Mô phỏng thủy lực xác định mực nước thượng lưu đập đồng mít, tỉnh bình định

MÔ PHỎNG THỦY LỰC XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC THƯỢNG LƯU ĐẬP ĐỒNG MÍT, TỈNH BÌNH ĐỊNH Học viên: Ao Văn Thơm Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình thủy Mã số: 60.58.02.02 Khóa: 35 QNg, Trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

Đà Nẵng – Năm 2019

LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Lê Hùng

Đà Nẵng – Năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Ao Văn Thơm

MỤC LỤC MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

6 Bố cục đề tài 3

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 4

1.1 Giới thiệu chung 4

1.2 Tổng quan về đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu 4

1.3 Tổng quan về dòng chảy lũ đến lưu vực hồ chứa nước đồng mít 5

1.4 Tổng quan về mô hình toán trong và ngoài nước 11

1.4.1 Các mô hình thuỷ văn 11

1.4.2 Các mô hình thuỷ lực 12

1.5 Phân tích lựa chọn các mô hình phục vụ nghiên cứu 14

1.5.1 Lựa chọn mô hình thủy văn mike nam tính dòng chảy lũ 14

1.5.2 Lựa chọn mô hình thủy lực hec-ras 2d để mô phỏng thủy lực 14

CHƯƠNG 2 - MÔ PHỎNG THỦY VĂN HỒ CHỨA NƯỚC ĐỒNG MÍT 15

2.1 Thiết lập mô hình dòng chảy mike nam 15

2.1.1 Giới thiệu mô hình mike nam 15

2.1.1.1 Dữ liệu đầu vào và đầu ra của mô hình 15

2.1.1.2 Cấu trúc mô hình 15

2.1.1.3 Thành phần lập mô hình cơ bản 16

2.1.2 Xây dựng mô hình mike nam cho các lưu vực nhập lưu 21

2.1.2.1 Tài liệu cơ bản sử dụng trong mô hình 21

2.1.3 Hiệu chỉnh, kiểm định xác định bộ thông số mô hình nam 26

2.1.3.1 Hiệu chỉnh mô hình mike nam 26

2.1.3.2 Kiểm định mô hình mike nam 27

2.1.3.3 Nhận xét kết quả hiệu chỉnh, kiểm định 28

chương 3 - mô phỏng thủy lực vùng thượng lưu hồ chứa nước đồng mít 32

3.1 Thiết lập mô hình thủy lực hec-ras thượng lưu hồ đồng mít 32

3.1.1 giới thiệu mô hình thủy lực hec-ras 2d 32

3.1.2 thiết lập mô hình và dữ liệu mô phỏng ngập lụt thượng lưu hồ chứa nước đồng mít 33

3.2 Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thủy lực hec-ras 2d 36

3.2.1 Chọn trận lũ tính toán hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thủy lực 36

3.2.2 Tính toán hiệu chỉnh mô hình với trận lũ từ ngày 14-21/xii/2016 36

3.2.3 Tính toán kiểm định mô hình với trận lũ từ ngày 3-9/xi/2017 37

3.2.4 đánh giá và lựa chọn bộ thông số cho mô hình thủy lực 37

3.3 Mô phỏng thủy lực thượng lưu hồ chứa nước đồng mít 38

3.3.1 Xây dựng kịch bản tính toán thủy lực 38

3.3.2 Mô phỏng tính toán thủy lực xác định mực nước thượng lưu hồ đồng mít 39

3.3.3 Phân tích, đánh giá kết quả và đề xuất một số giải pháp giảm ngập cho vùng thượng lưu hồ chứa 46

CHƯƠNG 4 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48

4.1 KẾT LUẬN 48

4.2 KIẾN NGHỊ 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MNDBT: Mực nước dâng bình thường

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 - 1: Lượng mưa ngày lớn nhất ở các vị trí 6

Bảng 1 - 2: Các đặc trưng thống kê mưa lớn nhất thời đoạn 1,3,5,7 ngày max 7

Bảng 1 - 3 : Lưu lượng lũ lớn nhất thực đo ở các trạm vùng hạ du sông Lại Giang, La Tinh, Kôn - Hà Thanh 9

Bảng 1 - 4: Đặc trưng lũ ứng với các tần suất tại các trạm 10

Bảng 1 - 5: Đặc trưng lũ tiểu mãn, lũ sớm, lũ muộn thiết kế 10

Bảng 1 - 6: Đặc trưng mực nước lũ ứng các tần suất tại các trạm 10

Bảng 1 - 7: Đặc trưng 1 số trận lũ lớn 10

Bảng 1 - 8: Cấp báo động lũ ở một số trạm 11

Bảng 2.1 Thể hiện tiêu chu n đánh giá hệ số NSE theo WMO World Meteorological Organization): 19

Bảng 2 - 1: Tiêu chu n đánh giá hệ số NSE 19

Bảng 2 - 2: Tiêu chu n đánh giá hệ số tương quan (Theo Moriasi, 2007) 19

Bảng 2 - 3: Tham số mô hình NAM 20

Bảng 2 - 4: Bảng phân bố tỉ trọng mưa trên các lưu vực 22

Bảng 2 - 5: Trận mưa ngày 14÷20/12/2016 của hai trạm mm) 22

Bảng 2 - 6: Trận mưa ngày 3÷9/11/2017 của hai trạm mm) 23

Bảng 2 - 7: Lượng mưa ngày lớn nhất với các tần suất thiết kế mm) 23

Bảng 2 - 8 : Ý nghĩa và giới hạn của các thông số trong NAM 26

Bảng 2 - 9: Kết quả bộ thông số trong mô hình MIKE NAM như sau: 28

Bảng 2 - 11: Tổng lượng lũ 1 ngày max thiết kế tại các biên nhập lưu trên lưu vực Đồng Mít 29

Bảng 3 - 1: Thống kê mực nước lớn nhất điều tra và tính toán tại một số vị trí trên sông An Lão-Trận lũ tháng 12/2016 m) 36

Bảng 3 - 2: Thống kê mực nước lớn nhất điều tra và tính toán tại một số vị trí trên sông An Lão - Trận lũ tháng 11/2017 37

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2 - 1: Cấu trúc mô hình NAM 16

Hình 2 - 2: Sơ đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn và phân chia lưu vực 21

Hình 2 - 3: Mưa giờ thiết kế và hiện trạng năm 1987 Trạm Ba Tơ và Hoài Nhơn 24

Hình 2 - 4: Mưa giờ ngày 14-20/12/2016 Trạm Ba Tơ và Hoài Nhơn 25

Hình 2 - 5: Mưa giờ ngày 3-9/11/2017 Trạm Ba Tơ và Hoài Nhơn 25

Hình 2 - 6: Quá trình lũ, tổng lượng lũ mô phỏng và thực tế trận lũ năm 2016 27

Hình 2 - 7: Quá trình lũ, tổng lượng lũ mô phỏng và thực tế trận lũ năm 2016 28

Hình 2 - 8: Quá trình lũ mô phỏng năm 2016 tại các biên nhập lưu 30

Hình 2 - 9: Quá trình lũ mô phỏng năm 2017 tại các biên nhập lưu 30

Hình 2 - 10: Quá trình lũ thiết kế ứng với tần suất thiết kế P=0.02% tại các biên nhập lưu 31

Hình 2 - 11: Quá trình lũ thiết kế ứng với tần suất thiết kế P=0.5% tại các biên nhập lưu 31

Hình 2 - 12: Quá trình lũ thiết kế ứng với tần suất thiết kế P=1% tại các biên nhập lưu 31

Hình 3 - 1: Vị trí hồ Đồng Mít, sông An Lão và sông Dinh 33

Hình 3 - 2: Địa hình tính toán khu vực thượng lưu hồ chứa Đồng Mít 34

Hình 3 - 3: Thiết lập các điều kiện biên biên lưu lượng và biên mực nước) 34

Hình 3 - 4: Thiết lập file mô phỏng ngập lụt thượng lưu Đồng Mít 35

Hình 3 - 5: Biên lưu lượng được nhập vào vị trí sông An Lão 35

Hình 3 - 6: Đường mực nước dọc sông An Lão khi chưa có đập Đồng Mít Kịch bản P=1%) 39

Hình 3 - 7: Bản đồ ngập lụt thượng lưu hồ chứa nước Đồng Mít khi chưa có đập kịch bản P=1% 40

Hình 3 - 8: Đường mực nước dọc sông An Lão khi có đập Đồng Mít Kịch bản P=1%) 40

Hình 3 - 9: Bản đồ ngập lụt thượng lưu hồ chứa nước Đồng Mít khi có đập (Kịch bản P=1%) 41

