ứng dụng mô hình nam mô phỏng dòng chảy lũ lưu vực sông vệ, trạm an chỉ

I HC QUC GIA HÀ NI
I HC KHOA HC T NHIÊN
KHOA NG THHC






Nguyn Th Thu Huyn





NG DNG MÔ HÌNH NAM
MÔ PHNG DÒNG CH
C SÔNG V, TRM AN CH




Ngành: Th

Hà Ni  2013

I HC QUC GIA HÀ NI
I HC KHOA HC T NHIÊN
KHOA NG THHC






Nguyn Th Thu Huyn





NG DNG MÔ HÌNH NAM
MÔ PHNG DÒNG CH
C SÔNG V, TRM AN CH




Ngành: Th

 : PGS. T





Hà Ni  2013




LI C

Khóa lun tt nghing dng mô hình NAM mô phng dòng ch
c sông V, trm An Chc thc hin tng Th
Hc thui hc Khoa hc T i hc Quc gia Hà Ni,
i s ng dn trc tip ca PGS.TS.Nguyn Tin Giang.
Em xin bày t lòng bic ti PGS.TS.Nguyn Tin
ng dn, ch bo cho em trong sut quá trình thc hin khóa lun này.
Em xin bày t lòng bic ti các thng Thy
 em trong quá trình hc tp, b sung kin thc
phc v trong quá trình nghiên cu khóa lun này.
Cui cùng em xin cng viên em rt
nhiu trong hc tp và nghiên cu.
Do thi gian và kinh nghim hn ch nên khóa lun không tránh khi nhng
thiu sót. Vì vy, em rt mong nhc s góp ý ca thy cô và các b khóa
luc hoàn thi

Em xin chân thành c




Nguyn Th Thu Huyn








T V 1
CHNG 1. TNG QUAN 3
 3
lý 3
 4
 5
 5
 6
 7
 a   12
a   12
mô hình ma   13
a   17
CHNG 2. C  20
2.1. S l 20
 23

2.3. Mô hình toán 24
 27
 28
CHNG 3. ÁP DNG VÀ SO SÁNH HAI MÔ HÌNH NAM TRONG MÔ
PHNG DÒNG CHU VC SÔNG V, TRM AN CH 30
3.1. Ph 30
 30
 31
 31
 33
 FORTRAN v 40
 46
 FORTRAN v 54
 60
KT LUN VÀ KIN NGH 62
TÀI LIU THAM KHO 63
1



- 1200m, sông
-

-1000m

2

2




M




 tình hình

. 
 
công              

Hin nay trên th gi Vit Nam xut hin rt nhiu
lo dòng chy khác nhau. 


       , Nguyn Th Hoan [3]  in
hành xây dng mt mô hình NAM bng ngôn ng lp trình FORTRAN
các thut toán t ca mô hình, các
ch  nh ca tham s trong mô
hình d khôi phc s liu
dòng chy ti mt s trc sông Ba. Kt qu nghiên cu cho thy mô
hình NAM vit bng ngôn ng lp trình FORTRAN cho kt qu  
 mô hình MIKE NAM ca DHI. Tuy nhiên nghiên c xut
cn tip tc thc hin áp dng mô hình NAM - FORTRAN và so sánh vi mô hình
2

MIKE NAM cho nhi     kh  n ca mô
hình.
Vì vy, khóa lu tài: ng dng mô hình NAM mô phng

dòng chc sông V, trm An Ch
       FOR        
.
Khóa lun, ngoài phn m u và kt lun, bao gm 3 
 1- Tng quan
-  lý thuyt mô hình NAM
- Áp dng và so sánh hai mô hình NAM trong mô phng dòng
chy  c sông V, trm An Ch.













