Thiết lập mô hình mưa rào dòng chảy phục vụ công tác dự báo lũ cho hệ thống hạ lưu sống Kone-Hà Thành.

06-11-2018

Dự báo lũ đang là một trong những vấn đề mang lại nhiều thách thức không chỉ ở Việt Nam và trên cả thế giới. Tầm quan trọngcủa dự báo lũ là không thể phủ nhận, đặc biệt đối với vấn đề điều hành hệ thống hồ chứa. Đối với công tác dự báo dòng chảy lũ hiện nay, có 2 vấn đề chính cần quan tâm là dự báo mưa và chuyển đổi từ mưa ra dòng chảy. Dự báo mưa là một vấn đề phức tạp đòi hỏi những công nghệ phức tạp sẽ không đề cập trong bài báo này. Đối với v

1 GIỚI THIỆU CHUNG

Dự báo lũ đang là một trong những vấn đề mang lại nhiều thách thức không chỉ ở Việt Nam và trên cả thế giới. Tầm quan trọngcủa dự báo lũ là không thể phủ nhận, đặc biệt đối với vấn đề điều hành hệ thống hồ chứa. Đối với công tác dự báo dòng chảy lũ hiện nay, có 2 vấn đề chính cần quan tâm là dự báo mưa và chuyển đổi từ mưa ra dòng chảy. Dự báo mưa là một vấn đề phức tạp đòi hỏi những công nghệ phức tạp sẽ không đề cập trong bài báo này. Đối với vấn đề chuyển đổi từ mưa ra dòng chảy, hiện nay công cụ mô hình toán ngày càng trở nên thông dụng. Đây là công cụ mạnh thể hiện nhiêu điểm nổi bật và đã đem lại nhiều kết quả khả quan. Một trong những khó khăn của việc sử dụng là việc xác định bộ thông số cho mô hình trong trường hợp không có số liệu để kiểm định. Việc mượn thông số từ lưu vực tương tự thường được tiến hành, tuy nhiên các nghiên cứu cụ thể để đánh giá mức độ thay đổi của các thông số khi áp dụng cho các lưu vực khác hiện nay đang còn hạn chế. Từ lý do này, các tác giả tiến hành xây dựng các mối tương quan giữa bộ thông số của các lưu vực đã được hiệu chỉnh với các đặc trưng của lưu vực. Dựa trên cơ sở đó là căn cứ để xác định bộ thông số cho các lưu vực không có số liệu thực đo.  

Nghiên cứu tiến hành cho khu vực hạ lưu hệ thống sông Kone-Hà Thanh (hình 1) tính từ đập Định Bình đến Đầm Thị Nại trên sông Kone và nhánh Hà Thanh. Đây là khu vực có địa hình thấp, mạng lưới sông ngòi chằng chịt. Mùa mưa ngắn chỉ từ 3-4 tháng, từ tháng IX đến tháng XII hàng năm.

Trong nghiên cứu này, công cụ mô hình toán HEC-HMS[3] đươc sử dụng để tính toán dòng chảy lũ từ mưa.

Hình 1.  Khu vực nghiên cứu

2  PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu tiến hành thiết lập mô hình mưa rào dòng chảy cho với mục đích tính toán dòng chảy lũ đến các hồ chứa lớn hạ lưu hệ thống sống Kone – Hà Thanh. Mô hình được thiết lập cho 3 lưu vực riêng biệt lưu vực khu giữa hồ chứa Đinh Bình – Văn Phong (lưu vực ĐB-VP), lưu vực hồ chứa Núi Một, lưu vực hồ chứa Thuận Ninh.

Đối với lưu vực Thuận Ninh và Núi Một, do diện tich lưu vực nhỏ (87.5 và 110 km2) mô hình chỉ được mô phỏng bằng một tiểu lưu vực. Riêng đối với lưu vực giữa hồ Định Bình và đập dâng Văn Phong, do diện tích lưu vực lớn, để đảm bảo đều kiện áp dụng của mô hình thông số tập trung, các tác giả tiến hành phân chia lưu vực này thành 5 tiểu lưu vực nhỏ để tiến hành mô phỏng. Sơ đồ mô phỏng lưu vực ĐB-VP trong mô hình HEC-HMS được thể hiện như hình 2.