Hình 3 - 10: Đường mực nước dọc sông An Lão khi chưa có đập Đồng Mít Kịch bản P=0.5%) 41

Hình 3 - 11: Bản đồ ngập lụt thượng lưu hồ chứa nước Đồng Mít khi chưa có đập kịch bản P=0.5% 42

Hình 3 - 12: Đường mực nước dọc sông An Lão khi có đập Đồng Mít Kịch bản P=0.5%) 42

Hình 3 - 13: Bản đồ ngập lụt thượng lưu hồ chứa nước Đồng Mít khi có đập kịch bản P=0.5% 43 Hình 3 - 14: Đường mực nước dọc sông An Lão khi chưa có đập Đồng Mít Kịch bản P=0.02%) 43 Hình 3 - 15: Bản đồ ngập lụt thượng lưu hồ chứa nước Đồng Mít khi chưa có đập kịch bản P=0.02% 44 Hình 3 - 16: Đường mực nước dọc sông An Lão khi có đập Đồng Mít Kịch bản P=0.02%) 44 Hình 3 - 17: Bản đồ ngập lụt thượng lưu hồ chứa nước Đồng Mít khi có đập kịch bản P=0.02% 45 Hình 3 - 18: Biểu đồ thống kê diện tích ngập lụt ứng với các kịch bản khi chưa có đập Đồng Mít 45 Hình 3 - 19: Biểu đồ thống kê diện tích ngập lụt ứng với các kịch bản khi có đập Đồng Mít 46

MÔ PHỎNG THỦY LỰC XÁC ĐỊNH MỰC NƯỚC

THƯỢNG LƯU ĐẬP ĐỒNG MÍT, TỈNH BÌNH ĐỊNH

Học viên: Ao Văn Thơm Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình thủy

Mã số: 60.58.02.02 Khóa: 35 QNg, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt: Hiện nay trên Thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng các nhà khoa

học đã sử dụng rất nhiều các mô hình toán tính toán thủy văn thủy lực khác nhau để phục vụ nghiên cứu bài toán ảnh hưởng của nước dềnh và ngập lụt vùng lòng hồ như mô hình Mike21, Mike11, Vrsap, Hec-6, HecRas Hồ chứa nước Đồng Mít hiện nay đang được gấp rút xây dựng giai đoạn 2018-2021) để đưa vào khai thác

sử dụng, việc nghiên cứu xây dựng bộ thông số mô hình thủy văn thủy lực bằng các

mô hình toán hiện đại để mô phỏng thủy văn thủy lực xác định diễn biến mực nước

và phạm vi ngập lụt thượng lưu đập, nhằm chủ động cho công tác bồi thường di dân, tái định cư vùng lòng hồ, đồng thời sau này chủ động dự báo, vận hành, điều tiết lũ góp phần giảm thiểu ngập lụt cho các khu dân cư thượng lưu hồ chứa, phát huy hiệu quả dự án Trong luận văn này tác giả đã sử dụng mô hình MikeNam và HecRas-2D để mô phỏng dòng chảy lũ đến hồ, diễn biến mực nước ngập lụt vùng lòng hồ Thông qua kết quả tính toán đưa ra một số cảnh báo lũ và giới hạn vùng ảnh hưởng ngập lụt thượng lưu hồ chứa nước Đồng Mít

Từ khóa: Mô hình thủy văn MikeNam; Mô hình thủy lực HecRas-2D; Hồ chứa

nước Đồng Mít, Mô phỏng thủy lực thượng lưu hồ, Phạm vi ngập lụt vùng lòng hồ

HYDRALIC SIMULATION TO DETERMINE WATER LEVEL AT THE UPSTREAM OF DONG MIT DAM, BINH DINH PROVINCE

Student name: Ao Văn Thơm, Major: irrigation construction engineering

ID : 60.58.02.02; Course: K35-CTT.QNg, University of science and

technology - ĐHĐN

Abstract: Currently in the world in general and in Vietnam in particular,

scientists have used a lot of different hydraulics, hydrological models to study the problem of water pollution and flooding like: Mike21, Mike11, Vrsap, Hec-6, HecRas Dong Mit reservoir is currently being urgently built (in the period of 2018-2021) to be put into operation and use The research and development of a set of hydraulic, hydrological models with modern mathematical models to hydraulics, hydrological simulation identifies changes in water levels and upstream flood areas, in order to proactively compensate for migration and resettlement in the reservoir area, and then proactively forecast and operate, regulating floods contributing to minimizing flooding for upstream residential areas, promoting project effectiveness In this dissertation, the author used MikeNam and HecRas-2D models to simulate flood flows to lakes, changes in flood water level in the reservoir Through the calculation results, a number of flood warnings and area limits for flooding in the upper reaches of Dong Mit reservoir are given

Key words: MikeNam hydrological model, HecRas-2D hydraulic model, Dong Mit

reservoir, Hydraulic simulation of upstream lake, Range of flooding in the reservoir area

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hồ chứa nước Đồng Mít đang được xây dựng ở phía Bắc tỉnh Bình Định, cách thành phố Quy Nhơn 110km về phía Bắc, cách thị trấn huyện An Lão, tỉnh Bình Định khoảng 15km về phía Tây Bắc Công trình đập ngăn sông xây dựng trên sông An Lão, tại làng Đồng Mít, xã An Trung, huyện An Lão, tỉnh Bình Định Sông An Lão bắt nguồn từ vùng núi cao ở phía Bắc tỉnh Bình Định, giáp với tỉnh Quảng Ngãi, sông chảy theo hướng Bắc - Nam nhập với sông Kim Sơn chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc Hai nhánh sông này nhập lại tại Lại Khánh tạo thành sông Lại Giang rồi đổ

ra Biển tại cửa An Dũ

Địa hình lòng hồ Đồng Mít có độ dốc lớn, lòng hồ hẹp, hồ có hình dạng lòng sông, nên khi hồ tích nước, đồng thời xảy ra lũ lớn dẫn đến khả năng ảnh hưởng của hiện tượng nước dềnh phía thượng lưu hồ; mặt khác Hồ chứa nước Đồng Mít sau khi được xây dựng, mực nước trong vùng hồ được nâng cao, lưu tốc chậm lại, sức chuyển tải bùn cát của dòng chảy giảm, bồi lắng dần dần tăng lên, đồng thời di chuyển dần lên phía thượng lưu đập, càng làm mực nước trong hồ dâng cao, làm tăng diện tích ngập lụt, ảnh hưởng đến sản xuất, sinh hoạt của người dân sinh sống trong lòng hồ, đặc biệt

là nhà cửa, đường sá và trường học trong khu trong lòng hồ Qua các phân tích nêu trên, có thể thấy rằng cần phải có nghiên cứu một mô hình thủy lực vùng thượng lưu lòng hồ, để xác định phạm vi và tổn thất do ngập lụt khi xây dựng hồ Từ đó xác định vùng an toàn lòng hồ và làm cơ sở để giải phóng mặt bằng di dân tái định cư vùng lòng hồ, đồng thời cung cấp tài liệu cho đơn vị quản lý vận hành sau này để chủ động trong việc vận hành, điều tiết hồ, giảm thiểu ngập lụt cho các khu dân cư, cơ sở hạ tầng như đường giao thông, trường học phía thượng lưu hồ chứa và các ngành kinh tế khác Do đó tác giả chọn đề tài: “Mô phỏng thủy lực xác định mực nước thượng lưu đập Đồng Mít, tỉnh Bình Định”

2 Mục đích nghiên cứu

Hồ chứa nước Đồng Mít hiện nay đang được xây dựng giai đoạn 2018-2021), việc nghiên cứu xây dựng bộ thông số mô hình thủy lực bằng mô hình toán để mô phỏng thủy lực, xác định mực nước thượng lưu đập, nhằm chủ động cho công tác bồi thường di dân, tái định cư vùng lòng hồ; đồng thời sau này chủ động dự báo, vận hành, điều tiết lũ góp phần giảm thiểu ngập lụt cho các khu dân cư thượng lưu hồ chứa, phát huy hiệu quả dự án

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: Từ đặc tính dòng chảy lũ về các tiểu lưu vực phía thượng nguồn của

hồ Đồng Mít, tác giả nghiên cứu xây dựng mô hình thủy văn, thủy lực để tính toán mực nước thượng lưu hồ chứa nước Đồng Mít theo các kịch bản khác nhau

