Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Mục tiêu nghiên cứu 1 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1 3. Phương pháp nghiên cứu 2 4. Nội dung nghiên cứu 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ LƯU VỰC SREPOK 3 1.1. Điều kiện tự nhiên 3 1.1.1. Vị trí địa lý lưu vực sông Srepok 3 1.1.2. Đặc điểm địa hình 4 1.1.3. Đặc điểm địa chất thổ nhưỡng 6 1.1.4. Đặc điểm thảm phủ thực vật 6 1.2. Điều kiện dân sinh kinh tế, xã hội 7 1.3. Các đặc trưng khí hậu, khí tượng 9 1.3.1. Chế độ khí hậu lưu vực sông Srepok 9 1.3.2. Mức độ nghiên cứu khí tượng lưu vực sông Srepok 10 1.3.3. Các đặc trưng khí tượng trung bình nhiều năm 11 1.4. Đặc điểm thuỷ văn 15 1.4.1. Mạng lưới các trạm trạm thuỷ văn trên lưu vực 15 1.4.2. Quan hệ các trạm thuỷ văn 16 1.4.3. Đặc điểm tài nguyên nước 17 1.4.4. Hiện trạng phát triển các hồ chứa trên lưu vực sông Srepok 22 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO LŨ VÀ CÁC MÔ HÌNH TRONG DỰ BÁO THUỶ VĂN 26 2.1.Tìm hiểu về dự báo thủy văn 26 2.1.1.Khái niệm về dự báo thủy văn 26 2.1.2. Các khái niệm cơ bản và nguyên tắc chung về xây dựng phương án dự báo thủy văn 27 2.1.3 Đánh giá sai số dự báo yếu tố 28 2.1.4. Đánh giá phương án dự báo 32 2.2. Các phương pháp dự báo lũ 33 2.2.1. Phương pháp xu thế 33 2.2.2. Phương pháp mực nước, lưu lượng tương ứng 33 2.2.3 Phương pháp lượng trữ 34 2.2.4 Phương pháp phân tích thống kê 34 2.2.5 Phương pháp sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo 34 2.2.6 Phương pháp sử dụng mô hình toán 35 2.2.6.1 Mô hình mưa dòng chảy 35 2.2.6.2 Mô hình ngẫu nhiên 36 2.2.6.3 Mô hình thủy lực 36 2.3 Tổng quan về các mô hình ứng dụng trong dự báo thuỷ văn 37 2.3.1 Giới thiệu mô hình NAM 37 2.3.2 Giới thiệu mô hình TANK 37 2.3.3 Giới thiệu mô hình LTANK 37 2.3.4 Giới thiệu mô hình SSAR 38 2.3.5 Giới thiệu mô hình HEC – HMS 38 2.3.6 Mô hình MARINE: 40 2.4 Lựa chọn mô hình 41 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43
LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội, thầy cô khoa Khí tượng Thủy văn quan tâm, tạo điều kiện cho em hội để phấn đấu dần trưởng thành suốt năm học vừa qua Đặc biệt em xin gửi lời cám ơn chân thành đến Th.S Trần Văn Tình trực tiếp hướng dẫn, nhiệt tình giúp đỡ động viên em để em hoàn thành tốt niên luận Do trình độ kinh nghiệm thân hạn chế, nên niên luận nhiều thiếu sót Vì vậy, em mong nhận đóng góp quý báu thầy, cô toàn thể bạn sinh viên để em hoàn thiện niên luận tốt Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng Sinh viên năm MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU Hiện nay, kinh tế phát triển, khoa học kỹ thuật tiến bộ, đời sống nâng cao nhu cầu sử dụng điện ngày tăng Có nhiều hình thức khai thác điện năng: nhiệt điện, thuỷ điện, điện nguyên tử…đối với điều kiện nước ta, thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa nóng ẩm mưa nhiều, hệ thống 1000 sông suối lớn nhỏ với trữ tiềm tàng khoảng 260 - 280 tỷ kwh gồm lưu vực lớn sông Hồng-Thái Bình, sông Đồng Nai nên khai thác thủy điện hình thức phổ biến Thuỷ điện nguồn lượng lớn, tiết kiệm chi phí, khai thác dễ dàng, an toàn gây ô nhiễm môi trường Chính lợi ích to lớn mà khai thác thuỷ điện nước ta trọng Trong năm gần đây, mà nhu cầu dùng điện không ngừng tăng lên tượng thiếu hụt điện ngày phổ biến nên việc khai thác thuỷ điện lưu vực sông lớn nhà máy thuỷ điện Hòa Bình, Trị An, Sơn La nhà máy thủy điện cỡ vừa nhỏ ngày trọng phát triển mạnh nhằm đáp ứng nhu cầu dùng điện quốc gia địa phương Quy hoạch xây dựng bậc thang thủy điện sông Srepok ví dụ điển hình cho định hướng phát triển Lưu vực sông Srepok nằm địa phận tỉnh: Đak Lăk, Lâm Đồng, Gia Lai diện tích lưu vực không lớn so với nước lại có địa hình cao với nhiều thác nước tự nhiên với độ chênh cao lớn nên phù hợp để xây dựng thủy điện vừa nhỏ Việc xây dựng hệ thống thủy điện có ý nghĩa tầm quan trọng vô to lớn, thúc đẩy mạnh mẽ phát triển kinh tế, xã hội cho tính Đak Lăk, nói riêng khu vực Tây Nguyên nói chung, địa bàn có tầm chiến lược kinh tế quốc phòng