ứng dụng mô hình thủy văn mô phỏng dõng chảy lũ trên lưu vực hồ ka nak

Nội dung luận văn hướng tới việc tìm hiểu và ứng dụng mô hình thủy văn HEC-HMS để mô phỏng dòng chảy lũ trên lưu vực Hồ Ka Nak, qua đó dự báo lưu lượng, mực nước lũ từ mưa trên lưu vực,

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN THANH NGHĨA

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY VĂN MÔ PHỎNG DÕNG CHẢY

LŨ TRÊN LƯU VỰC HỒ KA NAK

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Kỹ thuật Xây dựng Công trình thủy

Đà Nẵng – Năm 2018

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN THANH NGHĨA

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY VĂN MÔ PHỎNG DÕNG CHẢY

LŨ TRÊN LƯU VỰC HỒ KA NAK

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình thủy

Mã số: 60.58.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Tô Thúy Nga

Đà Nẵng – Năm 2018

i

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

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

Tác giả

Trần Thanh Nghĩa

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY VĂN

MÔ PHỎNG DÕNG CHẢY LŨ TRÊN LƯU VỰC HỒ KA NAK

Học viên:Trần Thanh Nghĩa Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình thủy

Mã số: 11635 Khóa: K33 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

TÓM TẮT - Hệ thống mô hình thủy văn (HEC-HMS) là sản phẩm của Trung tâm Kỹ thuật Thuỷ

văn (CEIWR-HEC); Viện Tài nguyên nước; Quân đội Hoa Kỳ được thiết kế để mô phỏng các quá trình thủy văn hoàn chỉnh của các hệ thống lưu vực Kết quả mô phỏng được lưu giữ trong Hệ thống Lưu trữ Dữ liệu HEC-DSS và có thể được sử dụng kết hợp với các phần mềm khác để nghiên cứu

về tính chất của nước, các công tác thoát nước đô thị, dự báo dòng chảy, tác động đô thị hoá trong tương lai, thiết kế đập tràn, giảm thiệt hại do lũ, vận hành hồ chứa

Nội dung luận văn hướng tới việc tìm hiểu và ứng dụng mô hình thủy văn HEC-HMS để mô phỏng dòng chảy lũ trên lưu vực Hồ Ka Nak, qua đó dự báo lưu lượng, mực nước lũ từ mưa trên lưu vực, nhằm chủ động trong công tác điều tiết hồ, giảm bớt thiệt hại cho vùng hạ du Ba trận lũ năm 2011,

2013 và 2016 được chọn để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình Các kết quả hiệu chỉnh và kiểm định

mô hình khi sử dụng mô hình thủy văn (HEC-HMS) có hệ số Nash và hệ số tương quan là cao và tin cậy

Từ khóa - Mô hình thủy văn; HEC-HMS; Hồ Ka Nak; mô phỏng; dòng chảy lũ (5 từ khóa)

APPLICATION OF HYDROLOGIC MODELING SYSTEM

TO SIMULATE FLOOD FLOW IN HO KA NAK WATERSHED SYSTEMS

Student: Tran Thanh Nghia Speciality: Civil Engineering

Code:11635 Course:K33-DaNang University of Technology ecole polytechnique de DaNang

ABSTRACT - The Hydrologic Modeling System (HEC-HMS) is a product of the Hydrology

Technical Center (CEIWR-HEC); Institute of Water Resources; US Army It is designed to

simulate the complete hydrologic processes of dendritic watershed systems Simulation results are stored in the Data Storage System HEC-DSS and can be used in conjunction with other software for studies of water availability, urban drainage, flow forecasting, future urbanization impact, reservoir spillway design, flood damage reduction, floodplain regulation, and systems operation Content to find the understand and apply Hydrologic Modeling System HEC-HMS to simulate Flood flow in Ho Ka Nak watershed systems From that volume expected, water in suffied from the sun on the storage, in the dynamic profile in the adjustment profile, reduce the less of the lower level Three floods in 2011, 2013 and 2016 are selected for calibration and model validation The calibration and modeling results using the hydrological model (HEC-HMS) have a Nash coefficient and the correlation coefficient is high and reliable

Key words - Hydrologic Modeling; HEC-HMS; Ho Ka Nak; Simulation; Flood flow

1 Tính cấp thiết của đề tài : 2

1.1 Quy hoạch bậc thang thuỷ điện trên Sông Ba 4 1.2 Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực Sông Ba 5

1.4.1 Mức độ nghiên cứu thủy văn trên lưu vực 10

2.1 Các thông số chính Công trình Thủy điện An Khê - Ka Nak 13 2.2 Chế độ vận hành ngày đêm của hồ Ka Nak và An Khê 18

CHƯƠNG II 21

1.2 Mô tả về giao diện người dùng và các thành phần của chương trình: 22

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC–HMS ĐỂ MÔ PHỎNG DÕNG CHẢY LŨ

4.2 Kiểm nghiệm mô hình 57 4.3 Phân tích, đánh giá, nhận xét kết quả mô phỏng 60

6 - ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ ĐẶC TRƯNG ĐẾN VIỆC HIỆU

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

Bảng 1.1 Sơ đồ khai thác bậc thang Thủy điện trên Sông Ba 5

Bảng 1.2 Đặc trưng hình thái lưu vực sông 6

Bảng 1.3 Đặc trưng nhiệt độ không khí (0C) trạm An Khê 7

Bảng 1.4 Đặc trưng độ ẩm không khí trạm An Khê (%) 8

Bảng 1.5 Tần suất xuất hiện và hướng gió trạm An Khê (%) 8

Bảng 1.6 Vận tốc gió ứng với các tần suất tại trạm An Khê 8

Bảng 1.7 Lượng bốc hơi trung bình tháng trạm khí tượng An Khê (mm) 8

Bảng 1.8 Sự phân bố ngày mưa trong năm 9

Bảng 1.9 Lượng mưa bình quân nhiều năm lưu vực An Khê, Kanak 9

Bảng 1.10 Tổn thất bốc hơi tính đến các tuyến công trình 9

Bảng 1.11 Phân phối tổn thất bốc hơi mặt hồ An Khê, Kanak 9

Bảng 1.12 Danh sách các trạm thủy văn trên lưu vực sông Ba 10

Bảng 1.13 Đặc trưng dòng chảy mùa tuyến tính toán 11

Bảng 1.14 Đặc trưng dòng chảy năm thủy văn tuyến công trình 11

Bảng 1.15 Lưu lượng đỉnh lũ ứng với các tần suất trạm thủy văn An Khê 12

Bảng 1.16 Các thông số chính của Công trình 13

Bảng 1.17 Quy mô các hạng mục công trình chính 15

Bảng 1.18 Các thông số cơ bản về khí tượng, thủy văn 17

Bảng 1.19 Toạ độ đường điều phối hồ chứa Ka Nak 18

Bảng 1.20 Các mức nước qui định trong các hồ chứa Ka Nak: 20

Bảng 3.1: Trọng số của các trạm mưa thượng nguồn lưu vực Hồ Ka Nak 43

Bảng 3.2: chỉ tiêu Nash-Sutcliffe và hệ số tương quan của các trận lũ 60

Bảng 3.3: Bộ thông số mô hình cho lưu vực Hồ Ka Nak 60

Hình 1.1 Bản đồ lưu vực Sông Ba và vị trí đập Thủy điện Ka Nak 4

Hình 1.2 Điều phối hồ chứa Ka Nak 19

Hình 2.1 Màn hình chính của chương trình với Watershed Explorer ở phía trên bên trái, Component Editor ở phía dưới bên trái, Message Log ở phía dưới và phần còn lại là Desktop 23

Hình 2.2 Biểu đồ mưa biểu thị chiều sâu lớp nước trung bình trong một thời đoạn tính toán 27

