn lại
sẽ đóng góp vào lượng chứa ẩm (L) trong lượng trữ tầng thấp một lượng ∆L.
L  PN  QOF  G
(1 - 6)
- Dòng chảy cơ bản
Dòng chảy cơ bản BF từ lượng trữ tầng ngầm được tính toán như dòng chảy ra
từ một hồ chứa tuyến tính với hằng số thời gian CKBF.
Điều kiện ban đầu của mô hình
Điều kiện ban đầu mô hình bao gồm:
U là lượng nước chứa trong bể chứa mặt (mm);
L là lượng nước chứa trong bể chứa tầng dưới (mm);
18
QOF - cường suất dòng chảy mặt sau khi diễn toán qua bể chứa tuyến tính
(mm/h);
QIF - cường suất dòng chảy sát mặt khi qua bể chứa tuyến tính (mm/h);
BF - cường suất dòng chảy ngầm (mm/h).
Hiệu chỉnh thông số mô hình nhằm xác định các thông số của mô hình để cho
đường quá trình tính toán phù hợp nhất với đường quá trình thực đo. Việc hiệu chỉnh
các thông số mô hình có thể được tiến hành bằng 2 phương pháp: phương pháp thử sai
hoặc phương pháp tối ưu. Ở đây phương pháp thử sai để dò tìm bộ thông số cho lưu
vực cần tính toán được. Để đánh giá sự phù hợp giữa đường quá trình thực đo và
đường quá trình tính toán, người ta sử dụng chỉ tiêu NASH.
Tóm lại, mô hình NAM được sử dụng để xác định đường quá trình lưu lượng
tại mặt cắt cửa ra của lưu vực từ số liệu mưa bằng cách đi tìm một bộ thông số phù
hợp với đặc điểm của lưu vực nghiên cứu. Để xác định được các thông số cần thiết đó,
chúng ta lại cần phải có số liệu lưu lượng thực đo một vài năm dùng để hiệu chỉnh và
kiểm định mô hình. Với bộ thông số này, từ số liệu sẵn có, ta có thể sử dụng để khôi
phục lại số liệu tại cửa ra của lưu vực cần nghiên cứu
1.4.2. Mô hình thủy lực MIKE 11 – HD
MIKE11 là một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng mô phỏng lưu lượng, chất
lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ
thống dẫn nước khác. MIKE11 là công cụ lập mô hình động lực một chiều, thân thiện
với người sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và
hệ thống kênh dẫn đơn giản và phức tạp. Với môi trường đặc biệt thân thiện với người
sử dụng, linh hoạt và tốc độ, MIKE11 cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về
kỹ thuật công trình, tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy
hoạch. Mô đun mô hình thuỷ động lực (HD) là một phần trung tâm của hệ thống lập
mô hình MIKE11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô đun bao gồm: dự báo lũ, tải
khuyếch tán, chất lượng nước và các mô đun vận chuyển bùn cát. Mô đun MIKE11HD giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo tính liên tục và bảo
toàn động lượng (phương trình Saint Venant).
19
Các ứng dụng liên quan đến mô đun MIKE11-HD bao gồm:
-
Dự báo lũ và vận hành hồ chứa
-
Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ
-
Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát nước mặt
-
Thiết kế các hệ thống kênh dẫn
-
Nghiên cứu sóng triều và dòng chảy do mưa ở sông và cửa sông
Đặc trưng cơ bản của hệ thống lập mô hình MIKE 11 là cấu trúc mô đun tổng
hợp với nhiều loại mô đun được thêm vào mô phỏng các hiện tượng liên quan đến hệ
thống sông. Ngoài các mô đun thuỷ lực đã mô tả ở trên, MIKE bao gồm các mô đun
bổ sung đối với:
-
Thuỷ văn
-
Tải khuyếch tán
-
Các mô hình chất lượng nước
-
Vận chuyển bùn cát có cấu kết
-
Vận chuyển bùn cát không cấu kết
Phương trình cơ bản của mô hình để tính toán cho trường hợp dòng không ổn
định là phương trình liên tục và phương trình động lượng (hệ phương trình Saint
Venant) với các giả thiết chất lưu không nén được và đồng nhất, dòng chảy chủ yếu là
một chiều, độ dốc đáy nhỏ, các thông số mặt cắt ngang ít biến động theo chiều dọc,
phân bố áp suất thuỷ tĩnh cho phương trình liên tục (bảo toàn khối lượng) và phương
trình động lượng (bảo toàn động lượng).
Phương trình liên tục:
Q 
Q

dt    Q 
dx  dt   .dA.dx  
dx.dt
x
t


Trong đó:
(1-7)
Q A
Q
h

B
0
t
t và t
t
Phương trình động lượng:
M M .U  P Ff Fg




t
x
x x x
(1-8)
20
Trong đó:
Động lượng:
M   .H .b.U
Thông lượng:
M f   .H .b.U .U
P
Áp suất:
1
 .g .b.H 2
2
F  x.b.
Ma sát:
 .g .U 2
C2
P   .g . A.S
Trọng lượng:
Trong MIKE-11, các phương trình Saint Venant được giải bằng cách dùng lược
đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn là Bbott-Inoescu. Trong lược đồ này, các cấp mực nước
và lưu lượng dọc theo các nhánh sông được tính trong một hệ thống các điểm lưới xen
kẽ như trong Hình 1. 5.
h j-4
Q j-3
h j-2
h j-4
Q j-1
hj
Q j+1
h j+ 2
Q j+ 3
h j+ 4
Hình 1. 5. Nhánh sông với các điểm lưới xen kẽ
MIKE-11 có thể xử lý được nhiều nhánh, và tại các nhập lưu nơi mà tại đó các
nhánh gặp nhau. Một nút sẽ được tạo ra trong đó mực nước được tính toán. Hình dạng
của các điểm lưới quanh một nút trong đó có ba nhánh gặp nhau được thể hiện trong
Hình 1. 6.
h B ,n -2
Q
h A ,n - 2
Q
B ,n -1
A ,n - 1
h B ,n - 2
h A ,n
H
h C ,1
Q
C ,2
h C ,2
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
Hình dạng các điểm lưới và các điểm trong một mô hình hoàn chỉnh được thể
hiện trong Hình 1. 7. Cần lưu ý rằng tại các điểm biên, ta lập các nút theo đó ta sẽ tính
được mực nước.
Trong một điểm lưới, mối quan hệ giữa biến số Zi (cả mực nước hi hay lưu
lượng xả Qi) tại chính điểm đó và tại các điểm lân cận được thể hiện bằng cách dùng
một phương trình tuyến tính như sau:
 i Z nj11   j Z nj 1   j Z nj11   j
(1-9)
Chỉ số dưới trong phương trình (3) biểu thị vị trí dọc theo nhánh và chỉ số trên
chỉ bước thời gian. Các hệ số , ,  và  trong phương trình tại các điểm h được tính
bằng sai phân hữu hạn xấp xỉ đối với phương trình liên tục và tại các điểm Q bằng
cách dùng sai phân hữu hạn xấp xỉ đối với các phương trình động lượng.
Tại tất cả các điểm lưới dọc theo một nhánh, phương trình (3) được thành lập.
Giả sử một nhánh có các điểm lưới n; n là số lẻ, thì điểm lưới đầu và cuối trong một
nhánh luôn luôn là điểm mực nước (h). Điều này tạo ra n phương trình tuyến tính có
n+2 ẩn. Hai ẩn số thừa ra là do các phương trình được tạo ra tại điểm đầu và điểm cuối
h, tại đó Zj-1 và Zj+1 lần lượt trở thành cấp mực nước tại nút, theo đó phần cuối
thượng lưu và cuối hạ lưu của nhánh sông được kết nối. Phần dưới đây mô tả các
phương trình tuyến tính:
1 H usn 1  1h1n 1   1Q2n 1   1
(1-10)
22
 2 h1n 1   2Q2n 1   2 h2n 1   2
 3Q2n1   3h3n 1   3Q4n 1   3
 4 h3n 1   4Q4n 1   4 h5n 1   4
...........................................
 n  2 Qnn31   n  2 hnn21   n 2 Qnn11   n  2
 n 1hnn21   n 1Qnn11   n 1hnn 1   n 1
 nQnn11   n hnn11   n H nn 1   n
Hus trong các phương trình đầu và Hds trong phương trình cuối cùng lần lượt
là cấp mực nước trong nút thượng lưu và nút hạ lưu. Trong MIKE-11 mực nước tương
thích được ứng dụng tại các nút, nghĩa là mực nước tại điểm đầu tiên trong một nhánh
bằng với mực nước tại nút, theo đó phần cuối thượng lưu của nhánh được nối với
nhau. Nói cách khác, h1=Hus. Điều này nghĩa là 1=-1, 1=1, 1=0 và 1=0. Tương
tự, trong điểm lưới cuối cùng tại đó hn=Hds do đó n=0, n=1, n=-1 và n= 0. Trong
Hình 1. 7, điều này tương ứng với H=hA,n= hB,n= hC,1
Nếu ta liên hệ với hệ thống một nhánh với một biên mực nước tại cuối mỗi
nhánh thì ta sẽ biết được Hus và Hds. Chỉ còn lại n ẩn số trong n phương trình và ta có
thể giải được chúng bằng cách dùng thuật toán khử chuẩn. Tuy nhiên do MIKE-11 có
thể xử lý nhiều nhánh nên ta phải áp dụng một phương pháp khác. Để giải thích vấn đề
này, các phương trình trên sẽ được trình bày trong ma trận ở Hình 1. 8.
1
1
2
1
2
3
2
3
4
3
4
...
n-1
4
...
n-1
n-1
n-1
n-1
n
n-1
n
Hình 1. 8. Ma trận nhánh trước khi khử
23
n
1
2
3
4
...
n-1
n-1
n
Bằng phương pháp khử chẩn ta chuyển ma trận 4 thành ma trận 5
a1
a2
a3
a4
...
an-2
an-1
an
1
b1
b2
b3
b4
...
bn-2
bn-1
bn
1
1
1
...
1
1
1
c1
c2
c3
c4
...
cn-2
cn-1
cn
Hình 1. 9. Ma trận nhánh sau khi khử
Từ ma trận này ta có thể thấy tại bất kỳ điểm lưới nào, biến số Z (mực nước và
lưu lượng được thể hiện dưới dạng hàm số mực nước và lưu lượng thượng lưu và hạ
lưu:
Z nj 1  c j  a j H usn 1  b j H dsn 1
(1-11)
Tại các giao điểm, phương trình liên tục tại nút giao điểm được thiết lập như
sau:
hB,n-2
QB,n-1
hA,n-2
QA,n-1
hB,n-2
hA,n
H
hC,1
QC,2
hC,2
Hình 1. 10. Giao điểm của ba nhánh sông
Phương trình liên tục tại vị trí giao điểm là:
H n 1  H n
A fl  QIn1 / 2  QOn1 / 2
t
(1-12)
H n 1  H n
A fl  0.5 Q An,n 1  QBn,n 1  QCn , 2  0.5 Q An ,n11  Q Bn,n11  QCn, 21
t


24


(1-13)
Với: Afl: Khu vực trong giới hạn phương trình liên tục
QI: Tổng dòng vào
QO: Tổng dòng ra
t: Bước thời gian
Trong phương trình trên, QA,n-1, QB,n-1, QC,n-1 tại bước thời gian n+1 có
thể được thay như trong phương trình (5), ta có:
H
n 1
n
H
A fl  0.5 Q An  QBn  QCn
t


 c A,n1  a A,n1 H An ,n11  b A,n1 H An,n11Q An,n11  


 0.5 c B ,n1  a B ,n1 H Bn ,n11  bB ,n1 H Bn,n11QBn,n11  


 cC ,n1  aC ,n1 H Cn ,n11  bC ,n1 H Cn,n11QCn,n11 

 (1-14)
Trong đó: H: Mực nước thực tại giao điểm
HA,us: Mực nước tại điểm cuối thượng lưu của nhánh A
HB,us: Mực nước tại điểm cuối thượng lưu của nhánh B
HC,us: Mực nước tại điểm đầu thượng lưu của nhánh C
Với số nhánh sông nhiều hơn ta cũng có một phương trình tương tự như
phương trình (1-14), các phương trình này được giải bằng phương pháp khử chuẩn
Gauss để tính được mực nước tại các thời điểm n+1. Sau đó, mực nước và lưu lượng
lai được tính theo phương trình (1-11).
Trong MIKE-11, có thể áp dụng ba loại điều kiện biên sau đây:
-
Mực nước theo thời gian
-
Lưu lượng theo thời gian
-
Mối quan hệ giữa mực nước và lưu lượng dòng chảy (biên Q/h)
Mỗi dạng biên được tính bằng cách sử dụng phương trình nút khác nhau.
Mực nước theo thời gian:
Trong trường hợp này mực nước tại nút tại bước thời gian là n+1 đơn giản sẽ
trở thành giá trị biên được xác định bởi người sử dụng tại bước thời gian là n+1
(
n 1
H Boundary
). Nghĩa là trong phương trình có liên quan trong ma trận điểm, chỉ có đường
chéo và hệ số bên phải là khác không và lần lượt bằng 1 và
Lưu lượng theo thời gian
25
n 1
H Boundary
Trong trường hợp này một phương trình liên tục lũy tích bao gồm khu vực chỉ
định trong hình 1.8 được thiết lập. Phương trình (1-13) trở thành:
H n 1  H n
AF1  0.5.(Qbn  Q2n )  0.5.(Qbn1  Q2n1 )
t
(1-15)
Từ phương trình (1-13) Q2 tại thời điểm n+1 được thay bằng phương trình (111) và ta có phương trình (1-16)
H n 1  H n
AF1  0.5.(Qbn  Q2n )  0.5.(Qbn1  c 2  a 2 H n 1  b2 H dsn1 )
t
(1-16)
Phương trình (1-16) tương tự với phương trình 1-14 và các hệ số trong hàng có
liên quan trong ma trận điểm có thể được tính bằng cách sắp xếp lại phương trình (116)
Biên giới hạn Q/h
Trong trường hợp này, người sử dụng xác định mối quan hệ trên bảng giữa h và
Q. Ta lập được một phương trình liên tục tại biên giới hạn giống như cách ta đã lập
cho biên giới hạn lưu lượng xả. Lưu lượng xả tại điểm biên giới hạn Qb được mô tả
theo hàm mực nước tại điểm có sử dụng mối quan hệ bảng này. Cụ thể như sau:
Ta tìm được chỉ số i với Htab,I  Hn < Htab,i+1, và tỉ lệ ‘a’ được tính dựa theo
phương trình (1-17)
a
Qtab,i 1  Qtab,i
H tab,i 1  H tab,i
(1-17)
Dùng nội suy tuyến tính giữa các giá trị trên bảng mực nước và ta có phương
trình lưu lượng (1-18) và (1-19):

Qbn 1  Qtab ,i  a. H n 1  H tab ,i

Qbn  Qtab ,i  a. H n  H tab ,i

(1-18)

(1-19)
Phương trình (1-18) và (1-19) được thế vào phương trình (1-15) và ta có
phương trình (1-20):
H n 1  H n
AF1  0.5.(Qtab,i  a.( H n  H tab,i )  Q2n )  0.5.(Qtab,i  a.( H n1  H tab,i )  Q2n1 )
t
( 11-20)
26
Phương trình (1-20) tương tự với phương trình (1-13) và các hệ số trong hàng
có liên quan trong ma trận điểm có thể được tính bằng cách sắp xếp lại phương trình
(1-14). Như vậy, trình tự áp dụng để giải các phương trình sai phân hữu hạn có thể
được tóm tắt như sau:
Tại mỗi khoảng thời gian mô phỏng thì sẽ xảy ra những điều sau đây:
1.Tại mỗi nhánh, các hệ số trong các ma trận nhánh được tính căn cứ theo
phương pháp sai phân hữu hạn xấp xỉ của các phương trình Saint - Venant.
2.Các hệ số ma trận nhánh trong các điểm Q có cấu trúc được tính bằng cách
dùng cấu trúc thuật toán có liên quan.
3.Từng ma trận nhánh được chuyển từ Hình 1. 8 sang Hình 1. 9.
4.Ở mỗi điểm mà tại đó có 2 hoặc nhiều hơn 2 nhánh gặp nhau, các hệ số trong
hàng có liên quan trong ma trận điểm sẽ được tính bằng cách sử dụng phương trình (114).
5.Ở mỗi điểm mà tại đó chỉ có một nhánh được nối kết nghĩa là các điểm biên
các hệ số trong hàng có liên quan trong ma trận điểm sẽ được tính bằng cách sử dụng
phương trình dùng cho dạng biên thực tế (
H n 1  H Boundary
) phương trình (1-16) hoặc
phương trình (1-18).
Ma trận điểm sẽ được giải và ta biết được Hn+1 tại tất cả các điểm.
Tại mỗi điểm lưới dọc theo các nhánh, các mực nước và lưu lượng dòng chảy
sẽ được tính bằng cách sử dụng phương trình (1-11).
Để có thể giải chính xác và ổn định cho phương trình sai phân hữu hạn, cần có
các điều kiện sau:
Số liệu địa hình phải tốt, giá trị cho phép tố đa với x (dx-max) được lựa chọn
trên cơ sở này;
Bước thời gian t cần thiết cho một phương trình sóng, ví dụ như khoảng thời
gian tối đa cho mô phỏng thuỷ triều là 30 phút;
27
Điều kiện Courant được dùng để lựa cọn bước thời gian soa cho thoả mãn đồng
thời các điều kiện trên
Cr 

 t V  gx
x

(1-21)
với V là lưu tốc
Giá trị Cr trong khoảng 10 – 15 nhưng các giá trị lớn hơn 100 đã được sử dụng.
Ngoài ra trong mô hình MIKE11 còn sử dụng các phương trình Darcy, phương
trình Poisson cho tính toán dòng chảy nước ngầm.
1.4.3. Mô hình Mike 21
MIKE 21 là mô hình 2 chiều dựa trên hệ phương trình với độ sâu trung bình,
mô tả chuyển động của mực nước s và vận tốc theo 2 chiều (vận tốc U và V) trên hệ
tọa độ Decac.
Phương trình liên tục:
s 

 Uh  Vh  Fs
t x
y
(1-22)
Phương trình chuyển động theo 2 hướng:
s
U
U
s
g

U

U
U
V
 g  2 U U 2  V 2  ( K xx
)  ( K yy
)  FsU s
t
x
y
x C d
x
x
y
y
(1-23)
s
V
V
s
g

