TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG - THỦY VĂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN TÍNH TOÁN THUỶ VĂN THUỶ LỰC LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC PHỤC VỤ PHÒNG LŨ Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Thu Hương Giáo viên hướng dẫn: ThS Trần Văn Tình KS Nguyễn Thị Bích Ngọc Hà Nội, năm 2015 MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài 2 Mục tiêu đề tài Phạm vi nghiên cứu Bố cục đồ án CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC TỈNH QUẢNG NGÃI 1.1 Vị trí địa lý 1.2 Đặc điểm địa hình 1.3 Thổ nhưỡng 1.4 Thảm phủ thực vật 1.5 Đặc điểm khí hậu 1.6 Chế độ thủy văn 10 1.6.1 Mạng lưới trạm thủy văn 11 1.6.2 Dòng chảy lũ 12 1.6.2.1 Đặc điểm dòng chảy lũ sông Trà Khúc 12 1.6.2.2 Tốc độ dòng chảy lũ 13 1.6.2.3 Biên độ cường suất lũ 13 1.6.2.4 Đặc điểm thủy triều vùng cửa sông 14 1.7 Đặc điểm kinh tế- xã hội 14 1.7.1 Dân cư – lao động 14 1.7.2 Khái quát kinh tế thiệt hại 15 CHƯƠNG : CÁC MÔ HÌNH DIỄN TOÁN DÒNG CHẢY TRONG SÔNG 16 2.1 Một số mô hình diễn toán dòng chảy 16 2.1.1 Mô hình NAM 16 2.1.1.1 Cấu trúc mô hình 18 2.1.1.2 Hiệu chỉnh thông số mô hình 20 2.1.1.3 Những điều kiện ban đầu 21 2.1.1.4 Những ứng dụng mô hình NAM 22 2.1.2 Mô hình MIKE11 22 2.1.2.1 Cơ sở lý thuyết 22 2.1.2.2 Các giả thiết 23 2.1.2.3 Hệ phương trình 23 2.1.2.4 Thuật toán 24 2.1.2.5 Cấu trúc mô hình 25 2.1.2.6 Khả ứng dụng mô hình 26 2.1.2.7 Các Input, Output mô hình Mike 11 27 2.2 Các bước thực diễn toán dòng chảy sông 28 CHƯƠNG :THIẾT LẬP MÔ HÌNH TOÁN DIỄN TOÁN 29 DÒNG CHẢY LŨ LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC 29 3.1 Đặt vấn đề 29 3.2 Ứng dụng mô hình NAM cho lưu vực nghiên cứu 29 3.2.1 Yêu cầu số liệu đầu vào mô hình 29 3.2.2 Hiệu chỉnh kiểm định thông số mô hình 30 3.2.2.1 Hiệu chỉnh mô hình 30 3.2.2.2 Kiểm định mô hình 33 3.3 Ứng dụng mô hình Mike 11 cho lưu vực nghiên cứu 34 3.3.1 Sơ đồ thuỷ lực 35 3.3.2 Điều kiện biên điều kiện ban đầu 36 3.3.3 Các thao tác Mike 11 37 3.3.3.1 Xây dựng mạng lưới sông 38 3.3.3.2 Nhập liệu mặt cắt 40 3.3.3.3 Nhập liệu biên 41 3.3.3.4 Biên tập file thủy lực HD 42 3.3.3.5 Tạo file mô hệ thống 43 3.3.4 Hiệu chỉnh kiểm định mô hình 44 3.3.4.1 Hiệu chỉnh mô hình 44 3.3.4.2 Kiểm định mô hìn 46 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN DIẾN TOÁN LŨ 48 SÔNG TRÀ KHÚC THIẾT KẾ 48 Nội dung tính toán 48 4.1 Diễn toán dòng chảy sông ứng với trận lũ thiết kế 48 4.2 Ứng dụng mô hình mike 11 diễn toán dòng chảy sông ứng với lũ thiết kế Mô dòng chảy lũ ứng với trận lũ thiết kế 51 4.3 Dữ liệu đầu vào mô hình 52 4.4 Kết diễn toán 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 KẾT LUẬN 55 KIẾN NGHỊ 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC 58 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT KS : Kỹ sư KTTV : Khí tượng thủy văn Th.S : Thạc Sỹ DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 : Bảng phân loại đất tỉnh