Hình 2.3: Tổn thất dòng chảy theo phương pháp SCS 30

Hình 2.4: Các phương pháp cắt nước ngầm 39

Hình 3.1: Lưu vực Hồ Ka Nak và bản đồ phân bố lượng mua năm 43

Hình 3.2 Tạoprojec Lưu vực Hồ Ka Nak 44

Hình 3.3: Tạo Subbasin Lưu vực Ka Nak 44

Hình 3.4: Các thông số của lưu vực tính toán 45

Hình 3.5: Các thông số của phương pháp tổn thất 45

Hình 3.6: Các thông số của phương pháp dòng chảy đơn vị 46

Hình 3.7: Các thông số của dòng chảy ngầm 46

Hình 3.8: Thông số trạm đo mưa 47

Hình 3.9: Thời gian diễn ra mưa 48

Hình 3.10: Dữ liệu mưa giờ 48

Hình 3.11: Lưu lượng thực đo 49

Hình 3.12: Các thông số mô hình khí tượng 49

Hình 3.13: Chỉ định lưu vực áp dụng mô hình khí tượng 50

Hình 3.14: Chỉ định các trạm mưa tham gia vào mô hình khí tượng 50

Hình 3.15: Trong số các trạm mưa trong mô hình khí tượng 50

Hình 3.16: Biểu đồ mưa đo tại trạm Krong năm 2011 51

Hình 3.17: Biểu đồ mưa đo tại trạm Sơ Pai năm 2011 52

Hình 3.18: Biểu đồ mưa đo tại trạm TV1 năm 2011 52

Hình 3.19: Biểu đồ Lưu lượng đo tại Tràn Ka Nak năm 2011 52

Hình 3.20: Biểu đồ mưa đo tại trạm Krong năm 2013 53

Hình 3.21: Biểu đồ mưa đo tại trạm Sơ Pai năm 2013 53

Hình 3.22: Biểu đồ mưa đo tại trạm TV1 năm 2013 53

Hình 3.23: Biểu đồ Lưu lượng đo tại Tràn Ka Nak năm 2013 54

Hình 3.25: Biểu đồ mưa đo tại trạm Sơ Pai năm 2013 54

Hình 3.26: Biểu đồ mưa đo tại trạm TV1 năm 2016 55

Hình 3.27: Biểu đồ Lưu lượng đo tại Tràn Ka Nak năm 2016 55

Hình 3.28: Biểu đồ Q ~ t tính toán và thực đo Lưu vực Ka Nak năm 2011 56

Hình 3.29: Bảng tóm tắt kết quả mô phỏng trận lũ năm 2011 57

Hình 3.30: Biểu đồ Q ~ t tính toán và thực đo Lưu vực Ka Nak năm 2013 58

Hình 3.31: Bảng tóm tắt kết quả mô phỏng trận lũ năm 2013 58

Hình 3.32: Biểu đồ Q ~ t tính toán và thực đo Lưu vực Ka Nak năm 2016 59

Hình 3.33: Bảng tóm tắt kết quả mô phỏng trận lũ năm 2016 59

Hình 3.34: Đường quá trình lưu lượng dự báo 6h 63

Hình 3.35: Dòng chảy mặt ban đầu 64

Hình 3.36: Hệ số cong Curve Number 65

Hình 3.37: Hệ số cản thấm 66

Hình 3.38: Hệ số thời gian trễ 67

Hình 3.39: Hệ số đỉnh lũ 68

Hình 3.40: Hệ số dòng chảy ngầm ban đầu 69

Hình 3.41: Hệ số hằng số tổn thất 70

Hình 3.42: Hệ số tỉ lệ tổn thất 71

MỞ ĐẦU

Sông Ba là con sông lớn ở Nam Trung Bộ, bắt nguồn từ đỉnh núi Ngọc Rô thuộc dải Trường Sơn, đoạn thượng nguồn sông Ba chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam đến An Khê sau đó sông chảy theo hướng Đông Bắc - Tây Nam, tiếp theo là hướng Bắc Nam về đến Cheo Reo Từ Cheo Reo sông chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam về đến Sơn Hoà tỉnh Phú Yên và từ đây sông chảy theo hướng Tây Đông

đổ ra biển Đông

Công trình thủy điện An Khê - Ka Nak được xây dựng trên thượng nguồn Sông

Ba đã đi vào vận hành từ năm 2011 với công suất 173MW, là công trình cấp II do EVN làm Chủ đầu tư với phương án chuyển nước từ Sông Ba về sông Côn , tận dụng cột nước địa hình giữa hai lưu vực sông Ba và sông Côn khoảng 350m để phát điện Công trình được xây dựng ngoài lợi ích cung cấp điện lên lưới Quốc gia với điện lượng trung bình hàng năm 699,5 triệu kWh còn bổ sung nước tưới cho vùng hạ lưu sông Côn

Công trình Thủy điện An Khê - Ka Nak bao gồm hệ thống hai hồ chứa là hồ Ka Nak ở thượng lưu và hồ An Khê phía hạ lưu Hồ Ka Nak nằm trên địa phận thuộc các

xã Kroong, Đăk Smar, Lơ Ku và thị trấn Kbang thuộc huyện Kbang Hồ An Khê được xây dựng trên địa phận các xã Thành An, Xuân An, Cửu An và phường An Phước thuộc thị xã An Khê và các xã Đông, Nghĩa An, Đak H‟Lơ thuộc huyện Kbang; phần nhà máy An Khê thuộc xã Tây Thuận, huyện Tây Sơn, tỉnh Bình Định

Hồ Ka Nak được xây dựng đập ngăn nước chắn sông Ba tại vị trí có tọa độ địa lý: 14010‟26” vĩ độ Bắc, 108034‟36” độ kinh Đông, cách trung tâm thị trấn huyện Kbang khoảng 8 km về phía Bắc - Tây Bắc Lòng hồ nhìn chung có địa hình hẹp, kéo dài dọc theo sông chính khoảng 25km, suối Đak Sơ Pay khoảng 7km và một số khe suối nhánh khác thuộc địa phận các xã Kroong, Lơ Ku, Đak Smar, thị trấn Kbang (huyện Kbang); hai bên bờ hồ có địa hình khá phức tạp: sườn đồi dốc, chia cắt Hành lang viền hồ có tổng chiều dài khoảng 85,4km, hai bờ có khoảng 30% diện tích là đất rừng thuộc lâm phần các Công ty Lâm nghiệp Ka Nak, Lơ Ku, Sơ Pai, phần còn lại là đất sản xuất nông nghiệp của dân

Diện tích lưu vực của Hồ chứa Ka Nak là 833 km2, có dung tích hữu ích 285.5x106m3, dung tích này chủ yếu để cấp nước cho hồ An Khê ở bên dưới (khoảng 30km ở hạ lưu đập Ka Nak), bên cạnh đó có tận dụng để phát điện với tuyến năng lượng đường dẫn, công suất phát điện 13 MW

1 Tính cấp thiết của đề tài :

Hồ chứa Ka Nak vận hành từ năm 2011, từ đó đến nay đã hứng chịu nhiều trận

lũ lớn như tháng 10/2011, 11/2013, 12/2016, 11/2017 Tuy nhiên, công tác dự báo dòng chảy lũ đến hồ chưa có nhiều công trình nghiên cứu Việc vận hành điều tiết hồ chứa trong mùa mưa lũ chủ yếu dựa vào quy trình vận hành liên hồ, các dự báo của đài KTTV Tây nguyên và kinh nghiệm của người điều hành Với mong muốn ứng dụng

mô hình toán thủy văn mô phỏng dòng chảy lũ trên lưu vực Hồ Ka Nak nhằm phục vụ công tác dự báo lũ, chủ động vận hành điều tiết hồ nhằm giảm bớt những thiệt hại về

con người và tài sản cho hạ lưu Đó là lý do tôi chọn đề tài: „„Ứng dụng mô hình thủy văn mô phỏng dòng chảy lũ trên lưu vực Hồ Ka Nak”

