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 Giáo
Trang 1TRƯỜNG 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
Giáo viên hướng dẫn: ThS Trần Văn Tình
KS Nguyễn Thị Bích Ngọc
Hà Nội, năm 2015
Trang 2MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN 1
MỞ ĐẦU 2
1 Tính c ấp thiết của đề tài 2
2 M ục tiêu của đề tài 2
3 Ph ạm vi nghiên cứu 3
4 B ố cục đồ án 3
CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC TỈNH QUẢNG NGÃI 4
1.1 V ị trí địa lý 4
1.2 Đặc điểm địa hình 5
1.3 Th ổ nhưỡng 5
1.4 Th ảm phủ thực vật 6
1.5 Đặc điểm khí hậu 7
1.6 Ch ế 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 và 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 nền kinh tế thiệt hại 15
CHƯƠNG 2 : CÁC MÔ HÌNH DIỄN TOÁN DÒNG CHẢY TRONG SÔNG 16
2.1 M ột số mô hình diễn toán dòng chảy 16
2.1.1 Mô hình NAM 16
2.1.1.1 Cấu trúc của mô hình 18
Trang 32.1.1.2 Hiệu chỉnh các thông số của mô hình 20
2.1.1.3 Những điều kiện ban đầu 21
2.1.1.4 Những ứng dụng của 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 cơ bản 23
2.1.2.3 Hệ phương trình cơ bản 23
2.1.2.4 Thuật toán 24
2.1.2.5 Cấu trúc mô hình 25
2.1.2.6 Khả năng ứng dụng của mô hình 26
2.1.2.7 Các Input, Output của mô hình Mike 11 27
2.2 Các b ước thực hiện diễn toán dòng chảy sông 28
CHƯƠNG 3 :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 của mô hình 29
3.2.2 Hiệu chỉnh và 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 và điều kiện ban đầu 36
3.3.3 Các thao tác cơ bản trong Mike 11 37
3.3.3.1 Xây dựng mạng lưới sông 38
3.3.3.2 Nhập dữ liệu mặt cắt 40
3.3.3.3 Nhập dữ liệu biên 41
3.3.3.4 Biên tập file thủy lực HD 42
3.3.3.5 Tạo file mô phỏng hệ thống 43
Trang 43.3.4 Hiệu chỉnh và 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
N ội dung tính toán 48
4.1 Di ễn toán dòng chảy trên sông ứng với các trận lũ thiết kế 48
4.2 Ứng dụng mô hình mike 11 diễn toán dòng chảy trên sông ứng với lũ thiết kế Mô ph ỏng dòng chảy lũ ứng với trận lũ thiết kế 51
4.3 D ữ liệu đầu vào của mô hình 52
4.4 K ết quả diễn toán 52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55
1 K ẾT LUẬN 55
2 KI ẾN NGHỊ 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO 57
PHỤ LỤC 58
Trang 5DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
KS : Kỹ sư
KTTV : Khí tượng thủy văn
Th.S : Thạc Sỹ
DANH MỤC BẢNG
B ảng 1.1 : Bảng phân loại đất của tỉnh Quảng Ngãi 6
B ảng 1.2 : Các đặc trưng lớp phủ thực vật trên lưu vực sông Trà Khúc 7
B ảng 1.3 : Lượng mưa và các đặc trưng lũ của các trận lũ lớn 8
trên l ưu vực sông Trà Khúc 8
B ảng 1.4 : Danh sách trạm khí tượng, thuỷ văn, đo mưa trên lưu sông Trà Khúc 12
B ảng 1.5 : Đặc trưng tốc độ dòng chảy tb trong các trận lũ lớn nhất năm 13
B ảng 1.6 : Đặc trưng biên độ lũ, cường suất lũ các sông: 14
B ảng 2.1 : Các thông số hiệu chỉnh của mô hình NAM 20
B ảng 3.1: Sự khác nhau về đỉnh lũ trong hiệu chỉnh trạm Sơn Giang 32
B ảng 3.2 : Sự khác nhau về đỉnh lũ trong kiểm định trạm Sơn Giang 34
B ảng 3.3 : Sự khác nhau về đỉnh lũ trong hiệu chỉnh trạm Trà Khúc 45