quan trọng nước Trong công tác vận hành hồ chứa việc dự báo dòng chảy tới hồ vô quan trọng định tới hiệu suất phát điện, tham gia cấp nước hạ du bảo vệ công trình Nhận thức vai trò quan trọng đồ án tập trung nghiên cứu “ứng dụng mô hình toán dự báo dòng chảy đến hồ Buôn Kuop hệ thống sông Srepok” Mục tiêu nghiên cứu - Thu thập tài liệu khí tượng thủy văn địa hình đất đai thổ nhưỡng thảm phủ thực vật tài liệu dân sinh kinh tế văn hóa xã hội lưu vực sông Srepok Tìm hiểu phương pháp dự báo thủy văn công cụ sử dụng để phục vụ cho tóan dự báo dòng chảy đến hồ Buôn Kuop Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Dòng chảy đến hồ Buôn Kuop Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống sông Srepok Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích tổng hợp Phương pháp phân tích hệ thống, phương pháp thống kê Phương pháp kế thừa nghiên cứu Phương pháp mô hình toán thủy văn ứng dụng công nghệ GIS Nội dung nghiên cứu Chương I: Giới thiệu lưu vực sông Srepok Chương II: Tổng quan phương pháp dự báo lũ mô hình dự báo thuỷ văn CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ LƯU VỰC SREPOK 1.1 Điều kiện tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý lưu vực sông Srepok Sông Srepok nhánh sông hệ thống sông Sêsannhánh cấp sông Mê Kông, bắt nguồn từ vùng núi phía Băc, Đông Bắc Đông tỉnh Đăk Lăk có độ cao từ 800 m – 2000 m, hợp lưu với sông Mê Kông cách StungTreng (Campuchia) 35km phía thượng lưu Khu vực nghiên cứu Hình 1.1 Bản đồ vị trí khu vực nghiên cứu Vị trí địa lý tự nhiên lưu vực Srepok nằm phạm vi từ 107 030' đến 1080 45' kinh độ Đông 11053' đến 130 55' vĩ độ Bắc Sông Srepok lãnh thổ Việt Nam có diện tích khoảng 16000km2 Lưu vực sông Srepok có phụ lưu Ia Drang, Ia Hleo Srepok thượng Lưu vực sông Srepok phía Bắc giáp với lưu vực sông Sêsan, phía Nam giáp với lưu vực sông Đồng Nai, phía Tây đường phân lưu sông Mêkông , phía Đông giáp lưu vực sông Ba Srepok thượng hai nhánh hợp thành Krông Ana Krông Knô Trong Krông Ana có diện tích lưu vực khoảng 4000km2 Krông Knô có diện tích lưu vực khoảng 3900km2 Thượng nguồn Krông Ana sông Krông Buk thượng bắt nguồn từ vùng núi có độ cao 900m, Krông Pach bắt nguồn từ vùng núi có độ cao 1200m Krông Bông bắt nguồn từ vùng núi có độ cao 1300m – 2000m Sông Krông Ana chảy vùng tương đối phẳng có lũng sông rộng với nhiều vùng bị ngập nước thường xuyên, đặc biệt khu vực hồ Lăk đến hợp lưu với sông Krông Knô, khu vực giống hồ điều tiết lớn mùa mưa lũ Sông Krông Knô bắt nguồn từ vùng núi phía Đông Nam Buôn Ma Thuột, nơi tiếp giáp với lưu vực sông Đa Nhin Sông Cái, có độ cao từ 1600-1800m Từ nguồn đến Đức Xuyên sông chảy theo hướng Đông – Tây vùng đồi núi có thung lũng sông hẹp dốc, có chế độ dòng chảy độ miền Đông miền Tây Trường Sơn Mùa lũ tới chậm vùng chịu ảnh hưởng gió mùa Tây Nam Từ Đức Xuyên đến hợp lưu sông Krông Ana sông chảy theo hướng Đông Nam – Tây Bắc, vùng có nhiều hồ ao đầm lầy Ea R’bin, Ea Tul, Ea Roume, Ea Sao… Từ hợp lưu sông Krông Ana Krông Knô đến biên giới Việt Nam _ Campuchia, sông Srêpôk chảy theo hướng Đồng Nam – Tây Bắc vùng đồi núi có lũng sông hẹp dốc, chiều dài đoạn sông khoảng 110km với độ hạ thấp 200m, có nhiều ghềnh thác thác Buôn Kuop (Srepok 1) với độ chênh cao khoảng 60m, thác Dra H’ling 15m, đoạn thác Srepok chênh cao 35m… 1.1.2 Đặc điểm địa hình Hình 1.2 Bản đồ địa hình lưu vực sông Srepok Sông Srepok nhánh lớn sông SêSan-chi lưu lớn sông Mê Kông Diện tích lưu vực sông Sê San 29450 km 2, diện tích lưu vực phần thượng lưu sông Srepok thuộc lãnh thổ Việt Nam 16000 Km với chiều dài sông 640 km độ hạ thấp khoảng 800m Sông Srepok thượng hai nhánh hợp thành Krông Ana Krông Knô Trong Krông Ana có diện tích lưu vực khoảng 4000 km2 Krông Knô có diện tích lưu vực khoảng 3900 km2 Bảng đặc trưng hình thái lưu vực sông: Bảng 1.1 Đặc trưng hình thái lưu vực sông Diện tích Tuyến lưu vực Độ rộng lưu Độ dài sông vực Mật độ Cao độ lưới sông trung bình (km/km2) lưu vực (km ) (km) Buôn Tua Sarh 2930 119 24.6 0.29 900 Buôn Kuop 7980 178 44.8 0.25 600 Srepok 9410 