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu:

Nhiệm vụ: Nghiên cứu xây dựng mô hình mưa và dòng chảy bằng mô hình

thủy văn, để dự báo lưu lượng, mực nước lũ từ mưa trên lưu vực Hồ chứa Ka Nak, nhằm chủ động trong công tác điều tiết hồ, giảm bớt thiệt hại cho vùng hạ du

Mục tiêu: Mô phỏng dòng chảy lũ trên lưu vực thượng nguồn đập Thủy điện

Ka Nak bằng mô hình Hec-HMS

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

Cơ sở lý thuyết của phương pháp tính toán mưa, tổn thất, chuyển đổi dòng chảy, tính toán dòng chảy ngầm, diễn toán dòng chảy của mô hình thủy văn HEC-HMS, ảnh hưởng của các tham số đặc trưng đến việc hiệu chỉnh mô hình HEC-HMS, các báo cáo kỹ thuật, tài liệu và luận văn liên quan đến đề tài

Phạm vi nghiên cứu của luận văn là: Lưu vực Hồ chứa Ka Nak, chế độ Thủy

văn trên lưu vực Hồ chứa Ka Nak, chế độ vận hành của Đập tràn, Nhà máy Thủy điện

Ka Nak, sử dụng số liệu mưa từ 03 trạm đo mưa trên lưu vực Hồ Ka Nak, số liệu lưu lượng tại trạm đo đập tràn Ka Nak từ năm 2011 tới nay

3 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp kế thừa nghiên cứu: Kế thừa một số các tài liệu, cơ sở dữ liệu và kết quả tính toán trong quá trình xây dựng và vận hành của Công trình Thủy điện An Khê-Ka Nak;

- Phương pháp tổng hợp, phân tích, thống kê và xử lý số liệu: Dùng trong việc phân tích và xử lý số liệu đầu vào về thủy văn, thủy lực, địa hình phục vụ tính toán

- Phương pháp ứng dụng mô hình thủy văn: Dựa trên khả năng ứng dụng và sự phổ cập của mô hình thủy văn Hec-HMS để mô phỏng dòng chảy lũ

4 Nội dung nghiên cứu:

- Thu thập các số liệu thuỷ văn Hồ chứa và các chế độ vận hành hồ chứa Thuỷ điện An Khê – Ka Nak

- Áp dụng mô hình thủy văn để mô phỏng dòng chảy lũ trên lưu vực Hồ Ka

Nak

- Nhận xét và dự báo thử nghiệm

- Đánh giá Ảnh hưởng của các tham số đặc trưng đến việc hiệu chỉnh mô hình thủy văn HEC-HMS

- Viết báo cáo tổng hợp toàn bộ kết quả thực hiện đề tài

5 Bố cục và nội dung của luận văn:

Lời cam đoan

Mục lục

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan Công trình Thuỷ điện An Khê –Ka Nak

Chương 2 Cơ sở lý thuyết mô hình thủy văn được chọn

Chương 3: Ứng dụng mô hình thủy văn để mô phỏng dòng chảy lũ trên lưu vực

Hồ Ka Nak

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu Tham khảo

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN AN KHÊ-KA NAK

1 – TỔNG QUAN CHUNG KHU VỰC NGHIÊN CỨU:

1.1 Quy hoạch bậc thang thuỷ điện trên Sông Ba

Sông Ba nằm trong địa phận các tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắc và Phú Yên của nước Việt Nam, có diện tích lưu vực khoảng 14.000km2, có trữ năng lý thuyết khoảng 10tỷ kWh/năm, năng lượng khai thác kinh tế khoảng 3 tỷ kWh/năm Diện tích lưu vực tính đến đập Thủy điện Ka Nak là 833km2

Các nghiên cứu trước đây đã khảo sát nghiên cứu tính hợp lý trong việc sử dụng nguồn nước Sông Ba vào mục đích phát điện, phòng lũ và đảm bảo nhu cầu tưới, không những của lưu vực Sông Ba mà còn chuyển nước sang lưu vực Sông Côn, để phát điện và cung cấp nước tưới cho lưu vực hạ lưu Sông Côn vùng nam Bình Định

Hình 1.1 Bản đồ lưu vực Sông Ba và vị trí đập Thủy điện Ka Nak

Bộ Công nghiệp đã có văn bản phê duyệt quy hoạch bậc thang thuỷ điện trên sông Ba số: 1470/Q-KHT, ngày 23 /6/2003 Với Sơ đồ khai thác bậc thang thủy điện

trên Sông Ba được phê duyệt xem chi tiết Bảng 1.1

Bảng 1.1 Sơ đồ khai thác bậc thang Thủy điện trên Sông Ba

T

MNDBT (m)

NLM (MW)

Ghi chú

I Các công trình trên dòng chính Sông Ba

173,0

II Các công trình trên phụ lưu cấp 1

46,0 28,0 18,0

6 Thủy điện H,

7 Thủy điện H,

1.2 Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực Sông Ba

Sông Ba là một sông lớn ở miền Trung Việt Nam, diện tích lưu vực xấp xỉ 14.000 km2, bao gồm đất đai của ba tỉnh Gia Lai, Đăk Lắc và Phú Yên, lưu vực nằm trong khoảng 1080 đến 109027‟ kinh độ Đông và từ 12030‟ đến 14040‟ vĩ độ Bắc

Sông Ba bắt nguồn từ đỉnh núi Ngọc Rô thuộc dải Trường Sơn, đoạn thượng nguồn sông Ba chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam đến An Khê sau đó sông chảy theo hướng Đông Bắc - Tây Nam tiếp theo là hướng Bắc Nam về đến Cheo Reo Từ Cheo Reo sông chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam về đến Sơn Hoà và từ đây sông chảy theo hướng Tây Đông đổ ra biển Đông

Lưu vực sông Ba có hình lá cây, thượng nguồn nhỏ sau đó phình ra trải đều hầu hết lưu vực rồi thu hẹp ở cửa ra biển Đông Nhìn chung địa hình lưu vực sông Ba rất phức tạp được tạo ra bởi sự chia cắt của dải Trường sơn, cao nguyên và đồng bằng,

tạo nên những thung lũng sông có độ dốc lớn Độ cao bình quân lưu vực khoảng 495m, độ cao đường phân thủy phổ biến từ 500  2000 m

Sông Ba có nhiều sông nhánh, có hơn 50 sông nhánh có chiều dài lớn hơn 20

km, 19 sông nhánh có diện tích lưu vực lớn hơn 100 km2 Đặc biệt có 3 sông nhánh chính đó là Iayun, KrôngHnăng và sông Hinh Sông nhánh Iayun là sông nhánh lớn nhất của sông Ba, có chiều dài sông chính là 292km, diện tích lưu vực là 2874km2 Lượng mưa năm trung bình lưu vực khoảng 1600 mm, môđuyn dòng chảy năm là 24.6 l/skm2 Tổng lượng nước hàng năm đổ vào sông Ba là 2.23*109

m3, chiếm 23.1 % tổng lượng nước toàn lưu vực Sông Ea Krông Hnăng là sông nhánh lớn thứ 2 của sông Ba,

có diện tích lưu vực đến cửa ra là 1761 km2, chiều dài lưu vực gần 130 km Lượng mưa bình quân lưu vực khoảng 1700 mm Môđuyn dòng chảy khoảng 26.5 l/skm2, tổng lượng nước hàng năm đổ vào sông Ba là 1.47*109

m3, chiếm 15.2 % tổng lượng nước toàn lưu vực Sông Hinh là sông nhánh lớn thứ ba của sông Ba, có diện tích lưu vực đến cửa ra là 1040km2, chiều dài lưu vực khoảng 59 km Lượng mưa bình quân lưu vực khoảng 2500 mm Môđun dòng chảy khoảng 52.1 l/skm2, tổng lượng nước hàng năm đổ vào sông Ba là 1.71*109 m3, chiếm 17.7 % tổng lượng nước toàn lưu vực

