báo cáo tốt nghiệp chuyển kiến thức khoa học thành hành động trong ứng phó với biến gđổi khí hậu và bảo vệ tài nguyên và môi trường

LỜI NÓI ĐẦU THỦY VĂN - TÀI NGUYÊN NƯỚC 1 Ứng dụng Google Earth trong phòng chống lũ trên các lưu vực sông nhỏ, áp dụng thí điểm cho lưu vực Ngòi Thia, tỉnh Yên Bái Lương Tuấn Anh, Lã

LỜI NÓI ĐẦU

THỦY VĂN - TÀI NGUYÊN NƯỚC

1 Ứng dụng Google Earth trong phòng chống lũ trên các lưu vực sông nhỏ, áp

dụng thí điểm cho lưu vực Ngòi Thia, tỉnh Yên Bái

Lương Tuấn Anh, Lã Thanh Hà, Hoàng Văn Đại

3 Đánh giá hệ thống dự báo thủy văn bằng tỷ số RCRPS 18

Trịnh Nguyên Bão

4 Đánh giá hiệu quả của các công trình khai thác nước thi công bằng công

nghệ khoan tuần hoàn ngược

Trần Thành Công, Trần Đình Phương, Nguyễn Hồng Vân

6 Cập nhật mô hình dự báo lũ trên hệ thống sông Hồng - Thái Bình và một số kết quả dự báo lũ năm 2012

Hoàng Văn Đại, Hoàng Thị Nguyệt Minh

8 Nghiên cứu ứng dụng mô hình số thích hợp dự báo tài nguyên nước mặt cho

lưu vực sông Ba

57

Thân Văn Đón, Dương Văn Khánh

9 Biểu hiện của biến đổi khí hậu và tác động lên tài nguyên nước của tỉnh

Bình Định

67

La Đức Dũng, Nguyễn Hoàng Minh, Lê Hữu Hoàng, Nguyễn Mạnh Thắng, Đỗ Đình Chiến, Trần Hồng Thái

10 Nước ảo và quản lý tài nguyên nước theo quan điểm nước ảo 74

Lương Hữu Dũng, Hoàng Minh Tuyển, Ngô Thị Thủy, Lê Tuấn Nghĩa

11 Bước đầu đánh giá độ nhạy một số tham số trong mô hình mô phỏng xâm nhập mặn cho vùng hạ lưu hệ thống sông Mã

81

Lã Thanh Hà, Hoàng Văn Đại, Nguyễn Thị Hiền

12 Nhận xét bước đầu về ảnh hưởng của ENSO đến dòng chảy các sông Đà,

Thao và Lô

88

Lã Thanh Hà, Trần Thanh Xuân, Văn Thị Hằng

Nguyễn Xuân Hiển, Khương Văn Hải, Nguyễn Thị Phương, Nguyễn Anh Dũng

14 Dòng chảy đô thị từ mưa ở tiểu lưu vực Suối Giữa Trên - Đô thị mới Bình Dương

104

Trương Văn Hiếu

15 Sử dụng mô hình MIKE11 dự báo lũ đồng bằng sông Cửu Long và định hướng phát triển

112

Nguyễn Việt Hưng

16 Xây dựng công nghệ cảnh báo, dự báo lũ và ngập lụt cho lưu vực sông Ba 118

Đặng Thanh Mai, Vũ Đức Long, Vũ Văn Hiếu

17 Diễn biến hàm lượng phù sa trên sông Tiền từ Tân Châu đến Mỹ Thuận 127

19 Sử dụng và phát triển tài nguyên nước trên lãnh thổ Việt Nam 143

Hoàng Niêm, Huỳnh Thị Lan Hương

20 Xâm nhập mặn mùa khô các năm 2011-2013 ở Đồng bằng sông Cửu Long

và công tác dự báo mặn của Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Bộ

148

Trần Đình Phương, Hoàng Lê Nhung

21 Đánh giá việc phân phối chia sẻ nguồn nước tỉnh Thanh Hóa dưới tác động của biến đổi khí hậu

156

Bảo Thạnh, Vũ Thị Hương, Ngô Nam Thịnh, Phạm Thanh Long

22 Nghiên cứu tương quan mực nước trên sông kênh rạch Thành phố Hồ Chí Minh phục vụ công tác giảm ngập úng

Đặng Hồ Phương Thảo, Nguyễn Hồng Quân

24 Đặc điểm mực nước đỉnh triều trên sông rạch Thành phố Hồ Chí Minh 182

Hoàng Minh Tuyển, Lương Hữu Dũng, Ngô Thị Thủy

27 Các chỉ số đánh giá tính dễ bị tổn thương và phương pháp tính toán 203

Cấn Thu Văn, Nguyễn Thanh Sơn

28 Nghiên cứu áp dụng thí điểm chỉ số bền vững lưu vực sông cho lưu vực sông Cầu

212

Lê Thị Mai Vân, Trần Thanh Xuân

BIỂN

30 Sự lơ lửng trở lại của phù sa đáy khu vực phía trong thềm lục địa – Trường hợp nghiên cứu bờ biển Tây Bắc Đài Loan

229

Hoàng Anh, Hwa Chien, Hao-Yuan Cheng

31 Biến động dòng chảy và bùn cát hạ lưu sông Mê Công 235

Nguyễn Xuân Hiển, Trần Thục, Lương Hữu Dũng

32 Ứng dụng công nghệ Web GIS nhằm dự báo quỹ đạo vật thể trôi phục vụ tìm kiếm cứu nạn trên biển

243

Đàm Duy Hùng, Dương Hồng Sơn, Trần Thị Nhung, Lê Văn Quy

33 Ứng dụng bộ mô hình kết nối nghiên cứu biến động của nhiệt độ nước bề

mặt (SST) khu vực bờ Tây Biển Đông

250

Lê Quốc Huy, Trần Thục, Đinh Văn Ưu

34 Một số đặc điểm địa chất, địa mạo và xói lở bờ biển đảo Phú Quốc 257

Lê Hoài Nam, Nguyễn Ngọc Tuyến, Hà Quang Hải

35 Ứng dụng ROMS nghiên cứu trường dòng chảy khu vực biển Cà Mau 264

Trần Thùy Nhung, Dương Hồng Sơn, Lê Văn Quy

36 Phân tích biến động đường bờ khu vực Cà Mau bằng ảnh landsat 270

Doãn Hà Phong, Trần Thục, Lê Phương Hà, Nguyễn Ngọc Anh

37 Ứng dụng viễn thám thành lập bản đồ lượng trầm tích lơ lửng ven biển tỉnh

Cà Mau

276

Doãn Hà Phong, Trần Thục, Nguyễn Minh Hằng

38 Nghiên cứu tính toán sóng bằng Delft 3D tại khu vực biển Cần Giờ 282

Bảo Thạnh, Ngô Nam Thịnh, Trần Tuấn Hoàng

39 Nghiên cứu khả năng suy giảm sóng tầu bởi hệ thực vật ven sông bằng mô

Dương Anh Điệp

42 Khả năng giám sát từ xa mực nước sông hồ bằng thiết bị đo nguyên lý phao

và công nghệ không dây trong quan trắc nghiệp vụ, dự báo thủy văn và

cảnh báo lũ lụt

308

Nguyễn Văn Hà, Nguyễn Minh Tuấn, Lê Hà Hoàng Minh

43 Nghiên cứu tính toán quá trình ô nhiễm kim loại nặng vịnh Cam Ranh – Khánh Hoà theo các kịch bản kinh tế xã hội

314

Nguyễn Thị Thuỵ Hằng, Nguyễn Kỳ Phùng, Nguyễn Thị Bảy

Hoàng Khánh Hòa, Trương Văn Hiếu, Nguyễn Thúy Lan Chi

45 Nghiên cứu tính toán tải lượng các nguồn gây ô nhiễm chủ yếu trên rạch Bình Thọ, Thành phố Hồ Chí Minh

Dương Hồng Sơn, Đàm Duy Hùng, Lê Văn Quy, Lê Văn Linh

Trần Sơn, Nguyễn Thị Kim Anh, Tống Thị Ngân, Nghiêm Thùy Linh, Lục Tiến Dũng, Phạm Châu Long

49 Đánh giá hiện trạng công tác bảo vệ môi trường của các cơ sở sản xuất nằm ngoài khu công nghiệp tại thị xã Thuận An

355

Nguyễn Văn Sơn, Nguyễn Thị Phương, Phan Thái Sơn

50 Chất lượng môi trường nước tại các rạn san hô vùng biển Cù Lao Chàm, tỉnh Quảng Nam

Đinh Đức Trường, Lê Hà Thanh, Phan Thị Anh Đào, Lê Xuân Tuấn

52 Nghiên cứu sự hiện diện của một số dư lượng kháng sinh và chất gây rối loạn nội tiết trong vùng hạ lưu lưu vực Sài Gòn – Đồng Nai

374

Nguyễn Đinh Tuấn, Hoàng Thị Thanh Thủy

53 Tác động của các yếu tố môi trường đến sự phân bố rừng ngập mặn khu dự trữ sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ, Thành phố Hồ Chí Minh