220 42.8 0.26 550 Srepok 9560 266.2 42.2 0.35 475 (km) Nguồn: [3] Địa hình lưu vực có hướng thấp dần từ Đông Nam sang Tây Bắc tương đối đa dạng, đối núi xen kẽ bình nguyên thung lũng, khái quát chia thành dạng địa hình sau + Địa hình vùng núi cao: nằm phía Đông Nam lưu vực, có độ cao trung bình 1500 - 2000m, độ dốc sườn lớn ( 20-30)º với đỉnh núi cao Chư-đangSin (2405m) Chư-pan-Phan (2175m) Dải Trường Sơn chạy qua vùng thuộc địa phân huyện Krông Bông, huyện Lak Trong khu vực địa hình diện tích rừng nhiều, độ dốc lớn địa hình chia cắt mạnh + Địa hình vùng cao nguyên: Vùng cao nguyên với đồng lượn sóng độ dốc thoải Dạng địa hình nằm vùng: Vùng cao nguyên Buôn Mê Thuột phụ cận (các huyện Krông Buk, Krông Pach, Cư Mga ) với cao độ trung bình từ 400-500m Vùng thứ hai cao nguyên Đak Nông nằm phía Tây Nam lưu vực, có cao độ từ 700-800m Vùng cao nguyên Buôn Mê Thuột địa hình phẳng vùng Đak Nông Các cao nguyên tạo thành từ phun trào Bazan thuộc thời kỳ tiền đệ tứ Đá bazan phong hoá tạo thành lớp đất đỏ mầu mỡ, phù hợp cho phát triển công nghiệp dài ngày + Địa hình vùng đất thấp: Bao gồm dải đất phù sa phẳng dọc sông Loại địa hình tập trung huyện Lak, Krông Ana Ea Soup Trong vùng Lak-Buôn Trấp chạy dọc sông Krông Ana từ hồ Lak, qua Buôn Triết, Buôn Trấp tới hạ lưu, có cao độ trung bình từ 410m - 450m Vùng bình nguyên Ea Soup chạy dọc ven suối Ea Soup Ea H’leo, có cao độ trung bình 200-300m Dạng địa hình thích hợp cho trồng lúa, hoa màu công nghiệp ngắn ngày Vị trí địa lý đặc điểm địa hình ảnh hưởng trực tiếp tới thời tiết khí hậu vùng, mang tính chất nhiệt đới nóng ẩm mà có tính chất vùng cao nguyên mát dịu Với đặc điểm cho phép bố trí loại trồng, vật nuôi phong phú, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển kinh tế cách đa dạng 1.1.3 Đặc điểm địa chất thổ nhưỡng Lưu vực sông Srepok có tiềm lớn đất , đặc biệt đất đỏ bazan (50% ) Theo kết đánh giá thổ nhưỡng Viện Qui hoạch thiết kế Nông nghiệp chuyển đổi sang hệ thống phân loại FAO - UNESCO toàn lưu vực có loại đất sau: nhóm đất phù sa, nhóm đất Glay; nhóm đất than bùn, nhóm đất đen, nhóm đất xám, nhóm đất đỏ, nhóm đất mùm Alit núi cao, nhóm đất trơ sỏi đá Trong nhóm đất: Đen xám đất đỏ chiếm diện tích lớn Nhóm đất đỏ: Phân bố tập trung khối Bazan Buôn Mê Thuột, Đăk Nông, Đăk Mil So với nhóm đất xám nhóm đất đỏ BaZan dốc tầng đất dày rõ rệt Nhóm đất xám phân bố vùng: Ea Soup, Cư Jút, M'Drăk, Krông Bông Đa số đất tầng mỏng, độ dốc lớn, có lẫn đá đá lộ đầu, thảm phủ thực vật tự nhiên rừng thứ sinh, rừng gỗ rụng rừng nửa rụng Nhóm đất Badan đen phân bố chủ yếu phía tây sông Srepok, đại phận tầng đất mỏng, nhiều đá lộ Nhóm đất phù sa hình thành bồi đắp sông suối lớn, diện tích phẳng hay lượn sóng Khoảng nửa diện tích bị ngập nước mùa mưa cánh đồng Lạc Thiện - Đức Xuyên Đất than bùn tìm thấy đầm hồ tự nhiên có từ xa xưa hồ Lăk 1.1.4 Đặc điểm thảm phủ thực vật Thảm phủ thực vật lưu vực phong phú, mức độ che phủ rừng khoảng 70%, bao gồm nhiều loại rừng rộng, rừng kim, rừng hỗn giao, rừng tre nứa, rừng trồng… có số lượng đáng kể cà phê, trà… 10 a Sai số cho phép dự báo yếu tố: Ý nghĩa thống kê sai số cho phép Trong lý thuyết thống kê, độ lệch quân phương (σ) chuỗi đặc trưng cho độ biến động chuỗi Một đại lượng có phân phối chuẩn trị số 0.674 σ có phần xác suất 50%, có nghĩa là, chuỗi y1,y2, yn, có 50% giá trị chuỗi ≤ 0.674 σ Trong dự báo thủy văn người ta coi chuỗi biến dổi yếu tố dự báo thời gian dự kiến ngẫu nhiên lấy giới hạn 0.674 σ làm sai số cho phép Như vậy, tống kê, sai số cho phép dự báo yếu tố tính theo công thức (2.1) Scf = Δcf = 0.674 σ (2.1) Ý nghĩa thủy văn sai số cho phép dự báo yếu tố Trong dự báo thủy văn, sai số cho phép xác định phụ thuộc vào nhiều điều kiện khác nhau, cụ thể là: - Phụ thuộc vào yếu tố dự báo, dự báo yếu tố sai số cho phép yếu tố Phụ thuộc vào vị trí dự báo Phụ thuộc vào thời gian dự kiến Phụ thuộc vào pha lũ lên, lũ xuống Phụ thuộc vào mùa lũ mùa cạn Có nghĩa Scf = f(yếu tố, vị trí, thời gian dự kiến, pha lũ, mùa lũ ) Như vậy, sai số cho phép đại