V

V
U
V
 g  2 V U 2  V 2  ( K xx
)  ( K yy
)  FsVs
t
x
y
x C d
x
x
y
y
(1-24)
trong đó: s là mực nước lên xuống;
h là tổng độ sâu mực nước;
C là hệ số Chezy;
Kxx và Kyy là hệ số xoáy nhớt;
Fs là nguồn;
Vs và Us là vận tốc ban đầu.
Kết quả của hệ phương trình trên có được từ một dạng khác của hệ phương
trình sử dụng ô lưới C so le và thuật toán hai bước với ẩn không hoàn toàn được gọi là
ADI (Alternating Direction Implicit). Bằng việc viết lại giới hạn đối lưu và ma sát,
28
một kết quả thuyết phục hơn được đưa ra (Abbott và Rasmussen, 1977). Lời giải được
đưa ra hiệu quả hơn bao gồm những đường căn bản liên tục quét qua khu vực.
Có hai mở rộng trong phương pháp giải số học trên, rất quan trọng cho những
ứng dụng về dòng chảy trên đồng bằng ngập lũ, đó là khả năng mô tả sự khô hay bị
ngập của các nút tính toán, và khả năng mô tả sự lan truyền sóng lũ qua những vùng
nước nông hoặc vùng mà trước đó là khô.
Vấn đề cơ bản đối với những ô lưới khô (ví dụ như những ô riêng biệt mà mực
nước rơi vào đó, hoặc độ sâu mực nước dưới mức đáy, hoặc tổng độ sâu là số âm) là
phát triển các phương pháp cung cấp một kết quả ổn định, đúng quy luật tự nhiên và
bảo toàn khối lượng. Một vài phương pháp đã được đưa ra như là chia độ sâu thành
các giá trị dương và nhỏ, giả định tăng lực ma sát cho những độ sâu nhỏ hoặc bổ sung
những khe rãnh ở những vùng có ô thu nhỏ lại khi mực nước dưới mức đáy. McCowan
(2001) đã chứng minh một phương pháp giải, dựa trên sự biến đổi của sơ đồ được đưa
ra bởi Stelling (1998). Ông tận dụng biệt số hướng gió của mực nước, liên kết với sơ
đồ mực nước dương và đơn điệu. Sử dụng sai phân trung tâm theo không gian của đối
lưu hạn cung cấp một kết quả tin cậy nhưng vì tính ổn định nên cần giới hạn dòng
chảy tới chế độ tới hạn phụ, ví dụ như số Froude F=U/gh cần phải nhỏ hơn 1.
Đối với vùng ven biển thường không có giới hạn cụ thể, nhưng đối với truyền
sóng lũ qua vùng nước nông hoặc vùng khô, sẽ phát sinh điều kiện tới hạn hoặc siêu
tới hạn. Một giải pháp có đề cập đến sự tiêu hao thêm năng lượng sóng ngắn cục bộ,
đó là thêm xoáy nhớt nhân tạo hoặc số lọc (Abbott, 1979), hoặc thông qua sơ đồ số
(Lax, 1954). Với việc đưa thêm trọng số của sơ đồ ngược dòng trong đối lưu hạn,
McCowan (2001) đã chứng minh rằng phương pháp giải trên là ổn định ngay cả đối
với dòng chảy siêu tới hạn, và tránh được những nhiễu động nhân tạo về cả vận tốc và
mực nước. Trọng lượng được chọn dựa trên số Froud cục bộ sao cho đối với F<0.25 sơ
đồ sai phân được sử dụng, và tăng trọng số của sơ đồ ngược dòng cho đến khi F>1.0 ở
những nơi mà sơ đồ ngược dòng hoàn toàn được sử dụng.
29
CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ LŨ LỤT HỆ THỐNG
SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH
2.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên
2.1.1. Vị trí địa lý
Lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình là một lưu vực sông liên quốc gia chảy
qua 3 nước Việt Nam, Trung Quốc, Lào với tổng diện tích tự nhiên vào khoảng
169.000 km2 và diện tích lưu vực của hai sông này trong lãnh thổ Việt Nam vào
khoảng 87.840 km 2. Châu thổ sông nằm hoàn toàn trong lãnh thổ Việt Nam có diện
tích ước tính khoảng 17.000 km2. Chiều dài sông Hồng trong lãnh thổ Việt Nam
khoảng 328km. Phần lưu vực nằm ở Trung quốc là: 81.200 km2 chiếm 48% diện tích
toàn lưu vực. Phần lưu vực nằm ở Lào là: 1.100 km2 chiếm 0,7% diện tích toàn lưu
vực. Phần lưu vực nằm ở Việt Nam là: 87.840 km2 chiếm 51,3% diện tích lưu vực.
Đây là con sông lớn thứ hai (sau sông Mêkông) chảy qua Việt Nam đổ ra biển
Đông. Sông Hồng được hình thành từ 3 sông nhánh lớn là sông Đà, sông Lô và sông
Thao. Sông Thái Bình cũng được hình thành từ 3 nhánh sông lớn là sông Cầu, sông
Thương và sông Lục Nam. Hai hệ thống sông được nối thông với nhau bằng sông
Đuống và sông Luộc tạo thành lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình.
Lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình được giới hạn từ 20o 23’ đến 25 o 30’ vĩ độ
Bắc và từ 102 o 10’ đến 107o10’ kinh độ Đông có:
+ Phía Bắc giáp lưu vực sông Trường Giang và sông Châu Giang của Trung
Quốc.
+ Phía Tây giáp lưu vực sông Mê Kông.
+ Phía Nam giáp lưu vực sông Mã.
+ Phía Đông giáp vịnh Bắc Bộ
Lưu vực có tới trên 90 % diện tích là đồi núi mà dòng chảy chủ yếu được sinh
ra từ mưa. Do vậy, mùa mưa nước tập trung nhanh sinh ra lũ, úng làm ngập lụt gây
thiệt hại to lớn về tính mạng, tài sản của nhà nước và nhân dân trên quy mô rộng lớn
hàng chục vạn ha. Ngược lại, về mùa khô lượng mưa sinh thủy trên các sông suối rất
hạn chế không đáp ứng được yêu cầu nước phục vụ cho sản xuất, đời sống và xã hội.
30
Hình 2. 1. Lưu vực sông Hồng - Thái Bình – phần Việt Nam
Lưu vực sông Hồng - Thái Bình liên quan tới 26 tỉnh, thành phố thuộc vùng
đồng bằng sông Hồng, Tây Bắc và Đông Bắc có tổng diện tích tự nhiên khoảng 115,75
nghìn km2 với khoảng 75,4 % diện tích thuộc lưu vực. Trên lưu vực sông có vùng kinh
tế trọng điểm Bắc Bộ (gồm 8 tỉnh, thành phố: Vĩnh Phúc, Hà Nội, Hải Dương, Hưng
Yên, Hà Tây, Bắc Ninh, Hải Phòng, Quảng Ninh) có tầm quan trọng đặc biệt trong
chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh phía Bắc nói riêng và cả nước nói
chung. Trên lưu vực có 2 thành phố trực thuộc Trung ương là Hà Nội, Hải Phòng và
24 tỉnh, trong đó có 7 thành phố trực thuộc các tỉnh, 26 thị xã, 14 quận, 208 huyện và
381 phường, 235 thị trấn, 4286 xã. Dân số trên phần lưu vực thuộc Việt Nam khoảng
29,26 triệu người, với 20 % sống ở đô thị, 80 % ở nông thôn, trung bình ở vùng đồng
bằng Bắc Bộ khoảng 1.000 người/km2, trên lưu vực là 277 người/km2.
2.1.2. Địa hình
Địa hình lưu vực sông Hồng có hướng dốc chung từ tây bắc xuống đông nam,
địa hình phần lớn là đồi núi, chia cắt mạnh, khoảng 70% diện tích ở độ cao trên 500m
và khoảng 47% diện tích lưu vực ở độ cao trên 1000m. Độ cao bình quân lưu vực
khoảng 1090m.
31
Phía tây có các dãy núi ở biên giới Việt Lào, có nhiều đỉnh cao trêm 1800m như
đỉnh Pu - Si - Lung (3076m), Pu - Den - Dinh (1886m), Pu - San - Sao (1877m).
Những đỉnh núi này là đường phân nước giữa hệ thống sông Hồng với hệ thống sông
Mê Kông. Trong lưu vực có dãy Hoàng Liên Sơn phân chia sông đà và sông Thao, có
đỉnh Phan Xi Pan cao 3143m, là đỉnh núi cao nhất ở nước ta. Độ cao trung bình lưu
vực của sông ngòi lớn, độ chia cắt sâu dẫn tới độ dốc bình quân lưu vực lớn, phổ biến
độ dốc bình quân lưu vực đạt từ 10% đến 15%. Một số sông rất dốc như Ngòi Thia đạt
tới 42%, Suối Sập 46,6%.
TRUNG QUỐC
VỊNH BẮC BỘ
Hình 2. 2. Địa hình lưu vực sông Hồng - Thái Bình - phần Việt Nam
Địa hình lưu vực sông Thái Bình là địa hình dạng đồi, với độ cao phổ biến từ
50m đến 150m, chiếm 60% diện tích. Rất ít đỉnh cao vượt quá 1000m. Chỉ có một số
đỉnh như Tam đảo có độ cao 1591m, Phia Đeng cao 1527m. Núi đồi trong hệ thống
sông Thái Bình có hướng Tây bắc - Đông nam tồn tại song song với những vòng cung
mở rộng về phía Bắc. Đồng bằng sông Hồng Thái bình được tính từ Việt Trì đến cửa
sông chiếm hơn 70% diện tích toán lưu vực. Địa hình thấp và tương đối bằng phẳng,
độ cao trung bình khoảng 25m. Dọc theo các sông ở đồng bằng đều có đê chia cắt
32
đồng bằng thành những ô tương đối độc lập. Vùng cửa sông giáp biển có nhiều cồn cát
và bãi phù sa....
Về mặt hình thái, có thể chia vùng lưu vực sông Hồng – Thái Bình thành những
khu vực chính như sau:
a) Vùng thượng lưu
Trên lưu vực sông Hồng có nhiều dãy núi chạy theo hướng Tây Bắc - Đông
Nam hoặc Bắc Nam phân cách giữa các lưu vực:
- Dãy Vô Lương và Ai Lao có đỉnh cao trên 3000m, ngăn cách lưu vực sông Đà
với sông Mê Công;
- Dãy Hoàng Liên Sơn có ngọn núi Phan Xi Phăng cao 3142m ngăn cách giữa
sông Thao và sông Đà;
- Dãy Tây Côn Lĩnh có đỉnh cao 2419m ngăn cách giữa sông Lô và sông Thao;
- Các dãy Ngân Sơn, Tam Đảp có đỉnh cao từ 1000-2000m ngăn cách giữa Thái
Bình với sông Lô.
Các dãy núi đều có độ cao thấp dần từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông
làm cho lưu vực có độ dốc chung theo hướng Tây Bắc - Đông Nam.
Khoảng 55% diện tích lưu vực sông Hồng ở cao trình trên 1000m đối với lãnh
thổ Việt Nam, chỉ 40% diện tích có cao trình trên 1000m.
Cao độ trung bình của lưu vực sông Thao là 547m, sông Đà 965m, sông Lô
884m, sông Cầu 190m, sông Thương 190m, sông Lục Nam 207m.
Trong đó sông Lô có độ dốc lưu vực lớn nhất (1,8m/km), sau đến sông Đà
(1,5m/km), sông Thao (1,2m/km), sông Thương (1,8m/km), sông Cầu (1m/km), sông
Lục Nam (1,2m/km).
b) Vùng đồng bằng.
Vùng đồng bằng sông Hồng có trình mặt đất từ 0,4  9 m. Với 58,4% diện tích
đồng bằng sông Hồng ở mức thấp hơn 2m. Ở cao trình này hoàn toàn bị ảnh hưởng
thuỷ triều nếu không có hệ thống đê biển và đê vùng cửa sông. Hơn 72% diện tích
đồng bằng ở cao trình thấp hơn 3m. Ở cao trình này hoàn toàn bị ảnh hưởng nước biển
33
nếu xảy ra lũ cấp 3 vào lúc xảy ra triều cường. Bốn tỉnh Hải Phòng, Thái Bình, Nam
Hà và Ninh Bình có trên 80% diện tích đất đai có cao trình thấp hơn 2m.
Dọc theo các sông vùng đồng bằng sông Hồng đều có đê bảo vệ từ nhiều năm
nay. vì vậy do tác dụng bồi lắng của phù sa sông Hồng, cao trình vùng mặt đất bãi
sông ngoại đê thường cao hơn cao trình mặt đất trong dòng chính từ 3  5m.
Khi mực nước dọc các triền sông mới ở mức báo động I, tức mực nước lũ gần
như năm nào cũng xảy ra (85  90%) thì hầu nhưhoàn toàn vùng đồng bằng nằm dưới
mực nước sông trừ các làng mạc đã được tôn tạo hoặc những vùng ngoại đê được phù
sa bồi đắp hàng năm. Gặp những lũ lớn xảy ra tràn hoặc vỡ đê thì khó tránh khỏi tổn
thất lớn về người và của.
Tỷ lệ diện tích đồng bằng theo cao độ xem bảng 2.1. Địa thế chung của lưu vực
sông Hồng rất hiểm trở, có đến 47% có độ cao trên 1000m, phần lớn nằm ở miền Tây
của lưu vực thuộc hai nhánh lớn sông Đà và sông Thao, còn một phần nằm trên cao
nguyên phía Bắc thuộc sông Lô. Phần đất bằng chỉ phân bố lẻ tẻ dọc thung lũng của
các sông lớn, song phần chủ yếu tập trung ở tam giác châu sông Hồng - sông Thái
Bình.
2.1.3. Địa chất
Trong mối quan hệ nhân quả, các đặc điểm và quá trình địa chất, trực tiếp hoặc
gián tiếp đều có tác động đến quá trình phát triển của lòng sông. Hầu hết khu vực sông
nghiên cứu mới hình thành khoảng hơn 1000 năm trước cho tới nay. Đây là khu vực
có quá trình phát triển địa chất lâu dài và mạnh mẽ thể hiện qua những mối tương tác
tích cực giữa các nhân tố nội sinh và ngoại sinh, khí hậu và phi khí hậu, giữa lục địa và
biển.
Căn cứ vào tài liệu khảo sát ở khu vực ta thấy địa tầng đoạn sông chủ yếu gồm
hai loại sau đây:
Trầm tích lòng sông gồm các tầng cát thô có màu vàng nhạt, lớp thực vật chưa
phân hoá hết, phía trên có lớp phù sa nông, đường kínhtrung bình hạt lòng sông
d50=92mm.
34
Tầng bồi tích đồng bằng, tầng này hiện nay chủ yếu là bờ của dòng sông gồm
chủ yếu là các tầng đất sét cát dày từ 0,8  1m, giữa các tầng đất sét cát có xen kẽ các
lớp của con người đi lại trồng cây nên kết cấu của đất chặt chẽ hơn.
Địa chất ở đây được cấu tạo bởi nhiều nham thạch khác nhau. trong quá trình
xâm thực của Mác ma, sản phẩm của núi lửa như phún xuất, phiến trầm tích cùng với
sự phân bố của tầng đá vôi dày đến hàng nghìn met. Nham thạch ở đây được phân bố
phức tạp, diệp thạch và sa diệp thạch chiếm diện tích rất nhiều.
Lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình nằm trong 3 miền kiến tạo lớn là miền
kiến tạo Đông Bắc, miền kiến tạo Tây Bắc Bộ và miền kiến tạo Cực Tây Bắc Bộ. Ranh
giới giữa các miền là đứt gãy Sông Chảy và đứt gãy Ðiện Biên - Lai Châu. Trên phạm
vi lưu vực có các đới kiến tạo lớn là An Châu, Sông Lô, Sông Hồng, Fan Si Pan, Ninh
Bình, Tú Lệ, Sông Mã, Sông Đà, Sơn La, Sông Gâm, Sông Hiến, An Châu, Mường Tè
và võng chồng Hà Nội.
Trong lưu vực, phát triển nhiều hệ thống đứt gãy lớn như hệ thống đứt gãy
Sông Hồng, Sông Chảy, Sông Lô, Fan Si Pan, Sông Đà, Sơn La, Lai Châu - Điện
Biên, Vạn Yên, Mường Pìa phát triển theo phương Tây Bắc - Đông Nam và hệ thống
đứt gãy Đông Bắc - Tây Nam là các đứt gãy Thái Nguyên - Chợ Mới - Kim Hỷ, đứt
gãy đường 13A. Ngoài các đứt gãy sâu kể trên, trong vùng còn phát triển nhiều hệ
thống đứt gãy, trong đó chiếm ưu thế là hệ thống đứt gãy phương Tây Bắc - Đông
Nam, với hàng loạt các đứt gãy song song.
Ở sông Thao, các dãy núi có hướng Tây Bắc - Đông Nam mà độ cao giảm dần
từ Tây Bắc xuống Đông Nam, sườn rất dốc, nhiều khe sâu được cấu tạo bởi đá kết tinh
cổ gơnai, hoa cương, riôlit, pòcirit xen kẽ có những bề mặt bằng phẳng, các bồn địa
Than Uyên, Nghĩa Lộ, Quang Huy, các cao nguyên đá vôi tiếp nhau Xa Phìn, Xin
Chải, Sơn La, Mộc Châu. Nham thạch ở đây đã bị phong hoá, bóc mòn dữ dội, hiện
tượng đất lở, đá trượt xảy ra rất mạnh.
Phía Đông sông Thao là khối vòm sông Chảy, các cánh cung, nhiều nơi là
những vùng đá vôi dựng đứng. Có thể nói phần phía Đông của lưu vực phổ biến là đá
vôi, nhiều hang động, sông suối ngầm, có những khối nước sót riêng biệt. Hiện tượng
35
hang đá vôi đã làm tăng lượng nước thấm, giảm lượng bốc hơi, tăng lượng dòng chảy
các chất hoà tan. Vòm sông Chảy là một khối granit lớn và cổ nhất nước ta, nhiều nơi
phổ biến. Vùng đồi, ở hạ du các thung lũng sông, có những cánh đông rộng , có chỗ là
thung lũng xâm thực, bồi tụ. Tiếp giáp với đồng bằng bằng phẳng, các thềm sông và
bãi bồi.
2.1.4. Thổ nhưỡng
Theo tài liệu điều tra của viện nông hoá thổ nhưỡng, trong lưu vực có 10 loại
đất chính như sau:
Bảng 2. 1. Các loại đất chính trên lưu vực sông Hồng –Thái Bình
TT
1
Tên các loại đất
Đất phù sa sông Hồng
Diện tích (ha)
1.239.000
2
Đấy chiêm trũng Glây
3
Đất chua mặn
79.209
4
Đất mặn
90.062
5
Đất bạc màu
6
Đất đen
7
Đất Feralit đỏ vàng
8
Đất Feralit đỏ nâu trên đá vôi
9
Đất Feralit đỏ vàng có mùn trên núi
10
Đất mòn alít trên núi cao
140.000
123.285
3.700
4.465.856
229.295
2.080.342
223.035
Đất phù sa sông Hồng nằm hầu hết ở các tỉnh đồng bằng và trung du đất có độ
PH từ 6,5 ÷ 7,5 thành phần cơ giới phổ biến là sét hoặc sét pha trung bình, đất có cấu
tượng tốt nhất là ở những vùng trồng màu hầu hết diện tích loại đất này đã được gieo
trồng từ 2 đến 3 vụ lúa mầu và cho năng suất khá cao;
Đất chiêm trũng Glây loại đất này tập trung ở những vùng đất trũng thuộc các
tỉnh Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hà Tây, Bắc Ninh, Bắc Giang, Hưng Yên, Hải
Dương, Vĩnh Phú, Thái Bình. Loại đất này có nhiều sắt hàm lượng canxi - manhê từ 5
÷ 6 mg/100g đất. Thường trồng từ 1 ÷ 2 vụ lúa trong năm, độ PH = 4 ÷ 4,5 bị chua và
nghèo lân, kali có năng suất thấp, cần được cải tạo bằng đưa nước phù sa sông Hồng
thau chua và tăng chất dinh dưỡng cho đất;
36
Đất chua mặn: loại đất này tập trung ở vùng trũng gần biển thuộc Hải Phòng,
Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình đất bị glây hoá mạnh độ PH = 4,0 hiện nay loại đất
này đang được trồng 2 vụ ÷ 3 vụ lúa màu có năng suất cao, song để duy trì và cải tạo
tốt loại đất này phải thường xuyên được đưa nước ngọt vào và thau chua rửa mặn thay
nước đầu vụ đảm bảo tốt cho cây trồng phát triển (lượng nước dùng để thau chua
khoảng 1500 ÷ 1600 m 3/ha);
Đất mặn: là loại đất phân bố dọc theo đê biển và đê cửa sông thuộc các tỉnh
Ninh Bình, Nam Định, Thái Bình và thành phố Hải Phòng thành phần cơ giới thay đổi
từ sét đến cát mịn, PH từ 7,3 ÷ 8,0 là đất có độ muối tan chiếm 0,25 ÷ 1,0% muốn gieo
trồng lúa hoa màu phải thường xuyên lấy nước ngọt, rửa mặn, hiện tại năng suất cây ở
đây thấp; có khả năng phát triển nuôi trồng thủy sản tuy nhiên còn phụ thuộc vào độ
mặn cũng như điều kiện địa hình. Đây là loại đất phải tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên
mà khai thác sử dụng cho thích hợp;
Đất bạc màu: Loại đất này phân bố ven rìa đồng bằng thuộc các vùng đồi có
cao độ từ 15 ÷ 25m thuộc các tỉnh Hoà Bình, Hà Tây, Ninh Bình, Phú thọ, Vĩnh Phúc,
Hà Nội, Bắc Ninh, Bắc Giang, Hải Dương. Đất này có thành phần cơ giới nhẹ, nghèo
mùn, kết von dưới tầng đế cày, đôi khi gặp đá ong hoá, cây trồng cho năng suất thấp,
để cải tạo tốt cần cấp nước phù sa, bón phân hữu cơ, đa dạng hóa cây trồng;
Đất đen: là loại đất phân bố ở các thung lũng đá vôi ở các cao nguyên Mộc
Châu, Mai Sơn, Thuận Châu (Sơn La), Tủa Chùa, Tam Đường (Lai Châu) vv...đất có
độ mùn cao (4,0 ÷ 5,0%) độ PH = 7,0 đất giàu canxi - manhê có cấu tượng viên tơi
xốp đạm (0,35÷0,5%) lân 0,7 ÷ 1% Kali khoảng 2% loại đất này phù hợp với các loại
cây công nghiệp cây ăn quả và hoa màu;
Đất Feralits đỏ vàng: loại đất này phân bố trên địa hình đồi núi thấp ở các tỉnh
Bắc Cạn, Thái Nguyên, Hà Giang, Tuyên Quang, Lào Cai, Yên Bái, Sơn La, Lai Châu,
Cao Bằng, Bắc Cạn, Lạng Sơn... Đất có độ mùn cao (2 ÷ 4%), đạm 2%, lân 0,08%, PH
= 4 ÷ 4,1 là loại đất thích hợp với các cây lấy gỗ, cây công nghiệp và những cây trồng
cạn như: trẩu, sở, quế, chè và các cây nguyên liệu như mỡ, bồ đề vv...
37
Đất Ferlits đỏ nâu trên đá vôi thường ở các tỉnh miền núi như Hà Giang, Tuyên
Quang, Hoà Bình thành phần chính là CaCO3 và cặn sét đất có cấu tượng hạt chắc, nói
chung là tốt nhưng phần dưới là đá vôi nên mất nước thích hợp với cây trồng cạn như
ngô đậu lạc và thích với cây cần ít nước và chịu hạn;
Đất Feralit đỏ vàng có mùn trên núi;
Đất mòn alít trên núi cao phân bố tập trung ở các đỉnh núi cao có nhiều mùn
thảm thực vật dày trên 1cm, sau đó là tầng mùn dày 6÷7 cm tiếp đến là đất màu đen
nhạt dần sang thẫm, đất thích hợp cho việc trồng rừng và các cây lâm sản quý hiếm.
Hình 2. 3. Bản đồ thổ nhưỡng phần thuộc lãnh thổ Việt Nam trên lưu vực sông
Hồng-Thái Bình
2.1.5. Lớp phủ thực vật
Thực vật trong lưu vực sông Hồng-Thái Bình rất phong phú. Do sự khác biệt về
điều kiện khí hậu và thuỷ văn, rừng phân bố theo độ cao và được chia ra 2 loại chính,
từ 700m trở lên và dưới 700m. Từ 700m trở lên, rừng chủ yếu là rừng kín hỗn hợp lá
cây rộng, lá kim ẩm á nhiệt đới và rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới. ở độ cao
dưới 700m, rừng chủ yếu là rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới. Ngoài ra, còn có
các loại rừng trồng, các loại cây bụi trên các đồi trọc.