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Về không gian: nghiên cứu tính toán thủy văn - thủy lực vùng thượng lưu hồ chứa nước Đồng Mít thuộc xã An Vinh cách tuyến đập Đồng Mít 15km về hạ, mà trọng tâm là mô phỏng hiện tượng nước dềnh do lũ trong hồ chứa nước Đồng Mít + Về thời gian: Đánh giá mức độ ảnh hưởng của đường mực nước hồ chứa nước Đồng Mít với các khu dân cư và diện tích đất đai trong vùng lòng hồ bị ngập, ảnh hưởng của nó tới việc giải phóng mặt bằng, di dân tái định cư ứng với các kịch bản tính toán

4 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp điều tra, khảo sát, tổng hợp số liệu, thu thập tài liệu thực tế, tài liệu tham khảo, phân tích, xử lý số liệu;

 Phương pháp phân tích thống kê, xác suất: Thu thập, tổng hợp và phân tích số liệu để đánh giá hiện trạng hệ thống;

 Phương pháp mô phỏng mô hình toán thủy văn – thủy lực: Với các bài toán về dòng chảy lũ thì phương pháp mô hình toán thủy lực có hiệu quả khi nghiên cứu trên một vùng rộng lớn và là phương pháp duy nhất để cho biết bức tranh động lực dòng chảy trên hệ thống sông

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Đối với tác giả và các cơ sở ứng dụng kết quả nghiên cứu: Nâng cao trình độ

chuyên môn cho bản thân kỹ sư tham gia thực hiện Xây dựng bộ thông số mô hình phù hợp với lưu vực nghiên cứu, làm cơ sở giúp cho chủ đầu tư thực hiện công tác đền

bù, di dân tái định cư hoặc đề xuất các biện pháp thích ứng cho vùng ngập lụt thượng lưu; cán bộ quản lý điều hành có thể mô phỏng được quá trình nước dềnh phục vụ kịp thời công tác vận hành hồ chứa trong mùa lũ sau này

 Đối với kinh tế, xã hội và môi trường: Số liệu mô phỏng của bài toán giúp cho

chủ đầu tư thực hiện công tác đền bù, tái định cư vùng lòng hồ hợp lý, giúp đơn vị quản lý, vận hành hồ chứa nước Đồng Mít vừa đảm bảo an toàn cho công trình, tạo tiền đề cho việc chủ động vận hành điều tiết lũ nhằm giảm ngập lụt các khu dân cư thượng lưu hồ chứa, có phương án di dời dân khi lũ về ảnh hưởng đến đời sống và sản suất của người dân, góp phần đảm bảo an sinh xã hội khu vực vùng dự án Do vậy kết quả của đề tài sẽ là tài liệu tham khảo quan trọng trong công tác đền bù giải phóng mặt bằng cũng như công tác quản lý vận hành Hồ chứa nước Đồng Mít sau này

6 Bố cục đề tài

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan

Chương 2 Tính toán thủy văn Hồ chứa nước Đồng Mít

Chương 3: Mô phỏng thủy lực vùng thượng lưu Hồ chứa nước Đồng Mít Kết luận và Kiến nghị

Chương 1 - TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung

Công trình Hồ chứa nước Đồng Mít được xây dựng trên sông An Lão, thuộc xã

An Dũng, huyện An Lão, tỉnh Bình Định; nằm ở phía Tây Bắc tỉnh Bình Định, cách thị trấn huyện An Lão khoảng 15km về Tây Bắc, thành phố Quy Nhơn 110km về phía Tây Bắc

Sông An Lão bắt nguồn từ vùng núi cao của dãy Đông Trường Sơn, chảy theo hướng Bắc Nam đến Lại Khánh thì nhập với sông Kim Sơn cũng bắt nguồn từ dãy núi Đông Trường Sơn chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc thành sông Lại Giang; Sông Lại Giang là một trong những con sông lớn của tỉnh Bình định có diện tích lưu vực là 1.466km2, dài 73km, sông bắt nguồn từ các dãy núi cao có cao độ +900m đến +1000m Sông Lại Giang chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc rồi đổ ra biển An Dũ Dòng chảy lũ của sông Lại Giang trên nhánh An Lão với lưu vực đến An Hòa là 383km2, từ số liệu thực đo cho thấy lưu lượng dòng chảy trung bình nhiều năm Qo = 29,9m3/s; Lưu lượng lũ lớn nhất trung bình nhiều năm Qmax=1832 m3/s, lưu lượng lũ lớn nhất đo được năm 1982 Qmax = 5.880m3/s Dòng chảy kiệt với lưu lượng tháng kiệt nhỏ nhất Qmin= 6,8m3/s vào tháng 4 và 4,9 m3/s vào tháng 8; dòng chảy ngày nhỏ nhất Qminng= 1,25m3/s

Sông An Lão gồm hợp lưu của nhiều nhánh sông suối nhỏ, mạng lưới sông suối trong vùng khá dày, địa hình dốc, sông nhánh ngắn Các suối dốc, nhiều thác ghềnh Lưu lượng nước trên các suối rất nhỏ, phụ thuộc vào các mùa trong năm Các nhánh sông suối phân bố theo dạng hình lông chim theo hai hướng chính là, Nam – Bắc và Tây Nam – Đông Bắc Dòng sông chính chảy quanh co khúc khuỷu ku = 1,17) Độ dốc trung bình lòng sông chính khoảng 11,47 Trên thượng nguồn, lòng sông dốc

có nhiều thác ghềnh, ở hai bên bờ có nhiều vách đá dựng đứng, lòng sông lộ nhiều đá Lòng sông có nhiều chỗ quanh co uốn khúc, độ dốc lòng sông nhỏ Về phía thượng lưu lòng sông hẹp dần, độ dốc lòng sông tăng, hai bên bờ có nhiều vách núi dốc Lòng suối chủ yếu lộ cuội, rải rác có ít đá gốc lộ thiên

1.2 Tổng quan về đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu

Lưu vực Hồ chứa nước Đồng Mít nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa trong năm chia ra hai mùa rõ rệt là mùa khô và mùa mưa Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng IX

và kéo dài đến tháng XII, lượng mưa mùa mưa chiếm đến 70-80% lượng mưa cả năm

Do ảnh hưởng của những biến động thời tiết gây mưa như áp thấp nhiệt đới, bão biển Đông gây ra mưa lớn làm úng ngập nghiêm trọng, gây thiệt hại về người và sản xuất nông nghiệp trong mùa mưa

Mùa khô từ tháng I đến tháng VIII, ít mưa, lượng mưa chỉ chiếm 20-30% gây ra tình trạng khô hạn thiếu nước cho sản suất nông nghiệp và đời sống nhân dân Trong mùa khô thường xuất hiện mưa lớn vào tháng V, VI gọi là mưa tiểu mãn và xuất hiện

lũ tiểu mãn Lượng mưa hàng năm của lưu vực biến động từ 3000-3600mm lớn hơn rất nhiều so với các vùng khác của tỉnh Bình Định

Nhiệt độ không khí, theo số liệu thực đo ở trạm Hoài Nhơn nhiệt độ không khí có biên độ dao động lớn, nhiệt độ thấp nhất 13,20C, nhiệt độ lớn nhất đạt tới 41,6 0C; nhiệt độ trung bình hàng năm là 26,10C

Độ m tương đối trung bình tháng mùa khô đạt từ 75÷85)%, mùa mưa độ m không khí trung bình đạt từ 85÷87)% Độ m tương đối trung bình năm đạt 82%

Số giờ nắng trong vùng dự án tương đối nhiều Các số liệu thống kê cho thấy tháng V là tháng có số giờ nắng nhiều nhất 254,2giờ) và tháng XII là tháng có số giờ nắng ít nhất 106,2 giờ) Theo số liệu thống kê từ trạm Hoài Nhơn, tốc độ gió bình quân nhiều năm đạt V = 1,6m/s

Do đặc điểm của chế độ nhiệt, lượng bốc hơi trên khu vực biến đổi rõ rệt theo mùa và theo độ cao địa hình Ở vùng đồng bằng ven biển Hoài Nhơn tổng lượng bốc hơi từ trên 1000mm đến hơn 1000mm Còn tại vùng núi phía Tây tại Ba Tơ tổng lượng bốc hơi là 805mm

1.3 Tổng quan về dòng chảy lũ đến lưu vực Hồ chứa nước Đồng Mít

Lưu vực trạm An Hòa nằm ở phía dưới tuyến đập Đồng Mít, có cùng nguyên nhân hình thành gây lũ như lưu vực Đồng Mít Trạm thủy văn An Hòa có diện tích lưu vực là 393 km2, lũ lớn nhất đo được trong thời k từ 1982 đến nay, với Qmax = 5880 m3/s vào ngày 19/XI/1987 Biến động của dòng chảy lũ khá lớn, lưu lượng lũ lớn nhất Qmax = 5880 m3/s, gấp 45 lần năm có lưu lượng lũ lớn nhất đạt trị số nhỏ nhất năm