3

CH. TNG QUAN

1.1. Tng quan v khu vc nghiên cu
1.1.1. V a lý
Sông V bt ngun t- 1200m, có to
 a lý là 14
0

 Bc, 108
0
  trí trm An Ch có to
 14
0
c và 108
0
 Sông V ch
-m
gn trong tnh Qung Ngãi).  n trm An Ch, sông V 
u dài chy trong vùng núi cao 100 - 1000mc 841
km
2

2

c và phía Tây giáp vi sông Trà Khúc, phía Nam giáp
tn. Sông có 5 ph p I, 2 ph p 2.
Các ph n,  là:
Sông Liên: bt ngun t vùng núi tây nam huyn , chng tây
nam - c, hc vi sông Tô  th tr
Sông Tà Nô hay sông Tô: chy t  cao trên 200m, theo
ng tây -  hp vi sông chính cách huyn l  18km v phía h 
Sông M: chy t vùng núi Mum, phn tip giáp gia 2 huyn  và Minh
Long ng tây bc - i kho
dài kho     n ch  ng tây nam -  c, dc
huyn n ht xã Hành Thin thì sông thoát khi núi, chy trên vùng
ng bng. Tm này có trng st, sông chy
gia hai huyn  - M c. Trên sông V t nhiu gung
c. Cui ngun, sông V  ra ca L và ci C 

Sông V  nht là sông Thoa. Sông Thoa bu t thôn M
nh, huyn c Hip) huyn M
cng tây bc - n Sa Bình (xã Ph Minh, huyn c Ph) thì
nhp vi sông Trà Câu r ra bin qua ca M Á.
Ngoài ra, còn có các nhánh sôa dài 15km, sông Phú
Th dài 16km, hi sông chính gn vùng ca sông to thành hình nan qut.
4

Sông Phú Th thc chn sông V  cui ngun. Ngun ca chúng ch yu là
a vùng tip giáp gia rng bng.

c sông V
a hình


-
- 
- - 
- 
5












hình sau:
- - 

- 
- 
a cht, th ng



             
         

- 









1.1.4. Thm ph thc vt

6







               
,23%).
1.1.5. Khí hu
           


- 



- 
- gió mùa Tây Nam. Song,


- 
  -
2200 m


Gió và gió mùa Tây



 
- 
và gió Tây khô nóng.

vi 

0
C - 22
0

0
C - 26
0

- 26,5
0
C, chênh
7

- 7
0
C.

- 
- 28
- 22,5 mb. 
- 


m th
a) Dòng ch


- 80 l/s/km
2



2

3


2
.
 [2]



Qo
Cv
Cs
Qp(%) m
3
/s
F
km
2

10
25
50
75
90

77-2001
193

0,46
0,92
312
243
180
128
91,6
2706

81-2001
64,9
0,55
1,10
113
84,1
58,6
38,9
25,4
854



-
 -
3


2
-
3


6 l/s/km
2
.
 [2]

Sông
F
lv
(km
2
)

gian
M
bq

(l/skm
2
)
M
max
(l/skm
2
)

M
min

(l/skm

2
)

M
max

M
bq

M
max

M
min

C
vy



2706
77- 01
71,3
148,1
99
34,8
82
2,08
4,25
0,46

8

Giang



Sô

854
81-01
95,7
162
99
31,4
82
1,69
5,16
0,55




383
82- 00
72,2
159
96
23,50
82
2,20

6,76
0,55








         




-
-
               
     
3


2

b) Dòng ch
9


Hình 2: Mi sông và phân b các trng thc sông
V - trm An Ch


M
10







-



3


3
/s).
 
Sông

Qmax
(m
3
/s)

Qmin
(m
3

/s)
Qmax
Qmin


4.290
1987
1,18
3.636


3






                


.  
Tên 
Tên sông




%


%

%


7
26,9
17
65,4
2
7,7

-

11


trung nhanh.
.: 
Sông


Tháng



(cm)


lên (cm/h)



lên (h)



(h)


19/XI/87
371
39
60
60
4/XII/99
375
12
105

-





2
-

3



3
/s km
2
-
m
3


  2001

Sông
Flv (km
2
)
Q
max
( m
3
/s)
M


(m
3
/s.km
2
)




854
4.290
5,02
19 - 11 - 1987


--

3


3

12

 


W
1max

(10
6

m
3
)



W
3max

(10
6

m
3
)


W
5max

(10
6

m
3
)





quân
126,2

246,2

323,8

Max
289,4
19/XI/87
695,5
3-5/XII/99
946,1
3-
7/XII/99
Min
25,1
29/XI/89
56,9
28-
30/XI/89
70,2
3-7/XI/82





-

   -       -1983.
         