lượng phức tạp, phụ thuộc vào nhiều nhân tố tác động khác nhau, để đơn, dự báo thủy văn thường tính sai số cho phép theo hạn dự báo theo nguyên tắc sau: - Dự báo cho yếu tố sử dụng sai số dự báo co yếu tố Dự báo vị trí sử dụng sai số cho phép vị trí Dự báo cho thờ hạn dự kiến sử dụng sai số cho phép dự báo tính cho thời hạn Sai số cho phép tính riêng cho pha lũ lên pha lũ xuống Tương tự sai số cho phép tính riêng cho mùa lũ, mùa cạn vùng triều, b Sai số cho phép dự báo thủy văn hạn ngắn hạn vừa Dự bào mực nước Theo phân hạn dự báo phần trên, dự báo hạn ngắn sông Việt Nam quy định hạn dự báo có thời gian dự kiến từ đến ngày, riêng Đồng 34 sông Cửu Long đến ngày Dự báo hạn vừa có thời gian dự kiến tháng Xuất phát từ công thức (2.1), sai số cho phép dự báo yếu tố dự báo thủy văn hạn ngắn hạn vừa tính theo công thức sau: Scf = Δcf = 0.674 σΔ Trong đó: Scf Δcf : Là sai số cho phép σΔ : Là khoảng lệch quan phương chuỗi biến đổi yếu tố dự báo thời gian dự kiến Các đặc trưng xác định theo công thức sau: σΔ= Trong đó: Δyi : Biến đổi cảu đại lượng dự báo thời gian dự kiến tính từ số liệu thực đo sau: Δyi= (yt+τ – yt) Với: yt+τ giá trị thực đo yếu tố dự báo thời điểm t+τ, τ thời gian dự kiến dự báo yếu tố Δy0 : Trung bình giá trị biến đổi đại lượng dự báo thời gian dự kiến: Thực tế xây dựng phương án dự báo thủy văn hạn ngắn thường phụ thuộc vào loại sông, sông nhỏ miền núi, độ dốc lòng sông lớn nên xây dựng phương án chung cho pha lũ lên pha lũ xuống, sông lớn vùng đồng bằng, thường phải xây dựng phương án riêng cho pha lũ lên pha lũ xuống Khi đó, cần phải tính Scf cho phương án dự báo cho pha lũ lên pha lũ xuống riêng Dự báo lưu lượng Khi dự báo lưu lượng hạn ngắn, thường tính theo công thức sau: Scf, Q = KQtđ Với hệ số K biến đổi từ 0.1 đến 0.18 tùy thuộc vào điều kiện yêu cầu đối tượng phục vụ 35 c Sai số cho phép dự báo thủy văn hạn dài hạn siêu dài Dự báo thủy văn hạn dài dự báo thời gian dự kiến từ tháng đến năm, dự báo siêu dài có thời gian dự kiến năm Sai số cho phép dự báo thủy văn hạn dài siêu dài tính theo công thức: - Khi dự báo mực nước: Scf, H = Δcf = 0.674σH - Khi dự báo lưu lượng: Scf, Q = 0.2 Qtđ Trong đó, σH Qtđ độ lệch quân phương chuỗi yếu tố dự báo mực nước lưu lượng thực đo d Sai số cho phép dự báo thời gian xuất đỉnh lũ Sai số cho phép dự báo thời gian xuất đỉnh lũ, tính 25% thời gian dự kiến (τ): Scf,T = 0.25 τ e Đánh giá chất lượng dự báo yếu tố Nếu gọi Δ sai số dự báo yếu tố thì: Δ = ydb - ytđ Trong đó: ydb trị số dự báo ytđ trị số thực đo Yếu tố dự báo đánh giá khi: |Δ| ≤ Δcf Để đánh giá chất lượng lần dự báo, vào sai số dự báo (Sdb) quy định phân loại bảng 2.1 Bảng 2.1 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng yếu tố Sai số dự báo (Sdb) Xếp loại ≤ 25% sai số cho phép Tốt 26 ÷ 50% sai số cho phép Khá 51 ÷ 100% sai số cho phép Đạt 36 101 ÷ 150% sai số cho phép Kém >150% sai số cho phép Quá Nguồn [6] 2.1.4 Đánh giá phương án dự báo Có nhiều tiêu khác để đánh giá chất lượng phương án dự báo Độ xác thời gian dự kiến dự báo thủy văn có mối liên hệ với mức độ nghiên cứu tượng thủy văn cần dự báo, với mức độ ảnh hưởng nhân tố dự báo, cong phụ thuộc vào độ xác tài liệu dùng để xây dựng phương án dự báo Mặt khác thời gian dự kiến dự báo tăng lên độ xác phương án dự báo giảm a Tỷ số S/σ Trong σ độ lệch quân phương chuỗi yếu tố dự báo, S đọ lệch quân phương chuỗi sai số dự báo, tính theo công thức: S= b Hệ số tương quan η Hệ số η xác định theo công thức: η= Khi quan hệ dự báo dạng hàm S = η = điều cho thấy thay đổi yếu tố dự báo xác định hoàn toàn nhân tố dự báo Khi S = σ η = nhân tố dự báo không ảnh hưởng đến yếu tố dự báo c Mức đảm bảo phương án dự báo: Chất lượng phương án dự báo phải đánh giá mức đảm bảo dự báo Mức đảm bảo dự báo tỷ số số lần dự báo tổng số lần dự báo: P= Trong đó: m số lần dự báo n tổng số lần dự báo P mức bảo đảm phương án dự báo Chất lượng phương án dự báo đánh giá thông qua tiêu theo quy định bảng 2.2 Bảng 2.2 Chỉ tiêu đánh giá phương án dự báo 37 Độ xác phương án η P% Tốt < 0.4 >0.9 >90 Đạt 0.4 – 0.6 0.8 – 0.9 75 – 90 Kém 0.6 – 0.8 0.6 – 0.8 60 – 75 Không đạt >0.8 < 0.6 < 60 Nguồn [6] 2.2 Các phương pháp dự báo lũ 2.2.1 Phương pháp xu Cơ sở khoa học phương pháp dự báo xu quy luật quán tính chuyển động nước sông Phương pháp dựa giả định đại lượng dự báo thay đổi theo quy luật giống thay đổi trước đó, nghĩa lũ lên giá trị dự báo tiếp tục tăng ngược lại lũ xuống giá trị dự báo tiếp tục giảm Ưu điểm phương pháp: Phương pháp xu có ưu điểm đơn giản, không cần nhiều thông tin phương pháp khác Phương pháp xu cần sử dụng số liệu trạm đo, để dự báo, đối tượng dự báo đa dạng đến sử dụng nhiều lĩnh vực khác Do phương pháp thích hợp với yếu tố dự báo có pha thay đổi chậm, chẳng hạn lũ hạ lưu sông lớn, dự báo tốt cho nhánh lũ Nhược điểm phương pháp: Đối với vùng chuyển tiếp pha nước lên pha nước xuống, vùng có pha thay đổi lớn, dùng phương pháp dễ gây sai số lớn 2.2.2 Phương pháp mực nước, lưu lượng tương ứng Phương pháp lưu lượng mực nước tương ứng phương pháp dùng mực nước đo thượng lưu để dự báo mực nước hạ lưu Mối tương quan mực nước thượng lưu mực nước hạ lưu phức tạp khu có lượng gia nhập đáng kể lượng gia nhập lại không hoàn toàn tương ứng với thượng lưu Ưu điểm phương pháp: Các thông số xác định dễ dàng đồ thị cách giải đơn giản Phương pháp dùng tốt đoạn sông có độ dốc lớn, trạm bị ảnh hưởng thuỷ triều hay nước vật, trạm không nhiều, thường hay hai trạm trạm Nhược điểm phương pháp: Điều kiện quan trọng áp dụng phương pháp lưu lượng tương ứng phải tính thời gian chảy truyền Việc xác định thời gian chảy truyền đoạn sông không nhánh khó, xác định đoạn sông nhiều nhánh 38 khó có sai số Trường hợp đoạn sông nhiều trạm trên, nhiều trạm chịu ảnh hưởng nước vật hay thủy triều phải tìm cách giải khác 2.2.3 Phương pháp lượng trữ Phương pháp lượng trữ dựa cách giải giản hóa từ hệ phương trình SaintVernant, hai cách giải gần cho hệ phương trình này, theo phương pháp người ta dùng phương trình cân nước đoạn sông thay cho phương trình liên tục, dùng phương trình lượng trữ thay cho phương trình động lực Phương trình lượng trữ: W=f(Qd,Qtr) biểu thị quan hệ lượng trữ đoạn sông W với lưu lượng chảy vào Q tr lưu lượng chảy Qd Nếu xác định quan hệ hàm số ta tính toán giá trị lưu lượng chảy cuối thời đoạn Q d2 biết giá trị lưu lượng chảy đầu thời đoạn lưu lượng chảy vào Q d1, Qtr1, Qtr2 2.2.4 Phương pháp phân tích thống kê Đây nhóm phương pháp thường sử dụng phép phân tích thống kê thủy văn để xây dựng phương trình dự báo, phương pháp nhóm hay sử dụng phương pháp phân tích hồi quy nhiều biến Ưu điểm phương pháp: Phương pháp đơn giản, dễ tính toán, đưa vào nhiều biến ảnh hưởng đến đại lượng dự báo để phân tích Nhược điểm phương pháp: Không xử lý trường hợp có giá trị ngoại lai, làm sai lệch kết dự báo Vì dự báo phải chuẩn bị tốt liệu 2.2.5 Phương pháp sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo Mạng trí tuệ nhân tạo (Artificial Nerual Networks - ANN) xây dựng từ năm 1940 Với việc ứng dụng thuật toán quét ngược năm 1988, ANN sử dụng nhiều ngành tài nguyên nước, đặc biệt dự báo thủy văn Mạng trí tuệ nhân tạo mô xử lý thông tin, nghiên cứu từ hệ thống thần kinh sinh vật, giống não để xử lý thông tin Nó bao gồm số lượng lớn mối gắn kết cấp cao để xử lý yếu tố làm việc mối liên hệ giải vấn đề rõ ràng ANN giống người, học kinh nghiệm, lưu kinh nghiệm, hiểu biết sử dụng tình phù hợp Mô hình ANN cho phép thiết lập mối quan hệ đa dạng trực tiếp biến đầu vào đầu ra, phản ánh tính chất mô hình nhận thức mô hình hộp đen Ưu điểm phương pháp: Dữ liệu đầu vào mô hình ANN không thiết phải ổn định tuân theo phân bố chuẩn ARIMA Mô hình ANN mô hình phi tuyến 39 (tối ưu sử dụng ANN tối ưu hàm phi tuyến) Mô hình ANN cho kết tốt mô hình ARMA liệu hạn chế trường hợp phức tạp, mối quan hệ biến mô hình không tường minh Nếu so sánh với mô hình ARMA ANN công cụ dự báo tốt dự báo dựa vào trình hình thành mối quan hệ liệu Hơn ANN phù hợp với việc xử lý liệu thực chứa nhiễu hay bị bóp méo không đầy đủ Nhược điểm phương pháp: Rất khó tìm thông số