38
Do khai thác, đốt phá rừng bừa bãi nên tỷ lệ rừng che phủ trong lưu vực còn
tương đối thấp, nhất là vào các thập kỷ 70 và 80 của thế kỷ 20. Theo kết quả điều tra
của Viện Điều tra Quy hoạch rừng, tỷ lệ rừng che phủ vào đầu thập kỷ 80 trong lưu
vực sông Hồng-Thái Bình phần thuộc lãnh thổ Việt Nam chỉ còn khoảng 17,4%.
Trong những năm gần đây, nhờ có phong trào trồng và bảo vệ rừng nên tỷ lệ
rừng che phủ ở các tỉnh trong lưu vực sông Hồng-Thái Bình đã tăng lên đáng kể. Tính
đến năm 1999, tỷ lệ rừng che phủ ở vùng trung du và miền núi đã tăng lên 35%.
Lớp phủ thực vật trên lưu vực sông Hồng biến đổi theo độ cao của mặt lưu vực,
theo điều kiện thổ nhưỡng. Phần lớn vùng núi và vùng đồi là rừng trồng và rừng tự
nhiên, đất hoang.
Vào năm 1960 còn 3,6 triệu ha chiếm 42%. Nhưng vào năm 1987 chỉ còn
khoảng 2,66 triệu ha tức 31%, còn đất khoảng 5 triệu ha tức 58%.
Rừng trên lưu vực sông Hồng có tác dụng ngăn lũ chống xói mòn, tăng độ ẩm
của lưu vực. Việc phá rừng trong 3 thập kỷ qua đã làm cho tỷ lệ diện tích tầng phủ trên
lưu vực giảm đến mức nguy hiểm, cần được xem xét khắc phục.
Do vậy vấn đề cấp thiết đang được đặt ra để giải quyết hậu quả do việc phá
rừng nêu trên là bảo vệ có hiệu quả rừng hiện có, phủ xanh đất trống đồi trọc, đưa tỷ lệ
rừng lên từng bước như đầu thế kỷ; trước mắt, cần tập trung vào các vùng có vị trí
phòng hộ đầu nguồn, thượng lưu các công trình quan trọng như kho nước Hoà Bình,
Thác Bà... Đồng thời tiến hành giải quyết tốt các công trình xã hội như định canh định
cư, tổ chức trồng rừng theo phương thức nông lâm kết hợp, tổ chức công tác quản lý
và bảo vệ rừng, phòng cháy, chữa cháy, áp dụng rộng rãi kỹ thuật viễn thámđể nắm
kịp thời tình trạng diễn biến của rừng v.v...
39
Bảng 2. 2. Bảng tổng hợp độ che phủ rừng các tỉnh nằm trong hệ thống sông Hồng –Thái Bình (Đơn vị: ha)
Năm 2005
STT
Tên tỉnh, TP
Diện tích
tự nhiên
906,512
955,410
1,405,500
466,253
636,076
688,777
788,437
586,800
352,384
137,224
485,941
354,350
830,524
382,331
80,480
151,919
164,772
89,084
92,097
219,296
167,631
153,780
139,012
332,111
372,030
571,069
202,666
285,164
353,812
345,860
366,792
159,127
27,735
263,206
165,307
343,258
159,969
699
15,059
9,649
Độ
che
phủ
36.6
38.9
40.6
43.5
44.8
51.4
43.9
62.5
45.2
20.2
54.2
46.7
41.3
41.8
0.9
9.9
5.9
4,246
16,889
5,874
7,304
27,210
10,234,590
4,035,036
Diện tích
có rừng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Lai Châu
Điện Biên
Sơn La
Hoà Bình
Lào Cai
Yên Bái
Hà Giang
Tuyên Quang
Phú Thọ
Vĩnh Phúc
Bắc Kạn
Thái Nguyên
Lạng Sơn
Bắc Giang
Bắc Ninh
TP Hải Phòng
Hải Dương
Hưng Yên
TP Hà Nội
Hà Tây
Nam Định
Thái Bình
Ninh Bình
Tổng
Năm 2006
343,650
375,141
582,929
207,020
296,154
377,001
372,383
371,789
167,118
28,119
265,320
165,052
359,985
156,391
623
15,564
11,749
Độ
che
phủ
37.9
39.3
41.5
44.4
46.6
54.7
47.2
63.4
47.4
20.5
54.6
46.6
43.3
40.9
0.8
10.2
7.1
4.6
7.7
3.5
4.7
19.6
4,092
17,824
4,181
6,973
27,411
39.4
4,156,473
Diện tích
có rừng
Năm 2007
346,414
379,180
580,266
210,533
307,573
396,074
392,954
376,278
171,893
28,104
267,648
164,355
372,499
157,673
582
16,386
10,442
Độ
che
phủ
38.2
39.7
41.3
45.2
48.4
57.5
49.8
64.1
48.8
20.5
55.1
46.4
44.9
41.2
0.7
10.8
6.3
4.4
8.1
2.5
4.5
19.7
4,303
18,297
2,785
7,268
27,231
4.7
8.3
1.7
4.7
19.6
40.6
4,238,738
41.4
Diện tích
có rừng
Năm 2008
Năm 2009
349,843
397,082
583,494
213,948
314,871
400,221
422,485
386,103
175,375
28,416
274,358
167,904
382,362
156,927
595
17,221
10,392
Độ
che
phủ
38.6
41.6
41.5
45.9
49.5
58.1
53.6
65.8
49.8
20.7
56.5
47.4
46
41
0.7
11.3
6.3
363,430
394,560
586,970
227,506
323,277
404,390
427,535
386,103
178,909
28,597
281,327
171,698
393,886
158,960
600
17,845
10,283
Độ
che
phủ
40.1
41.3
41.8
48.8
50.8
58.7
54.2
65.8
50.8
20.8
57.9
48.5
47.4
41.6
0.7
11.7
6.2
23,002
25
24,504
2,785
7,518
27,101
1.7
4.9
19.5
4,342,003
42.4
Diện tích
có rừng
Năm 2010
349,803
397,041
583,452
213,899
314,820
400,162
422,431
386,037
175,324
28,395
274,300
167,856
382,315
156,885
594
17,209
10,386
Độ
che
phủ
41
36
44
46
50
58
53
64
49
22
58
46
46
29
1
11
6
26.6
22,975
2,785
7,671
27,423
1.7
5
19.7
4,418,258
43.2
2,783
7,513
27,081
4,342,003
Diện tích
có rừng
Diện tích
có rừng
TrÝch “ Tæng hîp ®é che phñ rõng toµn quèc” n¨m 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 - Côc kiÓm l©m- http://www. kiemlam.org.
35
Năm 2011
377,987
350,246
632,783
211,076
324,539
400,427
428,936
376,433
176,637
27,298
285,279
164,549
396,061
130,999
579
17,169
10,442
Độ
che
phủ
42
37
45
46
51
58
54
64
50
22
59
47
48
34
1
11
6
7
23,222
7
2
5
19
42
3,679
7,334
26,768
4,418,258
2
5
19
43
Diện tích
có rừng
2.2. Nguyên nhân hình thành và một số đặc điểm của chế độ mưa - lũ
2.2.1. Một số hình thế thời tiết chủ yếu gây mưa lớn
Toàn lưu vực sông Hồng - Thái Bình nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa với
mùa đông lạnh, khô, ít mưa và mùa hè nóng ẩm mưa nhiều, chịu tác động của cơ chế
gió mùa Đông Nam Á với hai mùa gió chính: gió mùa đông và gió mùa hạ.
-
Gió mùa hạ bị chi phối bởi 3 khối không khí:
-
Không khí nhiệt đới biển Bắc Ấn Độ Dương (gió tây nam);
-
Không khí xích đạo (gió nam);
-
Không khí nhiệt đới biển Thái Bình Dương (gió đông nam).
Không khí nhiệt đới biển Bắc Ấn Độ Dương tác động đến lưu vực sông Hồng -
Thái Bình, nhất là vùng thượng nguồn sông Đà vào các tháng đầu mùa hạ, trong các
tháng V, VI, VII, với bản chất nóng và ẩm phát triển trên chiều dài 4 - 5 km, đã mang
lại mùa mưa sớm trên lưu vực sông Đà và cũng là nguồn gốc gây ra những trận mưa
lớn trên sông này vào các tháng 4, 5, 6 và gây nên những trận lũ lớn vào tháng V, VI,
VII.
Không khí nhiệt đới biển Thái Bình Dương tác động trên lưu vực sông Hồng
tương đối ổn định, tuy nhiên giai đoạn đầu khí áp cao mới xâm nhập đất liền hay khi
kết hợp với những nhiễu động thời tiết kiểu hội tụ, nó có thể gây mưa lớn trên hệ
thống.
Các khối không khí gió mùa mới chỉ là điều kiện cần, song phải có những tác
nhân mới có thể gây mưa lớn, những tác nhân ấy là các nhiễu động trong cơ chế gió
mùa, gồm các nhiễu động kiểu front, kiểu hội tụ, xoáy hoặc dông nhiệt.
Theo Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương, có 8 hình thế thời
tiết cơ bản gây mưa lớn trên hệ thống sông Hồng - Thái Bình cũng như toàn Bắc Bộ là:
Phía tây bắc Bắc bộ:
- Xoáy thấp Bắc bộ hoặc xoáy thấp nằm trong giải thấp có trục tây bắc - đông
nam vắt qua Bắc Bộ, hoạt động với cường độ mạnh từ thấp lên cao;
- Xoáy thấp hoặc giải thấp tồn tại ở phía nam Trung Quốc kết hợp với không
khí lạnh hoặc bị cao lạnh đẩy xuống phía nam gây mưa;
36
- Giải hội tụ nhiệt đới có xoáy thuận, kết hợp với không khí lạnh hoặc các hình
thế thời tiết khác;
- Bão hoặc áp thấp nhiệt đới tan sau khi đổ bộ vào đất liền, di chuyển theo
hướng tây gây mưa.
Phía đông bắc Bắc bộ:
- Bão hoặc do áp thấp kết hợp với không khí lạnh;
- Rãnh thấp nóng phía tây kết hợp với không khí lạnh hoặc rìa lưỡi cao áp Thái
Bình Dương lấn sang;
- Hoạt động của không khí lạnh;
- Hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới.
Ngoài ra, hoạt động của gió mùa tây nam hoặc đông nam có thể gây ra những
trận mưa rào - mưa dông có cường độ khá lớn.
Mưa lớn trên hệ thống sông Hồng - Thái Bình thường do hoạt động liên tiếp
hoặc kết hợp của một số hình thế thời tiết chính và phụ gây nên.
Bão gây mưa lớn thường kéo dài vài ba ngày với lượng mưa lớn từ 100 - 300
mm xảy trên diện rộng từ 100 - 200 km2 ở xung quanh tâm bão, bão đổ bộ vào ven
biển tỉnh Quảng Ninh thường gây ảnh hưởng nhiều nhất với sông Thái Bình, sông Lô,
sông Thao, phần trung và hạ lưu sông Đà, bão đổ bộ vào Thanh Hoá, Ninh Bình
thường gây ảnh hưởng nhiều đến vùng đồng bằng và trung du sông Hồng.
Theo thống kê từ năm 1960 đến năm 1989, số trận bão trên phát sinh trong khu
vực từ 50 - 250 vĩ độ bắc và 1050 - 1300 kinh độ đông đã tăng dần trong 3 thập kỷ
qua. Bình quân năm của thời kỳ 1960 - 1969 là 12,5 trận, của thời kỳ 1970 - 1979 là
14,5 trận, của thời kỳ 1980 - 1989 là 19,4 trận. Song tỷ lệ số trận bão có ảnh hưởng
đến Việt Nam thì giảm đi như 1960 - 1969 tỷ lệ đó là 60%, năm 1970 - 1979 là 56%,
năm 1980 - 1989 là 43%.
Trong những năm trở lại đây, số trận bão đổ bộ vào Việt Nam có phần suy giảm
nhưng sự ảnh hưởng của bão là rất lớn. Theo số liệu thống kê từ năm 2005-2009, tổng
số trận bão đổ bộ vào Việt Nam là 43 trận, trong đó, năm 2005 có 5 trận, năm 2006 có
10 trận, năm 2007 có 7 trận, năm 2008 có 10 trận và năm 2009 có 11 trận.
37
2.2.2. Chế độ mưa
a. Phân bố lượng mưa năm
Lưu vực hệ thống sông Hồng - Thái Bình có lượng mưa năm khá phong phú
nhưng phân bố không đều theo không gian, chủ yếu tập trung vào các tháng mùa mưa.
Sự phân bố lượng mưa trung bình năm trên lưu vực sông Hồng - Thái Bình phụ
thuộc rất nhiều vào địa hình và sự sắp xếp các dãy núi: hướng đón gió và khuất gió.
Địa hình cao, phía hướng đón gió mưa nhiều và tạo thành các tâm mưa lớn là Bắc
Quang, Mường Tè, Hoàng Liên Sơn có lượng mưa năm trung bình trên 3000 mm.
Lượng mưa lớn nhất có nơi đạt đến 600-700 mm/tuần; 1200 mm/tháng đặc biệt là
trung tâm mưa Bắc Quang có năm đạt đến 5499 mm/năm. Những vùng khuất sau
những dãy núi chắn gió như thung lũng Yên Châu, cao nguyên Sơn La, lòng chảo
Nghĩa Lộ, vùng thượng nguồn sông Gâm có lượng mưa nhỏ đạt từ 1200 mm đến
khoảng 1600 mm/năm. Các tâm mưa Tam Đảo (ở thượng nguồn sông Cầu trên 2000
mm/năm, Tam Đảo ở hữu ngạn sông Công trên 2600 mm) và dãy núi Yên tử trên 2000
mm/năm.
Hình 2. 4. Bản đồ lượng mưa trung bình nhiều năm lưu vực sông Hồng-Thái Bình
phần lãnh thổ Việt Nam
38
b. Phân bố lượng mưa mùa mưa
Mùa mưa trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình gần như trùng với mùa gió mùa
Đông Nam và thường kéo dài khoảng 5 tháng (V-IX), song cũng có những năm mùa
mưa bắt đầu sớm hơn hoặc kết thúc muộn hơn từ 15 đến 30 ngày, nguyên nhân chính
là do ảnh hưởng của không khí nhiệt đới Bắc Ấn Độ Dương (gió Tây Nam) vào nửa
đầu mùa hạ nên mùa mưa có thể xuất hiện sớm hơn và kết thúc muộn hơn.
Trên sông Đà lượng mưa tháng VI, tháng VII thường lớn hơn lượng mưa tháng
VIII. Ngược lại, trên sông Lô, sông Thao tháng VIII thường có lượng mưa lớn nhất
trong năm.
Lượng mưa trên sông Hồng – Thái Bình tập trung vào 6 tháng mùa mưa với
lượng mưa chiếm khoảng 80-85% lượng mưa năm, có khi lên tới 89% trên lưu vực
sông Lô.
Trên lưu vực sông Hồng lượng mưa bình quân nhiều năm trên toàn lưu vực vào
khoảng 1500mm/năm, trên lưu vực sông Thái Bình lượng mưa năm trung bình nhiều
năm biến đổi trong phạm vi (1200-2500) mm.
Tuy lượng mưa năm trên toàn lưu vực khá lớn, song lượng mưa ngày trên lưu
vực sông Hồng –Thái Bình nói chung không lớn, ít nơi có ngày mưa vượt quá 500mm.
Lượng mưa ngày lớn nhất tại Sơn La là 198mm, trạm Bắc Hà là 272,3mm, Lục Yên là
383mm, Thác Bà là 243,5mm. Ngay cả các trung tâm mưa lớn cũng hiếm có trường
hợp lượng mưa ngày vượt quá 500mm. Song lượng mưa của một đợt liên tiếp do ảnh
hưởng của các hình thế thời tiết thì tương đối lớn; lượng mưa 24 giờ do bão, áp thấp
nhiệt đới phổ biến, từ 200-300mm chiếm khoảng 45%, từ 300-400mm chiếm khoảng
15%, lớn hơn 400mm thì chiếm khoảng 5%.
2.2.3.Đặc điểm chung về chế độ dòng chảy
a. Hệ thống mạng sông Hồng - Thái Bình
Hệ thống sông Hồng:
Do lưu vực sông Hồng có sự khác nhau về điều kiện khí hậu và địa hình, địa
mạo, địa chất nên mạng lưới sông suối phát triển không đều với mật độ lưới sông từ
39
(0,25-0,50) km/km2 ở những cao nguyên đá vôi đến hơn 1,5 km/km2 ở những nơi mưa
nhiều, địa hình dốc và chia cắt mạnh.
Hệ thống sông Hồng do ba nhánh sông lớn tạo thành là các sông: Đà, Thao và
Lô. Cả 3 nhánh sông này đều bắt nguồn từ tỉnh Vân Nam (Trung Quốc) rồi chảy vào
địa phận nước ta với nhiều nhánh. Sông Thao (ở địa phận Trung Quốc có tên là sông
Nguyên) bắt nguồn từ hồ Đại Lý ở độ cao gần 2000 m trên đỉnh Ngụy Sơn thuộc tỉnh
Vân Nam - Trung Quốc, theo hướng tây bắc - đông nam chảy vào nước ta ở huyện Bát
Xát tỉnh Lào Cai, tiếp nhận sông Đà ở Trung Hà và sông Lô ở Việt Trì, rồi chảy vào
đồng bằng châu thổ sông Hồng. Sông Thao được coi là dòng chính của sông Hồng và
phần hạ lưu từ Việt Trì đến cửa Ba Lạt được gọi là sông Hồng. Đồng bằng châu thổ
sông Hồng có mạng lưới sông ngòi kênh rạch chằng chịt. Ở đây, sông Hồng có các
phân lưu như: Đuống, Luộc chảy sang sông Thái Bình, sông Trà Lý, sông Đào Nam
Định và sông Ninh Cơ. Như vậy, ngoài cửa Ba Lạt ra, nước sông Hồng còn chảy ra
Vịnh Bắc Bộ tại các cửa Trà Lý, Lạch Giang và Đáy. Đặc trưng hình thái lưu vực sông
chính của hệ thống sông Hồng phần chảy qua lãnh thổ Việt Nam được thống kê trong
Bảng 2. 3 .
Bảng 2. 3. Đặc trưng hình thái các lưu vực sông chính
TT
1
Sông
Hồng
3
4
5
6
Thao
(đến
Việt Trì)
Đà
Lô
Chảy
Gâm
8
Cầu
9
Thương
Lục
Nam
2
10
Chảy
vào
sông
Độ cao
đầu
nguồn
(m)
Chiều
dài sông
(km)
Chiề
u dài
lưu
vực
(km)
Diện tích lưu
vực (km2 )
Đặc trưng trung bình lưu vực
Hệ số
Hệ
Mật
phát
số
độ
Độ
Độ
triển hình
lưới
cao dốc
đườn dạn
sông
0
(m)
/00
g
g
(km/
phân
sôn
2
km )
nước
g
Biển
1233/556
179.760/73.81
2
Hồng
1009/332
50074/12000
647
29.9
1
Hồng
Hồng
Lô
Lô
Thái
Bình
Cầu
300
1400
1042/570
506/275
319
297/217
250
340
50530/26800
36744/22600
6500/4580
15594/9784
965
884
858
877
36.8
19.7
24,6
22,7
0.98
1,09
1175
289
198
6030
190
16,1
600
157
99
6650
190
400
175
120
3070
207
Thương
2,08
2,02
0,11
0,14
0,95
2,1
0,16
13,3
0,91
1,87
0,65
16,5
0,94
1,69
0,21
Nguồn: Tài nguyên nước các hệ thống sông chính Việt Nam - PGS.TS Trần Thanh Xuân
40
Hình 2. 5. Mạng lưới sông ngòi và một số công trình trọng điểm trên sông thuộc
lưu vực sông Hồng - Thái Bình
Cũng cần chỉ ra rằng, đồng bằng châu thổ sông Hồng là phần hạ lưu của hai hệ
thống sông Hồng và Thái Bình, do địa hình bằng phẳng, mạng lưới sông ngòi kênh
rạch chằng chịt đan xen nhau nên khó có thể phân chia ranh giới giữa 2 hệ thống sông
này ở vùng đồng bằng sông Hồng.
Dưới đây mô tả tóm tắt các phụ lưu và phân lưu của hệ thống sông Hồng.
Lưu vực sông Thao: Sông Thao là dòng chính của sông Hồng, bắt nguồn từ dãy
núi Ngụy Sơn cao trên 2000m thuộc tỉnh Vân Nam Trung Quốc (ở Trung Quốc sông
Thao còn có tên là sông Nguyên). Sông Thao có chiều dài sông: 902 km (tính đến Việt
Trì) trong đó trong nước là 332 km; diện tích lưu vực là 51.800 km2 (phần trong nước
là 12.000 km2).
Lưu vực sông Thao nằm ở vị trí chuyển tiếp từ Đông Bắc sang Tây Bắc của Bắc
Bộ. Giới hạn phía đông là dãy núi Con Voi, nơi phân chia đường phân nước lưu vực
giữa sông Chảy và sông Thao, đỉnh núi cao nhất 1252 m. Giới hạn phía tây là dãy
41
Hoàng Liên Sơn - PuLuông, đây là đường phân nước của 2 lưu vực sông Đà và sông
Thao với đỉnh Phan- Xi-Păng cao nhất nước ta: 3143 m.
Lưu vực sông Thao có dạng dài, hẹp ngang, mở rộng ở phía thượng lưu và thu
hẹp ở trung và hạ lưu. Ở phần phía bờ phải thuộc lãnh thổ nước ta lưới sông kém phát
triển, một số sông nhánh chính của sông Thao ở nước ta như: Ngòi Bo (F =587 km2),
Ngòi Nhù (F=1550 km2), Ngòi Hút (F=632 km 2), Ngòi Thia (F=1570 km2), Ngòi Bứa
(F=1370 km2), Ngòi Phát (F=512 km2), Ngòi Lao (F=650 km 2).
Lưu vực sông Đà: Sông Đà là sông cấp I thuộc hệ thống sông Hồng. Sông Đà
có tên gọi là sông Lý Tiên ở Trung Quốc, bắt nguồn từ vùng núi cao tỉnh Vân Nam,
theo hướng tây bắc - đông nam chảy vào địa phận nước ta tại xã Ka Long huyện
Mường Tè, tỉnh Lai Châu, rồi tiếp tục chảy qua tỉnh Điện Biên, Sơn La và Hoà Bình
rồi đổ vào sông Thao tại Trung Hà. Sông Đà dài 1010 km, diện tích lưu vực
52.900km 2 (riêng trong trong lãnh thổ nước ta sông Đà dài 570 km và diện tích lưu
vực 26.800km2, bao gồm toàn bộ hay một phần địa phận các tỉnh Lai Châu, Điện Biên,
Sơn La, Hoà Bình. Một số sông nhánh tương đối lớn của sông Đà như: Nậm Na (F =
6860 km2), Nậm Pô (F = 2280 km 2), Nậm Mức (F = 2930 km2), Nậm Mu (F = 3400
km2), Nậm Bú (F = 1410 km2), Nậm Sập (F = 1110 km2)... Do điều kiện địa hình nên
lưu vực sông Đà có dạng dài và hẹp ngang - dạng hình lông chim.
Lưu vực sông Lô: Sông Lô bắt nguồn từ vùng núi cao trên 2000 m ở phía tây
nam tỉnh Vân Nam, Trung Quốc, phần ở Trung Quốc sông Lô có tên gọi là sông Bàn
Long, chảy theo hướng tây bắc - đông nam vào địa phận huyện Vị Xuyên tỉnh Hà
Giang, qua các tỉnh Tuyên Quang, Phú Thọ, Vĩnh Phúc, nhập vào sông Thao tại Việt
Trì, dòng chính sông Lô có chiều dài 470 km với diện tích lưu vực là 39.000 km2,
trong lãnh thổ nước ta sông Lô có chiều dài 275 km và diện tích lưu vực 22.600 km2.
Lưu vực sông Lô hẹp ngang ở thượng và hạ lưu, mở rộng ở trung lưu, trong
lãnh thổ nước ta, sông Lô có một số nhánh chính như: Miện (F=1930 km2), Gâm
(F=17.200 km2), sông Chảy (F=6500 km2) và sông Phó Đáy (F=1610 km2).
Lưu vực sông Chảy: Sông Chảy bắt nguồn từ núi Tây Côn Lĩnh cao 2419 m,
diện tích lưu vực là 6500 km 2, trong đó 4580 km 2 nằm trong lãnh thổ nước ta, chiều
42
dài dòng chính là 319 km. Lưu vực sông Chảy được giới hạn phía bắc là vùng núi cao
1500 m, dãy núi Con Voi kéo dài từ tây bắc xuống tây nam phân cách giữa sông Chảy
và sông Thao, dãy núi Tây Côn Lĩnh và dãy núi thấp ở phía đông và đông nam phân
chia lưu vực giữa sông Chảy và dòng chính sông Lô.
Lưu vực sông Phó Đáy: Sông Phó Đáy là sông nhánh của sông Lô, diện tích lưu
vực 1610 km2 và chiều dài dòng chính là 170 km, bắt nguồn từ vùng núi Tam Tao cao
trên 1000 m, chảy theo hướng gần đông bắc và tây nam, nhập vào sông Lô gần Việt
Trì cách cửa sông Lô 2 km. Sông Phó Đáy được giới hạn về phía bắc - tây bắc bởi
cánh cung sông Gâm, phía đông và nam là dãy núi Tam Đảo, nằm giữa hai dãy núi
cao, kéo dài vì vậy thung lũng sông Phó Đáy hẹp và kéo dài.
Lưu vực sông Đáy: Sông Đáy cũng được coi là sông nhánh của sông Hồng ở
phía hữu ngạn, bắt nguồn từ vùng núi Ba Vì, chảy theo hướng tây bắc - đông nam và
đổ ra biển tại cửa Đáy. Sông Đáy vốn là một phân lưu bên bờ phải của sông Hồng với
diện tích lưu vực xấp xỉ 5800 km 2, chiều dài sông vào khoảng 230 km bắt đầu từ hạ
lưu đập Đáy qua các tỉnh Hà Tây, Hà Nam, Nam Định và đổ vào vịnh Bắc Bộ ở cửa