Phần lưu vực Sông Ba tính đến tuyến đập Ka Nak và An Khê có đặc trưng được trình bày trong Bảng 1.2

Bảng 1.2 Đặc trưng hình thái lưu vực sông

TT Tuyến Flv (km 2 ) Lsc (km) Jsc (%o) Htblv (m) Btblv (km) D (km/km2)

1.3 Đặc điểm khí hậu lưu vực Sông Ba

Lưu vực sông Ba đại bộ phận nằm ở sườn phía Tây dải Trường Sơn và một phần ở phía Đông, vì vậy nó chịu sự ảnh hưởng của hai luồng gió mùa Tây Nam và gió mùa Đông Bắc Song do tính chất địa hình ở đây phức tạp, nó chịu sự chi phối mạnh mẽ của dải Trường Sơn kết hợp với hoàn lưu gió mùa tạo nên lưu vực sông Ba

có ba khu khí hậu khác nhau:

- Khí hậu Tây Trường Sơn: Có chế độ nhiệt tương đối ôn hoà, với mùa mưa

ẩm mát mẻ trùng với thời kỳ gió mùa mùa hạ

- Khí hậu Đông Trường Sơn: Trái ngược với khí hậu Tây Trường Sơn ở đây

có mùa mưa ngắn và muộn, mùa khô nắng nóng kéo dài bởi do ảnh hưởng của gió mùa mùa hạ, khi vượt qua dãy Trường Sơn đã để lại lượng ẩm ở sườn Tây dãy Trường Sơn Vùng khí hậu này chịu sự tác động mạnh mẽ của nhiễu động thời tiết từ biển Đông vào

và kết hợp với gió mùa Đông Bắc, dẫn đến hàng năm từ tháng IX đến tháng XII các cơn bão muộn từ biển Đông đổ vào đất liền gặp dãy Trường Sơn chặn lại tạo thành vùng áp thấp nhiệt đới gây mưa lớn ở vùng hạ lưu sông Ba và một phần thượng nguồn sông Ba

- Khí hậu vùng trung gian: Do ảnh hưởng của hai vùng khí hậu nói trên gây ra, mùa mưa dài nhưng lượng mưa nhỏ, ngược lại mùa khô thì gay gắt hơn bất cứ nơi nào

Bảng 1.3 Đặc trưng nhiệt độ không khí ( 0 C) trạm An Khê

Đặc

trƣng

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

Tr bình 19.7 21.0 23.1 25.5 26.2 26.1 25.6 25.3 24.7 23.4 21.7 20.1 23.5 Tối cao 34.0 35.9 37.3 38.3 37.4 36.2 35.5 35 35.2 34.4 32 31.1 38.3 Tối thấp 9.8 12.0 11.9 15.6 19.0 19.0 19.5 19.0 17.8 13.2 13.0 9.8 9.8

1.3.2 Độ ẩm

Độ ẩm tương đối bình quân năm trên lưu vực thay đổi từ 80% đến 85% Tại trạm khí tượng An Khê độ ẩm tương đối trung bình tháng dao động từ 78% đến 88%, các tháng mùa mưa có độ ẩm trung bình lớn, dao động từ 82% đến 88%, tháng có độ

ẩm nhỏ nhất đạt 22% Các đặc trưng độ ẩm không khí tại trạm khí tượng An Khê được ghi ở trong Bảng 1.4

Bảng 1.4 Đặc trưng độ ẩm không khí trạm An Khê (%)

Bảng 1.5 Tần suất xuất hiện và hướng gió trạm An Khê (%)

An Khê 30.6 3.76 46.7 10.7 1.05 6.21 27.7 3.64 0.15

Dựa vào số liệu quan trắc tại trạm khí tượng An Khê đã tính được tốc độ gió lớn nhất ứng với tần suất tính toán 2%, 4% và 50% Kết quả trình bày trong Bảng 1.6

Bảng 1.6 Vận tốc gió ứng với các tần suất tại trạm An Khê

Đặc trưng Giá trị Vmaxp các hướng chính (m/s) Vmax

Bảng 1.7 Lượng bốc hơi trung bình tháng trạm khí tượng An Khê (mm)

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

Tr Bình 83.4 93.0 131.9 147.3 146.2 147.1 142.6 128.5 89.5 68.1 62.9 65.8 1306

1.3.5 Chế độ mƣa

Lưu vực sông Ba tính đến tuyến đập An Khê nằm ở khu vực Đông Trường Sơn, mùa mưa bắt đầu từ tháng IX kết thúc vào tháng XII Lượng mưa trong mùa mưa chiếm từ 62% đến 75% lượng mưa cả năm Sự phân bố ngày mưa các tháng trong năm của trạm khí tượng An Khê được ghi trong Bảng 1.8

Bảng 1.8 Sự phân bố ngày mưa trong năm

Trạm I II III IV VI VI VII VIII IX X XI XII Năm

Bảng 1.10 Tổn thất bốc hơi tính đến các tuyến công trình

Sử dụng mô hình phân phối bốc hơi Piche tháng của trạm An Khê phân phối cho lượng tổn thất bốc hơi lưu vực tính đến các tuyến đập, kết quả trong Bảng 1.11

Bảng 1.11 Phân phối tổn thất bốc hơi mặt hồ An Khê, Kanak

Tuyến I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

Kanak 24.8 27.6 39.2 43.7 43.4 43.7 42.4 38.2 26.6 20.2 18.7 19.5 388

An Khê 26.8 29.9 42.5 47.4 47.1 47.3 45.9 41.4 28.8 21.9 20.3 21.2 421

1.4 Các đặc trưng thuỷ văn

1.4.1 Mức độ nghiên cứu thủy văn trên lưu vực

Trước năm 1967 việc quan trắc mực nước có nhiều gián đoạn và không có hệ thống Từ năm 1967 trở về sau này, tại trạm thủy văn An Khê việc quan trắc các yếu tố mực nước, lưu lượng mới tiến hành có hệ thống Tài liệu đo đạc tại một số trạm thủy văn khác trên lưu vực sông Ba và trạm thủy văn An Khê từ năm 1967 đến nay là đáng tin cậy Mức độ nghiên cứu thủy văn lưu vực sông Ba được trình bày trong Bảng 1.12

Bảng 1.12 Danh sách các trạm thủy văn trên lưu vực sông Ba

TT Tên trạm Kinh vĩ độ Các yếu tố quan trắc

Mưa

1 An Khê 108039‟ 13057‟ 67-74,

77-04

67-73, 77-04

78-79, 81-04

84, 88-18

Trên cơ sở chuỗi dòng chảy bình quân tháng, năm từ 19672018 tính đến tuyến đập Ka Nak, An Khê đã tiến hành phân mùa dòng chảy trong năm Mùa thủy văn được xác định theo chỉ tiêu vượt trung bình Ttrong năm thủy văn, mùa lũ bắt đầu

từ tháng IX và kết thúc vào tháng XII, mùa kiệt kéo dài từ tháng I đến tháng VIII năm sau Đặc trưng thống kê dòng chảy mùa tại các tuyến công trình được đưa ra trong Bảng 1.13

Bảng 1.13 Đặc trưng dòng chảy mùa tuyến tính toán

Tuyến công

trình

đóng góp Qbq(m 3 /s) W(10 6 m 3 ) Cv Cs

Bảng 1.14 Đặc trưng dòng chảy năm thủy văn tuyến công trình

Tuyến F

(km 2 )

N (năm)

Qo (m 3 /s)

Wo (10 6 m 3 )