tối ưu, không phản ánh thay đổi lớn, liệu sử dụng để xây dựng mạng trị số lớn 2.2.6 Phương pháp sử dụng mô hình toán 2.2.6.1 Mô hình mưa dòng chảy Phân tích hình thành lũ mưa, người ta dùng phương pháp quan hệ mưa - dòng chảy dự báo lũ Quá trình mưa lưu vực thường quan trắc dễ dàng dòng chảy sông suối, ta biết xác trình mưa cho phép ta dự báo dòng chảy sông với thời gian dự kiến dài Cơ sở lý luận phương pháp phương trình cân nước thời kì lũ : Y=X-Z-P Trong đó: Y - Độ sâu dòng chảy X - Độ sâu mưa Z - Tổn thất bốc P - Tổn thất thấm Có nhiều mô hình tính toán mưa - dòng chảy mô hình HEC – HMS, TANK (Nhật Bản), SSARR (Mỹ), NAM (Đan Mạch), SCARAMENTO (Mỹ)… 2.2.6.2 Mô hình ngẫu nhiên Trong nhiều lĩnh vực của sống môi trường, thủy văn, y tế, sinh học, kinh tế tồn tượng có mối quan hệ lẫn Phân tích chúng công cụ toán học thống kê thấy quan hệ tượng đa dạng, có quan hệ có quan hệ không Hình thức đặc trưng quan hệ liên hệ nhân quả, quan hệ tượng biểu tồn (xuất hiện, biến đổi, biến mất, ) phụ thuộc vào tượng khác (có mưa sinh dòng chảy), bên cạnh tượng nguyên nhân tác động đến 40 tượng khác (là hậu quả, kết quả) Như quan hệ nhân mỗi tượng vừa nguyên nhân đồng thời vừa kết tượng khác Hiện có ba chương trình chuyên dụng phục vụ cho xử lý phân tích số liệu thống kê thông dụng giới, SAS, SPSS STATA Các chương trình giảng dạy trường đại học mà công cụ thiếu nhà thống kê nghiên cứu quan sát thống kê nhiều lĩnh vực khác Hiện có nhiều mô hình ngẫu nhiên mô hình tổng hợp phân tích chuỗi liệu mô hình ARMA (p,q), mô hình hồi quy nhiều biến 2.2.6.3 Mô hình thủy lực Chuyển động nước mạng lưới sông thiên nhiên trình xẩy phức tạp đa dạng Hiện Việt Nam sử dụng nhiều phần mềm tính toán thủy lực mạng lưới sông khác Trước năm 1990 chương trình chuyên gia Việt Nam viết dùng rộng rãi là: VRSAP (Vietnam River System and Planing) GS Nguyễn Như Khuê viết KOD (không ổn định) GS Nguyễn Ân Niên viết, số chương trình khác tính truyền mặn tính toán thiết kế kênh Chương trình VRSAP giải hệ phương trình Saint Vernant theo sơ đồ sai phân ẩn, chương trình KOD giải hệ phương trình Saint -Vernant theo sơ đồ sai phân Cả hai chương trình liên tục bổ xung, hoàn thiện để tính toán cho mạng lưới sông, tính truyền lũ, tính truyền mặn tính toán phục vụ quản lý vận hành hệ thống công trình thủy lợi Sau 1990 phần mềm nhập từ nước thông qua dự án tài trợ tải miễn phí từ mạng Internet có: mô hình MIKE (11, 21), UNET, HEC-RAS phần mềm thành sản phẩm thương mại nên có chung đặc điểm giao diện đẹp, có nhiều tính phần mềm thương mại nên chương trình nguồn, chương trình nâng cấp hàng năm nên người dùng phải cập nhật thông tin để ứng dụng chương trình 2.3 Tổng quan mô hình ứng dụng dự báo thuỷ văn 2.3.1 Giới thiệu mô hình NAM NAM chữ viết tắt từ chữ Đan Mạch “Nedbor - Afstromming - Model”, nghĩa mô hình mưa - dòng chảy Mô hình Nam thuộc loại mô hình thuỷ văn tất định, xây dựng từ năm 1982 khoa Thuỷ văn Viện kỹ thuật động lực thuỷ lực thuộc trường Đại học kỹ thuật Đan Mạch Mô hình Nam sử dụng rộng rãi Đan Mạch, số nước nằm 41 nhiều vùng khí hậu khác Borneo, Mantania, Slilanca, Thái Lan, Ấn Độ v.v… Việt Nam, mô hình nguyên cứu sử dung năm gần để khôi phục chuỗi dòng chảy tháng, ngày từ mưa cho số lưu vực sông Trong đồ án ứng dụng mô hình Nam dự báo dòng chảy đến hồ thuỷ điện Buôn Kuốp để phục vụ trình vận hành hồ chứa 2.3.2 Giới thiệu mô hình TANK Lưu vực mô chuỗi bể chứa xếp theo tầng cột phù hợp với hình dạng lưu vực, cấu trúc thổ nhưỡng, địa chất,…Mưa lưu vực xem lượng vào bể chứa Mỗi bề chứa có cửa đáy Mô hình đơn giản kiểu cột bể TANK đơn: bể cột Phù hợp cho lưu vực nhỏ có độ ẩm cao Mô hình phức tạp mô hình TANK kép gồm số cột bể mô trình hình thành dòng chảy lưu vực, bể mô tả trình truyền sóng lũ sông Ưu điểm: Ứng dụng tốt cho lưu vực vừa nhỏ Khả mô dòng chảy tháng, dòng chảy ngày, dòng chảy lũ Nhược điểm: Có nhiều thông số không rõ ý nghĩa vật lý nên khó xác định trực tiếp Việc thiết lập cấu trúc thông số hóa mô hình thực sau nhiều lần thử sai, đòi hỏi người sử dụng phải có nhiều kinh