-

 

 
    dòng chy là mt b phn ca mô hình th 
(1988) nói r dòng chy bu vào na cui th k IX xut
phát t ba v chính: Thit k h th, thit k h thng thoát
c ci tt và thit k p tràn h chu chính ca nhng n lc
 c trong vi     ng thit k. Dooge
n rng rt nhiu trong s u tiên xây dng da trên các
c nghic khai triu kin duy nhc
dùng cho các ng d   u ki  . Mt s mô hình thì s dng
13

 s d nh ca dòng chc công b bi Mulvaney
u th k XX, các nhà nghiên cu th g ci tin các
ng dng c s  c ln vi tính không
ng nht v c (Tonidi, 1988).
i thing quá trình
th. Và khái ni trong ngành th
 n còn s dng r  n ngày nay (Anderson and Burt, 1985).
ng th  tính toán toàn b hình dng ca
m ch n là ch là các giá tr ln nht ca th
1950, các nhà nghiên cu thu ti
niu s i ca mô hình máy tính cho phép các quá
trình phc tp dic mô ph thng hoàn
chnh (Bedient và Huber, 1992). Mô hình máy tính th
v  c xây dng t i hc Straford (Crawford và Linsley, 1966).
Trong cui nh-c xây dng bi trung tâm k thut thy
 thut ci Mn nh
mô hình d  dòng chy mi thc s phát tri ng nhu cu d báo
cho các khu vc d b lt và phc v cho công tác qun lý h cha, các công trình
thy li (Tonidi, 1988).

Gi s phát trin ca máy tính. Khi kt qu không hoàn toàn
chc ch  dòng chy s c phát trin chi tit
c t tip cn h thu vào ca s liu
và hin th kt qu.
 
 dòng chy có th c phân loi v
 m, thi gian và       c ng dng cùng các
i quyc s dng. V
 phân bi p cn cht ca các thut
n (thc nghim, khái nin ), xét xem là cách tip
cn ngu nhiên hay tc s d thc hii vu vào hoc
tham s k thut, xét xem các yu t v mc tp trung hay phân
b.
14

 phân bit các mô hình khi các mô hình
c thc hin da trên mt thun gia các biu vào và các bin
u ra c bao gm c các mô tn hóa
n s hình thành và phát trin dòng chy. Nói chung, khi
các quan tr thì vic áp dng mô hình thng kê và mô
hình tham s là rn. Bao gm t các mô hình hn các
mô hình phc tng thn kinh nhân to. Nhng mô hình này
ph thuc mnh m vào các d li   hiu ch   là tính phi
tuyn c tin ct v. Chính vì lý do
này mà các mô hình khái ni     a chn (Michaud và
Sorooshian, 1994; Refsgaard, 1994).  , các khái nim thut ng 
 biu th cho mô hình vt lý phân ph bi vì chúng s dng
các thông s c tính vt lý cc tin hành
trong mt phm vi phân b, chúng phi s dng các bin trung bình và thông s 
i nhia s bii cc mô phng

(Beven, 1989)
M phân bit các mô hình là  i
ng ngu nhiên hay tnh cùng d lic s dng. Hu ht các mô
hình là tnh vì chúng to ra b d liu ra duy nht. Trong các mô hình ngu
nhiên, thì mt vài hoc tt c các yu t u vào cùng các thông s 
bi các phân phi thng kê, ch không phi là các giá tr duy nhu này quyt
n mt lot các b u ra, vì mi mt trng s ng ca chúng s liên
n mt kh y ra nhnh. Li th ca chúng là cung cp mt khung
các khái ning nht khi các yu t không
gian và thi gian cho phép b qua hoc coi là không quan trng (Jensen và
Mantoglou, 1993). Loc nhiu s quan tâm vì chúng
có th c mt giá tr ng s dc cho mt d báo không
chc chn. T nh có th nh tt nht
theo s ba, tính toán các ri vi các quynh
 i ích kinh t cho ngành d báo (Krzysztofowicz, 1993).
i vi vic tp trung hay là
phân b, thì các mô hình thc phân chia thành ba loi chính: mô hình tp
trung, mô hình bán phân b và mô hình phân b.
15