382

Lê Xuân Tuấn, Nguyễn Xuân Tùng

54 Rủi ro môi trường trong sử dụng xe buýt CNG 388

Huỳnh Huy Việt, Nguyễn Thị Thùy Dương

Môi trường (Viện KTTVMT) đã trở thành đơn vị nghiên cứu hàng đầu của Bộ Tài nguyên và Môi trường về lĩnh vực Khí tượng, Thủy văn, Tài nguyên nước, Môi trường

và Biến đổi khí hậu Viện đã chủ trì và phối hợp với các đơn vị trong và ngoài nước thực hiện thành công nhiều đề tài, dự án thuộc các chương trình khoa học cấp Nhà nước, cấp Bộ và các dự án hợp tác quốc tế Với phương châm “Đem kiến thức khoa học phục vụ cuộc sống”, các kết quả nghiên cứu của Viện đã phục vụ trực tiếp việc xây dựng các chính sách; được triển khai trong sản xuất, phục vụ hiệu quả cho phát triển kinh tế - xã hội của các ngành và các địa phương

Được Bộ Tài nguyên và Môi trường giao nhiệm vụ làm đầu mối nghiên cứu cơ

sở khoa học của biến đổi khí hậu, tác động của biến đổi khí hậu và các giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu ở Việt Nam, Viện đã chủ trì xây dựng và cập nhật Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam, xây dựng Kế hoạch hành động quốc gia về biến đổi khí hậu, soạn thảo nhiều tài liệu, sách hướng dẫn kỹ thuật về tích hợp vấn đề biến đổi khí hậu vào các chính sách, kế hoạch cũng như xây dựng các hành động giảm nhẹ khí nhà kính phù hợp với điều kiện quốc gia (NAMA) Các đơn vị trong Viện tùy theo lĩnh vực chuyên môn, đã đóng góp vào thành tích chung của Viện, đặc biệt là trong việc phục vụ xây dựng và triển khai Kế hoạch hành động ứng phó với biến đổi khí hậu tại các địa phương

Nhân dịp kỷ niệm 30 năm thành lập Phân viện Khí tượng Thủy văn và Môi trường phía Nam (1983-2013), đơn vị trực thuộc Viện KTTVMT tại phía Nam, nhằm ghi nhận những thành quả đã đạt được của Phân viện trong thời gian qua, Viện

KTTVMT tổ chức Hội thảo khoa học quốc gia lần thứ 16 với chủ đề “Chuyển kiến

thức khoa học thành hành động trong ứng phó với biến Gđổi khí hậu và bảo vệ tài nguyên và môi trường”

với hơn 100 bài báo khoa học từ nhiều lĩnh vực khác nhau đã được tuyển chọn Nhân dịp này, Viện KTTVMT xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học trong và ngoài Viện

đã tích cực hưởng ứng và đóng góp cho hoạt động khoa học và công nghệ của Viện

Dù đã rất cố gắng trong biên tập, Tuyển tập báo cáo chắc chắn không tránh khỏi một số sai sót, chúng tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của độc giả để

có thể hoàn thiện trong những lần sau

Trân trọng cám ơn!

VIỆN TRƯỞNG

GS TS Trần Thục

THỦY VĂN - TÀI NGUYÊN NƯỚC

ỨNG DỤNG GOOGLE EARTH TRONG PHÒNG CHỐNG LŨ

TRÊN CÁC LƯU VỰC SÔNG NHỎ, ÁP DỤNG THÍ ĐIỂM

CHO LƯU VỰC NGÒI THIA, TỈNH YÊN BÁI

An Tuấn Anh

Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường

Bài báo này giới thiệu một số kết quả ứng dụng mô hình IFAS (Hệ thống phân tích lũ – dòng chảy tích hợp), bộ mô hình MIKE tính toán ngập lụt hạ lưu lưu vực Ngòi Thia tỉnh Yên Bái được tích hợp trên Google Earth nhằm để thấy rõ được lưu lượng dòng chảy dọc sông, diện ngập lụt trên lưu vực để từ đó đưa ra các giải pháp phòng chống hiệu quả

Trong nghiên cứu này các kết quả tính toán từ mô hình thủy văn, thủy lực được cập nhật trên nền Google Earth để có thể biểu diễn được một cách trực quan về phân

bố lượng mưa, dòng chảy trong lưu vực, diện ngập trên lưu vực sông như thế nào, từ

đó có thể đưa ra các phương án phòng chống lũ hợp lý, hiệu quả nhất

Bài báo này giới thiệu một số kết quả ứng dụng mô hình IFAS (Hệ thống phân tích lũ – dòng chảy tích hợp), bộ mô hình MIKE tính toán ngập lụt hạ lưu lưu vực Ngòi Thia tỉnh Yên Bái được tích hợp trên Google Earth nhằm để thấy rõ được lưu lượng dòng chảy dọc sông, diện ngập lụt trên lưu vực để từ đó đưa ra các giải pháp phòng chống hiệu quả

2 Giới thiệu vùng nghiên cứu

Ngòi Thia là lưu vực bao trọn huyện Trạm Tấu, thị xã Nghĩa Lộ, một phần huyện Cát Thịnh và một phần huyện Văn Yên tỉnh Yên Bái Lưu vực có diện tích 1500

Trên lưu vực Ngòi Thia đã xảy ra rất nhiều trận lũ, lũ quét lớn gây thiệt hại nặng nề về người và của, ảnh hưởng đến sản xuất, giao thông liên lạc, ổn định đời sống của đồng bào các dân tộc và thực hiện mục tiêu xóa đói giảm nghèo của địa phương Việc nghiên cứu dự báo mưa lũ, cảnh báo ngập lụt sẽ giúp địa phương qui hoạch sử dụng đất một cách hợp lý cũng như sẵn sàng chuẩn bị đối phó với các nguy

cơ xảy ra lũ, lũ quét

Hình 1 Bản đồ lưu vực Ngòi Thia tỉnh Yên Bái

Dưới đây liệt kê thời gian xuất hiện, địa điểm xuất hiện và mức độ thiệt hại của một số trận lũ quét đã xảy ra trên các thôn, bản thuộc huyện Trạm Tấu tỉnh Yên Bái trong những năm gần đây

Bảng 1 Một số trận lũ quét điển hình trên lưu vực Ngòi Thia

tỉnh Yên Bái

Tấu tỉnh Yên Bái

Hát Líu, xã Trạm Tấu huyện Trạm Tấu tỉnh Yên Bái

có khả năng cung cấp giao diện để nhập dữ liệu mưa đầu vào không chỉ sử dụng dữ

liệu từ vệ tinh mà cả số liệu mưa quan trắc bề mặt, cũng như các chức năng GIS nhằm thiết lập mạng lưới sông ngòi và ước tính các thông số của cơ chế phân tích dòng chảy mặc định và giao diện hiển thị kết quả đầu ra Mô hình có thể dùng để dự báo mưa – dòng chảy ở các lưu vực thiếu số liệu quan trắc mưa

Cấu trúc của mô hình IFAS:

Mô hình IFAS là mô hình thông số phân bố (chia lưu vực ra thành các ô lưới có kích thước (L x L) )

Tính toán mưa dòng chảy tại các ô lưới trên lưu vực

Mỗi ô lưới được cấu tạo bởi 3 (hoặc 2) bể chứa riêng biệt theo chiều thẳng đứng

Kết quả của mô hình là dòng chảy tại bất kỳ một ô lưới nào trên bề mặt lưu vực

Thông số mô hình IFAS:

Với: R: lượng mưa

Eps: bốc hơi nước

Q0: dòng chảy ngầm

QSF: dòng chảy mặt

Qri: dòng chảy sát mặt

h: chiều cao bể chứa

SF2: chiều cao lớp dòng chảy sát mặt

SF1: chiều cao lớp dòng chảy mặt

Sf0: chiều cao lớp dòng chảy ngầm

A = L * L: khu vực lưới với L, chiều dài lưới

Mô-đun mô hình thủy động lực (HD) là một phần trọng tâm của hệ thống lập

mô hình MIKE 11 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 lắng không có cố kết Mô-đun MIKE 11 HD giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo tính liên tục và động lượng (momentum), nghĩa là phương trình Saint Venant Các ứng dụng liên quan đến mô-đun MIKE 11 HD bao gồm:

4 Ứng dụng mô hình

4.1 Cơ sở dữ liệu

- Dữ liệu địa hình, thảm thực vật, số liệu mưa được lấy từ vệ tinh

- Dữ liệu khí tượng thuỷ văn đã thu thập: số liệu mưa giờ tại Trạm Văn Chấn,

(1km x 1km) tất cả các số liệu địa hình, số liệu thảm phủ thực vật, số liệu đất, khí tượng đều được đưa vào mô hình theo số liệu thực đo hoặc số liệu từ vệ tinh (trường hợp khu vực nghiên cứu thiếu số liệu tính toán)

GOOGLE EARTH

(Mô phỏng kết quả tính toán của

mô hình IFAS và MIKE 11- GIS trên google earth)