nghiệm am hiểu mô hình 2.3.3 Giới thiệu mô hình LTANK Từ nghien cứu cấu trúc mô hình tất định mưa- dòng chảy, với xem xét đặc điểm tự nhiên hình thành dòng chảy sông ngòi Việt Nam PGS.TS Nguyễn Văn Lai (ĐH Thuỷ Lợi) Ronny Berndtsson (ĐH Lund-Thuỵ Điển) xây dựng mô hình có cấu trúc dạng bể chứa tuyến tính cho phép mô trình mưa-dòng chảy tốt lưu vực vừa nhỏ cho vùng nhiệt đới ẩm với địa hình có sườn ngắn dốc, chế độ dòng chảy chịu quy định chặt chẽ chế độ mưa Qua thời gian, mô hình thể khả ứng dụng tốt với điều kiện tự nhiên nước ta Ưu điểm: Cấu trúc đơn giản, dễ hiểu; liệ đầu vào thu thập dễ dàng; mô tốt trình mưa-dòng chảy lưu vực vừa nhỏ vùng nhiệt đới ẩm Bộ thông số ổn định, phản ánh chất vật lý lưu vực sông đa dạng địa hình, địa chất mặt đệm… Nhược điểm: Không áp dụng cho lưu vực lớn, chịu ảnh hưởng thuỷ triều, nước vật 42 2.3.4 Giới thiệu mô hình SSAR Tổng hợp dòng chảy điều tiết hồ chứa Đặc điểm mô hình: Xây dựng sơ đồ hình cho hệ thống sông, bao gồm: - Các lưu vực phận sinh dòng chảy - Điều kiện thủy văn tương đối đồng - Các đoạn sông diễn toán lũ - Các hồ chứa - Các đoạn sông xử lý nước vật - Các điểm nối tổng hợp dòng chảy Kết tính toán phụ thuộc vào việc xác định thông số quan hệ vật lý, số, tiêu xác định mềm dẻo Nhược điểm mô hình sử dụng nhiều quan hệ dạng bảng làm cho việc điều chỉnh mô hình gặp nhiều khó khăn khó tối ưu hoá Mô hình SSARR cải biến để ứng dụng cho hệ thống sông Hồng, sông Trà Khúc, sông Vệ cho kết tốt tính toán dự báo nghiệp vụ 2.3.5 Giới thiệu mô hình HEC – HMS - Mô hình HEC - HMS sản phẩm tập thể kỹ sư thủy văn thuộc quân đội Hoa Kỳ, mô lưu vực thành nhiều lưu vực phận nối với hệ thống mạng lưới sông nhánh diễn toán theo đoạn sông mặt cắt khống chế cửa 43 - Mô hình HEC - HMS sử dụng để mô trình mưa- dòng chảy xảy lưu vực cụ thể Có thể biểu thị mô hình sơ đồ sau: Đường lũ đơn vị Tổn thất(P) Mưa (X) > (Q~t) Y=X-P Dòng chảy (Y) -> Đường trình lũ qp Có thể hình dung chất hình thành dòng chảy trận lũ sau: Khi mưa bắt đầu rơi thời điểm đó, dòng chảy mặt chưa hình thành, lượng mưa ban đầu tập trung cho việc làm ướt bề mặt thấm Khi cường độ mưa vượt cường độ thấm bề mặt bắt đầu hình thành dòng chảy, chảy tràn bề mặt lưu vực, sau tập trung vào mạng lưới sông suối Sau đổ vào sông, dòng chảy chuyển động hạ lưu, trình chuyển động dòng chảy bị biến dạng ảnh hưởng đặc điểm hình thái độ nhám lòng sông Trong HEC - HMS, dự án chia thành ba hợp phần : Mô hình lưu vực (Basin model) chứa yếu tố lưu vực, liên kết thông số dòng chảy Mô hình lưu vực có giao diện thân thiện, nhập đồ từ GIS để sử dụng dạng nền, nhập liệu xuất từ HEC - Geo HMS Các đặc trưng vật lý khu vực sông miêu tả mô hình lưu vực Các yếu tố thủy văn như: lưu vực phận, đoạn sông, hợp lưu, phân lưu, hồ chứa, nguồn, hồ, đầm gắn kết hệ thống mạng lưới để tính toán trình dòng chảy Các trình tính toán thượng lưu đến hạ lưu Mô hình khí tượng (Meteorologic Model) chứa liệu mưa bốc Mô hình cho phép xác định trạm mưa lưu vực, xác định trạm mưa ứng với lưu vực phận, quản lý liệu mưa dòng chảy nhiều trạm mô hình Có thể cập nhật thêm số liệu mưa vào trạm mưa tương ứng với yêu cầu toán Các tiêu điều khiển (Control Specifications) bao gồm thời khoảng tính toán, thời gian bắt đầu kết thúc tính toán Mô hình HEC - HMS cung cấp nhiều phương pháp dùng để tính toán mưa, tính toán tổn thất, để chuyển lượng mưa hiệu thành dòng chảy, tính toán dòng chảy ngầm, diễn toán lũ Mô hình HEC - HMS cung cấp nhiều phương pháp dùng để tính toán tổn thất gồm phương pháp tốc độ thấm ban đầu thấm ổn định (Intial and Constant Rate), tính thấm theo số đường cong thấm quan bảo vệ đất Hoa Kỳ, phương 44 pháp tính thấm Green Ampt, phương pháp độ hụt bão hoà thấm số, phương pháp tính toán độ ẩm đất Dùng phương pháp tính lượng tổn thất trung bình thời đoạn tính toán, lượng mưa hiệu dùng để tính toán đường trình dòng chảy cho lưu vực - Trong phần mềm tính toán mưa từ dòng chảy HEC - HMS phần mềm đại phát triển từ phần mềm HEC-1 áp dụng rộng rãi Việt Nam giới để diễn toán dòng chảy từ mưa Việc ứng