B ảng 3.4 : Sự khác nhau về đỉnh lũ trong kiểm định trạm Trà Khúc 47
B ảng 4.1 : Bảng tần suất lý luận 49
B ảng 4.2 : Cấp mực nước báo động tại trạm Trà Khúc 54
B ảng 4.3 : Thời gian duy trì lũ tại trạm Trà Khúc so với cấp báo động 54
Trang 6DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 : B ản đồ mạng lưới sông tỉnh Quảng Ngãi 4
Hình 1.2 B ản đồ mạng lưới trạm tỉnh quảng Ngãi 11
Hình 2.1 : S ơ đồ mô phỏng của mô hình NAM 17
Hình 2.2 : Mô t ả hệ phương trình Saint-Vernant 24
Hình 2.3: Các điểm nút tính toán trong mô hình Mike 11 25
Hình 2.4 : S ơ đồ khối các bước mô phỏng trong mô hình 28
Hình 3.1: Đường quá trình lưu lượng lũ thực đo và tính toán 32
tr ạm Sơn Giang ngày 28/9 – 2/10/2009 32
Hình 3-2: Đường quá trình lưu lượng lũ thực đo và tính toán 33
tr ạm Sơn Giang ngày 15 – 18/10/2007 33
- Đánh giá tương quan giữa thực đo và tính toán trong kiểm định 34
Hình 3.3 : S ơ đồ các bước áp dụng mô hình Mike 11 35
Hình 3.4 : S ơ đồ mạng thuỷ lực sông Trà Khúc 35
Hình 3.5: C ửa sổ bắt đầu dự án mới trong mô hình Mike 11 37
Hình 3.6 : Mô đun thủy lực 37
Hình 3.7:C ửa sổ điều khiển Simulation 38
Hình 3.8 : C ửa sổ để tạo ra file mạng sông 39
Hình 3.9 : Thanh công c ụ trong MIKE 11 39
Hình 3.10 : Chi ều dài và khoảng cách giữa các điểm 40
Hình 3.11 : C ửa sổ tạo file để nhập mặt cắt 40
Hình 3.12 : C ửa sổ Insert Branch 41
Hình 3.13 : c ửa sổ nhập số liệu mặt cắt ngang 41
Hình 3.14: Các biên trong m ạng lưới 42
Hình 3.15 :C ửa sổ tạo chuỗi timeseries 42
Hình 3.16 : C ửa sổ tạo file thông số thủy lực 43
Hình 3.17: C ửa sổ input nhập các file mô phỏng 43
Hình 3.18 : C ửa sổ simulation 44
Hình 3.19 : Quan h ệ Htđ và Htt trạm Trà Khúc trong hiệu chỉnh 45
T ừ 01/10 đến 01/11 năm 2003 45
Trang 7Hình 3.20 : Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán trạm Trà Khúc 46
– sông Trà Khúc ngày 01/09 – 31/10/2009 46
Hình 4.1 : Đường quá trình lũ điển hình và lũ thiết kế 1% trạm Sơn Giang 50
Hình 4.2 : Đường quá trình lũ điển hình và lũ thiết kế trạm Sơn Giang 51
Hình 4.3 : Đường quá trình lũ điển hình và lũ thiết kế trạm Sơn Giang 51
Hình 4.4 : Đường quá trình mực nước diễn toán tại trạm Trà Khúc ứng với lũ 1% 52 Hình 4.5 : Đường quá trình mực nước diễn toán tại trạm Trà Khúc ứng với lũ 5% 53 Hình 4.6 : Đường quá trình mực nước diễn toán tại trạm Trà Khúc ứng với lũ 10% 53
Trang 8LỜI 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 sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo Trường Đại Học Tài nguyên và môi trường Hà Nội cùng gia đình và bạn bè
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Khí Tượng Thủy Văn
và Khoa Tài Nguyên Nước – Trường đại học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội đã truyền thụ kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập vừa qua, đặc biệt là thầy Th.S Trần Văn Tình, cô KS Nguyễn Thị Bích Ngọc người đã hướng dẫn và chỉ dạy rất tận tình cho em hoàn thành niên luận này