Lũ sông Ba thuộc loại lũ lớn, các đỉnh lũ thường xuất hiện chủ yếu vào tháng

X và XI, mô đuyn đỉnh lũ bình quân tại An Khê khoảng 870 l/skm2, tại Củng Sơn khoảng 640 l/skm2 Sau khi bổ sung, chuỗi dòng chảy đỉnh lũ trạm An Khê có 51 năm tài liệu từ 1967  2018 (2 năm 1975 và 1976 bị gián đoạn vì không có tài liệu đo đạc)

Từ chuỗi dòng chảy lớn nhất trạm thủy văn An Khê tiến hành tính toán và vẽ đường tần suất, kết quả các tham số thống kê và các trị số Qmax ứng với các tần suất trạm thủy văn An Khê được trình bày trong Bảng 1.15

Bảng 1.15 Lưu lượng đỉnh lũ ứng với các tần suất trạm thủy văn An Khê

hồ chứa An Khê và Ka Nak là phương trình cơ bản Sêzi-Maning, đây là phương trình

đã được đơn giản hoá từ hệ phương trình cơ bản Sainvenant áp dụng cho các sông miền núi

- Đường quan hệ Q = f(H) tại tuyến đập An Khê - Kanak

* Lập sơ đồ và tính toán lựa chọn thông số địa hình, độ nhám đoạn sông, tính nước dềnh hồ chứa An Khê và Ka Nak với tần suất lũ P=1% và 5%, sử dụng mô hình

lũ năm 1998 Kết quả tính toán nước dềnh hồ chứa An Khê MNDBT 429m, Ka Nak MNDBT 515m cho thấy vùng đuôi hồ phía thượng lưu mực nước dềnh lên khoảng 2-2.5m so với mức nước trong hồ ứng với lũ tần suất p = 1%

1.4.5 Kết luận về khí hậu - thuỷ văn

Các đặc trưng khí tượng, thủy văn của công trình thủy điện Ka Nak và An Khê trong báo cáo này được tính toán dựa trên các số liệu khí tượng, thủy văn của các trạm khí tượng, thủy văn đã được cập nhật đến năm 2018 Những tài liệu thu thập và khảo sát trong giai đoạn hiện nay có chất lượng tốt đáp ứng được yêu cầu tính toán

2 – CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN AN KHÊ - KA NAK:

2.1 Các thông số chính Công trình Thủy điện An Khê - Ka Nak

Công trình thủy điện An Khê - Ka Nak là cụm công trình nằm ở thượng nguồn của bậc thang thủy điện sông Ba tại Các xã Đông, Kroong, Lơ Ku, Đăk H‟Lơ huyện Kbang và các xã Cửu An, Thành An, Tú An thị xã An Khê, tỉnh Gia Lai; xã Tây Thuận huyện Tây Sơn, tỉnh Bình Định Hồ Ka Nak khống chế diện tích lưu vực 833km2, lưu lượng bình quân đến tuyến công trình 18.6m3/s, hồ An Khê cách hồ Ka Nak khoảng 30km về phía hạ lưu, khống chế diện tích lưu vực 1236km2, lưu lượng bình quân đến tuyến công trình 27.8m3/s

Công trình Thủy điện An Khê - Ka Nak là Công trình thuộc cấp II, Nhà máy

đã đi vào vận hành từ năm 2011 với tổng công suất 173MW, Các thông số chính của

công trình là nêu trong bảng 1.16:

Bảng 1.16 Các thông số chính của Công trình

I Đặc trưng lưu vực

1 Diện tích lưu vực km2 833.0 1236.0

2 Lượng mưa trung bình nhiều năm Mm 1821 1768

3 Lưu lượng bình quân năm (Q0) m3/s 18.6 27.8

4 Tổng lượng dòng chảy năm 106 m3 588.0 875.0

5 Lưu lượng trung bình mùa kiệt m3/s 7.27 10.80

9 Mực nước lũ thiết kế ứng với P= 0.5%

Mực nước lũ kiểm tra ứng với P= 0.1%

m

m

515.32 516.8

429.88 431.45

10 Dung tích toàn bộ (Wtb) 106m3 313.7 15.9 329.6

11 Dung tích hữu ích (Whi) 106m3 285.5 5.6 291.1

12 Diện tích mặt hồ ứng với MNDBT km2 17.0 3.4 20.4

III Lưu lượng qua nhà máy

13 Lưu lượng đảm bảo Q(90%) m3/s 11.0 9.6

14 Lưu lượng lớn nhất Qmax m3/s 42.0 50.0

22 Công suất lắp máy (Nlm) MW 13.00 160.00 173.00

23 Công suất đảm bảo với tần suất 90% MW 4.07 29.50 33.6

VII Điện lượng

24 Điện lượng trung bình năm

106kWh 56.00 645.5 701.50

25 Số giờ sử dụng công suất lắp máy giờ 4354 4020

VIII Tiến độ xây dựng

Thời gian thi công Năm 4 XD + 1 CB

- Đóng cống, tích nước hồ chứa: 10/04/2011

Bảng 1.17 Quy mô các hạng mục công trình chính

- Kích thước cửa van cung : Rộng*Cao m*m 12*14.7 12*14.7

- Lưu lượng xả lũ TK lớn nhất với p = 0.5% m3/s 4351.5 3311.30

- Lưu lượng xả lũ KT lớn nhất với p = 0.1% m3/s 5093.2 3873.5

- Cột nước lớn nhất trước tràn với lũ KT m 15.45 14.80

II Tuyến năng lượng

1 Kênh dẫn vào: Mặt cắt hình thang

2 Cửa lấy nước: Bằng bê tông cốt thép

- Chiều rộng cửa m 13.50 14.50

- Lưu lượng lớn nhất qua nhà máy m3/s 50.00 42.0

5 Nhà van: Bằng bê tông cốt thép

- Cao trình nhà van/Sân nhà van m 389.1/388.85

- Kích thước nhà van: Dài*Rộng m 10.0*15.5

6 Đường ống áp lực bằng thép có mối bù

- Đường kính trong từng đoạn ống m 3.4-3.0

7 Nhà máy thuỷ điện

- Kích thước nhà máy: Dài*Rộng*Cao m 51*33.3*

38.72

38.4*25.4* 36.6

8 Kênh xả: Mặt cắt hình thang

- Độ dốc đáy kênh % 0.02 0.02

9 Trạm phân phối ngoài trời

- Kích thước đặt trạm: Dài*Rộng m 102*61

Bảng 1.18 Các thông số cơ bản về khí tượng, thủy văn

3.1 Dòng chảy năm thủy văn

TT Thông số Ký hiệu Đơn vị Ka Nak An Khê

2.2 Chế độ vận hành ngày đêm của hồ Ka Nak và An Khê

Nguyên tắc chung của chế độ điều tiết ngày đêm là phủ đỉnh và bán đỉnh của biểu đồ phụ tải để tận dụng công suất nhà máy thuỷ điện

Thời kỳ mùa kiệt từ tháng 1 đến tháng 8 chế độ làm việc ngày đêm của nhà máy thủy điện Ka Nak và An Khê thực hiện chế độ phủ đỉnh và bán đỉnh của biểu đồ phụ tải

Hồ chứa An Khê luôn duy trì xả về hạ lưu sông Ba lưu lượng theo nhu cầu môi sinh trong các tháng kiệt

Trong thời kỳ mùa lũ từ tháng 9 đến tháng 12, chế độ làm việc ngày đêm của các nhà máy thực hiện chế độ phủ đỉnh và bán đỉnh, trường hợp hồ đã đầy mà lưu lượng đến lớn hơn Qtk thì nhà máy chạy đáy Tính toán điều phối hồ chứa Ka Nak được nêu trong Bảng 1.19