dụng mô hình HEC - HMS việc ứng dụng tiến khoa học kĩ thuật, dễ đối tác nước chấp nhận dự án diện tích lưu vực lớn chia thành lưu vực nhỏ sau tập hợp lại theo cấu trúc sẵn có mô hình Mô hình xác định để tính toán trình mưa dòng chảy hệ thống lưu vực hình Nó thiết kế để áp dụng với nhiều vùng địa lý để giải vấn đề khác Phạm vi áp dụng tính toán lũ dòng chảy cho lưu vực tự nhiên đô thị nhỏ Kết tính toán từ phần mềm sử dụng trực tiếp kết hợp với phần mềm khác để nghiên cứu tác động trình đô thị hoá, thiết kế đường tràn, dự báo lũ nhằm hạn chế, giảm thiệt hại lũ gây ra, điều tiết lũ vận hành hệ thống Ưu điểm: Rất thích hợp cho việc tính toán dòng chảy lũ sông trạm đo lưu lượng, trước có trạm đo lưu lượng trạm đo không hoạt động Nhược điểm: Việc hiệu chỉnh thông số tốt cho mô hình gặp nhiều khó khăn, đặc biệt áp dụng cho lưu vực có diện tích lớn hay ta số liệu tình hình điều kiện địa chất, thảm phủ, bốc lưu vực 2.3.6 Mô hình MARINE: Mô hình tính toán thủy văn Marine Viện Cơ học chất lỏng Toulouse MFT (Cộng hòa Pháp ) xây dựng Dựa phương trình Saint-Vernant để tính toán dự báo trình hình thành, lan truyền lũ lưu vực Dự báo tốt lũ sinh mưa lưu vực nhỏ, đòi hỏi phải có số liệu địa hình, thổ nhưỡng, lớp phủ, mạng lưới trạm khí tượng thuỷ văn đủ dày, đặc biệt phải dự báo mưa với độ phân giải cao 45 2.4 Lựa chọn mô hình Dựa vào đặc điểm địa hình lưu vực sông Srepok, tình hình thu thập số liệu trạm đo lưu vực em chọn mô hình NAM để dự báo dòng chảy đến hồ Buôn Kuop Vì: - Mô hình sử dụng hệ thức toán học đơn giản để chuyển đổi mưa thành dòng chảy, thông số dễ sử dụng - Là mô hình thông số tập trung phù hợp với lưu vực có nhiều lưu vực con, không yêu cầu nhiều chi tiết số liệu đầu vào - Khả ứng dụng mô hình lớn, kết nối dễ dàng với nhiều mô hình đơn khác phần mềm MIKE 11 nên có khả cung cấp số liệu đầu vào để giải toán - Đã áp dụng để dự báo lũ cho nhiều lưu vực sông miền Trung Tây Nguyên cho kết dự báo với độ tin cậy cao Do vậy, em chọn mô hình NAM, đưa trận lũ vào hiệu chỉnh chọn thông tối ưu cho lưu vực con, dựa vào thông số dự báo dòng chảy tới trạm thuỷ văn từ dùng phương pháp Muskingum diễn toán dòng chảy tới hồ Buôn Kuop 46 KẾT LUẬN Sau trình tìm hiểu niên luận em đánh giá vấn đề sau: - Vị trí địa lý lưu vực sông Srepok, đặc điểm địa hình, địa chất, thổ nhưỡng, thảm thực vật Các đặc điểm mạng lưới sông suối lưu vực sông Srepok Đặc điểm khí tượng thủy văn hình thời tiết gây mưa lũ lớn lưu vực sông Srepok Tình hình dân sinh, kinh tế, công trình thủy lợi xây dựng lưu vực sông Srepok Bước đầu tiếp cận toán dự báo thuỷ văn, tổng quan phương pháp dự báo lũ mô hình ứng dụng dự báo thuỷ văn Cơ sở lý thuyết mô hình dự báo dòng chảy Lựa chọn mô hình thích hợp để sử dụng đề tài đồ án ´´ Ứng dụng mô hình toán dự báo dòng chảy đến hồ Buôn kuop hệ thống sông Srepok`` 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Đặng Văn Bảng, Giáo trình “Dự báo thuỷ văn” - Trường Đại Học Thuỷ Lợi, Hà Nội – 2000´´ [2] Nguyễn Đức Dị,´´ Quy phạm dự báo lũ, Tiêu chuẩn ngành 94-TCN7-1991´´ [3] Nguyễn Kim Đồng, “Thuỷ điện Srêpôk - Thiết kế kỹ thuật” [4] PGS.TS Nguyễn Văn Lai, Bài giảng “Dự báo thuỷ văn” - Trường Đại học Thuỷ Lợi, Hà Nội – 2009.´´ [5] PGS.TS Lê Văn Nghinh, PGS.TS Bùi Công Quang, ThS Hoàng Thanh Tùng, Bài giảng “Mô hình toán Thuỷ văn” - Trường Đại học Thuỷ Lợi, Hà Nội – 2005 [6] TS Nguyễn Viết Thi, Giáo trình “Dự báo thuỷ văn” – Nhà xuất Bản đồ, Hà Nội – 2006 48 ... vực sông Srepok Tìm hiểu phương pháp dự báo thủy văn công cụ sử dụng để phục vụ cho tóan dự báo dòng chảy đến hồ Buôn Kuop Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Dòng chảy đến hồ Buôn. .. tập trung nghiên cứu ứng dụng mô hình toán dự báo dòng chảy đến hồ Buôn Kuop hệ thống sông Srepok Mục tiêu nghiên cứu - Thu thập tài liệu khí tượng thủy văn địa hình đất đai thổ nhưỡng thảm phủ... cứu Phương pháp mô hình toán thủy văn ứng dụng công nghệ GIS Nội dung nghiên cứu Chương I: Giới thiệu lưu vực sông Srepok Chương II: Tổng quan phương pháp dự báo lũ mô hình dự báo thuỷ văn CHƯƠNG