Đáy (Ninh Bình). Lưu vực sông Đáy bao gồm 6 lưu vực sông nhỏ hợp thành, là sông
Tích, sông Hoàng Long, sông Đào, sông Thanh Hà, sông Nhuệ, sông Châu Giang.
Hệ thống sông Thái Bình:
Hệ thống sông Thái Bình bao gồm 3 sông hợp thành tại Phả Lại là sông Cầu,
sông Thương và sông Lục Nam; sông Cầu được xem là dòng chính của hệ thống sông
Thái Bình. Hệ thống sông Thái Bình có diện tích lưu vực tính đến Phả Lại bằng 12.680
km 2, độ cao trung bình từ 150m đến 200 m, thấp hơn các khu vực xung quanh. Mật độ
sông suối phân bố không đều, từ 0,5 đến 1,5 km/km2, mạng lưới sông suối trên lưu vực
sắp xếp như một hình quạt mở rộng về phía đông bắc mà điểm qui tụ ở Phả Lại.
Dưới đây mô tả tóm tắt các phụ lưu và phân lưu của hệ thống sông Thái Bình.
Lưu vực sông Cầu: Sông Cầu được coi là dòng chính của sông Thái Bình, bắt
nguồn từ vùng núi Tam Tao (1326 m) ở sườn đông nam dãy Pia Bióoc (1527 m), phía
tây tỉnh Bắc Kạn, chảy theo hướng tây bắc - đông nam, qua thị xã Bắc Kạn, rồi chuyển
hướng gần bắc - nam chảy qua Chợ Mới, thành phố Thái Nguyên, Đáp Cầu rồi tiếp
43
nhận sông Thương ở thượng lưu Phả Lại khoảng 2 km. Tính đến Phả Lại, sông Cầu
dài 288 km, diện tích lưu vực 6030 km 2, mật độ lưới sông trung bình khoảng 0,55
km/km2. Một số sông nhánh chính của sông Cầu là: Sông Chu (F = 465km2), sông Đu
(F = 361km2), sông Cà Lồ (F = 881km2).
Lưu vực sông Thương: Sông Thương bắt nguồn từ dãy núi Na-Pa-Phước cao
600 m ở huyện Chi Lăng tỉnh Lạng Sơn, chảy theo hướng đông bắc - tây nam qua
thành phố Bắc Giang, tiếp nhận thêm sông Lục Nam rồi chảy vào sông Cầu ở thượng
lưu Phả Lại. Sông Thương dài 157 km, diện tích lưu vực 3580 km2, mật độ lưới sông
trung bình toàn lưu vực khoảng 0,82 km/km2. Một số sông nhánh chính của sông
Thương như sau: sông Hoá (F = 385km2), sông Trung (F = 1270km 2), sông Sỏi (F =
303km 2)...
Lưu vực sông Lục Nam: Sông Lục Nam bắt nguồn từ vùng núi Kham, cao 700
m ở huyện Đình Lập tỉnh Lạng Sơn, chảy theo hướng đông bắc - tây nam qua các
huyện Sơn Động, Lục Ngạn, Lục Nam tỉnh Bắc Giang rồi đổ vào sông Thương ở Tứ
Yên, cách Phả Lại 10 km về phía thượng lưu. Sông Lục Nam dài 175 km, diện tích lưu
vực 3070 km2, mật độ lưới sông trung bình lưu vực 0,98 km/km2. Sông Lục Nam có
một số nhánh tương đối lớn, trong đó lớn nhất là sông Cẩm Đàn (F = 705 km2).
b. Chế độ lũ
Lũ trên lưu vực sông Hồng - Thái Bình là sản phẩm của mưa rào nhiệt đới,
đồng thời lại chịu tác động của địa hình dốc, thung lũng sông hẹp nên chế độ lũ có một
số đặc điểm dưới đây:
Thời gian mùa lũ và tính phân kỳ dòng chảy lũ:
Mùa lũ trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình thường kéo dài từ tháng VI đến
tháng X. Cũng có năm bắt đầu sớm hơn 15 - 20 ngày hoặc kết thúc muộn hơn 15 - 20
ngày. Sự xuất hiện mùa lũ và đặc biệt là các trận lũ lớn phụ thuộc vào cường độ hoạt
động của gió mùa tây nam và áp thấp nhiệt đới Bắc Ấn Độ Dương, cũng như ảnh
hưởng của dải hội tụ nhiệt đới và cao áp Thái Bình Dương.
Lũ trên lưu vực sông Hồng - Thái Bình có tính phân kỳ khá rõ, đối với sông
Hồng lũ lớn nhất thường xẩy ra vào tháng VIII. Lũ đặc biệt lớn cũng xuất hiện vào
44
tháng VIII, lũ tháng VII và tháng IX chỉ xẩy ra đối với qui mô nhỏ hơn. Đối với các
sông thuộc lưu vực sông Thái Bình, vì nằm phía Đông lưu vực sông Hồng, chịu ảnh
hưởng của bão nhiều hơn nên tính phân kỳ không rõ, có thể xẩy ra lũ lớn trong các
tháng VII-IX.
Dạng lũ và cường suất lũ:
Lũ trên lưu vực sông Hồng - Thái Bình thường có dạng nhiều đỉnh do những
trận mưa liên tiếp trong lưu vực tạo thành. Hàng năm thường có từ 3 đến 5 trận lũ.
Năm 1990, riêng trong tháng VII đã có trận lũ vượt báo động 3 tại Hà Nội: 11,64 m
ngày 3/VII; 11,87 m ngày 27/VII và 11,94 m ngày 31/VII.
Lũ trên lưu vực sông Hồng - Thái Bình có thời gian lên khá nhanh, chỉ có từ 3
đến 5 ngày là đạt tới đỉnh lũ, thời gian lũ rút từ 5 đến 7 ngày. Những trận lũ lớn thường
do hai, ba trận lũ nhỏ tiếp nối tạo thành, những trận lũ này thời gian kéo dài 15 - 20
ngày như lũ tháng VIII/ 1969 và VIII/ 1971.
Thời gian tập trung lũ khá nhanh, từ khi mưa đến khi lũ về chỉ trong vòng 2- 3
ngày, riêng đối với các sông miền núi có nơi không quá 24h. Cường suất lũ lớn đạt 3-7
m/ ngày ở thượng lưu các sông Đà và sông Lô, 2 - 3 m/ ngày ở trung lưu và 0,5 - 1,5
m/ ngày ở hạ lưu. Trên sông Thao tại Bảo Hà cường suất lũ lên lớn nhất lên tới
234cm/6 giờ, Ngòi Thia - 234cm/6 giờ, Yên Bái - 90cm/6 giờ, Thanh Sơn - 213cm/6
giờ và Phú Thọ 122cm/6 giờ (trận lũ ngày 23/VII/1980). Có trận lũ, thời gian lũ lên rất
ngắn, có khi chỉ 36 giờ là lũ lên tới đỉnh khá cao rồi lại xuống nhanh. Tuy nhiên, cũng
có trận lũ lên kéo dài hơn 7 ngày (trận lũ lịch sử ngày 8/VIII/1968); đỉnh lũ cao nhất
đã quan trắc được tại Yên Bái là 3494cm (VIII/1968) và tại Phú Thọ là 2084cm
(VIII/1971).
Trên sông Thái Bình cường suất lũ lên trung bình từ 1-3 cm/giờ, lớn nhất có thể
tới 10-16 cm/giờ. Những trận lũ sớm (xuất hiện vào hai tháng V, VI) thường là những
trận lũ đơn, có cường suất lũ lên khá lớn, trung bình bằng 3,6 cm/giờ, lớn nhất có khi
tới 25 cm/giờ (trận lũ V/1978). Những trận lũ kép có cường suất lũ lên không lớn,
trung bình khoảng 0,6 cm/giờ. Những trận lũ có cường suất lũ lên lớn thường có thành
phần lũ của sông Lục Nam khá lớn.
45
Thời gian kéo dài của các trận lũ lớn và đặc biệt lớn thường 10-30 ngày, có khi
dài hàng tháng, trung bình 19 ngày. Trong đó, thời gian lũ lên trung bình bằng 7,6
ngày, ngắn nhất 2,3 ngày (trận lũ VII/1990) và dài nhất tới 17 ngày (trận lũ VIII/1983).
Đối với các trận lũ đơn thì thời gian lũ lên = 5-8 ngày, còn đối với các trận lũ kép thì
thời gian lũ lên = 10-20 ngày. Thời gian lũ rút kéo dài hàng tháng. Trận lũ VIII/1971
có thời gian lũ lên = 8 ngày, trận lũ VIII/1986 có thời gian lũ lên = 14 ngày.
Biên độ mực nước hàng năm trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình đạt 3-4 m ở
sông nhỏ, 10 m ở sông lớn, biên độ tuyệt đối đạt tới 13,22 m ở Lào Cai; 31,1 m ở Lai
Châu; 20,4 m ở Hà Giang; 13,1m ở Hà Nội, trên sông Thái Bình: 12,76 m tại Chũ,
7,91 m tại Phả Lại.
Mô đun đỉnh lũ:
Mô dun dòng chảy đỉnh lũ trên lưu vực sông Hồng khá lớn
Trên sông Đà, tại Lý Tiên Độ 513 l/ s.km 2 (1945), tại Lai Châu 420 l/s.km2
(1945), tại Hoà Bình 406 l/ s.km2 (1945), 438 l/s.km 2 (1996).
Trên sông Thao, tại Mạn Hảo 391 l/s.km2(1908), tại Lào Cai 205 l/s.km2
(1971), Yên Bái 215 l/ s.km2.
Trên sông Lô, tại Hà Giang 400 l/s.km2 (1945), tại Hàm Yên 460 l/s.km2
(1971), tại Chiêm Hoá 376 l/s.km2 (1971), tại Ghềnh Gà 375 l/s.km2 (1971), tại Thác
Bà 396 l/s.km 2 (1971).
Hướng thoát lũ chính:
Từ hạ lưu Hà Nội và Thượng Cát, nước lũ theo nhiều phân lưu đổ ra biển Đông.
Do ảnh hưởng của thuỷ triều nên việc thoát lũ càng về hạ du càng gặp khó khăn. Thời
gian duy trì lũ kéo dài. Mặc dù có nhiều phân lưu thoát lũ nhưng mực nước lũ ở hạ du
vẫn cao và kéo dài nhiều ngày gây khó khăn cho việc tiêu úng.
Tính biến động của dòng chảy lũ:
Chế độ lũ ở phần hạ lưu sông Hồng tương đối ổn định, thể hiện ở chỗ biến sai
không lớn (Cv=0,32 - 0,36). Nhưng trong vòng 30 năm qua có những biến đổi đáng
lưu ý sau đây:
Trong ba thập kỷ qua đã xảy ra liên tiếp những trận lũ lớn trên sông Hồng và
46
đặc biệt là sông Thái Bình vào các năm: 1968, 1969, 1971, 1986, 1996, 2002 và 2008.
Số trận lũ trung bình xảy ra nhiều hơn trên các sông Lô, Thao, Đà. Trên sông Hồng
trong các năm 1980 - 1990 đã xảy ra 8 trận lũ trên mức báo động 3 (11,50 m). Nếu
tính cả năm 1991, 1992 thì có 10/14 năm có mực nước vượt báo động 3, trong đó có
hai trận lũ xấp xỉ 12 m (Hmax= 11,96 m năm 1985 và Hmax = 11,94 m năm 1990).
Trên sông Thái Bình đã liên tiếp xảy ra các trận lũ cao Hmax tại Phả Lại là
7,07m (VII/1980); 6,31 m (VIII/1980); 5,92 m (VI/1084); 7,05m (VIII/1985), 7,24 m
(VII/1986).
Lũ đầu vụ và cuối vụ xuất hiện nhiều hơn và qui mô lớn hơn, so với thời kỳ
trước năm 1972 thì số trận lũ lớn nhất xuất hiện vào tháng VI, trong nhiều năm tăng từ
1,4% lên 10,5 %, xuất hiện vào các tháng IX tăng từ 7,3 lên 26,8% trên sông Hồng.
Theo thống kê trong 90 năm qua tại Hà Nội, trị số Hmax lớn nhất trong tháng
V xảy ra vào năm 1990, tháng VI vào năm 1990, tháng VII vào năm 1986, tháng VIII
vào năm 1971, tháng IX vào năm 1985.
Trận lũ lớn tháng VII/1986 cũng do mưa lớn trên lưu vực gây nên. Mưa tập
trung vào các ngày 20-23/VII, tâm mưa lớn xuất hiện ở trung và hạ lưu sông Lô, sông
Thương và sông Lục Nam với lượng mưa 300-400 mm. Các nơi khác ở miền núi và
trung du Bắc Bộ chỉ mưa 100-300 mm, ở đồng bằng dưới 100 mm. Lũ đặc biệt lớn đã
xảy ra ở sông Cầu, sông Thương và sông Lục nam; trên sông Lô xảy ra lũ lịch sử, trên
sông Hồng cũng xuất hiện lũ lớn.
Trận lũ lịch sử VIII/1971 là do mưa rất lớn trên lưu vực. Lượng mưa trong các
ngày 12-21/VIII đạt tới 454 mm tại Sìn Hồ, 381 mm tại Sa Pa, 386 mm tại Lào Cai,
678 mm tại Tân Cương, 402 mm tại Thác Riềng. Lượng mưa trận bình quân lưu vực
sông Hồng bằng 255 mm và ở lưu vực sông Thái Bình 247 mm, ở đồng bằng Bắc Bộ
200 mm.
Trận lũ lớn VIII/1969 cũng do mưa lớn trên lưu vực gây nên. Lượng mưa trong
các ngày 6-17/VIII đạt tới 400-500 mm ở thượng nguồn sông Đà, sông Thao, sông Lô,
vùng trung lưu và hạ lưu chỉ đạt 200-400 mm. Lượng mưa bình quân lưu vực sông
Hồng là 318 mm và ở lưu vực sông Thái Bình 237 mm.
47
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE DỰ BÁO LŨ HỆ THỐNG SÔNG
HỒNG – THÁI BÌNH
3.1. Sơ đồ thủy văn thủy lực trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình
3.1.1. Sơ đồ thủy văn
Đặc trưng của các lưu vực thượng lưu hệ thống sông Hồng - Thái Bình được
thể hiện trong Bảng 3. 1.
Bảng 3. 1. Các đặc trưng lưu vực phần thượng lưu hệ thống sông Hồng-Thái Bình
Lưu vực sông
Lưu vực sông Đà
Lưu vực sông Thao
Lưu vực sông Lô
Lưu vực sông Cầu
Lưu vực sông Thương
Lưu vực sông Lục Nam
Diện tích lưu vực
tính đến trạm
(km2)
45.900
50.600
37.000
2.760
2.330
2.090
Tên sông chính
Sông Đà
Sông Thao
Sông Lô
Sông Cầu
Sông Thương
Sông Lục Nam
Tên trạm
Tạ Bú
Phú Thọ
Vụ Quang
Thái Nguyên
Cầu Sơn
Chũ
Để tính toán dòng chảy tại các mặt cắt cửa ra, các lưu vực sông lớn được phân
chia thành các lưu vực bộ phận được khống chế bởi các trạm thủy văn.
Hình 3. 1. Bản đồ phân chia các lưu vực bộ phận cho lưu vực
sông Hồng – Thái Bình (sơ đồ cũ)
48
Qua quá trình nghiên cứu về đặc điểm, hiện trạng về số liệu lưu vực sông
Hồng-Thái Bình cho thấy một số điểm cần sửa đổi lại sơ đồ thủy văn như sau: Giữ
nguyên sơ đồ thủy văn như đã thiết lập từ các nghiên cứu trước (Hình 3. 1), lưu vực
sông Đà được chia thành 11 lưu vực bộ phận trong đó có 2 lưu vực bộ phận khu giữa
từ đập thủy điện Sơn La và đập thủy điện Hòa Bình, lưu vực sông Thao được phân
chia thành 10 lưu vực bộ phận, lưu vực sông Lô được phân chia thành 8 lưu vực bộ
phận trong đó cập nhật hồ Tuyên Quang tại vị trí thượng lưu của trạm Na Hang, các
lưu vực sông Cầu, Thương và Lục Nam được chia thành 2 lưu vực bộ phận đối với
mỗi lưu vực sông, cụ thể:
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
Lưu
vực
sông
Lưu vực bộ phận
Trung Ái Kiều
Trung Ái Kiều - Lý
Tiên Giang
Lý Tiên Giang –
Mường Tè
Nậm Giàng
Lưu
vực
sông
Đà
Lưu
vực
sông
Thao
Mường Tè, Nậm
Giàng - Lai Châu
Nậm Mức
Lai Châu, Nậm Mức
– Quỳnh Nhai
Diện
tích
Trạm mưa sử dụng
2
(km )
3200 Trung Ái Kiều
TAK
17900 Trung Ái Kiều, Lý Tiên Giang
TAK-LTG
3400 Lý Tiên Giang, Mường Tè
6780
9300
2160
2825
Vàng Pó, Pa Tần, Sìn Hồ, Nậm
Giàng
Lý Tiên Giang, Nậm Giàng,
Mường Tè
Nậm Giàng, Lai Châu
Nậm Giàng, Lai Châu, Quỳnh
Nhai
Tiên Yên, Bình Lư, Mù Căng
Chải, Bản Củng
Bản Củng, Lai Châu, Quỳnh
Nhai
Lai Châu, Quỳnh Nhai, Tạ Bú,
Bản Củng
Tạ Bú, Phù Yên, Hòa Bình,
Mai Sơn
Bản Củng
2620
Quỳnh Nhai, Bản
Củng - TĐ. Sơn La
1912
TĐ. Sơn La - Tạ Bú
1819
Tạ Bú - TĐ. Hòa
Bình.
5950
Nguyên Giang
2300 Nguyên Giang
Mạn Hảo
Mạn Hảo - Lào Cai
Ngòi Nhù
11000 Nguyên Giang, Mạn Hảo
7000 Mạn Hảo, Lào Cai
Sa Pa, Bát Xát, Lao Cai, Bảo
937
Hà
49
Ký hiệu
LTG-MT
NAMGIANG
MT,NAMGIAN
G-LC
NAMMUC
LC,NAMMUCQN
BANCUNG
QN,BANCUNG
-TĐ.SL
TĐ.SL-TABU
TABU-TĐ.HB
NGUYENGIAN
G
MANHAO
LAOCAI
NGOINHU
Lưu
vực
sông
Lưu vực bộ phận
Lào Cai, Ngòi Nhù Bảo Hà
Ngòi Hút
Bảo Hà, Ngòi Hút,
Ngòi Thia - Yên Bái
Ngòi Thia
Thanh Sơn
Yên Bái - Phú Thọ
Lưu
vực
sông
Lô
Thượng nguồn - Hà
Giang
Hà Giang - Bắc
Quang
Bắc Quang - Vĩnh
Tuy
Vĩnh Tuy - Hàm Yên
Bảo Lạc
Bảo Lạc - Bắc Mê
Bắc Mê-TL đập
Tuyên Quang
HL đập Tuyên
Quang-Chiêm Hoá
Hàm Yên - Chiêm
Hoá-Tuyên Quang
TĐ. Thác Bà
TĐ. Thác Bà, Tuyên
Quang - Vụ Quang
Quảng Cư
Vụ Quang, Quảng
Cư-Việt Trì
Lưu
vực
sông
Cầu
Lưu
vực
sông
Thươ
ng
Lưu
vực
sông
Lục
Nam
Thái Nguyên1
Thái Nguyên2
Cầu Sơn1
Diện
tích
(km2)
Trạm mưa sử dụng
Bắc Hà, Ngòi Hút, Sa Pa, Bát
Xát, Lao Cai, Bảo Hà
1930 Yên Bái, Bảo Hà, Ngòi Hút
1243
Ký hiệu
LC,NH-BH
NGOIHUT
1370 Yên Bái, Ngòi Nhù, Bảo Hà
BH,NH,NT-YB
1520 Ngòi Thia, Ba Khe
1230 Thanh Sơn
Yên Bái, Phú Thọ, Phú Hộ,
2600
Đoan Hùng
NGOITHIA
THANHSON
YB,TSPHUTHO
8260 Hà Giang, Đồng Văn
HAGIANG
1078 Hà Giang, Bắc Quang
HG-BC
1222
1300
2602
6598
600
Hà Giang, Vĩnh Tuy, Bắc
Quang
Vĩnh Tuy, Hàm Yên
Bảo Lạc, Bắc Mê
Bảo Lạc, Na Hang, Chợ Rã
Bảo Lạc, Đầu Đẳng, Minh Đài,
Thác Hốc
1300 Na Hang, Chiêm Hoá
Hàm Yên, Chiêm Hoá, Tuyên
Quang
Tuyên Quang, Thác Bà, Vụ
1055
Quang
Bảo Yên, Thác Bà, Tuyên
1200
Quang, Vụ Quang
909 Vụ Quang, Tuyên Quang
1400
900 Phú Thọ, Tam Đảo, Vụ Quang
Bắc Cạn, Chợ Mới, Định Hoá,
Thái Nguyên
Chợ Mới, Định Hoá, Thái
1273
Nguyên
894 Chi Lăng, Hữu Lũng, Cầu Sơn
1069
BC-VT
VT-HY
BAOLAC
BL-BM
BM-HTQ
HTQ -CH
HY,CH-TQ
TĐ.TB
TĐ.TB,TQ-VQ
QUANGCU
VQ,QCVIETTRI
THAINGYEN1
THAINGYEN2
CAUSON1
Cầu Sơn2
360 Võ Nhai, Yên Thế
CAUSON2
Chũ1
811 Đình Lập,Cẩm Đàn, Sơn Động
CHU1
Chũ2
383 Chũ, Lục Nam
CHU2
50
Hình 3. 2. Bản đồ phân chia các lưu vực bộ phận cho lưu vực
sông Hồng – Thái Bình (sơ đồ mới)
Với mỗi một lưu vực bộ phận, quá trình dòng chảy được tính toán và sau đó
được diễn toán bằng phương pháp Muskingum xuống hạ lưu. Tổng hợp kết quả dòng
chảy từ các lưu vực bộ phận sau khi đã diễn toán sẽ được đường quá trình dòng chảy
tại các mặt cắt cửa ra của lưu vực lớn.
Sơ đồ tính toán dự báo thủy văn cho các trạm thượng nguồn hệ thống sông
Hồng - Thái Bình được trình bày trong Hình 3. 3.
Hình 3. 3. Sơ đồ tính toán thủy văn trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình
51
3.1.2. Sơ đồ thủy lực
a. Cập nhật số liệu địa hình
Trong các đề tài, dự án trước số liệu mặt cắt ngang do Trung tâm Khí tượng
Thủy văn Quốc gia đo đạc năm 2000 gồm 792 mặt cắt được sử dụng trong tính toán,
trong đó:
-
Sông Đà có 47 mặt cắt
Sông Thao có 26 mặt cắt
Sông Phó Đáy 9 mặt cắt
Sông Lô có 19 mặt cắt
Sông Hồng có 151 mặt cắt
Sông Đuống có 34 mặt cắt
Sông Đáy có 98 mặt cắt
Sông Tích có 21 mặt cắt
Sông Luộc có 34 mặt cắt
Sông Trà Lý có 35 mặt cắt
Sông Hoá có 19 mặt cắt
Sông Đào có 19 mặt cắt
-
Sông Ninh Cơ có 25 mặt cắt
Sông Cầu có 47 mặt cắt
Sông Lục Nam có 15 mặt cắt
Sông Thương có 31 mặt cắt
Sông Thái Bình có 40 mặt cắt
Sông Kinh Thầy có 20 mặt cắt
Sông Lai Vu có 12 mặt cắt
Sông Văn Úc có 20 mặt cắt
Sông Lạch Tray có 24 mặt cắt
Sông Cấm có 13 mặt cắt
Sông Đá Bạch có 12 mặt cắt
Các sông khác có 11 mặt cắt
Qua thu thập tài liệu, số liệu, bình đồ từ các nguồn đề tài, dự án khác nhau trên
hệ thống sông Hồng-Thái Bình, đã tiến hành cập nhật được các số liệu địa hình sau
đây:
- Cập nhật toàn bộ mặt cắt trên hệ thống sông Đà từ Mường Tè đến Tạ Bú có 47
mặt cắt, từ Tạ Bú đến đập Hòa Bình có 56 mặt cắt. Trên sông Nậm Nam có 8 mặt cắt,
sông Nậm Mu có 3 mặt cắt đo năm 2011;
- Cập nhật địa hình mặt cắt ngang lòng hồ Tuyên Quang từ trạm thủy văn Bắc
Mê đến đập;
- Cập nhật 13 mặt cắt trên sông Đuống từ vị trí nối với sông Hồng đến trạm
thủy văn Thượng Cát, đo năm 2008;
- Cập nhật mặt cắt trên sông Hồng từ Cầu Long Biên đến Khuyến Lương với
tổng số 106 mặt cắt, đo năm 2008;
- Cập nhật dữ liệu mặt cắt ngang địa hình cho sông Hồng từ Ba Lạt ra đến cửa
(3 mặt cắt), sông Ninh Cơ có 3 mặt cắt, sông Đáy có 3 mặt cắt, dữ liệu đo năm 2009;
52
Nhánh sông cập nhật mặt cắt
Hình 3. 4. Các nhánh sông được cập nhật trong sơ đồ tính trên sông Đà
Nhánh sông cập nhật mặt cắt
Hình 3. 5. Các nhánh sông được cập nhật trong sơ đồ tính trên sông Hồng
- Cập nhật dữ liệu mặt cắt ngang mới đo năm 2009 trên tất cả các sông thuộc
Hải Phòng bao gồm 200 mặt cắt. Tất cả các sông này đều được kéo dài tới biển.
53
Nhánh sông cập nhật mặt cắt
Hình 3. 6. Các nhánh sông được cập nhật trong sơ đồ tính khu vực Hải Phòng
b. Sơ đồ thủy lực sau khi cập nhật
Sau khi cập nhật dữ liệu địa hình, sơ đồ thủy lực được cập nhật như sau:
- Các sông trong sơ đồ tính thủy lực sông Hồng - sông Thái Bình bao gồm:
Sông Thao, Lô, Hồng, Cầu, Thương, Lục Nam, Đuống, Thái Bình, Kinh Thầy, Kinh
Môn, Lai Vu, Gùa, Đá Bạch, Mới, Mía, Luộc, Lạch Tray, Hoá, Trà Lý, Đào Nam
Định, và sông Đáy.
- Trên dòng chính sông Đà: Kéo dài mạng thủy lực sông Đà từ Mường Tè đến
hết hồ Sơn La, từ hạ lưu hồ Sơn La đến đập thủy điện Hòa Bình;
- Trên sông Nậm Na: Mạng thủy lực bắt đầu từ trạm thủy văn Nậm Giàng đến
vị trí nhập lưu với sông Đà;
- Trên sông Nậm Mu: từ Bản Củng;
- Trên sông Gâm: Kéo dài mạng tính toán thủy lực đối khu vực lòng hồ Tuyên
Quang từ Bắc Mê đến đập thủy điện Tuyên Quang;
- Các đoạn sông từ các trạm thủy văn giáp cửa sông được kéo dài ra tới biển để
54
có thể sử dụng được mô hình triều;
- Bổ sung sông Tranh, sông Ruột Lợn, sông Mới thuộc Hải Phòng;
- Xóa bỏ toàn bộ khu phân chậm lũ trên hệ thống sông Hồng theo Nghị định
04/2011/NĐ-CP ngày 14/1/2011 về “Thực hiện bãi bỏ việc sử dụng khu phân chậm lũ,
làm chậm lũ trên hệ thống sông Hồng”.
Sơ đồ thủy lực đã được cập nhật trong mô hình như hình sau:
Hình 3. 7. Sơ đồ tính toán thủy lực hệ thống sông Hồng-Thái Bình
Với những dữ liệu địa hình và sơ đồ tính đã cập nhật ở trên sẽ làm điều cơ sở để
xây dựng hệ thống tuyến biên và thông số mô hình mô phỏng thủy văn, thủy lực cho
toàn bộ hệ thống sông Hồng-Thái Bình.
c. Cập nhật các thông tin hồ chứa liên quan
Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của hệ thống hồ chứa:
Hồ Sơn La:

Cao trình mực nước dâng bình thường: 215m;

Cao trình mực nước dâng gia cường: 217,83m;

Cửa xả mặt: n (B x H) = 6(15 x 13) m
55

-
Cửa xả đáy: n (B x H) = 12(6 x 10)m
Hồ Hòa Bình:

Cao trình mực nước dâng bình thường: 117m;

Cao trình mực nước dâng gia cường: 122m;

Cửa xả mặt: n (B x H) = 6 (15 x 6)m

Cửa xả đáy: n (B x H) = 12 (6 x 10)m
-
Hồ Tuyên Quang:

Cao trình mực nước dâng bình thường: 120m;

Cao trình mực nước dâng gia cường: 122,55m;

Cửa xả mặt: n (B x H) = 4 (15 x 15,15)m

Cửa xả đáy: n (B x H) = 8 (4,5 x 6) m
-
Hồ Thác Bà:

Cao trình mực nước dâng bình thường: 58m;

Cao trình mực nước dâng gia cường: 61m;

Đập tràn betong 3 khoang 10m x 3
Các thông số khác về quy trình vận hành liên hồ Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà,
Tuyên Quang theo quyết định 198/QĐ-TTg ban hành ngày 10 tháng 2 năm 2011 đã
được cập nhật vào mô hình thủy lực như trong hình sau:
Hình 3. 8. Thông số các hồ chứa đã được cập nhật vào mô hình thủy lực
56
3.2. Điều kiện biên và điều kiện ban đầu
Biên trên: Biên trên là quá trình lưu lượng thực đo 6h tại các thủy văn:
- Trạm Mường Tè trên sông Đà;
- Trạm Nậm Giàng trên sông Nậm Na;
- Trạm Bản Củng trên sông Nậm Mu;
- Trạm Yên Bái trên sông Thao;
- Trạm Hàm Yên trên sông Lô;
- Trạm Bắc Mê trên sông Gâm;
- Lưu lượng xả tại hồ Thác Bà;
- Trạm Thái Nguyên trên sông Cầu;
- Trạm Cầu Sơn trên sông Thương;
- Trạm Chũ trên sông Lục Nam.
Biên dưới: là quá trình mực nước triều tại các cửa sông:
- Cửa sông Đáy;
- Cửa sông Ninh Cơ;
- Cửa sông Hồng;
- Cửa sông Trà Lý;
- Cửa sông Thái Bình;
- Cửa sông Văn Úc;
- Cửa sông Lạch Tray;
- Cửa sông Đá Bạch;
- Cửa sông Tranh.
Biên khu giữa: được mô phỏng từ mô hình mưa-dòng chảy
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 và kết quả ở thời điểm trước đó sẽ là
điều kiện ban đầu cho thời điểm dự báo tiếp theo.
Mực nước và lưu lượng ban đầu trên toàn hệ thống sông được lấy tại thời điểm
bắt đầu tính cho mỗi thời điểm tính toán theo số liệu thực đo tại các trạm thuỷ văn.
Mực nước ban đầu tại từng nút tính toán được nội suy tuyến tính theo khoảng cách từ
mực nước của các nút có số liệu thực đo mực nước. Lưu lượng đầu đoạn và cuối đoạn
ban đầu của từng đoạn sông được tính toán từ lưu lượng thực đo tại các trạm thuỷ văn
57
dựa trên tỷ số phân chia lưu lượng trung bình giữa các nhánh sông, với giả định chế độ
chảy tại thời điểm ban đầu là ổn định đều.
3.3. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình thủy văn
Sau khi phân chia lại các lưu vực bộ phận trong mô hình Nam, bộ thông số cũ
không còn phù hợp nữa, vì vậy cần phải hiệu chỉnh và kiểm nghiệm lại mô hình nhằm
tìm ra được bộ thông số mới. Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm nghiệm dựa vào số
liệu thời đoạn 6 giờ đối với các lưu vực có trạm thủy văn khống chế. Các lưu vực còn
lại thông số được lấy theo lưu vực tương tự. Quá trình hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô
hình thủy văn đã sử dụng số liệu mưa, lưu lượng các tháng mùa lũ từ năm 2006 đến
năm 2011 với thời đoạn 6 giờ trong đó số liệu năm 2011 được dùng để hiệu chỉnh và
số liệu các năm 2006 – 2010 được dùng để kiểm nghiệm.
Sau khi hiệu chỉnh mô hình NAM, thu được bộ thông số cho các lưu vực bộ
phận như trong Bảng 3. 3.
Bảng 3. 3. Thông số mô hình NAM cho các lưu vực bộ phận
Lưu vực bộ
phận
Umax
Lmax
CQOF
CKIF
CK1,2
TOF
TIF
TG
CKBF
U
L
BF
Lưu vực sông Đà
TAK
13.2
111
0.91
196
41.3
0.5
0.2 0.14
1026
0
0
120
TAK-LTG
19.9
250
0.96
956
52.2
0.5
0.2 0.76
3447
0
0
170
LTG-MT
18.1
132
0.92
291
45.2
0.5
0.2 0.25
1148
0
0
120
NAMGIANG
16.8
140
0.92
305
46.6
0.5
0.2 0.29
1298
0
0
120
MT,NAMGIANG
-LC
15.6
134
0.92
295
43.5
0.5
0.2 0.22
1201
0
0
120
NAMMUC
13.1
125
0.92
281
41.2
0.5
0.2 0.13
1125
0
0
120
LC,NAMMUCQN
12.9
113
0.92
293
40.7
0.5
0.2 0.11
1048
0
0
120
BANCUNG
12.5
110
0.91
301
39.9
0.5
0.2 0.11
1004
0
0
120
QN,BANCUNGTĐ.SL
13.3
125
0.92
331
42.7
0.5
0.2 0.14
1239
0
0
120
TĐ.SL-TABU
18.6
141
0.92
337
46
0.5
0.2 0.29
1321
0
0
160
TABU-TĐ.HB
18.1
131
0.92
325
17.2
0.66 0.54 0.12
1136
0
0
150
Lưu vực sông Thao
NGUYENGIANG
15.2
124
0.77
244
37.9
0.42 0.17 0.21
1963
0
0
120
MANHAO
19.9
260
0.95
937
55.4
0.53 0.21 0.81
3658
0
0
180
LAOCAI
18.9
240
0.91
908
49.6
0.47 0.19 0.72
3273
0
0
160
NGOINHU
16.7
156
0.93
457
49.8
0.52 0.21 0.34
2356
0
0
58
Lưu vực bộ
phận
LC,NH-BH
Umax
Lmax
CQOF
CKIF
CK1,2
15.7
138
0.93
379
NGOIHUT
10.1
136
0.82
BH,NH,NT-YB
10.4
134
NGOITHIA
13.3
THANHSON
YB,TS-PHUTHO
TOF
TIF
TG
CKBF
U
L
BF
50.3
0.63 0.25 0.14
1265
0
0
150
301
43.7
0.54 0.21 0.15
1478
0
0
0.76
250
33.2
0.42 0.17 0.19
1853
0
0
100
143
0.53
175
23.1
0.29 0.12 0.16
1582
0
0
70
12.6
121
0.63
141
18.7
0.23 0.09 0.15
1471
0
0
60
12.5
139
0.58
157
20.9
0.26
0.1 0.16
1525
0
0
70
Lưu vực sông Lô
HAGIANG
12.4
170
0.92
406
55.4
0.6 0.24 0.35
1590
0
0
200
HG-BC
10.7
117
0.92
210
27.9
0.35 0.14 0.28
1701
0
0
100
BC-VT
10.5
117
0.92
210
28
0.35 0.14 0.28
1701
0
0
100
VT-HY
12.7
117
0.92
210
27.9
0.35 0.14 0.28
1701
0
0
100
BAOLAC
16.1
175
0.92
415
57
0.6 0.25 0.36
1637
0
0
200
BL-BM
16.3
175
0.92
418
57
0.62 0.25 0.36
1637
0
0
200
BM-HTQ
18.2
133
0.92
293
45.5
0.2 0.25
1155
0
0
200
HTQ -CH
11.5
124
0.92
230
30.5
0.38 0.15 0.29
1766
0
0
100
HY,CH-TQ
13.6
158
0.92
159
21
0.26 0.11 0.26
1529
0
0
100
TĐ.TB
14.5
140
0.92
118
16
0.2 0.08 0.25
1401
0
0
100
TĐ.TB,TQ-VQ
14.9
143
0.92
118
15.7
0.2 0.08 0.24
1359
0
0
100
QUANGCU
13.5
132
0.92
110
14.2
0.23
0.2
1323
0
0
100
VQ,QC-VIETTRI
13.2
130
0.92
111
14
0.2
0.1 0.24
1302
0
0
100
0.5
0.1
Lưu vực sông Cầu
THAINGYEN1
13.2
136
0.96
317
42
0.53 0.21 0.22
1358
0
0
120
THAINGYEN2
13
130
0.91
310
39
0.51 0.19
0.2
1351
0
0
120
Lưu vực sông Thương
CAUSON1
11.1
128
0.81
268
35.5
0.44 0.18
0.2
1893
0
0
120
CAUSON2
11
113
0.8
256
32.9
0.45 0.19
0.2
1890
0
0
120
Lưu vực sông Lục Nam
CHU1
11
118
0.81
240
31.8
0.4 0.16
0.2
1801
0
0
120
CHU2
11
116
0.8
241
31
0.4 0.15
0.2
1800
0
0
120
Sai số giữa lưu lượng tính toán và thực đo trong bước hiệu chỉnh và kiểm
nghiệm mô hình được đánh giá theo chỉ số Nash-Sutcliffe.
Kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình được trình bày trong các Hình 3. 9
đến Hình 3. 16. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình được trình bày trong
Bảng 3. 4. Hầu hết mức hiệu quả của mô hình (chỉ số Nash) đều đạt trên 0.70. Tuy
vậy, kết quả nghiên cứu cũng cho thấy do hệ thống trạm quan trắc mưa phát báo phục
59
vụ dự báo tác nghiệp khá ít nên thường những trận mưa có phân bố đều trên bề mặt
lưu vực thường cho kết quả mô phỏng tốt hơn.
Bảng 3. 4. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình mưa - dòng chảy
Lưu vực
Tên trạm
Hiệu
chỉnh
năm
2011
Sông Đà
Sông Đà
Sông Đà
Sông Thao
Sông Lô
Sông Gâm
Sông Cầu
Sông Thương
Đập TĐ
Sơn La
Tạ Bú
Đập TĐ
Hòa Bình
Phú Thọ
Kiểm nghiệm
2010 2009 2008 2007
2006
0.78
0.72
0.75
0.79
0.77
0.85
0.75
0.89
0.82
0.85
0.89
0.81
0.79
0.84
0.79
0.77
0.75
0.89
0.81
0.82
Vụ Quang
Đập TĐ
Tuyên Quang
Thái Nguyên
0.78
0.7
0.72
0.75
0.8
0.77
0.72
0.77
0.68
0.71
0.76
0.79
0.75
0.78
0.72
0.75
Cầu Sơn
0.81
0.82
0.8
0.85
0.79
0.73
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
Hình 3. 11. Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán đến hồ Sơn La,
năm 2011
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 2011
Hình 3. 14. Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán đến hồ Hòa Bình,
năm 2010
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
3.4. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình thủy lực
Quá trình hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình thủy lực được thực hiện dựa trên
các chuỗi số liệu thực đo mùa lũ các năm 2006, 2007, 2008, 2009, 2010 và năm 2011.
Thời gian kéo dài bộ số liệu lũ cho các năm để thực hiện hiệu chỉnh và kiểm
định mô hình như sau:
- Năm 2006 từ 18/07/2006 – 29/07/2006;
- Năm 2007 từ 15/07/2007 - 12/08/2007;
- Năm 2008 từ 05/07/2008 – 24/08/2008;
- Năm 2009 17/6/2009 – 03/07/2009;
- Năm 2010 từ 13/08/2010 – 11/09/2010;
- Năm 2011 từ 03/08/2011 – 24/08/2011;
Việc hiệu chỉnh mô hình thường cho một trận lũ và sử dụng bộ tham số đó để
kiểm định các trận lũ còn lại, phương pháp này hiện tại đã và đang sử dụng phổ biến.
Tuy nhiên, trong điều kiện các mô hình mô sử dụng cho dự báo thường gặp nhiều sai
số tính toán và thực đo do nhiều nguyên nhân để dẫn đến tình trạng trên như bộ tham
số không ổn định cho tất cả các trận lũ (lũ nhỏ, vừa, lớn), do thay đổi điều kiện địa
hình,... Do vậy, để có được bộ mô hình có thể sử dụng cho dự báo tác, học viên đã sử
dụng hai phương pháp sau:
- Sử dụng phương pháp kiểm tra chéo nhằm xác định một bộ tham số tối ưu đối
63
với 6 trận lũ, thể hiện trong Bảng 3. 5. Trong đó, quá trình tìm bộ tham số là sử dụng
một năm hiệu chỉnh và kiểm định cho các năm còn lại, tương tự như vậy khi dịch
chuyển các năm tiếp theo. Kết quả cho một bộ tham số cho phép mô phỏng gần đúng
nhất đối với tất cả các trận lũ.
Bảng 3. 5. Các trường hợp hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11
Hiệu chỉnh
2006
Kiểm định
Năm
2007
2008
2009
2010
2011
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
2006
2007
x
2008
x
x
2009
x
x
x
2010
x
x
x
x
2011
x
x
x
x
x
x
- Sử dụng phương pháp phân cấp mực nước tại điểm dự báo để xây dựng các
bộ tham số tương ứng. Qua số liệu thực tế của các năm từ 2006 đến 2011 để phân cấp
lũ các năm thành 3 trường hợp, gồm: Trường hợp 1 khi mực nước tại Hà Nội nhỏ hơn
8m; Trường hợp 2 khi lũ từ (8-10)m; Trường hợp 3 khi mực nước tại Hà Nội lớn hơn
10m. Cụ thể như sau:
Bảng 3. 6. Các trường hợp hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11 theo các
trường hợp mực nước tại Hà Nội
Cấp
Năm
Khi mực
nước tại Hà
Nội nhỏ hơn
8m (TH1)
Khi mực
nước tại Hà
Nội từ (810)m (TH2)
x
x
2006
2007
2008
x
2009
x
2010
x
2011
x
Khi mực
nước tại Hà
Nội lớn hơn
10m (TH3)
x
x
x
3.4.1. Kết quả với phương pháp kiểm tra chéo
Quá trình xác định bộ tham số mô hình được thực hiện bằng cách hiệu chỉnh và
64
kiểm định cho 6 trận lũ, trong đó sử dụng phương pháp kiểm tra chéo nhằm đưa ra bộ
tham số cho các năm. Kết quả xác định bộ tham số thể hiện trong Bảng 3. 7, kết quả
đánh giá mức độ hiệu quả của mô hình thông qua chỉ số Nash Sutcliffe được thể hiện
trong Bảng 3.8 và các hình từ Hình 3. 17 đến Hình 3. 52. Qua đó cho một số nhận xét
sau: Kết quả hiệu chỉnh bộ tham số mô hình cho thấy sự phù hợp giữa tính toán và
thực đo tại tất cả các vị trí kiểm tra, chỉ số NASH đều lớn hơn 0,9.
Với bộ thông số đã được xác định thông qua mùa lũ các năm từ 2006 đến 2011
đã tiến hành kiểm định cho các năm còn lại. Kết quả cho thấy tại các trạm không ảnh
hưởng của thủy triều thì mực nước tính toán và thực đo khá phù hợp và chỉ số NASH
khá lớn. Riêng đối với trạm Phả Lại, trạm ảnh hưởng bởi thủy triều thì có sự sai khác
khá lớn, tuy vậy chủ yếu là do sai số pha, với sai số này trong quá trình dự báo tác
nghiệp có thể sử dụng phương pháp cập nhật sai số có thể nâng cao độ chính xác dự
báo.
Tuy vậy, việc sử dụng một bộ tham số để kiểm định lại cho các năm vẫn còn có
sự sai khác đáng kể. Điều này chỉ ra rằng để phục vụ cho dự báo tác nghiệp cần thiết
phải nghiên cứu cụ thể hơn các bộ tham số cho các năm ứng với các cấp mực nước.
Đồng thời đây cũng chính là bộ tham số sơ bộ để tiến hành xây dựng bộ tham số ứng
với các cấp mực nước tại Hà Nội.
Bảng 3. 7. Kết quả xác định hệ số nhám trên các sông tương ứng với các năm
Tên sông
Năm
Vị trí
2006
2010
2007
2008
2009
2011
SongDa
0
0.031
0.032
0.028
0.032
0.03
0.032
SongDa
17689
0.025
0.032
0.028
0.032
0.03
0.032
SongDa
19315
0.025
0.028
0.031
0.028
0.027
0.028
SongDa
57960
0.025
0.028
0.031
0.028
0.027
0.028
Song Thao
0
0.03
0.035
0.03
0.034
0.033
0.032
Song Thao
25658
0.03
0.035
0.03
0.034
0.033
0.032
Song Thao
30700
0.034
0.033
0.03
0.03
0.033
0.032
Song Thao
56260
0.034
0.033
0.03
0.03
0.033
0.032
Song Thao
59420
0.031
0.032
0.026
0.025
0.027
0.028
Song Thao
99590
0.031
0.032
0.026
0.025
0.027
0.028
65
Tên sông
Năm
Vị trí
2006
2010
2007
2008
2009
2011
SongLo
0
0.033
0.034
0.032
0.03
0.035
0.03
SongLo
22550
0.033
0.034
0.032
0.03
0.035
0.03
SongLo
25800
0.028
0.03
0.032
0.028
0.033
0.03
SongLo
36500
0.028
0.03
0.032
0.028
0.033
0.03
SongHong
0
0.025
0.024
0.028
0.026
0.032
0.031
SongHong
31107
0.025
0.024
0.028
0.026
0.032
0.031
SongHong
33027
0.027
0.034
0.026
0.023
0.03
0.031
SongHong
55907
0.027
0.034
0.026
0.023
0.03
0.031
SongHong
58287
0.031
0.031
0.029
0.03
0.031
0.038
SongHong
75102
0.031
0.031
0.029
0.03
0.031
0.038
SongHong
76872
0.029
0.022
0.026
0.021
0.035
0.02
SongHong
93826
0.029
0.022
0.026
0.021
0.035
0.02
SongHong
97426
0.028
0.025
0.024
0.031
0.027
0.024
SongHong
151038
0.028
0.025
0.024
0.031
0.027
0.024
SongHong
155723
0.025
0.023
0.025
0.025
0.021
0.025
SongHong
228953
0.025
0.023
0.025
0.025
0.021
0.025
SongNCo
0
0.023
0.025
0.02
0.023
0.023
0.012
SongNCo
43450
0.023
0.025
0.02
0.023
0.023
0.012
SongDuong
0
0.034
0.037
0.041
0.031
0.039
0.043
SongDuong
21520
0.034
0.037
0.041
0.031
0.039
0.043
SongDuong
38170
0.03
0.032
0.034
0.038
0.031
0.037
SongDuong
58490
0.03
0.032
0.034
0.038
0.031
0.037
SongLuoc
0
0.021
0.025
0.026
0.02
0.028
0.016
SongLuoc
62800
0.021
0.025
0.026
0.02
0.028
0.016
SongTraLy
0
0.021
0.023
0.028
0.03
0.026
0.014
SongTraLy
18000
0.021
0.023
0.028
0.03
0.026
0.014
SongTraLy
21100
0.025
0.021
0.023
0.021
0.024
0.016
SongTraLy
59300
0.025
0.021
0.023
0.021
0.024
0.016
SongThuong
0
0.028
0.03
0.028
0.027
0.029
0.037
SongThuong
8900
0.028
0.03
0.028
0.027
0.029
0.037
SongThuong
49300
0.025
0.025
0.021
0.024
0.026
0.03
SongThuong
87650
0.025
0.025
0.021
0.024
0.026
0.03
66
Tên sông
Năm
Vị trí
2006
2010
2007
2008
2009
2011
SongLNam
0
0.025
0.029
0.022
0.028
0.028
0.038
SongLNam
25200
0.025
0.029
0.022
0.028
0.028
0.038
SongLNam
28200
0.027
0.026
0.022
0.023
0.024
0.03
SongLNam
53700
0.027
0.026
0.022
0.018
0.024
0.03
SongTBinh
0
0.016
0.024
0.02
0.018
0.018
0.022
SongTBinh
15075
0.016
0.024
0.02
0.02
0.021
0.022
SongTBinh
18725
0.02
0.018
0.025
0.02
0.021
0.018
SongTBinh
48325
0.02
0.018
0.025
0.02
0.021
0.018
SongThaiBinh2
0
0.018
0.022
0.018
0.017
0.019
0.012
SongThaiBinh2
12900
0.018
0.022
0.018
0.017
0.019
0.012
SongKThay
0
0.023
0.026
0.029
0.025
0.03
0.018
SongKThay
48400
0.023
0.026
0.029
0.025
0.03
0.018
SongKMon
0
0.021
0.024
0.025
0.022
0.023
0.024
SongKMon
35650
0.021
0.024
0.025
0.022
0.023
0.024
SongDBach
0
0.02
0.025
0.025
0.027
0.022
0.015
SongDBach
21050
0.02
0.025
0.025
0.027
0.022
0.015
SongCam
0
0.019
0.028
0.025
0.027
0.026
0.023
SongCam
20550
0.019
0.028
0.025
0.027
0.026
0.023
SongLaiVu
0
0.018
0.028
0.027
0.026
0.025
0.013
SongLaiVu
25950
0.018
0.028
0.027
0.026
0.025
0.013
SongVanUc
0
0.017
0.022
0.025
0.023
0.022
0.014
SongVanUc
35300
0.017
0.022
0.025
0.023
0.022
0.014
SongGua
0
0.022
0.018
0.017
0.019
0.021
0.012
SongGua
2125
0.022
0.018
0.017
0.019
0.021
0.012
SongMia
0
0.02
0.023
0.02
0.022
0.018
0.015
SongMia
1550
0.02
0.023
0.02
0.022
0.018
0.015
SongMoi
0
0.02
0.02
0.021
0.021
0.022
0.011
SongMoi
2050
0.02
0.02
0.021
0.021
0.022
0.011
SongHoa
0
0.025
0.026
0.024
0.024
0.021
0.013
SongHoa
36650
0.025
0.026
0.024
0.024
0.021
0.013
Song LTray
0
0.022
0.025
0.026
0.023
0.027
0.014
Song LTray
40050
0.022
0.025
0.026
0.023
0.027
0.014
67
Tên sông
Năm
Vị trí
2006
2010
2007
2008
2009
2011
SongDay
0
0.034
0.034
0.033
0.033
0.03
0.034
SongDay
35345
0.034
0.034
0.033
0.033
0.03
0.034
SongDay
37569
0.027
0.03
0.03
0.033
0.06
0.03
SongDay
78061
0.027
0.03
0.03
0.033
0.026
0.03
SongDay
81579
0.024
0.027
0.024
0.024
0.028
0.027
SongDay
181564
0.024
0.027
0.024
0.024
0.028
0.027
SongCau
0
0.03
0.025
0.028
0.026
0.03
0.036
SongCau
62410
0.03
0.025
0.028
0.026
0.03
0.036
SongCau
68610
0.024
0.025
0.024
0.03
0.025
0.031
SongCau
137970
0.024
0.025
0.024
0.03
0.025
0.031
SongDao
0
0.036
0.041
0.042
0.045
0.034
0.022
SongDao
24425
0.036
0.041
0.042
0.045
0.034
0.022
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
Năm
Hiệu chỉnh
Kiểm định
Hiệu chỉnh
Kiểm định
Hiệu chỉnh
Kiểm định
Hiệu chỉnh
Kiểm định
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2007
2006
2008
2009
2010
2011
2008
2006
2007
2009
2010
2011
2009
2006
2007
2008
Sơn
Tây
0.95
0.87
0.94
0.61
0.58
0.47
0.97
0.79
0.81
0.91
0.92
0.48
0.95
0.78
0.93
0.91
0.9
0.35
0.93
0.81
0.42
0.88
Hà Nội
0.96
0.85
0.89
0.67
0.67
0.49
0.96
0.92
0.94
0.92
0.64
0.43
0.93
0.92
0.9
0.81
0.56
0.38
0.94
0.76
0.44
0.91
Phả
Lại
0.93
0.76
0.9
0.72
0.65
0.53
0.94
0.85
0.87
0.86
0.61
0.45
0.92
0.88
0.87
0.72
0.47
0.31
0.9
0.73
0.41
0.87
68
Tuyên Hồ
Quang SL
0.94
0.94
0.92
0.9
0.92
0.93
0.92
0.94
0.94
0.92
0.9
0.92
0.93
0.94
0.94
0.92
0.9
0.92
0.93
0.94
0.94
0.92
0.9
Hồ
HB
0.93
0.94
0.91
0.94
0.9
0.91
0.93
0.94
0.91
0.94
0.9
0.91
0.93
0.94
0.91
0.94
0.9
0.91
0.93
0.94
0.91
0.94
Hồ
TQ
0.9
0.92
0.93
0.89
0.9
0.9
0.9
0.92
0.93
0.89
0.9
0.9
0.9
0.92
0.93
0.89
0.9
0.9
0.9
0.92
0.93
0.89
Ký hiệu
HC2006
KĐ06-07
KĐ06-08
KĐ06-09
KĐ06-10
KĐ06-11
HC2007
KĐ07-06
KĐ07-08
KĐ07-09
KĐ07-10
KĐ07-11
HC2008
KĐ08-06
KĐ08-07
KĐ08-09
KĐ08-10
KĐ08-11
HC2009
KĐ09-06
KĐ09-07
KĐ09-08
Năm
Hiệu chỉnh
Kiểm định
Hiệu chỉnh
Kiểm định
2010
2011
2010
2006
2007
2008
2009
2011
2011
2006
2007
2008
2009
2010
Sơn
Tây
0.9