1982, Qmax năm chỉ đạt 131 m3/s) Với lưu lượng lớn nhất biến động lớn như vậy thì việc vẽ được đường tần suất lưu lượng lớn nhất trạm An Hòa đúng cần xác định khá chính xác thời gian lặp lại của các trận lũ lịch sử Theo tài liệu của trạm thủy văn An Hòa, năm 1926 có lũ lịch sử lớn nhất xảy ra tương đương tần suất 1%, trận lũ năm

1987 là trận lũ lớn thứ hai Lưu lượng lớn nhất của trận lũ lịch sử điều tra được có giá trị 6890 m3/s Trên cơ sở thông tin cập nhật về số liệu lưu lượng lũ lớn nhất trạm An Hòa, tính toán được giá trị lưu lượng đỉnh lũ trạm An Hòa theo các tần suất

Mưa lớn là nguyên nhân sinh ra lũ lụt trên sông ngòi và xói mòn trên lưu vực làm ảnh hưởng không nhỏ đến cuộc sống, sản xuất và giao thông Mưa lớn được hình thành do nhiều loại hình thời tiết khác nhau Những trận mưa lớn ở khu vực miền Trung phần lớn do bão, áp thấp nhiệt đới, không khí lạnh, hội tụ nhiệt đới, không khí lạnh và sự phối hợp hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới hay áp cao Thái Bình Dương

gây ra Các hình thái này hoạt động riêng lẻ hoặc phối hợp với nhau gây nên những trận mưa lớn và đặc biệt lớn trên diện rộng

Bão thường xuất hiện từ Biển Đông do tác dụng chắn gió của dải Trường Sơn nên hàng năm khu vực tỉnh Bình Định luôn bị bão tác động trực tiếp vào phía hạ lưu gây mưa to gió lớn, ngập lụt nghiêm trọng Nhìn chung bình quân mỗi năm có từ 1,55

 2 cơn bão đổ bộ từ Đà Nẵng trở vào Trong 48 năm trở lại đây 1961  2009) số cơn bảo đổ bộ vào càng gia tăng, trung bình mỗi năm có từ 2,7  3 cơn/ năm Riêng bão vào khu vực miền Trung chiếm 65% số cơn bão vào Việt Nam, mà trong đó có vùng

hạ lưu sông các sông Lại Giang, La Tinh, Kôn - Hà Thanh

Thời gian mưa của các trận mưa lớn thường kéo dài từ 5  10 ngày nhưng lượng mưa lớn nhất trong trận chỉ từ 1  3 ngày Qua tính toán thống kê lượng mưa lớn nhất thời đoạn 1, 3, 5, 7 ngày liên tục thường tập trung nửa cuối tháng X và tháng XI, thời gian thường bị ảnh hưởng của bão và các đợt không khí lạnh, áp thấp nhiệt đới Lượng mưa 1 ngày có thể đạt trên 300 mm/ngày Lượng mưa ngày lớn nhất đo được đạt 365

mm ngày 26/X/1960 tại Quy Nhơn, 444,1 mm tại Đề Gi ngày 23/X/1991, 422,2 mm tại Bồng Sơn ngày 21/X/1998, 390 mm tại Phù Cát ngày 17/X/1996 Đặc biệt trận mưa

lũ tháng XI/2009 do bão số 11 kết hợp với không khí lạnh đã gây ra mưa rất to trên địa bàn vùng nghiên cứu, trong đó mưa đặc biệt to trên lưu vực sông Hà Thanh với lượng mưa 24h từ 13h ngày 2/XI  13h ngày 3/XI, lượng mưa tại Vân Canh đo được là 754

mm, lượng mưa 1 ngày max đạt 503 mm ngày 3/XI/2009)

Bảng 1 - 1: Lượng mưa ngày lớn nhất ở các vị trí

Trạm

X 1 ngày max X 3 ngày max X 5 ngày max X 7 ngày max X1max

(mm) Thời gian X3max

(mm) Thời gian X5max

(mm) Thời gian X7max

(mm) Thời gian Quy Nhơn 365,0 26/X/1960 576,2 9-11/XI/1981 656,9 7-11/XI/1981 755,8 8-14/XI/1981

337,8 15/X/1988

An Nhơn 239,6 21/X/1998 461,7 16-18/XI/1996 570,7 15-19/XI/1996 631,3

16-22/XI/1996 233,6 23/X/2005

Trạm

X 1 ngày max X 3 ngày max X 5 ngày max X 7 ngày max X1max

(mm) Thời gian X3max

(mm) Thời gian X5max

(mm) Thời gian X7max

(mm) Thời gian Hoài Nhơn 304,1 4/XI/2007 650,9 20-22/X/1998 728,6 24-28/X/1981 822,5 24-30/X/1981

269,6 26/X/1981

Cây Muồng 289,3 23/X/2005 595,5 23-25/X/05 671,8 22-26/X/2005 699,0 21-27/X/2005

284,0 25/XI/1985 463,7 23-25/X/1992 525,2 21-25/X/1992 688,5 22-28/X/1992 Bình Quang 304,0 20/X/1994 423,2 19-21/X/1994 514,9 14-18/X/1990 599,3 22-28/X/1992

15-Qua tính toán tần suất lượng mưa lớn nhất thời đoạn 1, 3, 5, 7 ngày liên tục cho thấy lượng mưa biến động khá lớn thể hiện ở hệ số biến động Cv đạt từ 0,35  0,5 và các thông số thống kê, lượng mưa thiết kế thời đoạn 1, 3, 5, 7 ngày liên tục lớn nhất như sau:

Bảng 1 - 2: Các đặc trưng thống kê mưa lớn nhất thời đoạn 1,3,5,7 ngày max

Trạm

Thời đoạn ngày

Trạm

Thời đoạn ngày

Nguyên nhân hình thành lũ: Các nguyên nhân chính gây ra mưa lũ khu vực

tỉnh Bình Định là do các nguyên nhân sau:

 Mưa do gió mùa mùa Hạ hướng Tây Nam kết hợp với giải hội tụ nhiệt đới

 Do bão từ biển Đông đổ bộ vào đất liền gặp dải Trường Sơn ngăn cản tạo thành vùng áp thấp nhiệt đới

Thời kỳ xuất hiện lũ: Thời k xuất hiện lũ ở lưu sông tỉnh Bình Định như sau:

 Thời gian xuất hiện lũ lớn từ tháng X  XI gọi là lũ chính vụ

 Lũ vào trung tuần tháng XII là lũ muộn và lũ vào 15/9  30/9 là lũ sớm,

 Ngoài ra trong thời k giữa mùa khô còn xuất hiện lũ tiểu mãn vào 15/5  15/6

Quá trình diễn biến lũ, dạng lũ, qui mô lũ: Đường quá trình lũ trên lưu vực

sông tỉnh Bình Định nếu gặp các hình thể thời tiết gây mưa chỉ do một trong 4 yêu tố đơn độc gây ra như:

 Bão

 Áp thấp nhiệt đới ATNĐ)

 Giải hội tụ nhiệt đới

 Gió mùa Đông Bắc KKL)

Thì hình dạng lũ nhọn và lên nhanh, rút nhanh Nếu tổ hợp đầy đủ các hình thể thời tiết nêu trên thì hình dạng lũ có nhiều đỉnh kế tiếp nhau và kéo dài nhiều ngày trên

bề mặt địa hình đồi núi trọc và sông suối hẹp dốc gây nên tình trạng lũ như “Phản ứng dây chuyền” có sức công phá các công trình hạ tầng cơ sở, đường sá, công trình thuỷ lợi, giao thông, cầu đường, nhà cửa…

Nhìn chung trên lưu vực các sông của tỉnh Bình Định thời gian mưa lũ chỉ kéo thể đạt dài trong vòng 3  5 ngày là cùng khoảng trên 100 tiếng đồng hồ) Nhưng tổng lượng những con lũ trên có tới trên dưới 1 tỷ m3 Lượng lũ này đã gây ngập lụt cả một vùng đồng bằng rộng lớn ở hạ lưu

Bảng 1 - 3 : Lưu lượng lũ lớn nhất thực đo ở các trạm vùng hạ du sông Lại

Giang, La Tinh, Kôn - Hà Thanh

Lũ Trạm Cây Muồng qua các năm

TT Năm Qmax (m3/s ) Ngày Mực nước Mực nước max m)