Quảng Ngãi Bảng 1.2 : Các đặc trưng lớp phủ thực vật lưu vực sông Trà Khúc Bảng 1.3 : Lượng mưa đặc trưng lũ trận lũ lớn lưu vực sông Trà Khúc Bảng 1.4 : Danh sách trạm khí tượng, thuỷ văn, đo mưa lưu sông Trà Khúc 12 Bảng 1.5 : Đặc trưng tốc độ dòng chảy tb trận lũ lớn năm 13 Bảng 1.6 : Đặc trưng biên độ lũ, cường suất lũ sông: 14 Bảng 2.1 : Các thông số hiệu chỉnh mô hình NAM 20 Bảng 3.1: Sự khác đỉnh lũ hiệu chỉnh trạm Sơn Giang 32 Bảng 3.2 : Sự khác đỉnh lũ kiểm định trạm Sơn Giang 34 Bảng 3.3 : Sự khác đỉnh lũ hiệu chỉnh trạm Trà Khúc 45 Bảng 3.4 : Sự khác đỉnh lũ kiểm định trạm Trà Khúc 47 Bảng 4.1 : Bảng tần suất lý luận 49 Bảng 4.2 : Cấp mực nước báo động trạm Trà Khúc 54 Bảng 4.3 : Thời gian trì lũ trạm Trà Khúc so với cấp báo động 54 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 : Bản đồ mạng lưới sông tỉnh Quảng Ngãi Hình 1.2 Bản đồ mạng lưới trạm tỉnh quảng Ngãi 11 Hình 2.1 : Sơ đồ mô mô hình NAM 17 Hình 2.2 : Mô tả hệ phương trình Saint-Vernant 24 Hình 2.3: Các điểm nút tính toán mô hình Mike 11 25 Hình 2.4 : Sơ đồ khối bước mô mô hình 28 Hình 3.1: Đường trình lưu lượng lũ thực đo tính toán 32 trạm Sơn Giang ngày 28/9 – 2/10/2009 32 Hình 3-2: Đường trình lưu lượng lũ thực đo tính toán 33 trạm Sơn Giang ngày 15 – 18/10/2007 33 - Đánh giá tương quan thực đo tính toán kiểm định 34 Hình 3.3 : Sơ đồ bước áp dụng mô hình Mike 11 35 Hình 3.4 : Sơ đồ mạng thuỷ lực sông Trà Khúc 35 Hình 3.5: Cửa sổ bắt đầu dự án mô hình Mike 11 37 Hình 3.6 : Mô đun thủy lực 37 Hình 3.7:Cửa sổ điều khiển Simulation 38 Hình 3.8 : Cửa sổ để tạo file mạng sông 39 Hình 3.9 : Thanh công cụ MIKE 11 39 Hình 3.10 : Chiều dài khoảng cách điểm 40 Hình 3.11 : Cửa sổ tạo file để nhập mặt cắt 40 Hình 3.12 : Cửa sổ Insert Branch 41 Hình 3.13 : cửa sổ nhập số liệu mặt cắt ngang 41 Hình 3.14: Các biên mạng lưới 42 Hình 3.15 :Cửa sổ tạo chuỗi timeseries 42 Hình 3.16 : Cửa sổ tạo file thông số thủy lực 43 Hình 3.17: Cửa sổ input nhập file mô 43 Hình 3.18 : Cửa sổ simulation 44 Hình 3.19 : Quan hệ Htđ Htt trạm Trà Khúc hiệu chỉnh 45 Từ 01/10 đến 01/11 năm 2003 45 Hình 3.20 : Đường trình mực nước thực đo tính toán trạm Trà Khúc 46 – sông Trà Khúc ngày 01/09 – 31/10/2009 46 Hình 4.1 : Đường trình lũ điển hình lũ thiết kế 1% trạm Sơn Giang 50 Hình 4.2 : Đường trình lũ điển hình lũ thiết kế trạm Sơn Giang 51 Hình 4.3 : Đường trình lũ điển hình lũ thiết kế trạm Sơn Giang 51 Hình 4.4 :Đường trình mực nước diễn toán trạm Trà Khúc ứng với lũ 1% 52 Hình 4.5 :Đường trình mực nước diễn toán trạm Trà Khúc ứng với lũ 5% 53 Hình 4.6 :Đường trình mực nước diễn toán trạm Trà Khúc ứng với lũ 10% 53 LỜI CÁM ƠN Đồ án tốt nghiệp kỹ sư chuyên ngành Thủy văn với đề tài “Ứng dụng mô hình toán tính toán thuỷ văn thuỷ lực lưu vực sông Trà Khúc phục vụ phòng lũ” hoàn thành với giúp đỡ nhiệt tình thầy cô giáo Trường Đại Học Tài nguyên môi trường Hà Nội gia đình bạn bè Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Khoa