0.73
0.94
0.84
0.51
0.78
0.61
0.79
0.89
0.77
0.71
0.88
0.86
0.85
Hà Nội
0.42
0.47
0.92
0.55
0.64
0.67
0.54
0.62
0.9
0.58
0.82
0.72
0.62
0.83
Phả
Lại
0.38
0.51
0.87
0.58
0.53
0.69
0.52
0.65
0.74
0.62
0.79
0.7
0.64
0.82
Tuyên Hồ
Quang SL
0.92
0.93
0.94
0.93
0.94
0.92
0.9
0.92
0.93
0.94
0.94
0.92
0.9
0.92
0.93
Hồ
HB
0.9
0.91
0.93
0.94
0.91
0.94
0.9
0.91
0.93
0.94
0.91
0.94
0.9
0.91
Hồ
TQ
0.9
0.9
0.9
0.92
0.93
0.89
0.9
0.9
0.9
0.92
0.93
0.89
0.9
0.9
Ký hiệu
KĐ09-10
KĐ09-11
HC2010
KĐ10-06
KĐ10-07
KĐ10-08
KĐ10-09
KĐ10-11
HC2011
KĐ11-06
KĐ11-07
KĐ11-08
KĐ11-09
KĐ11-10
Hình 3. 17. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2006)
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)
Hình 3. 20. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-09)
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)
Hình 3. 23. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2007)
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)
Hình 3. 26. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ07-09)
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)
Hình 3. 29. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2008)
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)
Hình 3. 32. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-09)
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)
Hình 3. 35. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2009)
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)
Hình 3. 38. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-08)
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)
Hình 3. 41. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2010)
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)
Hình 3. 44. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-08)
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)
Hình 3. 47. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2011)
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)
Hình 3. 50. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-08)
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)
3.4.2. Kết quả với trường hợp phân cấp
Việc phân chia cấp mực để nâng cáo chất lượng mô phỏng phục vụ dự báo tác
nghiệp. Dựa trên đặc điểm địa hình đoạn sông Hồng qua thành phố Hà Nội, tiến hành
hiệu chỉnh và kiểm định tham số mô hình cho các đợt lũ có mực nước tại trạm thủy
văn Hà Nội với 3 cấp mực nước như đã mô tả phần trên.
Qua nhiều quá trình hiệu chỉnh bộ tham số của mô hình tương ứng với các cấp
mực nước, đã xác định được bộ tham số của mô hình như trong Bảng 3. 9, kết quả
đánh giá mức độ hiệu quả bộ tham số của mô hình được thể hiện trong Bảng 3.10 và
Hình 3.53 đến Hình 3.61.
Kết quả cho thấy, trong trường hợp mực nước tại trạm Hà Nội nhỏ hơn 8m như
trong các năm 2007, 2009, 2010 và năm 2011 thì mô hình mô phỏng khá tốt cả về xu
thế và độ lớn. Hệ số Nash tại trạm Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại đều lớn hơn 0,87, đường
quá trình mực nước tính toán và thực đo có sự chênh lệch không đáng kể.
Trong trường hợp mực nước tại Hà Nội dao động trong phạm vi từ 8m đến
10m, đây là cao trình nằm trong ngưỡng bãi sông trên đoạn sông Hồng qua Hà Nội.
Kết quả hiệu chỉnh cho mùa lũ năm 2009 và kiểm định cho mùa lũ hai năm 2007 và
năm 2008 cho thấy chỉ số Nash đều lớn hơn 0,89 và tại trạm Hà Nội thì các chỉ số
đánh giá đều cao hơn hai trạm còn lại. Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo
khá trùng khớp tại cả ba trạm kiểm tra.
81
Trong trường hợp mực nước tại Hà Nội vượt quá 10m thì chỉ số Nash đều lớn
hơn 0,90 và đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại các vị trí kiểm tra có độ
lệch không đáng kể.
Như vậy, bằng việc phân chia cấp mực nước để xác định bộ tham số của mô
hình đã nâng cao được mức độ chính xác khi mô phỏng. Với các bộ tham số này có thể
sử dụng cho công tác dự báo tác nghiệp.
Bảng 3. 9. Kết quả xác định hệ số nhám trên các sông ứng với các cấp mực nước
Tên sông
Vị trí
Cấp mực nước
TH1
TH2
TH3
Tên sông
Vị trí
Cấp mực nước
TH1
TH2
TH3
SongDa
0
0.032 0.034
0.03
SongLNam
25200
0.028 0.028 0.029
SongDa
17689
0.032 0.034
0.03
SongLNam
28200
0.021
0.03
0.027
SongDa
19315
0.028 0.027 0.027 SongLNam
53700
0.021
0.03
0.027
SongDa
57960
0.028 0.027 0.027 SongTBinh
0
0.021 0.016 0.016
Song Thao
0
0.034 0.033
0.03
SongTBinh
15075
0.021 0.016 0.016
Song Thao
25658
0.034 0.033
0.03
SongTBinh
18725
0.028
0.02
0.018
Song Thao
30700
0.028
0.03
0.033 SongTBinh
48325
0.028
0.02
0.018
Song Thao
56260
0.028
0.03
0.033 SongThaiBinh2
0
0.024 0.018
0.02
Song Thao
59420
0.032 0.027 0.027 SongThaiBinh2
12900
0.024 0.018
0.02
Song Thao
99590
0.032 0.027 0.027 SongKThay
0
0.028 0.022 0.031
SongLo
0
0.033 0.034 0.029 SongKThay
48400
0.028 0.022 0.031
SongLo
22550
0.033 0.034 0.029 SongKMon
0
0.023 0.025 0.022
SongLo
25800
0.031 0.028 0.027 SongKMon
35650
0.023 0.025 0.022
SongLo
36500
0.031 0.028 0.027 SongDBach
0
0.023 0.025
0.02
SongHong
0
0.033 0.028 0.026 SongDBach
21050
0.023 0.025
0.02
SongHong
31107
0.033 0.028 0.026 SongCam
0
0.025 0.025 0.022
SongHong
33027
0.038 0.025 0.022 SongCam
20550
0.025 0.025 0.022
SongHong
55907
0.038 0.025 0.022 SongLaiVu
0
0.025
0.02
0.024
SongHong
58287
0.031 0.029 0.025 SongLaiVu
25950
0.025
0.02
0.024
SongHong
75102
0.031 0.029 0.025 SongVanUc
0
0.021 0.025 0.019
SongHong
76872
0.025 0.033
0.03
SongVanUc
35300
0.021 0.025 0.019
SongHong
93826
0.025 0.033
0.03
SongGua
0
0.021 0.017 0.023
SongHong
97426
0.029
0.03
0.027 SongGua
2125
0.021 0.017 0.023
SongHong
151038 0.029
0.03
0.027 SongMia
0
82
0.021
0.02
0.025
Tên sông
Vị trí
Cấp mực nước
Tên sông
Vị trí
TH1
TH2
TH3
SongHong
155723 0.023
0.02
0.025 SongMia
1550
SongHong
228953 0.023
0.02
0.025 SongMoi
Cấp mực nước
TH1
TH2
TH3
0.021
0.02
0.025
0
0.021 0.021
0.02
0.021 0.021
0.02
SongNCo
0
0.026 0.028 0.021 SongMoi
2050
SongNCo
43450
0.026 0.028 0.021 SongHoa
0
0.024 0.024 0.018
36650
0.024 0.024 0.018
0
0.024 0.026 0.021
40050
0.024 0.026 0.021
SongDuong
0
0.028
0.03
0.037 SongHoa
SongDuong
21520
0.028
0.03
0.037 Song LTray
SongDuong
38170
0.034 0.028 0.033 Song LTray
SongDuong
58490
0.034 0.028 0.033 SongDay
0
0.027 0.033
0.03
SongLuoc
0
0.022 0.023 0.023 SongDay
35345
0.027 0.033
0.03
SongLuoc
62800
0.022 0.023 0.023 SongDay
37569
0.028
0.03
0.026
SongTraLy
0
0.022 0.028 0.029 SongDay
78061
0.028
0.03
0.026
SongTraLy
18000
0.022 0.028 0.029 SongDay
81579
0.02
0.024 0.023
SongTraLy
21100
0.026 0.023 0.021 SongDay
181564
0.02
0.024 0.023
SongTraLy
59300
0.026 0.023 0.021 SongCau
0
0.024 0.026 0.025
SongThuong
0
0.031 0.027 0.026 SongCau
62410
0.024 0.026 0.025
SongThuong
8900
0.031 0.027 0.026 SongCau
68610
0.026 0.023 0.027
SongThuong
49300
0.027 0.025 0.026 SongCau
137970 0.026 0.023 0.027
SongThuong
87650
0.027 0.025 0.026 SongDao
0
0.038 0.042 0.032
SongLNam
0
0.028 0.028 0.029 SongDao
24425
0.038 0.042 0.032
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
Năm
Sơn Tây
1) Mực nước Hà Nội nhỏ hơn 8m
Hiệu chỉnh
2007
0.95
2009
0.93
Kiểm định
2010
0.91
2011
0.88
2) Mực nước Hà Nội (8-10)m
Hiệu chỉnh
2009
0.93
2007
0.94
Kiểm định
2008
0.89
3) Mực nước Hà Nội trên 10m
Hiệu chỉnh
2006
0.95
Kiểm định
2008
0.90
83
Hà Nội
Phả Lại
0.96
0.92
0.89
0.91
0.91
0.84
0.87
0.87
0.94
0.91
0.91
0.89
0.90
0.89
0.96
0.94
0.93
0.91
Hình 3. 53. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2007
- Trường hợp 1
Hình 3. 54. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2009Trường hợp 1
Hình 3. 55. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2010Trường hợp 1
84
Hình 3. 56. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2011
- Trường hợp 1
Hình 3. 57. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2009
- Trường hợp 2
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
Hình 3. 60. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2006
- Trường hợp 3
Hình 3. 61. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2008
- Trường hợp 3
86
3.5. Kết nối mô hình truyền triều và mô hình thủy lực trong sông
Kế thừa các kết quả nghiên cứu của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi
trường về tính toán dự báo mực nước cho 9 cửa sông thuộc hệ thống sông Hồng - Thái
Bình bao gồm mô hình 2 chiều truyền triều và bộ hằng số triều cho 9 cửa sông thuộc
hệ thống sông Hồng-Thái Bình, trong đó có một số điểm chính sau:
Địa hình miền tính cho mô hình MIKE 21 FM được lấy từ số liệu đo đạc của
Bộ Tư lệnh Hải quân từ các bản đồ địa hình đáy biển và cửa sông với tỉ lệ khác nhau,
từ tỉ lệ 1:10,000 đến 1:1,000,000 (Hình 3. 62).
Trong nghiên cứu này đã sử dụng phương pháp lưới phi cấu trúc để mô phỏng
và tính toán thủy triều cho khu vực cửa sông ven biển hệ thống sông Hồng – Thái
Bình.
Kết nối mô hình truyền
triều và mô hình thủy lực trong
sông
cũng như đánh giá khả
năng áp dụng cho dự báo tác
nghiệp, trong phần này đã sử
dụng chuỗi số liệu thủy văn
tương ứng với các điều kiện biên
cho mô hình trong ba năm: năm
1996 từ ngày 11/8 – 28/8, năm
2002 từ ngày 11/8 – 25/8, năm
2006 từ ngày 18/7 – 28/7 tại các
trạm thuỷ văn được dùng để
Hình 3. 62. Địa hình khu vực Vịnh Bắc Bộ
hiệu chỉnh mô hình.
Kết quả so sánh giữa số liệu thực đo và kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình
được trình bày trong Hình 3. 63 đến Hình 3. 65. Kết quả phân tích sai số tính toán
được đánh giá theo chỉ tiêu hệ số Nash được trình bày trong Bảng 3.11. Qua so sánh,
có thể thấy kết quả tính toán khá phù hợp với tài liệu thực đo.
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
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.
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
Bảng 3. 11. Kết quả đánh giá chỉ số NASH tại một số trạm trên hệ thống
Năm
Sơn Tây
Hà Nội
Hưng Yên
Phả Lại
1996
0.94
0.98
0.94
0.93
2002
0.95
0.98
0.96
0.98
2006
0.94
0.96
0.95
0.90
Kết quả tính toán kiểm tra cho 3 trận lũ tương ứng với các năm 1996, 2002,
2006 cho thấy tại các vị trí kiểm tra tại các vị trí dự báo (Hà Nội, Sơn Tây, Phả Lại) có
sự phù hợp rất cao về đỉnh và xu thế quá trình. Đánh giá theo chỉ tiêu NASH đều đạt
kết quả tốt. Tại Hà Nội do vào mùa lũ ít bị ảnh hưởng của thủy triều nên có phần mờ
nhạt hơn do bị ảnh hưởng chủ yếu bởi dòng chảy từ thượng lưu. Điều này cho thấy có
thể sử dụng bộ mô hình truyền triều để mô phỏng, tính toán, dự tính mực nước triều tại
các cửa sông.
Tuy nhiên, quá trình kết nối mô hình cũng cho thấy những nhược điểm cần cải
tiến như sau:
-
Thời gian mô phỏng khi kết nối mô hình thủy lực trong sông và mô hình truyền
triều chưa đáp ứng được cho dự báo tác nghiệp. Kết quả thử nghiệm cho thấy mô
phỏng thời gian thực là 2 ngày thì mô hình mô phỏng hết khoảng 2 giờ đối với
Chip Core I7, RAM 4000Mb.
-
Các thời kỳ triều kém thường mô phỏng bị lệch pha trong khi các thời kỳ triều
cường mô phỏng thường thiên cao hoặc thiên thấp tùy theo cửa sông khác nhau.
Do vậy cần tiếp tục nghiên cứu mô hình dự báo thủy triều đến các cửa sông để
có thể áp dụng được mô hình này trong tương lai.
3.6. Dự báo thử nghiệm
Bộ mô hình MIKE, bao gồm mô hình NAM tính toán dự báo lũ cho các trạm
thượng nguồn và mô hình MIKE-11 diễn toán và dự báo thủy văn trong hệ thống sông,
sau khi đã được hiệu chỉnh và kiểm nghiệm với kết quả tốt được áp dụng để tính toán
dự báo tác nghiệp cho hệ thống sông Hồng - Thái Bình. Luận văn đã tiến hành dự báo
thử nghiệm trong mùa lũ năm 2012 tại các vị trí khác nhau.
89
Trong mùa lũ năm 2012, đã tiến dự báo cho một số vị trí trên hệ thống sông
Hồng-Thái Bình, trong đó đặc biệt quan tâm đến kết quả dự báo tại Hà Nội, Phả Lại
đối với khu vực hạ lưu, lưu lượng-mực nước đến hồ Tuyên Quang, Sơn La, Hòa Bình.
3.6.1. Quy trình tiến hành dự báo
Việc dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng – Thái Bình đó là sự kết hợp của dự
báo lưu lượng biên trên, dự báo mực nước biên dưới, từ đó tiến hành mô phỏng trong
điều kiện các biên đã dự báo sẽ cho kết quả dự báo mực nước tại các vị trí sông theo
yêu cầu.
Để tiến hành dự báo cho các trạm thủy văn hạ lưu sông Hồng, các yếu tố cần
xác định bao gồm: điều kiện biên, điều kiện ban đầu, vị trí cần dự báo trên hệ thống
sông, số liệu thuỷ văn thực đo để cập nhật sai số, tính toán dự báo để đưa ra các quyết
định vận hành các công trình phòng chống lũ trong trường hợp khẩn cấp.
Xuất phát từ điểm trên cho thấy quy trình dự báo lũ sông Hồng – Thái Bình
được thực hiện theo những bước sau:
-
Cập nhật, xử lý số liệu hàng ngày bao gồm: số liệu mưa, số liệu mực nước, lưu
lượng, số liệu về các hồ chứa;
-
Sơ bộ đánh giá tình hình mưa lũ trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình trong 24
giờ qua;
-
Chuẩn bị số liệu để chạy mô hình Nam bao gồm số liệu mưa dự báo, mực nước,
lưu lượng. Số liệu mưa dự báo được tham khảo từ các kết quả mưa dự báo số trị
của các mô hình HRM được cung cấp bởi Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy
văn Trung Ương và kết quả mưa dự báo của mô hình MM5 được thực hiện bởi
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường. Sau đó, tiến hành phân tích
các kết quả dự báo mưa và lựa chọn kết quả dự báo mưa làm đầu vào cho mô
hình Nam;
-
Chạy mô hình Nam: sau khi cập nhật số liệu mưa vào mô hình, tiến hành chạy
mô hình để dự báo lưu lượng. Kết quả dự báo này sau đó tiếp tục được lấy làm
biên trên cho mô hình thủy lực;
90
-
Chuẩn bị số liệu biên để chạy mô hình Mike 11: số liệu biên trên lấy từ kết quả
dự báo lưu lượng từ mô hình Nam, số liệu biên dưới lấy từ kết quả dự báo biên
triều, số liệu mựa nước tại trạm Hà Nội và Phả Lại được cập nhật, số liệu lưu
lượng xả tại các hồ chứa;
-
Chạy mô hình Mike 11: sau khi cập nhật số liệu biên vào mô hình thủy lực, tiến
hành chạy mô hình để dự báo dòng chảy tại các vị trí Hà Nội, Phả Lại, dòng
chảy đển hồ. Trong quá trình dự báo, cần kết hợp với việc cập nhật sai số dự
báo;
-
Tiến hành phân tích xu thế lũ trong 24 và 48 giờ tới;
-
Hoàn thiện bản tin dự báo.
Phân tích kết quả dự báo mưa, lựa
chọn lượng mưa dự báo
Dự báo mực nước triều tại biên
dưới của mô hình Mike 11
Dự báo dòng chảy tại biên
trên của mô hình Mike 11
Cập nhật số liệu đo đạc mực nước và lưu lượng
tại thời điểm dự báo trong mô hình Mike 11
Dự báo mực nước, lưu lượng nước lũ tại
các vị trí trên sông Hồng – Thái Bình
-
Cập nhật sai số dự báo
-
Phân tích kết quả
-
Ra bản tin
Hình 3. 66. Sơ đồ quy trình dự báo lũ sông Hồng Thái Bình
3.6.2. Cơ sở đánh giá chất lượng dự báo
Để đánh giá chất lượng dự báo, kết quả dự báo được đánh giá theo tiêu chuẩn
sai số cho phép được cung cấp bởi Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung
Ương (Bảng 3. 12).
91
Bảng 3. 12. Tiêu chuẩn sai số dự báo cho phép tại một số vị trí
Sai số 12 giờ
(cm)
Sai số 24 giờ
(cm)
Sai số 36 giờ
(cm)
Sai số 48 giờ
(cm)
Lên
Xuống
Lên
Xuống
Lên
Xuống
Lên
Xuống
Yên Bái
35
16
67
37
Phú Thọ
24
10
48
21
Tuyên
Quang
31
23
60
42
Vụ Quang
27
17
50
32
18,5%
18,5%
18,5%
18,5%
49
18
50
22
Sông
Thao
Vị trí
Lô
Đà
Q đến hồ
Hồng
Hà Nội
36
13
3.6.3. Cập nhật sai số tính toán
a. Đánh giá mức độ ảnh hưởng sai số mưa dự báo đến dòng chảy
Yếu tố đầu vào cho dự báo dòng chảy là mưa, thực tế cho thấy hiện nay hầu hết
các mô hình dự báo mưa đang áp dụng ở Việt Nam đều có chất lượng thấp hay nói
cách khác là rất khó có thể dự báo mưa cả về lượng và phân bố. Đồng thời với các
trạm quan trắc khá thưa như hiện nay thì đặc trưng mưa đầu vào cho mô hình mô
phỏng, dự báo thường gây ra những sai số nhất định. Trong một điều kiện nào đó, giả
sử lượng mưa dự báo có sai số khi có sử dụng mô hình với bộ tham số đã hiệu chỉnh
để xác định khả năng ảnh hưởng đến lưu lượng sẽ giúp cho công tác dự báo có một
cách nhìn tổng thể trước khi đưa ra bản tin dự báo. Với cách hiểu như vậy học viên đã
tiến hành nghiên cứu đánh giá mức độ ảnh hưởng sai số mưa dự báo đến kết quả dự
báo dòng chảy với thời gian dự kiến 24 giờ. Tại mỗi lưu vực mức độ ảnh hưởng của
dự báo mưa phụ thuộc vào lượng, thời gian duy trì là chủ yếu. Kết quả nghiên cứu
được thể hiện trong Bảng 3. 13. Qua đó cho thấy, với dữ liệu đầu vào là dạng mưa, lũ
tháng 7 năm 2012 thì mức độ ảnh hưởng có sự khác nhau giữa các lưu vực tùy theo sai
số lượng mưa.
Đối với lưu vực khu giữa thuộc hồ Sơn La thì sai số mưa lan truyền đến sai số
dòng chảy có phạm vi từ 2,5 đến 10,4% tương ứng với lượng mưa dự báo sai từ 3%
đến 15%.
Đối với lưu vực khu giữa thuộc hồ Hòa Bình thì sai số mưa lan truyền đến sai
92
số dòng chảy có phạm vi từ 1,6 đến 7,9% tương ứng với lượng mưa dự báo sai từ 3%
đến 15%.
Đối với lưu vực khu giữa thuộc hồ Tuyên Quang thì sai số mưa lan truyền đến
sai số dòng chảy có phạm vi từ 2,0 đến 10,3% tương ứng với lượng mưa dự báo sai từ
3% đến 15% .
Bảng 3. 13. Kết quả đánh giá ảnh hưởng sai số dự báo mưa đến dòng chảy
Lưu vực
Hồ Sơn La
Hồ Hòa Bình
Hồ Tuyên Quang
3%
2.5
1.6
2.0
5%
3.5
2.6
3.4
Sai số mưa
7%
5.1
3.7
4.8
10%
7.6
5.2
6.8
15%
10.4
7.9
10.3
b. Cập nhật sai số dự báo
Dự báo chính xác yêu cầu cả mô hình thuỷ văn và mô hình thủy lực được hiệu
chỉnh và kiểm nghiệm theo số liệu thực đo. Sai lệch giữa kết quả tính toán và số liệu
thực đo luôn xảy ra, vì thế cần phải hiệu chỉnh các sai số này trớc khi thực hiện dự
báo.
Sai số xảy ra trước thời điểm dự báo là do:

Sai số từ số liệu đầu vào như mưa, bốc hơi, điều kiện biên,

Sai số từ các thông số của mô hình do ít số liệu, hiệu chỉnh mô hình cha chính
xác,

Sai số trong kết quả do các biến thay đổi như quan hệ H~Q, địa hình v.v.

Sai số do cấu trúc của mô hình như thông số tập trung, mô hình nhận thức, đơn
giản hoá hệ thống v.v.
Đặc điểm quan trọng trong việc cập nhật sai số dự báo trong Mike11:
-
Cập nhật có thể được thực hiện trực tiếp hoặc trên mực nước hoặc trên lưu lượng.
Nhiều mô hình dự báo truyền thống được dựa trên các tiếp cận thuỷ văn thuần tuý
chỉ cho phép cập nhật với lưu lượng. Mà những giá trị lưu lượng này lại được tra từ
đường quan hệ lưu lượng mực nước. Các đường quan hệ lưu lượng mực nước phụ
thuộc vào những sai số như các sai số về đo đạc, các tác động của địa hình, v.v…
Cập nhật trực tiếp trên các cấp mực nước cải thiện một cách đáng kể độ chính xác
của dự báo.
93
-
Cho phép hiệu chỉnh sai số cả về biên độ và pha. Trong khi các chương trình cập
nhật truyền thống chỉ hiệu chỉnh sai số khá tốt trong trường hợp sai số về thể tích
hay biên độ nhưng kém trong trường hợp sai số về pha. Nhiều các sai số về pha có
thể do tốc độ biến đổi của sóng theo các cấp mực nước lũ trong sông hoặc vị trí và
đường dẫn của bão liên quan tới cửa ra của lưu vực .
Cả hai loại sai số này đều được minh hoạ bên dưới.
Hình 3. 67. Minh họa sai số biên và sai số pha
Phương pháp cập nhật phân biệt giữa hai loại sai số và hiệu chỉnh tương ứng
bằng cách tối thiểu hoá hàm mục tiêu:
Trong đó:
Ae
: Sai số biên độ (m3/s)
Pe
: Sai số pha (s)
M
: Lưu lượng thực đo (m3/s)
S
: Lưu lượng mô phỏng (tính toán)
N
: Số giá trị tính toán
F
: Hệ số trọng lực
S = (Si+1 - Si)
94
t
: Bước thời gian (s)