Lưu lượng lũ ứng với các tần suất xem ở bảng sau:

Bảng 1 - 4: Đặc trưng lũ ứng với các tần suất tại các trạm

Trạm Sông

Qmax-tb (m3/s)

Cv Cs

Qmax p (m3/s) 1% 1.5% 2% 5% 10%

An Hoà An Lão 1.832 0,76 1,49 6.459 5.984 5.645 4.546 3.688 Cây Muồng Kôn 2.540 0,65 0,65 7.155 6.760 6.480 5.520 4.730

Bảng 1 - 5: Đặc trưng lũ tiểu mãn, lũ sớm, lũ muộn thiết kế

Trạm Qmax-tb

(m3/s) Cv Cs

Qmax p (m3/s) 1% 1,5% 2% 5% 10%

Lũ tiểu mãn 152 1,50 3,00 1.070 945 860 597 414

Lũ sớm 274 1,20 2,40 1.525 1.370 1.260 925 680

Lũ muộn 693 1,60 2,40 4.910 4.380 4.020 2.880 2.060 Qua bảng trên cho thấy biến động dòng chảy lũ tiểu mãn, lũ sớm, lũ muộn rất lớn, hệ số biến động dòng chảy lũ Cv đạt 1,2÷ 1,6

Bảng 1 - 6: Đặc trưng mực nước lũ ứng các tần suất tại các trạm

Trạm Sông Hmax-tb

(cm) Cv Cs

Hmax p (cm) 1% 2% 5% 10% Cây

Muồng

Kôn

2385 0,40 -0,80 2.619 2.602 2.572 2.542 Thạnh Hòa Kôn 813 0,38 -0,76 922 914 900 885 Diêu Trì Hà Thanh 497 0,50 -0,50 789 762 719 679

Bảng 1 - 7: Đặc trưng 1 số trận lũ lớn

Trạm Lũ

năm

Hmax(cm)

Tương ứng P%

Qmax(m3/s)

Tương ứng P% Ghi chú Bình Tường

Trạm Lũ

năm

Hmax(cm)

Tương ứng P%

Qmax(m3/s)

Tương ứng P% Ghi chú

1.4 Tổng quan về mô hình toán trong và ngoài nước

1.4.1 Các mô hình thuỷ văn

• Mô hình Ltank: do PGS.TS Nguyễn Văn Lai đề xuất năm 1986 và ThS Nghiêm Tiến Lam chuyển về giao diện máy vi tính trên ngôn ngữ VisualBasic,

là một phiên bản cải tiến từ mô hình Tank gốc của tác giả Sugawara (1956) Mô hình toán mưa rào dòng chảy dựa trên quá trình trao đổi lượng m giữa các tầng mặt, ngầm lưu vực, và bốc hơi ứng dụng tốt cho lưu vực vừa và nhỏ

• Mô hình Hec-HMS: là mô hình mưa dòng chảy của Trung tâm Thuỷ văn

kỹ thuật quân đội Hoa K được phát triển từ mô hình HEC-1, mô hình có những cải tiến đáng kể cả về kỹ thuật tính toán và khoa học thuỷ văn thích hợp với các lưu vực sông vừa và nhỏ Là dạng mô hình tính toán thuỷ văn được dùng để tính

dòng chảy từ số liệu đo mưa trên lưu vực Trong đó các thành phần mô tả lưu vực sông gồm các công trình thuỷ lợi, các nhánh sông

Kết quả của Hec-HMS được biểu diễn dưới dạng sơ đồ, biểu bảng tường minh rất thuận tiện cho người sử dụng Ngoài ra, chương trình có thể liên kết với cơ sở dữ liệu dạng DSS của mô hình thuỷ lực Hec-RAS

• Mô hình NAM: được xây dựng 1982 tại khoa thuỷ văn viện kỹ thuật thuỷ động lực và thuỷ lực thuộc đại học kỹ thuật Đan Mạch Mô hình dựa trên nguyên tắc các bể chứa theo chiều thẳng đứng và hồ chứa tuyến tính Mô hình tính quá trình mưa - dòng chảy theo cách tính liên tục hàm lượng m trong năm

bể chứa riêng biệt tương tác lẫn nhau Các mô hình thuỷ văn trên đây cho kết quả là các quá trình dòng chảy tại các điểm khống chế (cửa ra lưu vực) vì vậy tự thân chúng đứng độc lập chưa đủ khả năng để đưa ra các thông tin về diện tích

và mức độ ngập lụt mà phải kết hợp với một số các công cụ khác như GIS, hoặc

là biên cho các mô hình thủy động lực 1-2 chiều khác

• Mô hình đường đơn vị UHM): Được sử dụng để thay thế cho mô hình NAM để mô phỏng lũ lụt ở các khu vực, nơi không có hồ sơ dòng chảy lũ

1.4.2 Các mô hình thuỷ lực

• Mô hình Vrsap: tiền thân là mô hình KRSAL do cố PGS.TS Nguyễn Như Khuê xây dựng và được sử dụng rộng rãi ở nước ta trong vòng 25 năm trở lại đây

• Mô hình KOD-01 và KOD-02 của GS.TSKH Nguyễn Ân Niên phát triển dựa trên kết quả giải hệ phương trình Saint-Venant dạng rút gọn, phục vụ tính toán thủy lực, dự báo lũ

• Mô hình Wendy: do Viện thủy lực Hà Lan (DELFT) xây dựng cho phép tính thủy lực dòng chảy hở, xói lan truyền, chuyển tải phù sa và xâm nhập mặn

• Mô hình Hec-RAS: do Trung tâm Thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa K xây dựng được áp dụng để tính toán thủy lực cho hệ thống sông Phiên bản mới hiện nay đã được bổ sung thêm modul tính vận chuyển bùn cát và tải khuếch tán Mô hình HEC-RAS được xây dựng để tính toán dòng chảy trong hệ thống sông có sự tương tác 2 chiều giữa dòng chảy trong sông và dòng chảy vùng đồng bằng lũ Khi mực nước trong sông dâng cao, nước sẽ tràn qua bãi gây ngập vùng đồng bằng, khi mực nước trong sông hạ thấp nước sẽ chảy lại vào trong sông

Hec-RAS là một tổ hợp các phần mềm được thiết kế dưới dạng thức có thể tương trợ lẫn nhau dùng để phân tích, tính toán các đặc trưng thủy lực Sau khi file dữ liệu hình học được nhập vào Ras, các dự liệu hình học được hoàn chỉnh và kết hợp với số liệu dòng chảy để tính toán mặt nghiêng của bề mặt nước dựa trên các yếu tố thủy lực Sau đó tài liệu mặt nghiêng của bề mặt nước sẽ được nhập vào Hec-GeoRas để phân tích không gian và diễn toán diện tích và độ sâu ngập lụt

• Họ mô hình MIKE: do Viện thủy lực Đan mạch (DHI) xây dựng được tích hợp rất nhiều các công cụ mạnh, có thể giải quyết các bài toán cơ bản trong lĩnh vực tài nguyên nước

- MIKE 11: là mô hình một chiều trên kênh hở, bãi ven sông, vùng ngập lũ, trên sông, kênh có kết hợp mô phỏng các ô ruộng mà kết quả thủy lực trong các

ô ruộng là "giả 2 chiều"

- MIKE 21: Là mô hình thủy động lực học dòng chảy 2 chiều trên vùng ngập lũ đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới Mô hình MIKE21 HD là mô hình thủy động lực học mô phỏng mực nước và dòng chảy trên sông, vùng cửa sông, vịnh và ven biển Mô hình mô phỏng dòng chảy không ổn định hai chiều ngang đối với một lớp dòng chảy

- MIKE-Flood được sử dụng khi cần có sự mô tả hai chiều ở một số khu vực (MIKE 21) và tại những nơi cần kết hợp mô hình một chiều (MIKE 11) Trường hợp cần kết nối một chiều và hai chiều là khi cần có một mô hình vận tốc chi tiết cục bộ (MIKE 21) trong khi sự thay đổi dòng chảy của sông được điều tiết bởi các công trình phức tạp (cửa van, cống điều tiết, các công trình thủy lợi đặc biệt ) mô phỏng theo mô hình MIKE 11 Khi đó mô hình một chiều MIKE 11 có thể cung cấp điều kiện biên cho mô hình MIKE 21 và ngược lại)

- MIKE 11-GIS sử dụng để xây dựng bản đồ ngập lụt cho vùng hạ lưu sông MIKE 11-GIS là bộ công cụ mạnh trong trình bày và biểu diễn về mặt không gian và thích hợp công nghệ mô hình bãi ngập và sông của MIKE 11 cùng với khả năng phân tích không gian của hệ thống thông tin địa lý trên môi trường ArcGIS