Bảng 1.19 Toạ độ đường điều phối hồ chứa Ka Nak

§iÒu phèi hå T§ Kanak

MNDBT=515m

MNX=492m

V ïng t¨ng kh¶ n¨ng

ph¸t

Hình 1.2 Điều phối hồ chứa Ka Nak

2.3 Yêu cầu trong công tác vận hành hồ chứa

1 Nắm vững chế độ vận hành và điều tiết hồ chứa nhằm mục đích đảm bảo cung cấp nước cho nhu cầu phát điện và bổ sung nước vào mùa kiệt cho nhu cầu dùng nước ở hạ lưu

2 Nắm được điều kiện địa hình địa chất vùng hồ chứa bờ hồ chứa Phải dự báo mức độ hoạt động tái tạo bờ hồ chứa Các quá trình sạt lở ở qui mô lớn gây ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường và an toàn của các công trình liên quan

3 Định kỳ hàng năm quan sát xem xét tình trạng bờ hồ chứa vào thời kỳ sau mỗi mùa mưa lũ

4 Cần phải khoanh vùng dự kiến sạt lở, lập các mặt cắt và định kỳ quan trắc xem xét Chu kỳ quan trắc sẽ được chính xác hoá tuỳ theo qui mô, vị trí khối trượt và

sự phát triển của nó

5 Các mức nước qui định trong hồ chứa được đánh dấu, nêu trong Bảng 1.20

Bảng 1.20 Các mức nước qui định trong các hồ chứa Ka Nak:

8 Việc đo đạc đánh giá chất lượng, thành phần hoá học, phù sa lơ lửng, di đẩy của nước hồ chứa được thực hiện khi có yêu cầu

9 Các hoạt động nổ mìn ở vùng hồ và ven hồ chứa trong phạm vi quản lý công trình phải được sự cho phép của cấp có thẩm quyền và phải đảm bảo không ảnh hưởng đến độ ổn định của các hạng mục công trình và thiết bị

10 Việc xây dựng các công trình, nuôi trồng và đánh bắt thuỷ sản trong phạm

vi hồ chứa phải được sự cho phép của cấp có thẩm quyền và phải đảm bảo cảnh quan

hồ chứa, độ ổn định các công trình và sự làm việc bình thường của nhà máy

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH THỦY VĂN HEC-HMS

Phân tích lựa chọn mô hình để mô phỏng dòng chảy về hồ:

Mô phỏng, dự báo lũ đến hồ chứa đóng vai trò quan trọng và quyết định trong công tác vận hành hồ chứa an toàn và hiệu quả Để làm tốt công việc này bên cạnh việc thiết lập các trạm đo mưa ở thượng lưu hồ, tổ chức đo đạc tại hồ (lưu lượng, mực nước, ) thì việc lựa chọn một mô hình tính toán dòng chảy từ mưa phù hợp cũng rất quan trọng Hiện nay có rất nhiều công cụ, phần mềm, và mô hình mưa dòng chảy có thể làm được việc này như phần mềm MIKE NAM của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI), phần mềm HEC-HMS của Quân đội Hoa Kỳ (USACE), TANK của Nhật Bản, SSARR của Hoa Kỳ, Với hồ chứa nếu có số liệu quan trắc khi thiết kế và vận hành thì tất cả các công cụ và phần mềm này đều có thể sử dụng tốt Tuy nhiên, đối với hồ chứa Ka Nak rất hạn chế về số liệu thiết kế cũng như vận hành vì vậy tác giả lựa chọn phần mềm HEC-HMS để mô phỏng dòng chảy đến hồ Ka Nak

HEC-HMS là phần mềm tính toán dòng chảy từ mưa dạng lũ đơn vị Phần mềm này tích hợp rất nhiều phương pháp tính toán tổn thất, phương pháp tính chuyển mưa hiệu quả thành dòng chảy và phương pháp ước tính nước ngầm Qua nghiên cứu, đánh giá, tác giả quyết định lựa chọn mô hình HEC-HMS để mô phỏng sẽ thuận lợi hơn so với các phần mềm khác, vì:

- Mô hình có ít tham số và dễ sử dụng, không yêu cầu cao về tài liệu địa hình lưu vực, độ chính xác của mô hình cũng đã được kiểm nghiệm đối với các lưu vực từ

15 đến 1.500 km2 (diện tích lưu vực hồ chứa Ka Nak là 833 km2)

- 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

- Người sử dụng “Phần mềm HEC” được Chính phủ Hoa Kỳ, Quân đội Hoa

Kỳ, Trung tâm KT Thủy văn (HEC) cho phép tải software, tài liệu từ: http://www.hec.usace.army.mil/software/terms_and_conditions.aspx và sử dụng, sao chép và / hoặc phân phối các bản sao của Phần mềm HEC cho người dùng khác miễn phí

Với những nhận xét được trình bày như trên thì việc lựa chọn mô hình thủy văn HEC-HMS là lựa chọn phù hợp để tính toán dòng chảy lũ cho hồ chứa Ka Nak

1 - GIỚI THIỆU MÔ HÌNH HEC-HMS

1.1 Giới thiệu mô hình

Mô hình HEC là sản phẩm của Trung tâm Kỹ thuật Thuỷ văn (CEIWR-HEC); Viện Tài nguyên nước; Quân đội Hoa Kỳ HEC-1 đã góp phần quan trọng trong việc tính toán dòng chảy lũ tại những con sông nhỏ không có trạm đo lưu lượng Tính cho đến thời điểm này, đã có không ít đề tài nghiên cứu khả năng ứng dụng thực tế Tuy nhiên, HEC-1 được viết từ những năm 1968- chạy trong môi trường DOS, số liệu nhập không thuận tiện, kết quả in ra khó theo dõi Hơn nữa, đối với những người không hiểu sâu về chương trình kiểu Format thường rất lúng túng trong việc truy xuất kết quả mô hình nếu không muốn làm thủ công Do vậy, HEC-HMS là một giải pháp, nó được viết

để “chạy” trong môi trường Windows- hệ điều hành rất quen thuộc với mọi người Phiên bản đầu tiên của HEC- HMS là version 2.0, hiện nay phiên bản mới nhất của HEC- HMS là version 4.2 tháng 8 năm 2016

Phần mềm bao gồm : giao diện đồ họa, các thành phần phân tích thủy văn, lưu trữ số liệu, các công cụ quản lý và các bản ghi Chương trình đã kết hợp các ngôn ngữ lập trình C, C++ và Fortran Phương tiện tính toán và giao diện đồ họa được lập trình theo hướng đối tượng C++ Các thuật toán thủy văn được viết bằng Fortran và được tổ chức trong một thư viện Lib Hydro Quản lý số liệu được trình bày dùng thư viện HEC- Lib Mặc dù đã được kết hợp trong một chương trình nhưng vẫn có sự tách biệt

rõ ràng giữa giao diện, công cụ tính toán và lưu trữ số liệu

Mô hình HEC-HMS được sử dụng để mô phỏng hoàn chỉnh quá trình mưa- dòng chảy khi nó xảy ra ở một khu vực cụ thể

Chương trình có tính năng tích hợp với các tiện ích nhập dữ liệu, công cụ tính toán, và các công cụ báo cáo kết quả Giao diện cho phép thao tác liền mạch giữa các phần khác nhau của chương trình Kết quả mô phỏng được lưu giữ trong Hệ thống Lưu trữ Dữ liệu HEC-DSS chương trình có thể được sử dụng trực tiếp hoặc kết hợp với các phần mềm khác để nghiên cứu các vấn đề về dự báo lưu lượng thoát nước đô thị, tác động đô thị hoá trong tương lai, thiết kế đập tràn, giảm thiệt hại do lũ lụt, quy hoạch vùng lũ, vận hành…

1.2 Mô tả về giao diện người dùng và các thành phần của chương trình: Giao diện người dùng:

Màn hình chương trình chứa một thanh tiêu đề, hệ thống menu, thanh công cụ

và bốn “khung” Các khung này sẽ được gọi là Watershed Explorer, Desktop,

Component Editor và Message Log như thể hiện trong hình 2.1 Thanh tiêu đề sẽ

hiển thị phiên bản của chương trình được sử dụng và vị trí của dự án hiện đang mở