- Trong mô hình tp trung thì coi mc là m duy nht tc là
c khai trin gi nh rng nht v mt không
gian. Các thông s cùng d lii v mt không gian trên
phm vi toàn b c bc hoc
c gp li và kt qu ch c i ca ra. Các thông s trong mô hình là
c tính vt lý ca quá trình thng ca s
bii v mt không gian s ng bng cách s dng mt s th t
hiu chnh giá tr thc cho toàn b c. Và lo c
s d    c có tính phc t    c thuc khu v a
Trung H  có th     t s phn c  c mà nh

 tin cy ca d báo dn kt qu không phù hp vi d án.
- Khác vi mô hình tp trung thì mô hình phân b ng rõ ràng
s bin thiên v mt không gian ca các quá trình, d liu kin biên,
và/ho rng nhng
mô hình mc gi là mô hình phân phi vì
thiu d liu luôn là m   n vic tc mt công thc
chung cho mô hình phân phi, do  nhng hy thì mô hình không
th xem xét m phân phi, nhc gi là mô hình bán
phân phi tc là mt mô hình có c m ca mô hình tm ca
mô hình tham s phân phc bit trong các mô hình bán phân ph tính toán
c trên mi phn không gian khác nhau thì ni ta tic thành
các tii vi mi ti duy
nh ng nht v m    c tính toán riêng l (Boyle, 2001;
i th hin tính cht
ca mt mô hình phân phng nht v mt không gian
v phân gii tùy thui s dng. Còn ti các tic
 duy nhng nht v mt không gian
u ngun, d liu vào, các quá trình và thm chí c u
kic gp tp trung li s th hin tính cht
ca mô hình tp trung. S ph bin rng rãi ca các d liu s a hình và ý
a hình cho thy s la chc và kiu ca các phn t ng
c quynh ba hình chi phi. Bi vn nay hình thc ph
bin nht ca xây dng mô hình là da trên các phn t phc bit cho các ng
dng thi gian thc mà yêu cu v d liu và máy tính là không quá cao.
16


Hình 3. Cây phân lo dòng chy
Ngoài ra, n  dòng chc mô hình hóa
 dòng chc tip tng s kin,

mô hình liên tc, hoc loi mô hình có kh ng c hai s kin ngn hn
và liên tc.
- Mô hình s kic thit l mô phng các s kin
 dòng chy riêng l có gii hn v mt thi gian và trng tâm ca chúng là
quan tân quá trình thm ca dòng chy b mt. Quá trình mô phc tin
hành bu t lúc bu din ra s kin (tc là bt thúc ngay sau
khi chm dt s kin (tt thúc tr v chp phi
khi s dng các long m ban
t do không th u này s n kt qu. Vì
vy mà mô hình s kic thit k  d báo dài hn ca dòng ch
nên không th c s d mô phng vu kin dòng chy thp trong sông.
- i vi mô hình liên tc thì li khác nó có th c rõ ràng giá tr
ca tt c các thành phn dòng chy cung cp cho vic phân b  m ct gia
các trc xây dng dng
c dài hn cc và chuyng ct và trên b m mô
phc trong nhi ca chúng có liên quan
c cung ci hình thc b  cao (DEM), b
17

phân lot và b s dt. Nói chung, các mô hình này có kh  gii
quyt v ti vi các tic vì vc kt
hp vi s phân b theo không gian cc cung cp bi các hình nh t
rada, v tinh. Ngoài ra thì mô hình liên tc còn có mt li th i mô hình s
kin là chúng có kh ng thi k kit và dòng chy ngn hn trong sông.
 ng và thi gian ca dòng chy to ra t my
cm vng m có sn  u cho nên kt qu không
hoàn toàn chính xác.

1. 
 Mô hình HEC  HMS

Mô hình HEC  HMS là mc nâng cp t mô hình HEC  1
công b  HMS s dng tài li 
rào  dòng chy trên mc c th. Chg ca các thành phn mô hình
da trên các mi quan h toán hn mà các mi quan h ng
biu th ng, thm c thy lc cùng vi quá trình
  dòng chy. Nh        ng,
thm, chuyu qu thành dòng chy cc, cung cc cho
dòng chn và dit qu c dùng cho d c
u vào cho các mô hình thy lc. Mô hình HEC  HMS là mt mô hình có ít
tham s và d s dng, không yêu cu cao v tài li chính xác
cc kim nghim vi mt s c t 15  1500km
2
.
 lý thuyt ca mô hình HEC  HMS bao gm:
- Các mô hình tích hp dòng chy
Y X P



Y : Chiu cao lp dòng chy
P : Tn tht
- ng dòng chy mt
- ng dòng ngm
18

- Các mô hình truy
 Mô hình TANK
i trung tâm quc gia phòng ch
lt Nht, tác gi M. Sugawar. T c hoàn thin dc
ng dng rng rãi nhi gii.