MIKE 11-GIS có thể mô phỏng diện ngập lớn nhất, nhỏ nhất hay diễn biến từ lúc nước lên cho tới lúc nước xuống trong một trận lũ Độ chính xác của kết quả tính từ

mô hình và thời gian tính toán phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của DEM Nó cho biết diện ngập và độ sâu tương ứng từng vùng nhưng không xác định được hướng dòng chảy trên đó

1.5 Phân tích lựa chọn các mô hình phục vụ nghiên cứu

1.5.1 Lựa chọn mô hình thủy văn MIKE NAM tính dòng chảy lũ

Lưu vực Hồ chứa nước Đồng Mít là lưu vực nhỏ, tình hình tài liệu khí tượng thủy văn thu thập được đến hiện tại phục vụ nghiên cứu dự báo chưa thật dài và đầy

đủ, nên việc chọn mô hình NAM để dự báo sẽ thuận lợi hơn so với các mô hình khác vì:

- Mô hình sử dụng các hệ thức toán học đơn giản để chuyển đổi mưa thành dòng chảy, ít thông số và dễ sử dụng

- Là mô hình với thông số tập trung nên không yêu cầu nhiều và chi tiết về

số liệu đầu vào

- Đã được áp dụng để dự báo lũ cho nhiều lưu vực sông ở Miền Trung và Tây Nguyên và cho kết quả dự báo với độ tin cậy khá cao

Với những nhận xét được trình bày ở trên thì mô hình thủy văn NAM là lựa chọn phù hợp để tính toán dòng chảy lũ cho Hồ chứa nước Đồng Mít

1.5.2 Lựa chọn mô hình thủy lực HEC-RAS 2D để mô phỏng thủy lực

Từ kết quả tính toán dòng chảy lũ từ mô hình MIKE NAM xác định lưu lượng biên thượng lưu và các nhánh bên), sử dụng mô hình HEC-RAS 2D để mô phỏng thủy

lực vùng thượng lưu Hồ chứa nước Đồng Mít

Chương 2 - MÔ PHỎNG THỦY VĂN HỒ CHỨA NƯỚC ĐỒNG MÍT 2.1 Thiết lập mô hình dòng chảy MIKE NAM

2.1.1 Giới thiệu mô hình MIKE NAM

Hiện nay trong mô hình thủy động lực MIKE 11 do Viện Thủy lực Đan Mạch - DHI xây dựng), mô hình NAM đã được tích hợp như là một môđun tính quá trình dòng chảy từ mưa, coi như mô hình MIKE-NAM NAM là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Đan Mạch “Nedbor - Afstromnings - Models” có nghĩa là mô hình mưa rào dòng chảy Mô hình NAM đã được sử dụng rộng rãi ở Đan Mạch và một số nước nằm trong nhiều vùng khí hậu khác nhau như Srilanca, Thái Lan, Ấn Độ và Việt Nam.v.v

2.1.1.1 Dữ liệu đầu vào và đầu ra của mô hình

 Đầu vào của mô hình NAM bao gồm:

 Mưa

 Bốc hơi tiềm năng

 Nhiệt độ không khí chỉ áp dụng cho vùng có tuyết)

 Kết quả đầu ra của mô hình:

 Dòng chảy trên lưu vực

Lượng nước ở bể chứa mặt bao gồm lượng nước mưa do lớp phủ thực vật chặn lại, lượng nước đọng lại trong các chỗ trũng và lượng nước trong tầng sát mặt

4) Bể sát mặt bể tầng rễ cây)

Bốc thoát hơi nước của thực vật được ký hiệu là Ea, tỷ lệ với lượng bốc thoát hơi nước tiềm năng Ep Ea = Ep L/Lmax

Bốc thoát hơi nước thực vật là để thỏa mãn nhu cầu bốc hơi tiềm năng của bể chứa mặt Nếu lượng m U trong bể chứa mặt nhỏ hơn nhu cầu này thì nó sẽ lấy m từ tầng rễ cây theo tốc độ Ea

5) Bể chứa ngầm

Lượng cấp nước ngầm được chia ra thành 2 bể chứa: bể chứa nước ngầm tầng trên và bể chứa nước ngầm tầng dưới Hoạt động của hai bể chứa này như các hồ chứa tuyến tính với các hằng số thời gian khác nhau Nước trong hai bể chứa này sẽ tạo thành dòng chảy ngầm

Hình 2 - 1: Cấu trúc mô hình NAM

2.1.1.3 Thành phần lập mô hình cơ bản

a Lưu trữ bề mặt

Độ m bị chắn trên bề mặt phủ cũng như nước bị chặn lại trong phần đất bị mao dẫn và trên phần trên cũng như trên phần đất canh tác của bề mặt được trình bày như là lưu trữ bề mặt Umax biểu thị giới hạn trên của lượng nước trên lưu trữ bề mặt

b Lưu trữ tầng đáy và tầng thấp hơn

Độ m của đất trong tầng đáy, tầng đất dưới bề mặt từ đó thảm thực vật có thể lấy nước cho sự thoát hơi của cây, nó được trình bày như là trữ lượng tầng thấp hơn Lmax biểu thị giới hạn trên của lượng nước trong lưu trữ này

c Sự bốc hơi nước

Sự bốc hơi nước đầu tiên được đáp ứng tại mức tỷ lệ tiềm năng của lưu trữ bề mặt Nếu mức độ m U trong lưu trữ bề mặt ít hơn yêu cầu U<Ep) thì phần còn lại được giả thiết là sẽ bị rút bằng một hoạt động đáy từ tầng lưu trữ thấp hơn tại tỷ lệ

thực tế Ea Ea cân xứng với sự bốc hơi tiềm năng và thay đổi tuyến tính với lượng độ

m đất L/Lmax của tầng lưu trữ thấp nhất

Ea = (Ep - U)L/Lmax (2.1)

d Dòng chảy tràn

Khi lưu lượng bề mặt chảy tràn, cụ thể là khi U> Umax, số nước thừa đó PN làm

tăng lên dòng chảy bề mặt cũng như làm tăng mức nước thấm QOF biểu thị phần của

PN mà đóng góp cho dòng chảy tràn Nó giả định là cân xứng với PN và thay đổi

tuyến tính với lượng độ m đất tương ứng L/Lmax của tầng lưu trữ thấp hơn

PN , L/Lmax > TOF CQOF = 0 , L/Lmax ≤ TOF (2.2)

Trong đó:

CQOF là hệ số nước chảy tràn bề mặt 0 < CQOF < 1)

TOF là giá trị ngưỡng cho dòng chảy tràn 0 < TOF < 1)

e Dòng chảy hội lưu

Việc đóng góp dòng chảy hội lưu, QIF được giả thiết là cân bằng với U và thay

đổi trực tuyến với lượng độ m tương ứng của tầng lưu trữ thấp hơn

U , L/Lmax > TIF (2.3) QIF = 0 , L/Lmax ≤ TIF Trong đó: CKIF là hằng số thời gian cho dòng hội lưu và TIF là giá trị ngưỡng

vùng đáy cho dòng hội lưu 0 < TIF < 1)

f Lộ trình dòng chảy tràn và dòng chảy hội lưu

Dòng chảy hội lưu được lộ trình qua hai hồ chứa tuyến tính trong một chuỗi thời

gian giống với hằng số thời gian CK12 Lộ trình dòng chảy tràn cũng được dựa trên

khái niệm hồ chứa tuyến tính nhưng với biến số thời gian:

đường thẳng =0,4 mm/giờ) Hằng số 0,4 tương ứng với việc sử dụng công thức

Manning cho việc lập mô hình dòng chảy tràn

g Nạp nước ngầm

Khối lượng nước thấp G nạp lại vào tầng lưu trữ nước ngầm phụ thuộc vào lượng

độ m đất trong tầng đáy

∆L = PN – QOF – G (2.6)

i Dòng chảy cơ bản

Dòng chảy cơ bản PF từ tầng lưu trữ nước ngầm được tính toán như là dòng chảy

ra ngoài của hồ chứa tuyến tính với hằng số thời gian CKBF

j Thành phần nước ngầm mở rộng

 Thoát nước đến hoặc từ những lưu vực kề cận

 Lưu trữ nước ngầm thấp hơn

 Mô tả hồ chứa nhân tạo nước ngầm nông

 Dòng chảy mao dẫn

k Các điều kiện ban đầu

Các điều kiện ban đầu mô hình NAM, bao gồm hàm lượng nước ban đầu trong trữ lượng bề mặt và trữ lượng tầng đáy, cùng với các giá trị ban đầu của dòng chảy tràn, dòng hội lưu và dòng chảy cơ bản

q Kiểm định mô hình

Các thông số và các biến số trong mô hình thể hiện các giá trị trung bình của toàn lưu vực Nhưng trong một vài trường hợp, ta có thể ước định được một khoảng của các giá trị thông số Ước định thông số sau cùng phải được thực hiện bằng cách kiểm định chuỗi thời gian của các quan sát thủy văn