Khí Tượng Thủy Văn Khoa Tài Nguyên Nước – Trường đại học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội truyền thụ kiến thức cho em suốt trình học tập vừa qua, đặc biệt thầy Th.S Trần Văn Tình, cô KS Nguyễn Thị Bích Ngọc người hướng dẫn dạy tận tình cho em hoàn thành niên luận Tôi xin gửi lời cảm ơn tới người thân toàn thể bạn lớp chia sẻ, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để hoàn thành nhiệm vụ học tập đồ án Do đồ án thực thời gian có hạn, tài liệu tham khảo số liệu đo đạc thiếu thốn, kinh nghiệm thân hạn chế nên nội dung đồ án thiếu sót Vì vậy, mong nhận đóng góp quý báu thầy cô giáo toàn thể bạn sinh viên để đồ án hoàn thiện tốt Em xin chân thành cám ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2015 Sinh viên thực Phạm Thị Thu Hương MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hàng năm Quảng Ngãi chịu nhiều hậu nặng nề thiên tai gây làm ảnh hưởng lớn đến trình phát triển kinh tế, đời sống địa phương, đáng kể thiên tai lũ lụt Đặc biệt năm gần đây, trình đô thị hóa mạnh với biến động khí hậu toàn cầu, tượng khí tượng thủy văn có thay đổi phức tạp Tình hình mưa lớn, lũ lụt xảy dồn dập hơn, ác liệt hơn, để lại hậu nặng nề, hàng ngàn hộ dân bị ngập lụt, công trình bị tàn phá, hoạt động kinh tế - xã hội bị gián đoạn gây ảnh hưởng xấu đến địa phương tỉnh Việc phòng chống lũ chương trình có ảnh hưởng lớn đến phát triển kinh tế - xã hội nước nói chung nhân dân sinh sống ven sông Đáy nói riêng, đặc biệt lũ lụt xảy ngày ác liệt Lũ xảy gây thiệt hại tránh khỏi, song hạn chế tác hại mà lũ gây Việc nghiên cứu giải pháp phòng lũ lụt đặc biệt quan tâm, hướng tiếp cận họ kết hợp giải pháp công trình phi công trình Các giải pháp công trình thường sử dụng hồ chứa, đê điều, cải tạo lòng sông sử dụng nhiều, giải pháp phi công trình quy hoạch trồng rừng, bảo vệ rừng, xây dựng, vận hành phương án phòng tránh lũ lụt di dân có thông tin dự báo, cảnh báo xác sử dụng nhiều Do lưu vực sông Trà Khúc có đặc điểm ngắn dốc, địa hình phân cấp rõ rệt nên biện pháp công trình khó áp dụng Giải pháp phòng tránh kịp thời hiệu để giảm nhẹ thiệt hại lũ cho lưu vực Mục tiêu đề tài Thực hành nghiên cứu giải toán thực tế, nâng cao kỹ ứng dụng mô hình toán với toán thực tế, học biết cách phân tích tổng hợp viết báo cáo Qua ứng dụng mô hình Mike 11 đồ án phân tích diễn toán mực nước trạm Trà Khúc ứng với tần suất lũ từ phục vụ cho việc phòng chống lũ lụt Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu đồ án lưu vực sông Trà Khúc, cụ thể tính từ trạm thủy văn Sơn Giang đến cửa sông Trà Khúc Bố cục đồ án Ngoài phần mở đầu kết luận, đồ án chia làm chương: Chương 1: Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Trà Khúc tỉnh Quảng Ngãi Chương 2: Khái quát mô hình diễn toán dòng chảy sông Chương 3: Thiết lập mô hình toán diễn toán dòng chảy lũ lưu vực sông Trà Khúc Chương 4: Ứng dụng mô hình toán diễn toán lũ sông Trà Khúc