Mô hình MIKE

(Tính toán thủy lực, ngập lụt lưu vực sông)

Giải pháp qui hoạch phòng chống lũ hiệu quả

Lưu vực có đủ số liệu tính toán

Hình 3a Miền tính trong mô hình IFAS Hình 3b Thông số trong mô hình IFAS

Mô hình Mike

Mạng sông được giới hạn bởi 5

biên trên: Biên trên 1 (Q~t) tại đầu

nguồn suối Ngòi Thia, biên trên 2, 3, 4

(Q~t) tại đầu nguồn các suối nhánh, số

liệu dòng chảy biên trên được trích

xuất từ mô hình IFAS ,biên dưới (H~t)

tại cửa ra của lưu vực

Do suối ngòi Thia là con suối

nhỏ, không có tài liệu đo đạc địa hình

nên số liệu mặt cắt ngang được lấy từ

tài bản đồ DEM với độ phân dải 5m x

Mô hình Mike11 kết hợp với

Mô hình Mike 11GIS được tích hợp

trong Arcview để đưa ra bản đồ ngập

lụt trên hệ thống sông

Hình 4 Sơ đồ thủy lực suối Ngòi Thia

4.4 Kết quả tính toán

Mô hình IFAS cho kết quả tính toán mưa, dòng chảy tại bất kỳ ô lưới nào trên lưu vực, kết quả tính toán làm đầu vào cho tính toán thủy lực và ngập lụt trên lưu vực sông

Hình 5a Kết quả tính toán dòng chảy

trong mô hình IFAS

Hình 5b Kết quả tỉnh toán dòng chảy xuất

Ngoài việc mô phỏng ngập lụt trong mô hình toán thì việc đưa kết quả ngập lụt

đã tính toán được vào Google Earth sẽ mang lại hiệu quả rất lớn trong việc kiểm tra lại vùng ngập hiện trạng đã khảo sát, xác định được mức độ thiệt hại thực tế trong lưu vực nghiên cứu, chủ động phòng chống di dời người dân ra khỏi khu vực nguy hiểm, quy hoạch tái định cư cho người dân

5 Kết luận

- Ứng dụng được mô hình IFAS trong công tác dự báo, cảnh báo với những vùng thiếu số liệu quan trắc là rất cần thiết nhất là đối với những lưu vực nhỏ, khó khăn như ở Việt Nam

- Kết quả dự báo lũ trong mô hình IFAS, ngập lụt trong mô hình Mike 11GIS được đưa lên Google Earth thể hiện rất trực quan, phục vụ tốt công tác phòng chống lũ của địa phương

- Một điểm đáng chú ý nữa là Google Earth có thể giúp các nhà khoa học đánh giá được:

+ Mức độ tin cậy của số liệu khảo sát (vị trí khảo sát, vị trí lấy mẫu, vị trí các mặt cắt địa hình, vị trí điều tra hiện trạng vùng nghiên cứu)

+ Các kết quả tính toán ngập lụt từ các mô hình thủy lực có phù hợp với hiện trạng khảo sát hay không (Phương án ngập hiện trạng có đúng với khảo sát thực địa hay không)

+ Đề xuất phương án di dời người dân khỏi khu vực nguy hiểm, quy hoạch tái định cư cho người dân (Giai đoạn tính toán các kịch bản)

- Công nghệ dự báo này mong muốn được phát triển ra các lưu vực khác trên lãnh thổ Việt Nam

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Johan N Hartnack, Henrik Madsen, Jacob V.T Sorensen (2006) Data assimilation in a combined 1D-2D flood model using the ensemble kalman filter

2 Tawatchai Tingsanchali and D Eng (2009) Flood impact assessment in the surrouding area of Suvarnabhumi airport, Thailand Advances in GeoSciences, Volume 11 (Hydrological Science), p 283-298

3 Trần Ngọc Anh (2011) Xây dựng bản đồ ngập lụt hạ lưu các sông Bến Hải và Thạch Hãn, tỉnh Quảng Trị

4 Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường (2010), báo cáo tổng kết Dự án: Lã Thanh Hà Dự án “Phân vùng và cảnh báo nguy cơ lũ quét các tỉnh miền núi phía Bắc”

APPLICATION OF GOOGLE EARTH IN FLOOD PREVENTION ON THE SMALL RIVER BASINS, APPLIED TO NGOI THIA BASIN,

YEN BAI PROVINCE

An Tuan Anh

Vietnam Institute of Meteorology, Hydrology and Environment

Google Earth is a collection of images taken from the geo satellite imagery, and aerial photography and from the geographic information system GIS

Google Earth is a useful tool for researchers in hydrological planning survey and inspection of calculated results with the current state and status survey for the proposed disaster plan

Calculation results from hydrological modeling, hydraulic models can be updated in the Google Earth background to visually illustrate distributions of rainfall, stream flow in the basin, river basin flooded area to see how and from which to make plans for effective flood prevention

TÍNH TOÁN THỦY VĂN, THỦY LỰC PHỤC VỤ THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÊNH THOÁT NƯỚC TÀU HŨ- BẾN NGHÉ, ĐÔI TẺ

Lương Tuấn Anh, Lã Thanh Hà, Hoàng Văn Đại

Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường

Bài báo trình bày kết quả tính toán mực nước thiết kế hệ thống kênh thoát nước Tàu

Hũ - Bến Nghé - Đôi Tẻ thành phố Hồ Chí Minh phục vụ giai đoạn thiết kế chi tiết dựa trên

cơ sở áp dụng mô hình thủy văn tính quá trình lưu lượng đầu vào và mô hình thủy lực tính toán quá trình chuyển nước mưa theo các hướng thoát nước chủ đạo của hệ thống với điều kiện biên được xác định từ nghiên cứu khả thi

1 Mở đầu

Lưu vực cần thoát nước mưa của hệ thống kênh Tàu Hũ-Bến Nghé, Đôi-Tẻ

nhỏ (hình 1) Hướng thoát nước chủ yếu của hệ thống kênh là về phía sông Sài Đồng Nai và ngược lại, về phía Nam ra sông Bến Lức và Cần Giuộc Nhiệm vụ chủ yếu của nghiên cứu là thẩm định các kết quả nghiên cứu thủy văn và tính toán mực nước thiết kế của hệ thống kênh trên cơ sở các điều kiện cải tạo lòng dẫn và điều kiện biên được đề xuất từ của nghiên cứu khả thi của Cơ quan Hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA) [6] Bài báo trình bày kết quả tính toán thủy văn của hệ thống thoát nước dựa trên cơ sở mô hình thủy văn ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn sóng động học một chiều có tính đến quá trình tập trung dòng chảy để xác định điều kiện đầu vào cho

Gòn-hệ thống kênh thoát nước và mô hình thủy lực giải Gòn-hệ phương trình Sain-Venant, mô phỏng vận động sóng lũ dọc theo hệ thống kênh để xác định mực nước thiết kế

2 Tính toán thủy văn

Mô hình thủy văn mưa-dòng chảy có tính đến quá trình tập trung dòng chảy được xây dựng dựa trên cơ sở giải hệ phương trình sóng động học một chiều bằng phương pháp phần tử hữu hạn [2, 4] Hệ phương trình sóng động học một chiều bao gồm:

qt

¶

¶

h- Độ sõu của lớp dũng chảy;

o

e

là hệ số tổn thất ban đầu; Sa=55,0mm lượng mưa tớch lũ bóo hũa; fsa=0,9 là hệ số dũng chảy bóo hũa

triển hệ số cú trị số 0,1-0,15

Cỏc tiểu lưu vực được xấp xỉ bằng cỏc dải sườn dốc và được chia thành cỏc phần tử cú độ dốc sườn dốc tương đối đồng nhất dựa trờn cơ sở bản đồ địa hỡnh 1/10.000 và được thể hiện ở Hỡnh 1

Quỏ trỡnh mưa thiết kế được chọn là quỏ trỡnh mưa 6h, trận mưa tần suất 5 năm lặp lại cú tổng lượng mưa là 113,47mm, trận mưa tần suất 10 năm lặp lại cú tổng lượng mưa 127,54mm [6]

K.Ta

u Hu

K Doi

K.Be

Nge

S a

i G o R iv e r

R

a Tang

R

On g

e

R

o Gom

1 2 3 4 5

1 2

1 3 4 5 6

2 1 2 3 4

3

4 7

8 9 10

1

2 1

2

1 2

1 2

1 2

1 1

Hình 1 Sơ đồ mô phỏng l-u vực Tàu Hũ - Bến Nghé bằng các PTHH

1 Số thứ tự các phần tử C3.13 Ký hiệu các tiểu l-u vực

C4.3

C3.4

C4.1

C4.4 C4.52

C3.13

C4.51

C4.61

C4.71 C4.81

C4.62 C7.72

C4.82

C4.3

Hỡnh 1 Sơ đồ mụ phỏng lưu vực Tàu Hũ - Bến Nghộ bằng cỏc PTHH

Hình 2: Quá trình lũ thiết kế tần suất 5

năm lặp lại tại các tiểu lưu vực

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Hình 3: Quá trình lũ thiết kế tần suất 10 năm lặp lại tại các tiểu lưu vực