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới những người thân cùng toàn thể các bạn trong lớp đã cùng chia sẻ, giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện để tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và đồ án
Do đồ án được thực hiện trong thời gian có hạn, tài liệu tham khảo và số liệu đo đạc thiếu thốn, kinh nghiệm bản thân còn hạn chế nên nội dung đồ án vẫn còn những thiếu sót Vì vậy, rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của các thầy cô giáo và toàn thể các bạn sinh viên để đồ án có thể hoàn thiện tốt hơn
Hà Nội, ngày 15 tháng 6 năm 2015 Sinh viên thực hiện
Phạm Thị Thu Hương
Trang 9MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
Hàng năm Quảng Ngãi chịu nhiều hậu quả nặng nề do thiên tai gây ra làm ảnh hưởng lớn đến quá trình phát triển kinh tế, đời sống của địa phương, trong
đó đáng kể nhất là thiên tai do lũ lụt Đặc biệt những năm gần đây, do quá trình
đô thị hóa mạnh cùng với sự biến động của khí hậu toàn cầu, hiện tượng khí tượng thủy văn có sự thay đổi phức tạp Tình hình mưa lớn, lũ lụt xảy ra dồn dập hơn, ác liệt hơn, đã để lại hậu quả hết sức nặng nề, hàng ngàn hộ dân bị ngập lụt, các công trình bị tàn phá, các hoạt động kinh tế - xã hội bị gián đoạn gây ảnh hưởng rất xấu đến các địa phương trong tỉnh
Việc phòng chống lũ là một chương trình có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển kinh tế - xã hội của cả nước nói chung và nhân dân sinh sống ở ven sông Đáy nói riêng, đặc biệt là khi lũ lụt xảy ra ngày càng ác liệt như hiện nay Lũ xảy ra và gây thiệt hại là không thể tránh khỏi, song chúng ta có thể hạn chế những tác hại
mà lũ gây ra Việc nghiên cứu các giải pháp phòng lũ lụt được đặc biệt quan tâm, hướng tiếp cận của họ cũng là sự kết hợp giữa các giải pháp công trình và phi công trình Các giải pháp công trình thường được sử dụng như hồ chứa, đê điều, cải tạo lòng sông được sử dụng rất nhiều, các giải pháp phi công trình như quy hoạch trồng rừng, bảo vệ rừng, xây dựng, vận hành các phương án phòng tránh
lũ lụt và di dân khi có thông tin dự báo, cảnh báo chính xác được sử dụng cũng rất nhiều
Do lưu vực sông Trà Khúc có đặc điểm ngắn dốc, địa hình phân cấp rõ rệt nên các biện pháp công trình là khó có thể áp dụng Giải pháp phòng tránh kịp thời là hiệu quả nhất để giảm nhẹ thiệt hại do lũ cho lưu vực này
2 Mục tiêu của đề tài
Thực hành nghiên cứu giải quyết một bài toán thực tế, nâng cao kỹ năng ứng dụng mô hình toán với bài toán thực tế, học và biết cách phân tích tổng hợp viết báo cáo
Trang 10Qua ứng dụng mô hình Mike 11 đồ án phân tích diễn toán được mực nước tại trạm Trà Khúc ứng với các tần suất lũ từ đó có thể phục vụ cho việc phòng chống
lũ lụt
3 Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đồ án là lưu vực sông Trà Khúc, cụ thể tính từ trạm thủy văn Sơn Giang đến cửa sông Trà Khúc
4 Bố cục đồ án
Ngoài phần mở đầu và kết luận, đồ án được chia làm 4 chương:
Chương 1: Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Trà Khúc tỉnh Quảng Ngãi Chương 2: Khái quát các mô hình diễn toán dòng chảy trong 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