Hình 2.1 Màn hình chính của chương trình với Watershed Explorer ở phía trên bên

trái, Component Editor ở phía dưới bên trái, Message Log ở phía dưới và phần còn lại

là Desktop

Khung Watershed Explorer Tại khung Watershed Explorer ta có thể truy

cập nhanh đến tất cả các thành phần trong một dự án HEC-HMS Ví dụ: người dùng có thể dễ dàng điều hướng từ một mô hình lưu vực đến một thiết bị đo lượng mưa và sau

đó đến một mô hình khí tượng học mà không sử dụng tùy chọn menu hoặc mở thêm

các cửa sổ Watershed Explorer được chia thành ba phần:Thành phần, tính toán và kết

quả

Khung Component Editor.Khi một thành phần hoặc tiểu lưu vực

trong Watershed Explorer được chọn (chỉ cần sử dụng chuột và nhấp vào tên thành phần trong Watershed Explorer ), một Trình soạn thảo thành phần (Component Editor

) cụ thể sẽ mở ra Tất cả dữ liệu có thể được xác định trong thành phần mô hình được

nhập vào trong Khung Component Editor này Vị trí được đánh dấu bằng dấu hoa thị

màu đỏ là dữ liệu cần thiết và bắt buộc phải nhập vào

Khung Message Log Ghi chú, cảnh báo và lỗi được hiển thị trong Message

Log Các thông báo này hữu ích cho việc xác định lý do tại sao một mô phỏng chạy

không thành công hoặc tại sao một hành động được yêu cầu, như việc mở một dự án,

đã không được hoàn thành

Khung Desktop Desktop là nơi hiển thị các cửa sổ bao gồm các bảng tóm tắt,

bảng chuỗi, biểu đồ và bản đồ mô hình lưu vực Các kết quả không giới hạn trong

Desktop Tùy chọn cài đặt chương trình sẽ cho phép kết quả sẽ được hiển thị bên ngoài Desktop Bản đồ mô hình lưu vực là giới hạn trên Desktop

Các yếu tố (tiểu lưu vực, nhánh sông, hồ chứa, phân lưu, nhập lưu ) được thêm vào từ thanh công cụ và kết nối để thể hiện qua trình dòng chảy trong khu vực nghiên cứu Bạn có thể nhập bản đồ nền để giúp hình dung ra mô hình lưu vực

mô hình lưu vực, mô hình khí tượng - thủy văn và mô hình điều khiển chương trình

Các kết quả tính toán được xem từ lược đồ mô hình lưu vực Bảng tổng kết chung và bảng tổng kết từng phần chứa các thông tin về lưu lượng đỉnh lũ và tổng lượng Mỗi một yếu tố đều có các bảng tổng kết và đồ thị

Mô hình lưu vực

Các đặc trưng vật lý của khu vực và của các sông được miêu tả trong mô hình lưu vực Các yếu tố thủy văn như: lưu vực con, đoạn sông, hợp lưu, phân lưu, hồ chứa, nguồn, hồ, đầm được gắn kết trong một hệ thống mạng lưới để tính toán quá trình dòng chảy Các quá trình tính toán được bắt đầu từ thượng lưu đến hạ lưu

+ Tác nhân tán cây rừng (Canopy method): Có thể lựa chọn một phương

pháp tính toán trong 04 phương pháp khác nhau có sẵn trong mô hình:

- Gridded Simple

- Simple

+ Tổn thất (Loss Method): Một tập hợp 12 phương pháp khác nhau có sẵn trong mô hình để tính toán tổn thất Có thể lựa chọn một phương pháp tính toán tổn thất phù hợp trong số các phương pháp đó

- None

- Deficit and constant

- Exponential

- Green and Ampt

- Gridded Deficit Constant

- Gridded Green and Ampt

- Gridded SCS Curve Number

- Gridded Soil Moisture Accounting

- Initial and Constant (Thấm ban đầu và thấm hằng số)

- SCS Curve Number (đường cong thấm của cơ quan bảo vệ đất Hoa Kỳ)

- Smith Parlange

- Soil Moisture Accounting(Phương pháp tính độ ẩm đất bao gồm 3 lớp

được áp dụng cho các mô hình mô phỏng quá trình thấm phức tạp và bao gồm bốc hơi.)

+ Chuyển đổi dòng chảy (Transfrom Method): Có 08 phương pháp để

chuyển lượng mưa hiệu quả thành dòng chảy trên bề mặt của khu vực, bao gồm:

- None

- A- Clark Unit Hydrograph (Đường đơn vị tổng hợp Clack)

- E- Kinematic Wave (Phương pháp sóng động học)

- F- ModClark (Phương pháp Clark sửa đổi - phương pháp đường đơn vị

không phân bố tuyến tính được dùng với lưới mưa)

- C- SCS Unit Hydrograph(Đường đơn vị không thứ nguyên của cơ quan bảo

vệ đất Hoa Kỳ)

- B- Snyder Unit Hydrograph (Đường đơn vị tổng hợp Clack, Snyder)

- User-Specified S-Graph (Phương pháp sử dụng biểu đồ tự chọn)

- D- User-Specified Unit Hydrograph (tung độ đường đơn vị xác định bởi

người sử dụng)

+ Tính toán dòng chảy ngầm (Baseflow Method)

Mô hình cung cấp 6 phương pháp để tính toán dòng chảy ngầm Đó là phương pháp Bounded Recession, Constant Monthly, Linear Reservoir, Nonlinear Boussinesq, Recession

+ Diễn toán dòng chảy (Reach routing method)

Có 7 phương pháp diễn toán thủy văn được bao gồm để tính toán dòng chảy trong các kênh hở Diễn toán mà không tính đến sự suy giảm có thể được mô phỏng trong phương pháp trễ Mô hình bao gồm cả phương pháp diễn toán truyền thống Muskingum Phương pháp Puls sửa đổi cũng có thể được dùng để mô phỏng một đoạn sông như là một chuỗi các thác nước, các bể chứa với quan hệ lượng trữ - dòng chảy ra được xác định bởi người sử dụng Các kênh có mặt cắt ngang hình thang, hình chữ nhật, hình tam giác hay hình cong có thể được mô phỏng với phương pháp sóng động học hay Muskingum- Cunge Các kênh có diện tích bãi được mô phỏng với phương pháp Muskingum- Cunge và phương pháp mặt cắt ngang 8 điểm

+ Hiệu chỉnh thông số

Hầu hết thông số của các phương pháp có trong mô hình lưu vực và trong yếu

tố đoạn sông đều có thể ước tính bằng phương pháp dò tìm tối ưu Mô hình gồm có các hàm mục tiêu để dò tìm thông số Việc dò tìm thông số tối ưu nhằm mục đích tìm

ra bộ thông số thích hợp nhất để cho kết quả tính toán phù hợp với kết quả thực đo Tuy nhiên, thực tế cho thấy việc hiệu chỉnh thông số đạt kết quả tốt còn phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người sử dụng mô hình

Số liệu đầu vào và kết quả tính ra có thể biểu thị dưới hệ đơn vị mét hay đơn

vị của Anh và được tự động chuyển khi cần thiết

1.3 Khả năng của mô hình

Về lý thuyết, HEC- HMS cũng dựa trên cơ sở lý luận của mô hình HEC-1: nhằm mô phỏng quá trình mưa- dòng chảy Mô hình bao gồm hầu hết các phương pháp tính dòng chảy lưu vực và diễn toán, phân tích đường tần suất lưu lượng, công trình xả của hồ chứa và vỡ đập của mô hình HEC-1 Chức năng phân tích thiệt hại lũ không được xây dựng trong mô hình HEC-HMS mà được trình bày trong phần mềm HEC-FDA