Đối với lưu vực thượng lưu hồ Núi Một và Thuận Ninh, lượng mưa tại các trạm Núi Một và Thuận Ninh được sử dụng làm đầu và cho mô hình. Đối với mô hình mô phỏng lưu vực ĐB-VP, xử dụng số liệu tại 4 trạm mưa Hòn Lập, Hà Nhe, Thò Đo và Văn Phong được sử dụng trong mô hình. Trọng số các trạm mưa tính toán cho các tiểu lưu vực được xác định bằng phương pháp đa giác Theissen

Do điều kiện số liệu thu thập được, mô hình mô phỏng lưu vực ĐB-VP này được hiệu chỉnh và kiểm đinh cho trận lũ 12/2016 và 11/2017. Đối với lưu vực thượng lưu hồ Núi Một và Thuận Ninh, quá trình này được thực hiện với trận lũ 11/2013 và 11/2017

Hình 2.  Sơ đồ mô phỏng lưu vực ĐB – VP

Sau khi mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định để đảm bảo độ tin cậy. Các bộ thông số của các mô hình được lấy làm cơ sở để xác định bộ thống số cho các lưu vực khác. Trần Kim Châu (2016)[2] đã xây dựng phương pháp xác định những thông số chính như thời gian trễ (Tlag), chỉ số CN và đã áp dụng thành công cho lưu vực Thành Mỹ. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã kiểm nghiệm phương pháp này cho lưu vực hạ lưu sông Kone -  Hà Thanh nhằm xác định Tlag và CN. Ứng dụng bản đồ sử dụng đất để xác định chỉ số CN và sử dụng mối liên hệ giữa thòi gian chảy truyển với các nhận tố như độ dốc, chiều dài lưu vực, dộ nhám lưu vực. Công thức miêu tả mối liên hệ này được Kerby-Hathaway[1] thể hiện:                    (1)

Với tc là thời gian chảy truyền (h)

Trong đó: L khoảng cách xa nhất từ đường phân thủy đến cửa ra lưu vực (km); n độ nhám lưu vưc; S độ dốc lưu vực (-)

Kết quả tính toán được so sánh với những lưu vực đã xác định được bộ thông số. Trên cơ sở đó, bộ thông số của các lưu vực không có số liệu thực đo sẽ được xác định.

Sau khi xác định bộ thông số, nghiên cứu tiến hành tính toán dòng chảy nhập lưu cho các lưu vực như hình 3. Các lưu vực này bao gồm dòng chảy nhập lưu: từ sau đập dâng Văn Phong đến ngã 3 Bảy Hiên trên sông Kone (LV1); từ hạ lưu hồ Thuận Ninh đến nhập lưu với sông Kone (LV2); từ hạ lưu hồ Núi Một đến nhập lưu với sông Kone (LV3), 2 lưu vực nhánh Núi Thơm (LV4,LV5); 2 lưu vực sông Hà Thanh tính đến nhập lưu sông Trường Úc (LV6,LV7). Các lưu vực này sẽ được tính toán thử nghiệm dòng chảy cho trận lũ năm 2017

Hình 3.  Dòng chảy từ mưa được tính toán cho các tiểu lưu vực

Đối với khu vực đồng bằng hạ lưu sông Kone – Hà Thanh (từ ngã 3 Bảy Hiển đến Đầm Thị Nai) do các công trình giao thông, đê điều, nhà cửa xây dựng rất nhiều,  thêm vào đó mạng lưới sông ngòi kênh rạch dày đặc nên phân chia lưu vực hứng nước không cho kết quả tốt. Do vậy nghiên cứu không tiến hành mô phỏng mô hình thủy văn cho khu vực này. Việc tính toán dòng nhập lưu vùng này sẽ không đề cập trong bài báo này. Nghiên cứu chỉ tập trung tính toán dòng chảy từ các nhánh sông đã được đề cập ở hình 3.

3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu đã tiến hành mô phỏng 3 lưu vực ĐB-VP, Núi Một và Thuận Ninh. Các lưu vực này đã được hiệu chỉnh và kiểm định để đảm bảo độ chính xác của mô hình. Kết quả tính toán cho 2 quá trình này được thể hiện ở hình 4 và bảng 1.