Kết quả tính toán quá trình lũ thiết kế tần suất 5 năm lặp lại tại các tiểu lưu vực được thể hiện ở Bảng 1, tần suất 10 năm lặp lại được thể hiện ở Bảng 2 và tương ứng trên các Hình 2 và 3 Kết quả tính toán cho thấy trong hầu hết các trường hợp nghiên cứu, kết quả tính theo phương pháp phần tử hữu hạn sóng động học một chiều có sự phù hợp tốt với kết quả nghiên cứu của JICA tính theo phương pháp thích hợp Tuy

lưu lượng đỉnh lũ thiết kế với tần suất 5 năm và 10 năm lặp lại tương ứng là 117 và 131

với điều kiện thực tế của các lưu vực sông nhỏ của nước ta Lưu lượng và mô đun đỉnh

lũ thiết kế của một số sông suối nhỏ khu vực miền núi phía Bắc và Bắc Trung bộ ở nước ta được thể hiện ở Bảng 3

Bảng 1: Kết quả tính lũ thiết kế 5 năm lặp lại theo mô hình và theo nghiên cứu của

Bảng 3: Lưu lượng lũ thiết kế 10 năm lặp lại của một số sông suối nhỏ ở Việt Nam

3 Tính toán mực nước thiết kế

Tính toán mực nước thiết kế hệ thống thoát nước kênh Tàu Hũ-Bến Nghé,

Đôi-Tẻ được thực hiện trên cơ sở tính toán dòng chảy không ổn định, áp dụng hệ phương trình Sain-Venant dưới dạng:

2

=+

Q Q n gA x

q- lưu lượng nước nhập lưu, được tính từ mô hình mưa-dòng chảy, được trình bày ở phần trên

Hệ phương trình (3) và (4) được giải bằng sơ đồ hiện tăng cường, được trình bày chi tiết trong công trình [3]

Định hướng thoát nước mưa chủ yếu của hệ thống được xác định theo các kênh dẫn nước theo 2 hướng là ra sông Sài Gòn- Đồng Nai và ngược lại, về phía Nam ra sông Bến Lức và Cần Giuộc Số liệu mặt cắt lòng dẫn dự kiến được cải tạo lấy theo kết quả nghiên cứu của JICA [6] Trong tất cả các phương án tính toán hệ số nhám Manning đối với kênh được kè đá được chọn là 0,03

a Điều kiện biên:

dựa trên kết quả nghiên cứu khả thi như sau:

Phương án 1: lưu lượng vào hệ thống ứng với tần suất thiết kế 10 năm lặp lại,

mực nước không đổi trong quá trình lũ tại cửa ra sông Sài Gòn (trạm Phú An) và ra

sông Vàm cỏ Đông ( Rạch Ba Gốc, Chợ Đệm) của hệ thống là 1,54m (tương ứng mực

nước cao nhất quan trắc được trong khu vực nghiên cứu)

Phương án 2: lưu lượng vào hệ thống ứng với tần suất thiết kế 10 năm lặp lại,

mực nước không đổi trong quá trình lũ tại cửa ra sông Sài Gòn (trạm Phú An) và ra

sông Vàm cỏ Đông ( Rạch Ba Gốc, Chợ Đệm) của hệ thống là 1,43m

Phương án 3: lưu lượng vào hệ thống ứng với tần suất thiết kế 10 năm lặp lại,

mực nước không đổi trong quá trình lũ tại cửa ra sông Sài Gòn (trạm Phú An) và ra

sông Vàm cỏ Đông ( Rạch Ba Gốc, Chợ Đệm) của hệ thống là 1,32m

Phương án 4: lưu lượng vào hệ thống ứng với tần suất thiết kế 5 năm lặp lại,

mực nước không đổi trong quá trình lũ tại cửa ra sông Sài Gòn (trạm Phú An) và ra

sông Vàm cỏ Đông ( Rạch Ba Gốc, Chợ Đệm) của hệ thống là 1,32m (tương ứng mực

nước thiết kế : DWL, Reach 4, hình C.4.12, tr C-74, JICA [6])

Việc lựa chọn các phương án mực nước không đổi trong quá trình lũ là sự chọn lựa bất lợi cho việc thoát nước của hệ thống và là điều kiện có thể xảy ra (thủy triều cao kết hợp mưa tại chỗ, mưa-lũ thượng nguồn), do đó là hoàn toàn chấp nhận được

b Kết quả tính toán thuỷ lực:

Tổng hợp kết quả tính thủy lực hệ thống kênh Tàu Hũ-Bến nghé, Kênh Đôi Tẻ theo từng phương án được thể hiện ở các Bảng 4 Kết quả tính toán quá trình mực nước và lưu lượng theo phương án 4 được thể hiện ở Hình 4 và 5

Bảng 4: Tổng hợp kết quả tính toán thủy lực theo các phương án

Hình 4: Quá trình mực nước tính toán theo

phương án 4

-60 -40 -20 0 20 40 60 80

Hình 5: Quá trình lưu lượng nước tính

toán theo phương án 4

Phân tích tính hợp lý của kết quả tính toán cho thấy, đối với phương án 1, tổng

- Tương ứng tổng lượng đến gần bằng: 61.7km 2 (diện tích toàn vùng) x 128mm (lượng mưa thiết kế tần suất 10 năm lặp lại) x 0.842 (hệ số dòng chảy)

nhận được

Từ các kết quả tính toán thủy lực có thể nhận xét rằng đường mực nước thiết kế theo các phương án tính toán dọc sông thay đổi không đáng kể (Bảng 4) mặc dù dao động mực nước trong quá trình lũ biến đổi trên hoặc dưới 1,0m (Hình 4)

Theo kết quả tính toán có thể nhận thấy rằng mực nước thiết kế kênh Tàu Bến Nghé tần suất trung bình 10 năm lặp lại có trị số nhỏ hơn và gần bằng 1,5m Lưu

/s và

Cũng cần lưu ý rằng kết quả tính lưu lượng và vận tốc trong trường hợp chọn lựa là bất lợi cho việc thoát nước mưa còn khả năng thực tế thoát nước của hệ thống kênh sẽ lớn hơn rất đáng kể nếu gặp các trường hợp thuận lợi hơn về điều kiện biên ra như không

bị ảnh hưởng của mưa tại chỗ và mưa-lũ thượng nguồn các sông Sài Gòn, hoặc sông Vàm Cỏ Đông, sông Bến Lức,

4 Kết luận

Hệ thống thoát nước Tầu Hũ-Bến Nghé, Đôi-Tẻ là một hệ thống liên kết phức tạp Tuy nhiên, việc lựa chọn hướng thoát nước chủ yếu trong nghiên cứu thiết kế và điều kiện biên trong trường hợp bất lợi đã đơn giản hóa bài toán nhưng có cơ sở khoa học và thực tiễn Việc áp dụng mô hình mưa-dòng chảy có tính đến thời gian tập trung dòng chảy để xác định điều kiện đầu vào của hệ thống và mô hình thủy lực để tính toán mực nước thiết kế không những đưa ra được kết quả tính toán theo yêu cầu đề ra

mà còn cung cấp các thông tin về quá trình vận động của sóng lũ theo các hướng thoát nước chính của hệ thống, tạo cơ sở để lựa chọn phương án thiết kế hợp lý và có hiệu quả

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Chương trình NCKH cấp nhà nước 42A (1989): Số liệu KTTV Việt Nam Tập 2: Tập số liệu Thủy văn

2 Công Ty thoát nước và Môi trường Việt Nam ,VIWASE (2004): Tính toán thủy văn-Thủy lực phục vụ thiết kế chi tiết hệ thống thoát nước lưu vực Tàu Hũ-Bến Nghé, Đôi-Tẻ, thành phố Hồ Chí Minh

3 GS TSKH Nguyễn Ân Niên (1991): Phương pháp giải các bài toán lũ trên sông Đại học Thủy lợi

4 JICA-HPC (1994): The study on urban drainage and wastewater disposal system

in Hanoi City Nippon Koei Co LTD Appendix C: Hydrology

5 JICA-PHCMC (1999): The study on urban drainage and sewerage system for Ho Chi Minh City in SPV Final Report Pacific Consultants International

6 Nguyễn Thanh Sơn, Lương Tuấn Anh (2003): Áp dụng mô hình thủy động lực

các phần tử hữu hạn mô tả quá trình mưa-dòng chảy Tạp chí Khoa học Đại học

Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên và Công Nghệ T.19, số 1-2003 tr 90-99

HYDROLOGIC AND HYDRAULIC COMPUTATION FOR DESIGN OF

TAU HU-BEN NGHE, DOI-TE CANAL SYSTEM

Lương Tuấn Anh, Lã Thanh Hà, Hoàng Văn Đại

Viet Nam Institute of Meteorology Hydrology and Environment

The paper presents the results for detail designed water level computation of Tau Ben Nghe, Doi-Te canal system of Ho Chi Minh city based on applying hydrologic model for runoff hydrograph and hydraulic model for rainfall water drainage along the main direction