: Hệ số góc (s-1)
Qp
: Lưu lượng đỉnh lũ điển hình (m3/s)
Giá trị nhỏ nhất được tìm bằng các giải hai phương trình với Ae và P e.
Trong quá trình dự báo tác nghiệp, tùy theo đặc điểm lũ ở các thời đoạn để điều
chỉnh các tham số cập nhật sai số, cụ thể như sau:
Bảng 3. 14. Các tham số cập nhật sai số trong mô hình MIKE 11
Thông số
Max phase error (sai số
về pha lớn nhất)
Analyse Period (AP)
(thời đoạn phân tích)
Ảnh hưởng chính
Sai số pha lớn hơn sẽ tự động giảm đến
giá trị này
Giá trị tối ưu
bằng AP
Xác định quá trình mà tại đó dữ liệu thực
đo và tính toán được phân tích
Xác định bằng quá
trình hiệu chỉnh
Time constant in AP (hằng
số thời gian trong AP)
Nếu nhỏ hơn AP, các sai số xảy ra mới
nhất sẽ có trọng số lớn hơn các sai số xảy
ra trước đó
bằng AP
Time constant in forecast
period (Hằng số thời gian
trong thời đoạn dự báo)
Quá trình hiệu chỉnh tại TOF (thời điểm
dự báo) giảm dần trong thời gian dự báo
bởi giá trị đầu tiên của hằng số này
Xác định bằng quá
trình hiệu chỉnh
Adjust factor (hệ số hiệu
chỉnh)
Tăng/giảm việc cập nhật lưu lượng hiệu
chỉnh
1,0
Alpha
Việc tăng Alpha sẽ làm tăng sai số trong
quá trình hiệu chỉnh
Xác định bằng quá
trình hiệu chỉnh
Peak value (giá trị đỉnh
lũ)
Giá trị lưu lương lớn nhất có thể đạt được
sau khi hiệu chỉnh lưu lượng
Xác định từ quá trình
lưu lượng thực đo
3.6.4. Kết quả dự báo thử nghiệm
Mô hình Mike 11 sau khi được hiệu chỉnh và kiểm nghiệm đã được áp dụng để
tính toán dự báo lũ hệ thống sông Hồng – Thái Bình. Thời gian dự báo thử nghiệm từ
ngày 15/6/2012 đến 22/7/2012. Các vị trí dự báo chính là lưu lượng - mực nước hồ
Hòa Bình, Sơn La, Tuyên Quang, mực nước các trạm hạ lưu là Hà Nội, Phả Lại.
Theo bảng so sánh kết quả đánh giá dự báo trong Bảng 3. 15, chất lượng dự báo
lũ cho mùa lũ năm 2012 khá tốt, mức đảm bảo dự báo hầu hết đều lớn hơn so với năm
2011. Điều này có thể thấy việc cập nhật số liệu địa hình trong sơ đồ thủy lực, phân
chia lại lưu vực bộ phận, kết nối mô hình truyền triều và mô hình thủy lực, cập nhật
95
sai số dự báo đã nâng cao được chất lượng dự báo năm 2012 so với năm 2011.
Trong năm 2012, đối với thời gian dự kiến 24 giờ, mức đảm bảo dự báo đúng
lớn nhất đạt trên 80% đối với dự báo mực nước các hồ chứa và các trạm Hà Nội,
Tuyên Quang, Phả Lại. Riêng đối với hồ chứa Sơn La, do nguồn dữ liệu phía Trung
Quốc rất ít nên mức đảm bảo thấp. Đối với thời gian dự kiến 48 giờ, mức đảm bảo lớn
nhất đạt 81,6% đối với dự báo lưu lượng đến hồ Hòa Bình, mức đảm bảo thấp nhất đạt
39,5% đối với dự báo mực nước tại trạm Sơn La.
Như vậy có thể thấy, trong mùa lũ năm 2012 hầu hết các vị trí có kết quả dự
báo đạt chất lượng khá cao, đặc biệt là đối với thời gian dự kiến 24 giờ. Đối với thời
gian dự kiến 24 giờ, tất cả các vị trí đều có mức đảm bảo đạt trên 80%; trong đó, dự
báo mực nước thượng lưu hồ Hòa Bình và Phả Lại có mức đảm bảo lớn nhất đạt
86,8%) ngoài ra còn có một số vị trí dự báo có mức đảm bảo khá cao, như mực nước
thượng lưu hồ Tuyên Quang (82%), mực nước trạm Yên Bái (76,3%), mực nước trạm
Hà Nội (81,6%). Đối với thời gian dự kiến 48 giờ, tất cả các vị trí đều có mức đảm bảo
đạt trên 58% trừ lưu lượng đến và mực nước hồ Sơn La.
Đường quá trình mực nước và lưu lượng thực đo và dự báo cho các vị trí của
mùa lũ năm 2011 và 2012 đối với cả hai thời gian dự kiến 24 giờ và 48 giờ được đưa
trong các hình từ Hình 3.68 đến Hình 3.85.
Bảng 3. 15. So sánh kết quả đánh giá dự báo mùa lũ năm 2011 và năm 2012(sau
khi cập nhật công nghệ dự báo)
Sông
Trạm
Q đến
hồ Sơn
La
Đà
Thời
gian
dự
kiến
24 giờ
Tổng số
lần dự báo
Số lần dự
báo đúng
Mức đảm
bảo (%)
Sai số lớn
nhất
Sai số nhỏ
nhất
2011 2012 2011 2012 2011 2012 2011 2012 2011 2012
93
38
40
15
43.0
39.5
265
254
30
28
48 giờ
93
38
30
25
32.3
65.8
329
282
25
48
H hồ
Sơn La
24 giờ
93
38
48
20
51.6
52.6
473
345
4
2
48 giờ
93
38
33
22
35.5
57.9
102
247
5
6
Q đến
hồ Hòa
Bình
H hồ
Hòa
Bình
24 giờ
93
38
73
33
78.5
86.8
241
220
13
10
48 giờ
93
38
54
24
58.1
63.2
267
215
4
0
24 giờ
93
38
76
32
81.7
84.2
123
269
3
1
48 giờ
93
38
73
31
78.5
81.6
159
265
6
0
96
Sông
Trạm
Thời
gian
dự
kiến
24 giờ
Tổng số
lần dự báo
Số lần dự
báo đúng
Mức đảm
bảo (%)
Sai số lớn
nhất
Sai số nhỏ
nhất
2011 2012 2011 2012 2011 2012 2011 2012 2011 2012
93
38
63
29
67.7
76.3
142
136
0
1
48 giờ
93
38
45
22
48.4
57.9
202
192
2
4
H
Tuyên
Quang
Q đến
hồ
Tuyên
Quang
H hồ
Tuyên
Quang
24 giờ
93
38
58
31
62.4
82
172
186
5
1
48 giờ
93
38
35
24
37.6
63.2
100
208
2
8
24 giờ
93
38
54
32
58.1
84.2
233
410
4
1
48 giờ
93
38
55
26
59.1
68.4
235
541
2
0
24 giờ
93
38
46
24
49.5
63.2
112
102
1
2
48 giờ
93
38
30
22
32.3
57.9
234
245
5
0
Hồng
H Hà
Nội
24 giờ
93
38
48
31
51.6
81.6
473
64
2
0
48 giờ
93
38
33
27
35.5
71.1
699
112
7
2
Thái
Bình
H Phả
Lại
24 giờ
93
38
73
33
78.5
86.8
26
23
3
1
48 giờ
93
38
56
29
60.2
76.3
34
28
5
1
Thao
Yên
Bái
Lô
Mực nước thực đo và dự báo hồ Sơn La năm 2011 - thời gian dự kiến 24 giờ
11500
Thực đo
Dự báo
M ự c n ư ớ c (c m )
11000
10500
10000
9500
9000
8500
6/16/2011
6/30/2011
7/14/2011
7/28/2011
8/11/2011
8/25/2011
9/8/2011
Hình 3. 68. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Sơn La năm 2011 và 2012 – thời
gian dự kiến 24 giờ
Mực nước thực đo và dự báo hồ S ơn La năm 2011 - thời gian dự kiến 48 giờ
11500
Thực đo
Dự báo
Mực n ước (cm)
11000
10500
10000
9500
9000
8500
6/15/2011
6/29/2011
7/13/2011
7/27/2011
8/10/2011
8/24/2011
9/7/2011
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
6000
Lưu lượng thực đo và dự báo đến hồ Sơn La năm 2012 - thời gian dự kiến 24
giờ
Thực đo
5500
Dự báo
L ư u lư ợ n g (m 3/s )
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
6/14/2011
6/28/2011
7/12/2011
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
6000
Lưu lượng thực đo và dự báo đến hồ Sơn La năm 2012 - thời gian dự kiến 48
giờ
T hực đo
5500
Dự báo
5000
Lư u lư ợn g (m 3/s )
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
6/14/2011
6/28/2011
7/12/2011
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
Mực nước thực đo và dự báo hồ Hòa Bình năm 2011 - thời gian dự kiến 24 giờ
11500
Thực đo
Dự báo
M ự c n ư ớ c (c m )
11000
10500
10000
9500
9000
8500
6/15/2011
6/29/2011
7/13/2011
7/27/2011
8/10/2011
8/24/2011
9/7/2011
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
Mực nước thực đo và dự báo hồ Hòa Bình năm 2011 - thời gian dự kiến 48 giờ
11500
T hực đo
Dự báo
11000
Mực nước (cm)
10500
10000
9500
9000
8500
6/15/2011
6/29/2011
7/13/2011
7/27/2011
8/10/2011
8/24/2011
9/7/2011
Hình 3. 73. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Hòa Bình năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 48 giờ
Lưu lượng thực đo và dự báo đến hồ Hòa Bình năm 2011 - thời gian dự kiến 24 giờ
14000
Thực đo
12000
Dự báo
L ư u lư ợ n g ( m 3 /s )
10000
8000
6000
4000
2000
0
6/14/2011
6/28/2011
7/12/2011
7/26/2011
8/9/2011
8/23/2011
9/6/2011
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
Lưu lượng thực đo và dự báo đến hồ Hòa Bình năm 2011 - thời gian dự kiến 48
giờ
14000
T hực đo
12000
Dự báo
L ưu lượ n g (m 3/s)
10000
8000
6000
4000
2000
0
6/14/2011
-2000
6/28/2011
7/12/2011
7/26/2011
8/9/2011
8/23/2011
9/6/2011
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
Mực nước thực đo và dự báo hồ Tuyên Quang năm 2011 - thời gian dự kiến 24 giờ
11500
Thực đo
Dự báo
M ự c n ư ớ c (c m )
11000
10500
10000
9500
9000
8500
6/15/2011
6/29/2011
7/13/2011
7/27/2011
8/10/2011
8/24/2011
9/7/2011
Hình 3. 76. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Tuyên Quang năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 24 giờ
Mực nước thực đo và dự báo hồ Tuyên Quang năm 2011 - thời gian dự kiến 48
giờ
11500
Thực đo
Dự báo
11000
M ực n ướ c (cm )
10500
10000
9500
9000
8500
6/15/2011
6/29/2011
7/13/2011
7/27/2011
8/10/2011
8/24/2011
9/7/2011
Hình 3. 77. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Tuyên Quang năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 48 giờ
2000
Lưu lượng thực đo và dự báo đến hồ Tuyên Quang năm 2011 - thời gian dự kiến 24
giờ
Thực đo
Dự báo
L ư u lư ợ n g ( m 3 /s )
1500
1000
500
0
6/14/2011
6/28/2011
7/12/2011
7/26/2011
8/9/2011
8/23/2011
9/6/2011
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
2000
Lưu lượng thực đo và dự báo đến hồ Tuyên Quang năm 2011 - thời gian dự
kiến 48 giờ
Thực đo
Dự báo
7/26/2011
8/9/2011
L ưu lượ n g (m 3/s)
1500
1000
500
0
6/14/2011
6/28/2011
7/12/2011
8/23/2011
9/6/2011
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
Mực nước thực đo và dự báo trạm Hà Nội năm 2012 - thời gian dự kiến 24 giờ
1000
Thực đo
Dự báo
M ự c n ư ớ c (cm )
800
600
400
200
0
7/1/2012
7/6/2012
7/11/2012
7/16/2012
7/21/2012
Hình 3. 80. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Hà Nội năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 24 giờ
Mực nước thực đo và dự báo trạm Hà Nội năm 2012 - thời gian dự kiến 48 giờ
1000
Thực đo
Dự báo
M ự c n ư ớ c (cm )
800
600
400
200
0
7/1/2012
7/6/2012
7/11/2012
7/16/2012
7/21/2012
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
Mực nước thực đo và dự báo trạm Phả Lại năm 2012 - thời gian dự kiến 24 giờ
200
180
Thực đo
Dự báo
160
M ự c n ư ớ c (c m )
140
120
100
80
60
40
20
0
7/1/2009
7/6/2009
7/11/2009
7/16/2009
7/21/2009
Hình 3. 82. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Phả Lại năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 24 giờ
Mực nước thực đo và dự báo trạm Phả Lại năm 2012 - thời gian dự kiến 48 giờ
200
180
Thực đo
Dự báo
160
M ự c n ư ớ c (cm )
140
120
100
80
60
40
20
0
7/1/2009
7/6/2009
7/11/2009
7/16/2009
7/21/2009
Hình 3. 83. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Phả Lại năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 48 giờ
Mực nước thực đo và dự báo trạm Tuyên Quang năm 2012 - thời gian dự kiến 24 giờ
2200
Thực đo
Dự báo
M ự c n ư ớ c (c m )
2100
2000
1900
1800
1700
1600
1500
7/1/2012
7/6/2012
7/11/2012
7/16/2012
7/21/2012
Hình 3. 84. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Tuyên Quang năm 2011 và
năm 2012 – thời gian dự kiến 24 giờ
102
Mực nước thực đo và dự báo trạm Tuyên Quang năm 2012 - thời gian dự kiến 48 giờ
2200
Thực đo
Dự báo
M ự c n ư ớ c (c m )
2100
2000
1900
1800
1700
1600
7/1/2012
7/6/2012
7/11/2012
7/16/2012
7/21/2012
Hình 3. 85. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Tuyên Quang năm 2011 và
năm 2012 – thời gian dự kiến 48 giờ
Từ kết quả dự báo tác nghiệp thử nghiệm có thể nhận thấy bộ mô hình MIKE
hoàn toàn có khả năng được áp dụng trong dự báo thủy văn tác nghiệp cho hệ thống
sông Hồng – Thái Bình. Kết quả dự báo mùa lũ năm 2012 cho kết quả khả quan hơn.
Với việc áp dụng đồng thời các mô đun dự báo mưa – dòng chảy, mô đun thủy lực, mô
hình truyền triều, cập nhật sai số, công tác dự báo thủy văn đã có thể nâng cao tính độc
lập và mức đảm bảo.
103
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
A. Kết luận
Quá trình thực hiện luận văn đã đạt được những kết quả sau:
Luận văn đã thu thập, xử lý bộ dữ liệu khí tượng, thủy văn trên toàn bộ hệ
thống sông Hồng-Thái Bình mùa lũ từ năm 2002 đến năm 2011. Đây là cơ sở dữ liệu
quan trọng làm đầu vào cho mô hình tính toán, hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình.
Luận văn đã tổng quan về tình hình nghiên cứu, dự báo lũ trên hệ thống sông
Hồng – Thái Bình trong những năm gần đây, chỉ ra những thành quả đã đạt được và
một số mặt còn tồn tại trong công tác dự báo tác nghiệp trên hệ thống sông Hồng –
Thái Bình.
Trong quá trình thực hiện luận văn, với những mục tiêu đã đặt ra, học viên đã
cập nhật lại những thay đổi cơ bản về sơ đồ thủy lực hệ thống sông Hồng – Thái Bình,
trong đó có bổ sung, cập nhật số liệu địa hình mới nhất năm 2008, 2009 trên các sông
thuộc hệ thống sông Hồng – Thái Bình, kéo dài mạng sông ra đến biển đối với các cửa
sông ven biển, cập nhật thông tin các hồ chứa Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà. Việc
cập nhật dữ liệu địa hình này là cơ sở quan trọng để xây dựng biên đầu vào của mô
hình và thông số mô hình thủy văn thủy lực trên toàn bộ hệ thống sông.
Luận văn đã hiệu chỉnh và kiểm nghiệm tham số mô hình thủy văn, thủy lực
cho mùa lũ từ năm 2006 đến năm 2011 bằng phương pháp dò tìm tham số theo hai
trường hợp (không phân cấp và phân cấp mực nước), kết quả tại các vị trí kiểm tra cho
thấy có sự phù hợp khá tốt và đánh giá qua chỉ số NASH đều đạt kết quả cao đối vơi
trường hợp phân cấp mực nước.
Trong quá trình dự báo tác tác nghiệp, thường gặp nhiều sai số vì vậy công tác
dự báo tác nghiệp gặp không ít khó khăn. Vì vậy, học viên đã tiến hành nghiên cứu,
đánh giá sơ bộ khả năng ảnh hưởng của sai số mưa dự báo đến sai số dự báo dòng
chảy với thời gian dự kiến 24 giờ nhằm nâng cao độ chính xác của công tác dự báo tác
nghiệp. Đồng thời trong quá trình dự báo, đã tiến hành cập nhật hiệu chỉnh sai số dự
báo nhằm làm giảm bớt độ sai lệch giữa kết quả tính toán và số liệu thực đo.
104
Luận văn đã tiến hành kết nối mô hình thủy lực trong sông và mô hình truyền
triều, bước đầu cho thấy khả năng áp dụng và những hạn chế cần phải khắc phục trong
tương lai.
Tiến hành dự báo thử nghiệm cho mùa lũ năm 2012 tại các vị trí dự báo hàng
năm, kết quả cho thấy mức đảm bảo dự báo đều đạt trên 80%. Riêng đối với các vị trí
dự báo dòng chảy đến hồ chứa mức đảm bảo không cao do gặp khó khăn về thông tin
về tài liệu khí tượng thủy văn phía thượng nguồn.
B. Kiến nghị
Mặc dù quá trình thực hiện luận văn rất nghiêm túc, tuy nhiên luận văn vẫn còn
những hạn chế và cần tiếp tục nghiên cứu như sau:
Việc nghiên cứu áp dụng các mô hình mưa – dòng chảy thông số tập trung đã
đem lại những hiệu quả nhất định. Tuy vậy, do giả thiết cơ bản là lượng mưa rơi đều
trên bề mặt nên không phản ánh được sự phân bố lượng mưa theo không gian nên
thường gây ra sai số lớn khi thực hiện dự báo tác nghiệp. Do vậy, cần tiếp tục nghiên
cứu áp dụng các mô hình thông số phân bố để dự báo dòng chảy đến các hồ chứa.
Luận văn cơ bản đã hoàn thành các nội dung như đã được nêu trong đề cương
nghiên cứu triển khai. Với những kết quả đạt được, học viên kiến nghị tiếp tục nghiên
cứu hoàn thiện công nghệ dự báo lũ trên hệ thống sông Hồng-Thái Bình.
105
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1.
Vũ Hồng Châu, “Đánh giá tại lũ thiết kế, xác định lại đường mực nước thiết kế
cho các tuyến đê. Xác định lũ lớn ứng với các tuần suất, lũ cực hạn”, dự án cấp
nhà nước thuộc Chương trình Phòng chống lũ sông Hồng-Thái Bình, 2000-2001.
2.
Nguyễn Lan Châu, NNK, “Nghiên cứu ứng dụng các mô hình NAM, TANK dự
báo lũ thượng lưu hệ thống sông Thái Bình”, Tuyển tập công trình NCKH Viện
KTTV, 1997.
3.
Nguyễn Lan Châu, Trần Bích Liên, “Đánh giá vai trò các nhân tố ảnh hưởng
đối với sự hình thành và dự báo lũ sông Cầu”, TS KTTV 8 (404), 1994.
4.
Nguyễn Lan Châu, “Những thay đổi quá trình dòng chảy hạ lưu sông Thái Bình
do ảnh hưởng của vận hành hồ Hoà Bình”, 5 (389), 1993.
5.
Nguyễn Văn Điệp, “Xây dựng công nghệ mô phỏng số phục vụ cho đề xuất,
đánh giá và điều hành các phương án phòng chống lũ lụt đồng bằng sông HồngThái Bình”, dự án cấp nhà nước thuộc Chương trình Phòng chống lũ sông Hồng
– Thái Bình, 2000-2001.
6.
Bùi Văn Đức, “Mô hình phục hồi lưu lượng đến hồ Hoà Bình”, TS KTTV, 8
(452), 1998.
7.
Lã Thanh Hà, “Đánh giá khả năng phân lũ sông Đáy và sử dụng lại các khu
phân lũ và đề xuất phương án sử lý khi gặp lũ khẩn cấp”, đề tài NCKH cấp Nhà
nước, Chương trình phòng chống lũ 1999-2001.
8.
Trịnh Quang Hoà, NNK, “Nghiên cứu xây dựng công nghệ nhận dạng lũ
thượng lưu sông Hồng phục vụ điều hành hồ Hoà Bình chống lũ hạ du”, đề tài
NCKH cấp Nhà nước, 1996-1997.
9.
Lê Bắc Huỳnh, NNK, “Mô phỏng dòng gia nhập khu giữa trong mô hình toán
và dự báo lũ sông Thao”, TS KTTV, 9 (405), 1994.
10.
Lê Bắc Huỳnh, “Nghiên cứu xây dựng công cụ tính toán và dự báo dòng chảy
lũ thượng lưu hệ thống sông Hồng”, đề mục thuộc đề tài NCKH cấp Tổng cục,
1998.
106
11.
Lê Bắc Huỳnh và Dương Thiên Lý, “Khái quát về những đặc điểm hình thế thời
tiết gây mưa dẫn tới hình thành lũ lớn trên sông Hồng- Thái Bình”.
12.
Nguyễn Ân Niên, “Những cơ sở toán học và vật lý chung của mô mình toán
thủy lực, thủy văn, khả năng tổng quát và triển vọng ứng dụng để tính toán và dự
báo dòng chảy của sông ngòi Việt Nam”, Tuyển tập công trình. Hội thảo quốc
gia về ứng dụng mô hình toán thủy văn thuỷ lực trong phát triển và quản lý tài
nguyên nước, Hà Nội, 1988.
13.
Nguyễn Viết Thi, “Dự báo dài dòng chảy sông lớn (sông Hồng và sông Thái
Bình)”, đề tài NCKH cấp Tổng cục, 1998.
14.
Nguyễn Viết Thi, “Nghiên cứu công nghệ dự báo lũ hạ du sông Hồng-Thái
Bình”, đề tài NCKH cấp Tổng cục, 1993.
15.
Nguyễn Viết Thi, “Dự báo hạn dài đỉnh lũ năm của sông Hồng”, đề tài NCKH
cấp Tổng cục, 1997.
16.
Trần Thục, Báo cáo kết quả thử nghiệm dự báo tác nghiệp mùa lũ năm 2003
(Trong khuôn khổ của đề tài NCKH cấp Bộ “Xây dựng công nghệ tính toán dự
báo lũ lớn hệ thống sông Hồng - Thái Bình”), Viện Khoa học Khí tượng Thủy
văn và Môi trường, Hà Nội, 2003.
17.
Viện Khoa học Thủy lợi, “Đánh giá thực trạng lòng dẫn sông Hồng-Thái Bình
và đề xuất phương án chỉnh trị làm tăng độ ổn định và khả năng thoát lũ lòng
sông”, dự án cấp nhà nước thuộc Chương trình Phòng chống lũ sông Hồng-Thái
Bình, 2000-2001.
18.
Viện Khoa học Thủy lợi, “Đánh giá khả năng thoát lũ của một số cửa sông
chính thuộc hệ thống sông Hồng-Thái Bình và đề xuất phương án tăng khả năng
thoát lũ và khai thác hợp lý”, dự án cấp nhà nước thuộc Chương trình Phòng
chống lũ sông Hồng-Thái Bình, 2000-2001.
19.
Viện Quy hoạch Thuỷ lợi, “Đánh giá thực trạng đê điều hệ thống sông Hồng và
sông Thái Bình, xác định các trọng điểm và đưa ra các giải pháp sử lý khi có lũ
lớn”, Dự án cấp nhà nước thuộc Chương trình Phòng chống lũ sông Hồng-Thái
Bình, 2000-2001.
107
20.
Trung tâm Quốc gia Dự báo KTTV, “Đánh giá các hình thế thời tiết sinh lũ lớn
phục vụ dự báo và cảnh báo trước khả năng có lũ cực hạn trên hệ thống sông
Hồng-Thái Bình”, Chương trình Phòng chống lũ sông Hồng-Thái Bình, 20002001.
Tiếng Anh
21.
American Society of Civil Engineers (1996). Hydrology Handbook, Second
Edition, ASCE Manual and Reports on Engineering Practice No. 28, New York,
784 pp.
22.
Cunge J. A., Holly I. M., Verwey A. 1980. Practical Aspects of computational
River Hydraulics. Pitman Advanced Publishing Program, Boston.
23.
Duta, D. and Herath, S. and Musiake, K., Distributed Hydrological Model for
Flood Inundation Simulation, Proceedings, Mekong River Study, Bangkok,
2000.
24.
Hydrologic Engineering Center, HEC-HMS, Hydrologic Modeling System, 32000.
25.
Ibbitt R. P., NNK, Rainfall-Runoff modelling forecast based on successive
meso-scale weather model forecasts. Proceedings of International Symposium on
Floods and Droughts. Nanjing, China, 1999.
26.
Kraijenhoff, D.A. and Moll, J.R. (Editors) (1986). Riverflow Modelling and
Forecasting. Holland: Reidel Publishing Company.
27.
MIKE-11 User's Manual, 2003.
28.
Nash, J. E., and Sutcliffe, J. V. (1970), River Flow Forecasting through
Conceptual Model, Journal of Hydrology, Vol. 10.
29.
National Research Council of Canada (1989). Hydrology of floods in Canada: a
guide to planning and design, Ottawa.
30.
Pandolfi, C.A. Gabos, and E. Todini, “Real-Time Flood Forecasting and
Management for the Han River in China”. IUGG Symposium, Hamburg,
Gemany,1983.
108
31.
Thuc, T., et al. (1993), “A Flood Forecasting and Reservoir Operation Software
for Minimizing Environmental Impact of a River Run-off Hydro-power Project”,
Proceeding, International Conference on Environmentally Sound Water
Resources Utilization, Bangkok, Thailand.
32.
World Meteorological Organization, “ Hydrological Forecasting” Chap. 6 in
Guide Hydrological Practices, Vol. 1. Switzerland, 1981.
109