Hình 4.  Đường quá trình dòng chảy tính toán và thực đo hồ chứa Văn Phong năm 2017

Bảng 1. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định 3 mô hình

Mô hình

Giá trị

HC

ĐB-VP

Nash (%)

88.3

95.7

ΔW (%)

6

-2

ΔQ (%)

-1

2

Núi Một

Nash (%)

86.6

90.5

ΔW (%)

-15

11

ΔQ (%)

-5

-2

Thuận Ninh

Nash (%)

85.5

88.9

ΔW (%)

16

10

ΔQ (%)

2

-1

Từ kết quả trên hình vẽ và bảng biểu cho thấy, mô hình mô phỏng tốt việc tính toán lũ cho các lưu vực. Bộ thông số tìm được có độ tin cậy.

Dựa vào phương pháp đã mô tả ở phần 2, tiến hành tính toán chỉ số CN và Tlag và so sánh với các giá trị của các lưu vực vừa tìm được. Kết quả cho thấy mối tương quan chặt chẽ giữa các giá trị (hình 5).

Hình 5 Tương quan giữa Tlag và CN tính toánTlag tìm được trong quá trình xây dựng mô hình

Như vậy chứng tỏ phương pháp xác định thông số có thể áp dụng tốt cho lưu vực sông Kone – Hà Thanh.

Kết quả tính toán trận lũ từ ngày 4 đến ngày 6 tháng 11/2017 đối với các tiểu lưu vực này được tổng kết ở bảng 2.

Bảng 2. Kết quả tính toán trận lũ năm 2017

Lưu vực

Diện tích (km2)

Q max (m3/s)

W (tr m3)

LV1

455

1742

131.6

LV2

82

279.1

32.6

LV3

77

252.6

22.3

LV4

25

97.6

6.8

LV5

37

139

10

LV6

418

2504

179.5

LV7

15

70.5

4.5

 

4. KẾT LUẬN

Nghiên cứu đã hiệu chỉnh kiểm định thành công 3 mô hình mưa rào dòng chảy cho khu vực hạ lưu hệ thống sông Kone – Hà Thanh. Đây sẽ là công cụ hữu hiệu cho việc dự báo dòng chảy lũ đến các hồ chứa Văn Phong, Thuận Ninh và Núi Một. Trên cơ sở bộ thông sô của các lưu vực đã tìm được xác định mối tương quan với các đặc trưng của lưu vực. như diện tích lưu vực, sử dụng đất, dộ dốc, chiều dài và độ nhám của lưu vực. Đây là cơ sở để tính biên nhập lưu cho hệ thống thủy lực sông Kone - Hà Thanh. Kết quả này cũng góp phần nâng cao độ tin cậy cho việc dự báo mực nước lũ cũng như mô phỏng ngập lụt cho hệ thống sông Kone – Hà Thanh.

Đỗ Anh Đức 1,Trần Kim Châu2, Nguyễn Thanh Thủy3 và Lê Thị Thu Hiền4

1    Viện Thủy Điện và Năng Lượng Tái Tạo,email: ducdoanhhpc@gmail.com

2,3,4Trường Đại học Thủy Lợi

Nguồn: Tạp chí Khoa học và công nghệ Thủy lợi.

Tin Liên Quan
Đánh giá ảnh hưởng của các khu đô thị mới đến vấn đề thoát lũ hạ lưu hệ thống sông Kone - Hà Thanh
24/01/2019

Sự phát triển của các khu đô thị có ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề thoát lũ tại các hệ thống sông. Tuy nhiên, tại Việt Nam, vấn đề này chưa được nghiên ...

Áp dụng công cụ tích hợp phục vụ xây dựng bản đồ ngập lụt lưu vực sông Kỳ Cùng, tỉnh Lạng Sơn
16/01/2019

Lũ lụt trên các lưu vực sông thường gây ra những hậu quả và thiệt hại nặng nề về người cũng như kinh tế, đặc biệt trong tình hình biến đổi khí hậ ...

Giải pháp khống chế ứng suất nhiệt của bê tông đầm lăn - Trường hợp áp dụng cho Đập Thủy điện Trung Sơn
10/01/2019

Với kết quả nghiên cứu giải pháp khống chế ứng suất nhiệt cho từng khu vực điển hình ở Việt Nam, bài báo đã tiến hành tính toán áp dụng cho đập BTĐL t ...

VĂN BẢN

VIDEO CLIP

SẢN PHẨM MỚI

THỐNG KÊ TRUY CẬP

  • Đang online

    22168
  • Hôm nay

    22168
  • Hôm qua

    21815
  • Tuần này

    65663
  • Tháng này

    383107
Tất cả: 1217202