Hu-of the drainage system with boundary condition determining from feasibility studies

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG DỰ BÁO THỦY VĂN BẰNG TỶ SỐ RCRPS

Trịnh Nguyên Bão

Phân viện Khí tượng Thủy văn và Môi trường Phía Nam

Hệ thống dự báo khí tượng, được tính toán và đã dự báo cho những khoảng thời gian sắp tới khác nhau, đang ngày càng được sử dụng nhiều như là đầu vào cho các mô hình thủy văn để gia tăng thời gian cảnh báo lũ và cải thiện các dự báo lũ Quá trình dòng chảy ở lưu vực sông rất phức tạp trong tự nhiên và lưu lượng nước dự báo do ảnh hưởng của những yếu

tố khí tượng một cách phi tuyến tính Yếu tố tự nhiên phức tạp như vậy cho nên việc áp dụng

tỷ số hiệu suất phổ biến đánh giá hệ thống dự báo khí tượng vào việc đánh giá tỷ số hiệu suất của hệ thống dự báo thủy văn không phải là đơn giản

Hơn nữa, mức độ lưu lượng sông khác nhau có thể gây khó khăn cho việc giải thích và

so sánh những tỷ số, như trong trường hợp của tỷ số xác suất (CRPS) của một hệ thống dự báo khí tượng Bài báo này sẽ trình bày một tỷ số xác suất giảm thiểu (RCRPS, Trinh et al., 2013) để đánh giá cho những cường độ lưu lượng sông khác nhau, và hiệu suất ứng dụng của

nó Và tỷ số định lượng của những hệ thống dự báo thủy văn (HEPS) bằng tỷ số xác suất giảm thiểu được đề nghị, và để truy cập hiệu suất của tỷ số xác suất của tất cả những hệ thống cảnh báo cho dự báo lũ

1 Mở đầu

Hệ thống dự báo thủy văn sử dụng hệ thống dự báo khí tượng (EPS) như là đầu vào ngày càng tăng nhiều trong thập kỷ qua (Cloke et al, 2009; Cloke và Pappenberger, 2009; Bogner và Kalas, 2008) Như vậy hệ thống dự báo thủy văn (HEPS) (Thielen et al 2009a, 2009b) gồm có một thành phần xác định (Determinist)

và một thành phần xác suất (Probability)

Dự báo xác suất được tính bằng số thành viên (member) đã dự báo một sự kiện trên tổng số thành viên của quần thể (Ensemble) Được gọi là hệ thống xác suất Dự báo xác định cung cấp một ước tính có độ phân giải cao duy nhất, hữu ích nhất cho dự báo không gian chính xác và thời gian dự báo ngắn hạn

Trong khi dự báo xác suất cung cấp thêm thông tin cho dự báo xác định, tức là dấu hiệu cho thấy khả năng của một sự kiện cực đoan, một ước tính của dự báo không chắc chắn, khả năng mở rộng thời gian cảnh báo lũ dài hạn hơn (trung bình > 3 ngày),

và các thông tin xác suất để chuyển đổi thành tỷ số CL (Cost-Loss) và rủi ro giảm thiểu khi quyết định cảnh báo (Verbunt et al, 2007; Roulin et al, 2007; Gouweleeuw et

al 2005) Để xác minh nếu một hệ thống dự báo thủy văn nắm bắt sự phân bố của biểu

đồ thuỷ văn và xác suất của các sự kiện thủy văn cực đoan một cách chính xác, người

ta sử dụng nhiều tỷ số đánh giá khác nhau (Bartholmes et al, 2009; Cloke và Pappenberger, 2008, Randrianasolo et al, 2010; Thirel et al, 2010) Và các tỷ số đánh giá này dĩ nhiên là cũng để cải thiện, nâng cao hệ thống dự báo

Cloke và Pappenberger (2009) cảnh báo cộng đồng đang phát triển HEPS hãy đánh giá một cách cẩn thận các dự báo bằng kỹ thuật định lượng Tuy nhiên hiện nay rất ít hướng dẫn những phương pháp "thực hành tốt nhất" Thông thường một hoặc nhiều tỷ số sử dụng trong việc đánh giá EPS được áp dụng trực tiếp vào việc đánh giá HEPS Nhưng việc này dẫn tới hệ lụy là sự phụ thuộc của tỷ số xác suất vào cường độ lưu lượng nước khi sử dụng tỷ số xác suất Từ đó dẫn đến sự sai lầm khi so sánh khả

năng dự báo của một hệ thống dự báo thủy văn trên hai con sông có cường độ lưu lượng nước khác nhau

Mục đích của bài viết này là để trình bày ưu điểm của tỷ số xác suất giảm thiểu (RCRPS, Trinh et al., 2013) dùng để đánh giá HEPS và đề suất việc sử dụng tỷ số này

để đánh giá một dự báo có thể xảy ra với xác suất là bao nhiêu của một tổ hợp các hệ thống thủy văn Mô tả và thảo luận thêm về các tỷ số khác nhau được sử dụng trong đánh giá dự báo xác suất có thể được tìm đọc trong Stanki et al (1989) và gần đây hơn, trong Toth et al (2003) Mỗi tỷ số sẽ đánh giá mỗi hiệu suất khác nhau của một

dự báo xác suất như: độ tin cậy, độ phân giải, độ sắc nét, biên độ và sai số, tất cả đều

là quan trọng để hiểu đầy đủ HEPS Vì vậy, Jolliffe và Stephenson (2003) đề nghị một phương pháp tiếp cận nhiều tỷ số hiệu suất khác nhau để đánh giá đầy đủ và chính xác HEPS

Phần II trình bày Tỷ số xác suất giảm thiểu: cách tính toán và ưu điểm so với tỷ

số xác suất và phần III là đề suất sử dụng tỷ số xác suất giảm thiểu để hổ trợ quyết định cảnh báo lũ của một hệ thống dự báo thủy văn tích hợp Kết luận sẽ ở phần IV

2 Ưu điểm tỷ số xác suất giảm thiểu

Để đánh giá một dự báo thủy văn xác định (Determinist), các tỷ số thường được dùng như sai số bình phương trung bình (Mean Square Error: MSE), sai số tuyệt đối trung bình (Mean Absolute Error: MAE), căn hai của sai số bình phương trung bình (Root Mean Square Error: RMSE) (Cloke và Pappenberger, 2008; Jolliffe và Stephenson, 2003) có thể được sử dụng để xác định chất lượng của hiệu suất dự báo Trong nhiều ứng dụng thủy văn, tỷ số Nash-Sutcliffe (Nash và Sutcliffe, 1970) là tỷ số phổ biến nhất được sử dụng (Schaefli và Gupta, 2007) Tuy nhiên, trái ngược với dự báo xác định khi một tỷ số duy nhất có thể là đủ để mô tả hiệu suất của dự báo, dự báo xác suất của HEPS có các thuộc tính khác nhau về hiệu suất của HEPS như độ tin cậy,

độ phân giải, độ sắc nét, biên độ và sai số phải được phân tích Vì không thể đánh giá với một tỷ số duy nhất, những phương pháp và tỷ số khác nhau phải được áp dụng để nắm bắt đầy đủ các hiệu suất của một HEPS

CRPS, thường được sử dụng trong khí tượng, có các đặc tính đáng chú ý của tỷ

số xác suất (Hersbach 2000; Candille et al, 2007; Laio và Tamea, 2007; Candille, 2009) Cụ thể là:

1 Nhạy cảm với toàn bộ phạm vi cho phép của thông số quan tâm;

2 Không đòi hỏi sự xếp hạng trước, vì kết quả có thể bị ảnh hưởng sau đó;

3 Là tích phân của tỷ số Brier (Brier, 1950);

4 Đối với các dự báo xác định, CRPS bằng MAE và do đó tỷ số này cho phép so sánh hiệu suất của dự báo xác định và dự báo xác suất của một HEPS Chất lượng này là cần thiết để hổ trợ quyết định an toàn cho các cảnh báo lũ (xem phần III hổ trợ quyết định cảnh báo lũ);

5 Giá trị trung bình của Chi phí dự kiến (tỷ số Cost/Loss, Laio và Tamea, 2007);

6 Nó cho phép so sánh hai (H)EPS

Tuy nhiên, sự phụ thuộc của CRPS vào cường độ lưu lượng nước đã làm cho CRPS không thể dùng để so sánh hiệu suất dự báo của một HEPS ở hai trạm thủy văn

có cường độ lưu lượng nước khác nhau Một vấn đề tương tự xảy ra khi sử dụng biên

độ (spread of ensemble) và căn hai của sai số trung bình (RMSE) để đánh giá hệ thống

dự báo thủy văn trên hai lưu vực sông có lưu lượng khác nhau, đã được chỉ ra bởi Randrianasolo et al (2010) và Thirel et al (2010) Laio và Tamea (2007) đã chỉ ra vấn

đề này trong khi họ sử dụng nó trên các lưu vực sông khác nhau

Để khắc phục vấn đề này và có tỷ số xác suất độc lập với cường độ của biến số nghiên cứu, RCRPS đã được trình bày trong Trinh et al (2013) Tỷ số này được tính dựa trên việc chuẩn hóa tỷ số xác suất (CRPS) bởi cường độ lệch chuẩn của lưu lượng nước sông và nó bảo tồn các đặc tính đáng chú ý của tỷ số xác suất nêu trên

3 Hỗ trợ quyết định cảnh báo lũ

HEPS đã và đang sử dụng nhiều EPS khác nhau như là đầu vào của mô hình thủy văn để dự báo lũ sớm Tuy nhiên câu hỏi sẽ được đặt ra là làm thế nào để tích hợp những HEPS khác nhau để quyết định đưa ra cảnh báo lũ trong khi mỗi HEPS lại có những đặc tính hiệu suất khác nhau ?