Mục tiêu kiểm định và các biện pháp đánh giá

Các mục tiêu sau đây thường được xét đến trong kiểm định mô hình:

* Sự hòa hợp tốt giữa dòng chảy mặt mô phỏng trung bình và dòng chảy mặt lưu vực quan sát được ví dụ cân bằng nước tốt);

* Sự hòa hợp hoàn toàn của hình dạng biểu đồ thủy văn;

* Sự hòa hợp của dòng chảy đỉnh về thời gian, mức độ và lưu lượng;

* Sự hòa hợp tốt của các dòng chảy chân Tham số kiểm định

Cơ sở và phương pháp hiệu chỉnh kiểm tra mô hình

Các tham số trong mô hình sẽ được xác định bằng cách tính toán và thử sai Hiệu chỉnh các thông số của mô hình đối với khu vực sao cho kết quả tính toán phù hợp với

số liệu thực đo Phương pháp biểu đồ, đồ thị và phương pháp số được sử dụng trong quá trình hiệu chỉnh và kiểm định Dùng biểu đồ, đồ thị để so sánh các đường quá trình, số liệu quan trắc và mô phỏng Sử dụng hệ số Nash-Sutcliffe để đánh giá sai số giữa số liệu mô phỏng và thực đo Trong nghiên cứu này sử dụng hệ số Nash - Sutcliffe và hệ số tương quan R2 để đánh giá kết quả độ tin cậy của mô hình tính toán

Hệ số Nash – Sutcliffe (NSE):

(2.7)

Qsim,i: lưu lượng mô phỏng tại thời gian i;

Qobs,i: lưu lượng thực đo tại thời gian i;

: lưu lượng trung bình thực đo

Bảng 2.1 Thể hiện tiêu chu n đánh giá hệ số N E theo MO orld

Qsim,i: lưu lượng mô phỏng tại thời gian i;

Qobs,i: lưu lượng thực đo tại thời gian i;

: lưu lượng trung bình thực đo;

: lưu lượng trung bình mô phỏng

Bảng 2 - 2: Tiêu chu n đánh giá hệ số tương quan (Theo Moriasi, 2007)

R2 R2< 0,4 0,4 < R2< 0,8 0,8<R2< 0,85 R2> 0,85

Bảng 2 - 3: Tham số mô hình NAM

Parameter Unit Lower bound Upper bound

Trong đó:

- Umax : Lượng trữ bề mặt tối đa Giá trị thông thường: 10 – 25 mm

- Lmax: Lượng trữ tối đa tầng đáy Giá trị thông thường: 50 – 250 mm

- CQOF: Hệ số dòng chảy tràn không có thứ nguyên, có phạm vi biến đổi

từ 0.0 đến 0.99 Nó phản ánh điều kiện thấm và cấp nước ngầm Các lưu vực có địa hình bằng phẳng, cấu tạo bởi cát thô và có chỗ không thấm thì giá trị CQOF tương đối nhỏ, ở những lưu vực mà có đất thấp, thấm được như đất sét hoặc đá trần thì giá trị của nó sẽ rất lớn

- CQOF chia lượng mưa thừa thành dòng chảy và lượng ngấm, dùng để hiệu chỉnh thông số đỉnh lũ

- CKIF: hằng số thời gian dòng chảy sát mặt, có thứ nguyên là thời gian giờ)-1 Thông số này ảnh hưởng không lớn đến tổng lượng lũ, đường rút nước

- TOF, TIF: là giá trị ngưỡng sinh dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm, không có thứ nguyên và có giá trị nhỏ hơn 1

Chúng có liên quan đến độ m trong đất Khi các giá trị của ngưỡng này nhỏ hơn L/Lmax thì sẽ không có dòng chảy tràn, dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm Về ý nghĩa vật lý, các thông số này phản ánh mức độ biến đổi trong không gian của các đặc trưng lưu vực sông Do vậy, giá trị các ngưỡng của lưu vực nhỏ thường lớn so với lưu vực lớn

- Umax, Lmax: Thông số khả năng chứa tối đa của các bể chứa tầng trên và tầng dưới Do vậy, Umax và Lmax chính là lượng tổn thất ban đầu lớn nhất, phụ thuộc và điều kiện mặt đệm của lưu vực

Khi U > Umax khi đó sẽ có lượng nước thừa PN Trong thời k khô hạn, tổn thất của lượng mưa trước khi có dòng chảy tràn xuất hiện có thể được lấy làm Umax ban đầu Thường Umax trong khoảng từ 10-20mm

CK1,2, CKBF: là các hằng số thời gian về thời gian tập trung nước Chúng là các thông số rất quan trọng, ảnh hưởng đến dạng đường quá trình và đỉnh

2.1.2 Xây dựng mô hình MIKE NAM cho các lưu vực nhập lưu

2.1.2.1 Tài liệu cơ bản sử dụng trong mô hình

a Tài liệu địa hình:

Từ bản đồ tỷ lệ 1/50.000 của huyện An Lão, tỉnh Bình Định và vùng phụ cận, tiến hành phân chia các lưu vực nhập lưu và lưu vực trạm thủy văn An Hòa Thông qua các phần mềm như MapInfo, Arcgis tạo thành file shapefile làm dữ liệu lưu vực và

vị trí các trạm mưa cho mô hình MIKE NAM Chi tiết như ở hình 2-2 dưới đây

Hình 2 - 2: ơ đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn và phân chia lưu vực

b Tài liệu khí tượng, thủy văn:

Sau khi phân tích số liệu mưa gây lũ của các trạm mưa trong và xung quanh vùng

dự án, tác giả nhận thấy 2 trạm mưa Hoài Nhơn và Ba Tơ có vị trí và giá trị đỉnh, cường độ mưa 1 ngày lớn nhất, đủ để đặc trưng cho diễn biến mưa lũ của vùng Vì vậy

trong mô phỏng dòng chảy lũ năm hiện trạng cũng như tính toán, tác giả sử dụng số liệu mưa giờ của 2 trạm mưa Ba Tơ và Hoài Nhơn làm dữ liệu đầu vào cho mô hình

Sử dụng phương pháp đa giác Theison để tính toán mưa cho các biên đầu vào mô hình thủy lực Cơ sở của phương pháp là xem lượng mưa đo được ở một vị trí nào đó trên lưu vực chỉ đại diện cho lượng mưa của một khu vực nhất định quanh nó Diện tích của khu vực đó được khống chế bởi các đường trung trực của đoạn thẳng nối liền hai trạm với nhau Dưới đây là bảng phân bố tỉ trọng mưa trên các lưu vực con chịu ảnh hưởng của hai trạm mưa Ba Tơ và Hoài Nhơn:

Bảng 2 - 4: Bảng phân bố tỉ trọng mưa trên các lưu vực

Lưu vực Ba Tơ Hoài Nhơn

Thủy văn An Hòa 0,677 0,323

Mƣa hiện trạng: Từ dữ liệu các trận lũ đã từng xảy ra đo đạc tại trạm thủy văn

An Hòa, phân tích, lựa chọn, kết hợp với chuỗi số liệu mưa ngày và mưa giờ của 2 trạm Ba Tơ, Hoài Nhơn, tác giả lựa chọn ra 2 trận lũ đo đạc được tại trạm trủy văn An Hòa gần đây vào các thời k tháng 12/2016 và trận lũ tháng 11/2017 để đưa vào mô phỏng hiệu chỉnh, kiểm định cho mô hình

Thông qua việc lựa chọn 2 trận lũ trên, tương ứng chọn được các trận mưa giờ 2 trạm Ba Tơ và Hoài Nhơn cùng thời gian xảy ra 2 trận lũ để phục vụ tính toán

Bảng 2 - 5: Trận mưa ngày 14÷20/12/2016 của hai trạm mm)

Ba Tơ 70 254,4 286 61,6 24,2 53,4 4,3 Hoài Nhơn 66,2 316,1 147,3 3,6 7,8 53,5 0,6

Bảng 2 - 6: Trận mưa ngày 3÷9/11/2017 của hai trạm mm)