Những phương pháp tính toán mới được đề cập trong mô hình HEC-HMS : tính toán đường quá trình liên tục trong thời đoạn dài và tính toán dòng chảy phân bố trên cơ sở các ô lưới của lưu vực Việc tính toán liên tục có thể dùng một bể chứa đơn giản biểu thị độ ẩm của đất hay phức tạp hơn là mô hình 5 bể chứa bao gồm sự trữ nước tầng trên cùng, sự trữ nước trên bề mặt, trong lớp đất và trong hai tầng ngầm Dòng chảy phân bố theo không gian có thể được tính toán theo sự chuyển đổi phân bố phi tuyến (Mod Clak) của mưa và thấm cơ bản

2 - LÝ THUYẾT MÔ HÌNH:

Mô hình HEC-HMS được sử dụng để mô phỏng quá trình mưa- dòng chảy khi

nó xảy ra trên một lưu vực cụ thể Ta có thể biểu thị mô hình bằng sơ đồ sau:

Mưa (X) -> Dòng chảy (Y) -> Đường quá trình lũ (Q~t)

Ta có thể hình dung bản chất của sự hình thành dòng chảy của một trận lũ như sau: Khi mưa bắt đầu rơi cho đến một thời điểm ti nào đó, dòng chảy mặt chưa được hình thành, lượng mưa ban đầu đó tập trung cho việc làm ướt bề mặt và thấm Khi cường độ mưa vượt quá cường độ thấm (mưa hiệu quả) thì trên bề mặt bắt đầu hình thành dòng chảy, chảy tràn trên bề mặt lưu vực, sau đó tập trung vào mạng lưới sông suối Sau khi đổ vào sông, dòng chảy chuyển động về hạ lưu, trong quá trình chuyển động này dòng chảy bị biến dạng do ảnh hưởng của đặc điểm hình thái và độ nhám lòng sông

2.1 Mƣa

Mưa là số liệu đầu vào cho quá trình tính toán dòng chảy ra của lưu vực

Mô hình HEC- HMS là mô hình thông số tập trung, mỗi lưu vực con có một trạm đo mưa đại diện Lượng mưa ở đây được xem là mưa bình quân lưu vực (phân bố đồng đều trên toàn lưu vực) Dù mưa được tính theo cách nào đều tạo nên một biểu đồ mưa

Hình 2.2 Biểu đồ mưa biểu thị chiều sâu lớp nước trung bình trong một thời đoạn

tính toán

Tổn thất(P) Y=X-P

* Mưa tính theo phương pháp trung bình số học:

Lớp nước mưa trung bình trên lưu vực là giá trị trung bình số học của lượng mưa tại các trạm đo mưa nằm trên lưu vực

 

n

X X

n

i i





 1 (2.1)

Trong đó:

X(i) : lượng mưa tại trạm thứ i

n : số trạm đo mưa trên lưu vực

* Mưa tính theo phương pháp trung bình có trọng số:

+ Phương pháp đa giác Thiessen: Trọng số là hệ số tỷ lệ giữa phần diện tích của lưu vực do một trạm mưa nằm trong lưu vực hoặc bên cạnh lưu vực đại biểu với toàn bộ diện tích lưu vực Diện tích bộ phận khống chế bởi mỗi trạm mưa được xác định như sau: Nối liền các trạm đo mưa bằng các đoạn thẳng chia lưu vực thành nhiều hình tam giác, kẻ các đường trung trực của các cạnh tam giác, các đường này sẽ là giới hạn diện tích bộ phận của từng trạm đo

Lượng mưa trung bình trên lưu vực được tính theo công thức sau:

n

i i i

f

f X X

1

1

(2.2) Trong đó:

Xi : lượng mưa đo được tại trạm thứ i

fi : diện tích lưu vực bộ phận thứ i

n : số trạm đo mưa ( cũng là số diện tích lưu vực bộ phận )

+ Phương pháp đường đẳng trị mưa:

Trọng số là diện tích kẹp giữa hai đường đẳng trị mưa và tính lượng mưa trung bình theo công thức (3.2) Trong đó: Xi là lượng mưa trung bình của hai đường đẳng trị mưa kề nhau, fi là diện tích bộ phận nằm giữa hai đường ấy

2.2 Tổn thất

Nước mưa điền trũng và thấm được gọi là lượng tổn thất trong HEC-HMS Lượng điền trũng và thấm được biểu thị bằng lượng trữ nước trên bề mặt của lá cây hay cỏ, lượng tích đọng cục bộ trên bề mặt đất, trong các vết nứt, kẽ hở hoặc trên mặt đất ở đó nước không tự do di chuyển như dòng chảy trên mặt đất Thấm biểu thị sự di chuyển của nước xuống những vùng nằm dưới mặt đất

Hai nhân tố quan trọng nên được chú ý khi tính toán tổn thất mưa Thứ nhất, lượng mưa không tham gia vào quá trình dòng chảy được coi là bị tổn thất từ hệ thống Thứ hai, các phương trình được dùng để tính toán lượng tổn thất không tính đến sự phục hồi độ ẩm hay lượng trữ bề mặt đất Thực tế này đã cho biết chương trình HEC-HMS là mô hình có xu thế áp dụng cho hiện tượng mưa - lũ đóng

Tính toán tổn thất mưa có thể được sử dụng theo cả đường đơn vị hay các thành phần mô hình sóng động học Trong trường hợp dùng thành phần đường đơn vị, lượng tổn thất được xem là đều trên toàn lưu vực (phân bố đều trên toàn lưu vực) Theo cách khác lượng tổn thất mưa riêng biệt có thể được xác định cho mỗi vùng dòng chảy riêng biệt trên mặt đất trong thành phần sóng động học Lượng tổn thất được xem

là phân bố đều trên toàn bộ mỗi vùng dòng chảy tràn qua

Trong vài trường hợp cá biệt có những lượng tổn thất không đáng kể theo vị trí của lưu vực con Điều này đúng cho những vùng là hồ tự nhiên, hồ nhân tạo hay những vùng không thấm Trong trường hợp này không tổn thất được tính toán theo phần trăm xác định của diện tích không thấm

Mô hình HEC-HMS 4.2.1 có 12 phương pháp được dùng để tính toán tổn thất Dùng bất kỳ phương pháp nào ta đều tính được lượng tổn thất trung bình trong một thời đoạn tính toán, lượng mưa hiệu quả được dùng để tính toán đường quá trình dòng chảy ra cho lưu vực Một hệ số không thấm tính theo phần trăm được sử dụng với các phương pháp để bảo đảm tại phần diện tích không thấm đó 100% mưa sẽ sinh dòng chảy

Phương pháp tính thấm: SCS Curve Number (Chỉ số CN)

Cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ (1972) đã phát triển một phương pháp để tính tổn thất dòng chảy từ mưa gọi là phương pháp SCS Mục đích là thành lập một hệ thống phân loại đất để sử dụng trong bản đồ dùng đất trên toàn quốc Ta đã thấy, trong một trận mưa, độ sâu mưa hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy trực tiếp Pe không bao giờ vượt quá độ sâu mưa P Tương tự như vậy, sau khi quá trình dòng chảy bắt đầu, độ sâu nước bị cầm giữ có thực trên lưu vực Fa bao giờ cũng nhỏ hơn hoặc bằng một độ sâu

nước cầm giữ tiềm năng tối đa S nào đó (hình 2.3) Ta còn có một lượng mưa Ia bị tổn thất hết nên không sinh dòng chảy, đó là lượng tổn thất ban đầu trước thời điểm sinh nước đọng trên bề mặt lưu vực Do đó, ta có lượng dòng chảy tiềm năng là P – Ia Trong phương pháp SCS, người ta giả thiết rằng: tỷ số giữa hai đại lượng có thực Pe

và Fa thì bằng với tỷ số giữa hai đại lượng tiềm năng P – Ia và S Vậy ta có:

a

e a

I P

P S

I P P