Ví dụ, Hình 1 cho thấy một cảnh báo lũ sớm của mô phỏng các HEPS của hệ thống dự báo lũ Châu Âu (EFAS) ở Ý tại sông Pô ngày 24/04/2009 00h Email cảnh báo lũ này là "Dựa trên hệ thống dự báo khí tượng Châu Âu (European Center Medium-Range Weather Forecasts EPS: ECMWF EPS) dự báo EFAS cho thấy một xác suất cao vượt quá mức cảnh báo cao của EFAS cho lưu vực sông Pô từ ngày 27 tháng 4 trở đi cho đến ngày 02 tháng năm liên tục hơn 46 thành viên của HEPS (51 thành viên) vượt quá mức cảnh báo cao Theo dự báo xác định ECMWF (European Determinist EUD) mới nhất (24-04-2009-00) và dự báo xác định của dịch vụ thời tiết Đức (German Weather Service: DWD) hỗ trợ kết quả “vượt quá mức cảnh báo cao” Mức cảnh báo nghiêm trọng chỉ vượt quá ở một trong những nhánh sông (Tanaro River) có đến 7 thành viên EPS vượt quá cảnh báo nghiêm trọng Đỉnh cao của lũ lụt

dự kiến sẽ xảy ra vào ngày 27 và 28 Tháng 4 ở thượng nguồn của sông Pô và vào ngày

29 đến 30 tháng tư cho hạ lưu của sông Pô" Mặc dù dự báo xác định của DWD chỉ hiện rõ từ ngày 23/04/2009 00 h, nhưng dự báo xác định của ECMWF đã chỉ ra vào ngày 22/04/2009 12h Vì sự cẩn trọng và tính chính xác khi dự báo lũ nên đến sáng ngày 25/04/2009, cảnh báo lũ mới được gửi đi

Chính vì vậy việc định lượng hiệu suất dự báo của các HEPS khác nhau bằng phương pháp trung bình trọng lượng (Weighted average), thường được sử dụng trong thống kê, sẽ rất hữu ích cho việc đưa ra quyết định cảnh báo lũ sớm

Sau đây, trọng lượng của các HEPS trong EFAS có đầu vào như: Hiệp hội cho

mô hình quy mô nhỏ (Consortium for Small-scale Modeling: COSMO-LEPS), EPS ECMWF, DWD và EUD (Xin xem thêm trong bài báo Hệ thống cảnh báo lũ lụt ở Châu Âu) được tính ra bởi hai tỷ số tương đương (Hersbach, 2000): tỷ số xác suất giảm thiểu (RCRPS) và sai số tuyệt đối trung bình (MAE) Các HEPS dùng tỷ số xác suất giảm thiểu như EPS ECMWF và Cosmo-LEPS; và các HEPS dùng MAE như DWD và EUD

Cho a và b là RCRPS của EPS ECMWF và Cosmo-LEPS; và c và d là MAE của DWD và EUD Bởi sự định hướng tiêu cực của hai tỷ số không âm RCRPS và MAE, trọng lượng cho mỗi HEPS được cho bởi tổng nghịch đảo trong phương trình 1

Cho  ,    

, 1, 4 , 1,10

t l i

EPS ECMWF, DWD và EUD được mô phỏng tại thời điểm t với dự báo vào thời gian

l; s là mức cảnh báo (nghiêm trọng, cao, trung bình và thấp);  , 

cảnh báo (số thành viên của HEPS vượt cảnh báo / tổng số thành viên), và là 1 cho

1 4

pháp xác suất thống kê Đề xuất này là cách tính nhanh nhất các thành phần của tích hợp những hệ thống dự báo như: xác suất cảnh báo, trung bình và biên độ Nó thích ứng cho hệ thống cảnh báo lũ ở thời gian thực Phương pháp trung bình trọng lượng cũng là một phương pháp được sử dụng nhiều trong toán xác suất thủy văn

Tuy nhiên, hệ thống cảnh báo nào cũng vẫn cần đến kinh nghiệm khảo sát của con người để đưa ra quyết định cảnh báo hay không Chính vì vậy các mô phỏng HEPS và các tỷ số, đều là các hệ thống hỗ trợ quyết định cảnh báo lũ, và đương nhiên

là càng nhiều thông tin, nhiều HEPS và nhiều tỷ số thì sẽ giúp ích rất nhiều cho cơ quan dự báo lũ Hơn thế nữa, những thông tin thống kê, khảo sát và dữ liệu của những trận lũ quá khứ cũng giúp đỡ rất nhiều cho quyết định cảnh báo lũ sớm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Bartholmes, J.C., Thielen, J., Ramos, M.H and Gentilini, S., 2009 The european flood alert system EFAS – Part 2: Statistical skill assessment of probabilistic and

deterministic operational forecasts Hydrol Earth Syst Sci., 13(2): 141-153

2 Bogner, K and Kalas, M., 2008 Error-correction methods and evaluation of an ensemble based hydrological forecasting system for the Upper Danube catchment

Atmospheric Science Letters, 9(2): 95-102

3 Brier, G.W., 1950 Verification of forecasts expressed in terms of probability

Mon Weather Rev, 78: 1-3

4 Candille, G., 2009 The Multi-ensemble Approach: The NAEFS Example

Monthly Weather Review, 137(5): 1655-1665

5 Candille, G., Cote, C., Houtekamer, P.L and Pellerin, G., 2007 Verification of an

Ensemble Prediction System against Observations Monthly Weather Review,

135(7): 2688-2699

6 Cloke, H.L and Pappenberger, F., 2008 Evaluating forecasts of extreme events for hydrological applications: an approach for screening unfamiliar performance

measures Meteorological Applications, 15(1): 181-197

7 Cloke, H.L and Pappenberger, F., 2009 Ensemble flood forecasting: A review

Journal of Hydrology, 375(3-4): 613-626

8 Cloke, H.L., J Thielen del Pozo, F Pappenberger, S Nobert, G Balint, C Edlund,

A Koistinen, C De Saint-Aubin, E Sprokkereef, C Viel, P Salomon, and R Buizza 2009 Progress in the implementation of Hydrological Ensemble

Prediction Systems (HEPS) in Europe for operational flood forecasting ECMWF

newsletter 121:20-24

9 Gouweleeuw, B T., J Thielen, G Franchello, A P J De Roo, and R Buizza

2005 Flood forecasting using medium-range probabilistic weather prediction

Hydrol Earth Syst Sci 9 (4):365-380

10 Hersbach, H., 2000 Decomposition of the continuous ranked probability score for

ensemble prediction systems Weather and forecasting, 15: 559-570

11 Jolliffe I.T., Stephenson D.B (2003) Forecast Verification: A practitioner's

Guide in Atmospheric Science Wiley:UK

12 Laio, F and Tamea, S., 2007 Verification tools for probabilistic forecasts of

continuous hydrological variables Hydrol Earth Syst Sci., 11: 1267-1277

13 Nash, J.E and Sutcliffe, J.V., 1970 River flow forecasting through conceptual

models Part I: a discussion of principles Journal of Hydrology, 10: 282-290

14 Randrianasolo, A., Ramos, M H., Thirel, G., Andreassian, V and Martin, E Comparing the scores of hydrological ensemble forecasts issued by two different

hydrological models, Atmospheric Science Letters, 11: 100-107, 2010

15 Roulin, E., 2007 Skill and relative economic value of medium-range hydrological

ensemble predictions Hydrol Earth Syst Sci., 11(2): 725-737

16 Schaefli, B and Gupta, H.V., 2007 Do Nash values has value? Hydrological

process: 1-6

17 Stanki, H.R., Wilson, L.J and Burrows, W.R., 1989 Survey of common verification methods in meteorology, Technical report No 8 Geneva: WMO