Ba Tơ 36,1 305,9 416,9 444,1 43,9 59,5 14,9 Hoài Nhơn 4,6 175,4 307,2 91,5 0,1 9,8 7,9

Mƣa thiết kế: Từ lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày lớn nhất của 2 trạm Hoài Nhơn, Ba

Tơ tiến hành xây dựng đường tần suất mưa 1, 3, 5, 7 ngày lớn nhất Từ đó tìm ra được các giá trị mưa theo các tần suất 0,02%, 0,5%, 1%

Theo tiêu chí lựa chọn biểu đồ mưa điển hình, tác giả đã phân tích chuỗi số liệu theo thời gian và lựa chọn trận mưa năm 1987 để thu phóng mưa thiết kế, do đây là một trận mưa tương đối lớn với đầy đủ số liệu quan trắc theo từng giờ từ ngày 18/11/1987 - 24/11/1987

Bảng 2 - 7: Lượng mưa ngày lớn nhất với các tần suất thiết kế mm)

Tần suất 1max 3max 5max 7max 1max 3max 5max 7max X0,02% 1409,1 2922,9 3562,7 3848,7 651,4 1417,3 1632,2 1616,1 X0,5% 927,4 1873,8 2273,7 2479,7 466,4 940,7 1092,7 1130,7 X1% 823,8 1649,1 1998,0 2186,1 425,4 837,5 975,6 1023,3 Xđh-1987 408,6 549,5 549,9 554,4 261,2 407 407,3 429,3

Tài liệu bốc hơi: Sử dụng tài liệu bốc hơi tại trạm khí tượng Hoài Nhơn

Tài liệu dòng chảy: Sử dụng tài liệu lưu lượng thực đo tại trạm thủy văn An Hòa

từ ngày 14÷20/12/2016 để hiệu chỉnh mô hình Dùng trận lũ thực đo tại trạm thủy văn

An Hòa từ 3-9/11/2017 để kiểm định mô hình

MƯA GIỜ THIẾT KẾ VÀ HIỆN TRẠNG NĂM 1987 TRẠM BA TƠ

MƯA GIỜ THIẾT KẾ VÀ HIỆN TRẠNG NĂM 1987 TRẠM HOÀI NHƠN

Hình 2 - 3: Mưa giờ thiết kế và hiện trạng năm 1987 Trạm Ba Tơ và Hoài Nhơn

MƯA GIỜ CÁC TRẠM NGÀY 14-20/12/2016

Hình 2 - 4: Mưa giờ ngày 14-20/12/2016 Trạm Ba Tơ và Hoài Nhơn

MƯA GIỜ CÁC TRẠM NGÀY 3-9/11/2017

Hình 2 - 5: Mưa giờ ngày 3-9/11/2017 Trạm Ba Tơ và Hoài Nhơn

c Tài liệu khác: Bao gồm các thông tin về diện tích lưu vực, đơn vị hành chính, địa chất thổ nhưỡng…

2.1.3 Hiệu chỉnh, kiểm định xác định bộ thông số mô hình NAM

2.1.3.1 Hiệu chỉnh mô hình MIKE NAM

Sử dụng phép đo hiệu suất số học để hiệu chỉnh mô hình NAM như sau:

Độ phù hợp giữa dòng chảy trung bình thực đo và tính toán: sai số tổng lượng (WBL)

Độ phù hợp tổng thể của dạng đường quá trình: sai số gốc quân phương trung bình tổng cộng RMSE or R2

)

Độ phù hợp của đỉnh lũ: RMSE trung bình cho đỉnh lũ

Độ phù hợp của chân lũ: RMSE trung bình cho chân lũ

MIKE-NAM đưa ra giá trị R2 với 0 < R2 < 1) cho trận lũ mô phỏng với trận lũ thực đo tương ứng Khi một con lũ mô phỏng trùng với con lũ thực đo, R2 sẽ đạt giá trị

1 Mục đích của việc hiệu chỉnh là tìm ra một bộ thông số có thể áp dụng cho trận lũ năm 2016 và do đó có thể là giá trị gần đúng cho các thông số thực của lưu vực Ngược lại, giá trị WBL gần bằng 0 thể hiện sự phù hợp tốt giữa tổng lượng nước thực

đo và mô phỏng

MIKE-NAM có một số thông số được chia thành 5 nhóm: bề mặt và đới rễ cây, nước ngầm, tuyết tan, tưới tiêu và điều kiện ban đầu Do không có nhu cầu tưới cao trong suốt mùa mưa nên trong nghiên cứu này không sử dụng các thông số tưới Các thông số tuyết tan cũng được bỏ qua do nhiệt độ gần như không bao giờ dưới 50

C Ý nghĩa của các thông số bề mặt và đới rễ và nước ngầm được giải thích trong sau:

Bảng 2 - 8 : Ý nghĩa và giới hạn của các thông số trong NAM

Thông số Mô tả thông số Đơn vị Giới hạn thông số Umax Lượng trữ nước mặt cực đại mm 10 - 20 Lmax Lượng trữ nước cực đại trong đới rễ mm 50 - 300

TIF Giá trị biên của đới rễ cây cho dòng sát mặt - 0 - 1

TG Giá trị biên của đới rễ cây cho dòng ngầm - 0 - 1

CKBF Hằng số thời gian cho dòng chảy cơ sở giờ -

Từ dữ liệu mưa giờ, bốc hơi và dòng chảy năm 2016 đã trình bày ở trên, đưa vào

mô hình MIKE NAM để tính toán hiệu chỉnh, dò tìm bộ thông số cho mô hình Các thông số mô hình xác định theo phương pháp thử sai được trình bày Bảng 2- 9

Kết quả hiệu chỉnh bộ thông số trận lũ năm 2016 tại trạm thủy văn An Hòa được thể hiện như hình dưới

Hình 2 - 6: Quá trình lũ, tổng lượng lũ mô phỏng và thực tế trận lũ năm 2016

2.1.3.2 Kiểm định mô hình MIKE NAM

Áp dụng mô hình tính toán lưu lượng tại An Hòa cho trận lũ năm 2017 với bộ thông số đại biểu ở trên bảng 2-9) tiến hành kiểm định lại mô hình với các số liệu mưa, bốc hơi và dòng chảy lũ năm 2017 Kết quả kiểm định mô hình được trình bày ở dưới đây

Hình 2 - 7: Quá trình lũ, tổng lượng lũ mô phỏng và thực tế trận lũ năm 2016

2.1.3.3 Nhận xét kết quả hiệu chỉnh, kiểm định

Từ kết quả tính toán hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MikeNam như trên cho kết quả khá tin cậy với các sai số tổng lượng và đỉnh lượng không lớn, hệ số NASH đạt 89,3% và 89,2% do vậy có thể dùng bộ thông số này để tính toán quá trình dòng chảy

lũ các lưu vực biên nhập lưu cho mô hình thủy lực

Bảng 2 - 9: Kết quả bộ thông số trong mô hình MIKE NAM như sau:

Tên lưu vực Umax Lmax CQOF CKIF CK1,2 TOF TIF TG CKBF BF

An Hòa

KG (233.6) 15 120 0.7 950 8.5 0.5 0.1 0.4 500 130.0 LV1 (35.0) 15 120 0.7 950 8.5 0.5 0.1 0.4 500 19.4 LV2 (39.7) 14.5 120 0.7 950 8 0.5 0.1 0.4 500 22.0 LV3 (33.2) 14.5 120 0.7 950 8 0.5 0.1 0.4 500 18.4

Kết quả tính toán lũ theo mô hình MIKE NAM:

Với các trận mưa năm 2016 các trận mưa thiết kế thu phóng được ở trên, ứng dụng mô hình MIKE NAM cho lưu vực Đồng Mít tính được quá trình lũ tại các biên nhập lưu làm biên đầu vào cho mô hình thủy lực, kết quả tính toán được thể hiện ở dưới đây:

Bảng 2 - 10: Lưu lượng lớn nhất ứng với các trận lũ năm 2016, 2017 và lũ thiết

kế tại các biên nhập lưu trên lưu vực Đồng Mít

QUÁ TRÌNH LŨ MÔ PHỎNG NĂM 2016 TẠI CÁC BIÊN NHẬP LƯU

Hình 2 - 8: Quá trình lũ mô phỏng năm 2016 tại các biên nhập lưu

QUÁ TRÌNH LŨ MÔ PHỎNG NĂM 2017 TẠI CÁC BIÊN NHẬP LƯU

Hình 2 - 9: Quá trình lũ mô phỏng năm 2017 tại các biên nhập lưu