Cu trúc cc din t t chui các b cha sp
xng và nm ngang. Gi thit ca mô hình là dòng chy
m. Chúng là các hàm s cc tr trong các tt.
Mô hình TANK có hai dng c
- n s bii c t theo không
gian, phù hp vi nhng khu vc nh trong vùng 
- Mô hình TANK kép th hin chi tit s bi m các t
vc chia thành nhim dc theo
sông, mng m khác c mô t bng mt TANK có cu

 Mô hình MIKE  SHE
MIKE        y ca Vin thy l  ch
thuc nhóm mô hình bán phân b hoc phân b. Nó bao gm vài thành phn tính
ng và phân phc theo các pha riêng ca quá trình dòng chy:
- S lim c dng lng và rn
- Bm c phn b gi li bi thc vt
- Dòng chy mt du hn hai chiu
- Dòng chy trong lòng dn: din toán mt chic s dng trong MIKE
11. Mô hình này cung cch
tán ho Venant.
- Dòng chy sát mi không bão hòa: mô hình hai l
dòng chy trng lc hoc mô hình gi
- Dòng ch: bao gm mô hình dòng ch 2D và 3D da vào
u hn.
 Mô hình NAM
19

 dòng chc xây dng vào khong
i khoa Thn K thut thng lc thui hc k
thuy tnh, tp trung và liên

t dòng chy theo cu trúc kinh nghim.
Cu trúc cc xây dng trên nguyên tc xp 5 b cha
theo chiu thng và hai b cha tuyn tính nm ngang.
Vi c tinh lt tng dòng
chy thành phn:
- Dòng chy mt
- Dòng chy sát mt
- c ngm cung cp cho b cha ngm
- ng m ct
- Din toán dòng chy
 dòng chy t n nay hu ht là mô hình
i nên khó kt hp chúng thành mt mô hình tng th, kh 
 nhy ca mô hình và phân tích tính bnh ca tham s 
c chú trng và không thc hic nu không có các si phù hp
mã ngun. Vì v khc phc hn ch n tip tc tìm hiu, nghiên cu
và tin hành xây dng mt mô hình NAM bng ngôn ng lp trình FORTRAN
 i dùng sau này có th t toán t
dò tìm thông s, các ch a mô hình, ho n
di mô hình có cht mô hình bán phân phi.








20

 2. 


Nam là ch vit tt ca ch  Afstromming  
 dòng chy. Mô hình NAM thuc loi mô hình tht
nh  nhn thc  gc xây dng vào khoi khoa Th
Vin k thut thng lc và thy lc thui hc k thuch.
Mô hình NAM là mt h thng các dit bng công thc toán hi
dn th hin trng thái ct trong chu k th
c gi là mô hình, tính khái nim và khái quát
vi yêu cu d liu vào trung bình.
c s dng tt  nhi gii vi các ch 
th
 Vit Namc nghiên cu s dng trong tính toán d 
trên nhiu h thng sông.
Hin nay trong mô hình thng lc MIKE 11 (do Vin Thy L
Mch  DHI xây dc tích h
trình dòng chy t a.
  c xây dng trên nguyên tc xp 5 b cha theo chiu
thng và 2 b cha tuyn tính nm ngang:
- B cha tuyt tan
B cha tuyc kim soát bu kin nhii vu
kin khí hu nhii  Vit Nam, không xn b cha này.
21

- B cha mt
ng m tr trên b mt ca thc v mt
c trong tng sát mng tr m b mt.
Gii hn tr c t chc ký hiu bng Umax.
Lc U trong b cha mt s gim dn do bt thoát theo
 m ngang (dòng chy sát m       ng
Umax thì mt phn cng Pn này s chy vào sui dng
chy tràn trên b mt, phn còn li s thm xung b ngm.
c  b cha mt bao gp ph thc vt
chn lng li trong các ch c trong tng sát mt.