18 Thielen, J., Bartholmes, J., Ramos, M.-H and de Roo, A., 2009b The European

Flood Alert System – Part 1: Concept and development Hydrol Earth Syst Sci.,

France – Part 2: Impact on the ensemble streamflow forecasts, Hydrology and

Earth System Sciences, 14, 1639-1653, 2010

21 Toth, Z., Talagrand, O., Candille, G and Zhu, Y., 2003 Probability and ensemble

forecasts In: Forecast Verification: A practitioner's Guide in Atmospheric

Science Jolliffe I., Stephenson D.B (eds), Wiley:UK, 137-163 pp

22 Trinh, B N., Thielen-del Pozo, J and Thirel, G (2013) The Reduction CRPS for

evaluating discharge forecasts from HEPSs, Atmospheric Science Letters,

doi: 10.1002/asl2.417

23 Van Der Knijff, J.M., Younis, J and De Roo, A.P.J., 2010 LISFLOOD: a based distributed model for river basin scale water balance and flood simulation

GIS-International Journal of Geographical Information Science, 24(2), 189-212

24 Verbunt, M., Walser, A., Gurtz, J., Montani, A and Schar, C., 2007 Probabilistic Flood Forecasting with a Limited-Area Ensemble Prediction System: Selected

Case Studies Journal of Hydrometeorology, 8(4): 897-909

THE QUANTIFICATION OF THE HYDROLOGICAL ENSEMBLE PREDICTION SYSTEM (HEPS) BY THE REDUCTION CONTINUOUS

RANK PROBABILITY SCORE (RCRPS)

Trinh nguyen Bao

Sub-Institute of Hydrometeorology and Environment of South Vietnam (SIHYMETE)

Ensemble Prediction System (EPS) meteorological forecasts, calculated operationally for various lead-times, are increasingly used as input to hydrological models to extend flood- warning times and improve forecasts Catchment runoff processes are understood to be very complex in nature and river discharge predictions are related to the forcing meteorology in a non-linear way Such complexities mean that it is not straightforward to adapt commonly applied skill score from meteorology for use in describing the skill-score of the probabilistic river discharge predictions

Furthermore, the different river discharge magnitudes can make difficult the interpretation and comparison of these scores, as it is for the Continuous Rank Probability Score (CRPS) In this paper, a novel ‘Reduction’ CRPS (RCRPS: Trinh et al., 2013), which takes into account the different river discharge magnitudes, is presented, and its usefulness is exhibited And the quantification of different Hydrological Ensemble Prediction Systems (HEPS) by RCRPS is also proposed in order to access to the total probabilistic river discharge skill score of all different HEPSs

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH KHAI THÁC NƯỚC THI CÔNG BẰNG CÔNG NGHỆ KHOAN TUẦN HOÀN NGƯỢC

Trần Văn Chung

Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước miền Nam

Công nghệ khoan tuần hoàn ngược là một trong những công nghệ khoan có hiệu quả cao trong việc khoan các giếng khoan khai thác nước với quy mô công nghiệp Công nghệ này đã ra đời từ lâu song hiện nay mới được thực sự áp dụng trong sản xuất qua các công trình được Liên đoàn QH và ĐT TNN miền Nam thi công Kết quả phân tích các thông số cơ bản của giếng khoan cũng như giá thành đầu tư và chi phí vận hành đã chứng minh tính ưu việt của công nghệ khoan tuần hoàn ngược khi khoan các giếng khai thác nước ở vùng đồng bằng Nam Bộ

1 Giới thiệu

Ngày nay nước dưới đất đang trở thành nguồn tài nguyên hết sức quý giá, cung cấp nguồn nước sinh hoạt và hoạt động công nghiệp chủ yếu của con người, đặc biệt là vùng đồng bằng Nam Bộ Nước dưới đất được khai thác thông qua các giếng khoan với đủ mọi cấp độ khác nhau

Việc thiết kế và phương pháp thi công các giếng khoan khai thác nước dưới đất

có ảnh hưởng lớn đến chất lượng, hiệu suất khai thác cũng như tuổi thọ của giếng Ở Việt Nam, hầu hết các giếng khoan khai thác nước quy mô công nghiệp đều được khoan bằng phương pháp khoan tuần hoàn thuận thông thường Khi khoan bằng phương pháp khoan tuần hoàn thuận, độ nhớt và vận tốc dâng lên của dung dịch khoan

là những yếu tố quyết định hiệu quả rửa sạch mùn khoan tại đáy lỗ khoan Tuy nhiên,

do bị giới hạn về công suất của máy bơm dung dịch nên hiệu quả rửa sạch mùn khoan của hầu hết các máy khoan rôto tuần hoàn thuận bị giới hạn trong các lỗ khoan có đường kính từ 550mm trở lên, trong khi đường kính lỗ khoan này nhiều khi là còn chưa phù hợp với các giếng khai thác nước có công suất lớn, đặc biệt là các giếng được bọc sỏi Hơn nữa khi tăng đường kính lỗ khoan thì tốc độ khoan của các máy tuần hoàn thuận giảm đáng kể Để khắc phục các nhược điểm trên, người ta đã thiết kế các máy khoan với công nghệ khoan tuần hoàn ngược, sử dụng cả nước và khí như là dung dịch khoan

2 Giới thiệu về phương pháp khoan tuần hoàn ngược

Hình 1a Sơ đồ dùng bơm ly tâm Hình 1b Sơ đồ dùng máy nén khí

Có nhiều phương pháp khác nhau để duy trì sự tuần hoàn dung dịch, tuy nhiên, trên thực tế, phương pháp tuần hoàn bằng máy bơm ly tâm hoặc máy nén khí được sử dụng phổ biến nhất

Phương pháp sử dụng bơm ly tâm (Hình 1a): trong sơ đồ này vòi hút của máy bơm ly tâm được nối với cần xanhích và qua đó là cần khoan Hệ thống này khá đơn giản, tuy nhiên hiệu suất sử dụng không cao do giới hạn hút của máy bơm ly tâm

Hình 2 So sánh hiệu quả của các phương pháp tuần hoàn khác nhau

Phương pháp sử dụng máy nén khí (Hình 1b): phương pháp này sử dụng máy nén khí dựa trên nguyên lý bơm airlift Sơ đồ này hiện được sử dụng phổ biến trong khoan tuần hoàn ngược do hiệu suất cao, có thể khoan được các giếng khoan đường kính lớn và sâu

2.2 Ưu nhược điểm

Các ưu điểm cơ bản

- Độ rỗng và tính thấm của tầng chứa nước ở vùng xung quanh lỗ khoan ít bị ảnh hưởng so với các phương pháp khoan khác

- Có thể khoan các giếng khoan đường kính lớn một cách nhanh chóng và kinh tế

- Không cần sử dụng ống chống trong quá trình khoan

- Giếng khoan dễ dàng chống ống chống, ống lọc và đổ sỏi

- Giếng khoan dễ dàng được rửa sạch do dung dịch khoan có vận tốc chảy rất thấp

- Đặc biệt có hiệu quả khi khoan trong các trầm tích bở rời

Các nhược điểm chính

- Cần lượng nước cung cấp tương đối lớn trong suốt quá trình khoan

- Máy khoan rôto tuần hoàn ngược và các dụng cụ kèm theo thường có kích thước lớn, vì vậy thường nặng nề, cần nhiều nhân lực trong quá trình thi công và giá thành máy, dụng cụ cao

2.3 Các công trình chính đã thực hiện

Trong khuôn khổ Dự án “Nghiên cứu nước dưới đất vùng đồng bằng sông Mê Kông” hợp tác với Công ty Tư vấn Kiến trúc và Xây dựng HASKONNING – Hà Lan, Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước miền Nam đã tiếp nhận một bộ máy khoan theo công nghệ khoan tuần hoàn ngược Sau một thời gian ngắn nghiên cứu và vận hành thử, Liên đoàn đã từng bước làm chủ được công nghệ và ứng dụng thành công trong hàng loạt công trình

Khởi đầu cho các công trình khoan khai thác nước bằng công nghệ tuần hoàn ngược là các giếng khoan thuộc Công ty Bia Việt Nam Sau đó Công ty Khai thác và

xử lý nước ngầm TP đã mời Liên đoàn thi công một loạt các giếng với công suất lớn

Công ty nước khoáng La Vie Long An đã mời Liên đoàn thiết kế và thi công giếng khoan khai thác nước tầng sâu với sự giám sát của chuyên gia Pháp Giếng khoan đã hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng và vệ sinh công nghiệp của các chuyên gia Pháp

Công ty Tư vấn GHD (Australia) trong khuôn khổ Dự án cấp nước và vệ sinh môi trường 3 Thị xã đồng bằng Nam bộ đã hợp tác với Liên đoàn thi công các giếng

Liên đoàn đã tham gia đấu thầu quốc tế và thắng thầu hai gói thầu thi công các bãi giếng thuộc tỉnh Bến Tre và TP Quy Nhơn – Bình Định Đặc biệt là các giếng khoan tại Quy Nhơn, mặc dù tầng chứa nước rất nông song thành phần hạt gồm chủ yếu là cuội sỏi nên các phương pháp khoan thông thường gặp rất nhiều khó khăn khi thi công và hiệu suất giếng rất thấp

3 Đánh giá hiệu quả của các công trình thi công bằng công nghệ THN

Các giếng khoan được thi công bằng phương pháp tuần hoàn ngược tiết kiệm được nhiều thời gian mặc dù đường kính giếng khoan thường rất lớn, đặc biệt là trong giai đoạn súc rửa giếng phục hồi tính thấm tầng chứa nước do dung dịch khoan chủ yếu là nước lã, đới bị ảnh hưởng của dung dịch khoan mỏng, và cũng vì vậy, tiết kiệm nhiều vật tư để gia công dung dịch

Việc đánh giá hiệu quả của công nghệ khoan tuần hoàn ngược được thực hiện thông qua việc phân tích số liệu của 5 giếng khoan thi công bằng công nghệ khoan THN tại khu vực Nhà máy nước ngầm Hóc Môn – TP Hồ Chí Minh (G15N, G13A, G20A, G19A, G15S) và 5 giếng khoan thi công bằng công nghệ khoan THT trong cùng khu vực (G15, G13, G20, G19, G15-1) Các công trình này được chọn để phân tích, so sánh vì có cùng điều kiện thi công và quy mô giếng khai thác và cùng được Liên đoàn thi công

3.1 So sánh, đánh giá về thời gian thi công công trình

Thời gian thi công các giếng khoan được thể hiện trên hình sau

Hình 3 Biểu đồ so sánh thời gian thi công của 2 phương pháp khoan

Đồ thị ở Hình 3 cho thấy thời gian thi công các giếng bằng công nghệ THT dao động trong khoảng từ 28 đến 42 ngày tùy thuộc vào chiều sâu giếng, trung bình là 33,4 ngày, trong khi đó thời gian thi công các giếng bằng công nghệ THN dao động trong khoảng từ 15 đến 24 ngày, trung bình là 18,6 ngày

Phân tích nguyên nhân

Khi sử dụng công nghệ tuần hoàn thuận để khoan các giếng khai thác nước đường kính lớn, khả năng vận chuyển mùn khoan của máy bơm bùn là rất khó khăn do lưu lượng của máy bơm hiện đang sử dụng rất nhỏ (trung bình là 350l/phút, đặc biệt khi lượng mùn tăng lên nhiều Để khắc phục nhược điểm này, các đơn vị thi công thường áp dụng hai giải pháp: thứ nhất, khoan mở rộng đường kính thành nhiều cấp khác nhau, với mục đích nhằm làm giảm lượng mùn khoan trong một lần khoan, và thứ hai là gia tăng tỷ trọng và độ nhớt của dung dịch khoan bằng cách pha thêm nhiều bột sét bentonite

Giải pháp thứ nhất sẽ kéo dài thời gian thi công do phải khoan nhiều lần trên cùng một chiều sâu cần khoan Giải pháp thứ hai sẽ tạo nên hiệu ứng "skin", trên thành

lỗ khoan sẽ tạo nên một lớp vỏ sét dày, dung dịch sét bentonite sẽ đi sâu vào tầng chứa nước và đông kết thành keo Vì vậy, sau khi kết thúc chống ống giếng, việc làm sạch dung dịch sét để khai thông tầng chứa nước thường khó khăn, phức tạp, thông thường phải dùng nhiều biện pháp xử lý từ các biện pháp cơ học như bơm bằng bơm bùn, sục giếng bằng máy ép khí, múc trào, sục pít tông đến biện pháp hóa học như dùng phụ gia hòa tan sét, v.v Những biện pháp đó có tác dụng tốt nhưng cũng sinh ra nguy cơ cao gây hư hỏng ống lọc giếng và cả ống chống giếng Có nhiều công trình sau khi áp dụng tất cả các biện pháp xử lý nêu trên vẫn không đạt được kết quả như mong muốn, khả năng đánh giá các thông số của tầng chứa nước bị hạn chế Vì vậy, thời gian thi công thường bị kéo dài

Khi sử dụng công nghệ khoan tuần hoàn ngược, các nhược điểm nêu trên hầu như được khắc phục hoàn toàn Tốc độ vận chuyển mùn khoan bên trong cần khoan là rất cao, do đó lỗ khoan luôn luôn được làm sạch tối ưu Ngoài ra, việc sử dụng dung dịch khoan chủ yếu là nước lã nên các tầng chứa nước rất ít bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng

"skin" trong quá trình khoan, tiết kiệm rất nhiều thời gian và các chi phí khác trong giai đoạn súc rửa giếng, giảm tổng chi phí thời gian thi công của cả công trình

3.2 So sánh đánh giá lưu lượng, mực hạ thấp các giếng khoan

Hình 4 Biểu đồ so sánh lưu lượng của 2 phương pháp khoan

/h trong khi

/h, tăng khoảng 1,65 lần

Mức độ hạ thấp mực nước khi bơm cũng là một chỉ số quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả kinh tế của giếng khoan Số liệu thống kê của Liên đoàn về mức độ

hạ thấp của các giếng khảo sát thể hiện trên hình sau:

Hình 5 Biểu đồ so sánh mực nước hạ thấp của 2 phương pháp khoan

Số liệu khảo sát cho thấy rằng mực hạ thấp của các giếng khoan THT là 17,56m

và của các giếng khoan THN là 10,16m, giảm được 7,4m

3.3 Đánh giá chỉ tiêu kinh tế giếng khoan khai thác trong dự án đầu tư

Ứng dụng công nghệ mới làm giảm đáng kể giá thành khoan, giá đầu tư ban đầu cho giếng và giá khai thác nước sau đó Khảo sát một số chỉ tiêu giá từ thống kê các công trình trong những năm qua để làm rõ hiệu quả của công nghệ khoan tuần hoàn ngược Giá khảo sát ở đây là giá trị quyết toán công trình tính trên 1 mét khoan

và giá trị quyết toán công trình tính trên 1 mét khối lưu lượng giếng trong 1 giờ bơm Giá mét khoan vẫn được các nhà kinh tế tính đến từ trước đến nay nhưng giá 1 mét khối lưu lượng giếng trong 1 giờ bơm thì chưa được xem xét Khảo sát này là sự xem xét 2 loại giá để có một cách nhìn toàn diện đối với công nghệ mới

3.3.1 Giá thành đầu tư

Khảo sát 5 công trình công giếng cấp nước bằng công nghệ khoan tuần hoàn thuận như đã nói trên cho thấy rằng giá thành đầu tư cho một mét khoan đã được tính toán và thực hiện từ lâu và đã tiến đến mức cân bằng hợp lý Giá trung bình 1 mét giếng là 1.222.000 đồng, tương đối thấp trong bối cảnh thị trường hiện nay Trong khi

đó, giá trung bình 1 mét giếng khoan theo công nghệ THN là 2.488.000 đồng, cao bằng 2 lần giá một mét giếng khoan thi công bằng công nghệ tuần hoàn thuận

Giá thành đầu tư cho một mét khối lưu lượng nước bơm lên từ giếng là chỉ số trước đây chưa hề được quan tâm Khi tính giá thành đầu tư 1 mét khối công suất giếng sẽ có cái nhìn đúng hơn về hiệu quả của công nghệ mới so với công nghệ cũ

lưu lượng giếng theo công nghệ

lưu lượng giếng theo công nghệ THN là 3.244.000 đồng

3.3.2 Kinh tế đầu tư giếng

Khảo sát 5 giếng khoan thi công bằng công nghệ tuần hoàn ngược đã được thi

/h là: 6.750.000 đồng - 3.244.000 đồng = 3.506.000 đồng Tổng tiết kiệm cho chủ đầu tư từ

khi ứng dụng công nghệ thi công khoan tuần hoàn ngược cho đến nay là: 3.506.000 x

630 = 2.208.780.000đồng

Để tính hiệu quả khai thác giếng sử dụng số liệu của máy bơm SP – 120 - 4 của

thấp giữa giếng THN và giếng THT), chế độ bơm được tính là 20 giờ/ngày, 365 ngày/năm, giá điện được tính là 1000 đồng/kWh Với tổng lưu lượng đã bàn giao là

Bảng 1 Tiết kiệm chi phí khai thác

E

nước với thông số ở A, B, C và D,

số Grundfos

do các ưu điểm về công nghệ mà giếng khoan sẽ cho lưu lượng lớn nhất với mực hạ thấp nhỏ nhất trong khả năng cung cấp của tầng chứa nước Điều này dẫn đến chi phí khai thác nước giảm đáng kể vì vậy tăng hiệu quả đầu tư

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Fletcher G Driscoll: Groundwater and Well, second Edition

2 U.S Department of the Interior: Groundwater Manual, 1980

3 WIRTH Maschinen, Germany: Drilling Technique Manual, 1981

EVALUATION THE EFFECT OF WATER PRODUCTION WELLS DRILLED BY REVERSE CIRCULATION DRILLING METHOD

Tran Van Chung

Division for Water Resources Planning and Investigation in the South of Vietnam

Reverse circulation drilling technology is one of the most effective method for drilling

of production wells for water supply in industrial scale This method has been established long time ago but has been recently applied for production wells drilled by The Division of Water Resources Planning and Investigation for the South (DWRPIS) Results of analyses main parameters of drilled wells as well as cost of investment and operation have been prove the advantages of the reverse circulation method for drilling water production wells in Nam

Bo Plain