(Luận Văn Thạc Sĩ) Ứng Dụng Mô Hình Toán Dự Báo Dòng Chảy Lũ Trên Lưu Vực Sông Đà.pdf

BẢN CAM KẾT
Tên tác giả: Nguyễn Thị Thu Bình
Học viên cao học: 22V21
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Hoàng Minh Tuyển, PGS. TS Ngô Lê Long
Tên đề tài luận văn: “Ứng dụng mơ hình tốn dự báo dịng chảy lũ trên lƣu vực
sông Đà”.
Tác giả xin cam đoan đề tài luận văn được làm dựa trên số liệu, tư liệu thu thập được
từ nguồn thực tế…để tính tốn ra các kết quả, từ đó mơ phỏng đánh giá đưa ra nhận
xét. Tác giả không sao chép bất kỳ một luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào trước
đó.
Tơi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và
các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thu Bình

i


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu, đến nay luận văn thạc sĩ với đề tài “Ứng dụng mô hình
tốn dự báo dịng chảy lũ trên lƣu vực sơng Đà” đã được hoàn thành tại Trường Đại
học Thủy lợi Hà Nội với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn
nhiệt tình của các thầy giáo, cơ giáo, sự động viên của gia đình, bạn bè và đồng
nghiệp. Để hoàn thành được luận văn, tác giả chân thành cảm ơn sự giúp đỡ ThS.
Trịnh Thu Phương cơng tác tại Trung tâm Dự báo Khí tượng thủy văn Trung ương,
chủ nhiệm đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu xây dựng công nghệ nhận định lũ lớn và dịng
chảy mùa cạn trên lưu vực sơng Hồng nhằm nâng cao hiệu quả vận hành liên hồ chứa“
đã hỗ trợ số liệu khí tượng thủy văn, số liệu vận hành hồ, hướng dẫn tìm hiểu các
phương pháp trong dự báo lũ hiện nay, thiết lập mơ hình thủy văn HECHMS, vận hành
hồ HECRESSIM và ứng dụng phương pháp mô hình tốn trong dự báo lũ sơng Đà.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và trân trọng tới 2 thầy PGS. TS Hồng Minh
Tuyển, PGS. TS Ngơ Lê Long đã chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tác giả rất tận tình
trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, Khoa Thủy văn
Tài nguyên nước của trường Đại học Thủy lợi và tồn thể các thầy cơ đã giảng dạy,
giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập cũng như thực hiện luận văn.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn tới các bạn đồng nghiệp, bạn bè, đặc biệt phòng
Nghiên cứu Tài nguyên nước, Trung tâm nghiên cứu Thủy văn và Tài nguyên nước,
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu nơi tác giả đang công tác đã
hỗ trợ chuyên môn, thu thập tài liệu liên quan để luận văn được hoàn thành.
Do thời gian nghiên cứu khơng dài, trình độ và kinh nghiệm thực tiễn chưa nhiều nên
luận văn chắc chắn không thể tránh được những hạn chế và thiếu sót. Tác giả kính
mong các thầy, cơ giáo, đồng nghiệp đóng góp ý kiến để kết quả nghiên cứu được
hoàn thiện hơn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!
ii


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ ........................................3
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu dự báo lũ trên thế giới ................................. 3
1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ở Việt Nam về dự báo dòng chảy lũ ........... 5
1.3 Các phƣơng pháp dự báo lũ ............................................................................... 9
1.3.1 Phương pháp xu thế ........................................................................................9
1.3.2 Phương pháp mực nước, lưu lượng tương ứng ............................................10
1.3.3 Phương pháp lượng trữ .................................................................................10
1.3.4 Phương pháp phân tích thống kê ..................................................................11
1.3.5 Mơ hình mạng thần kinh nhân tạo ................................................................ 11
1.3.6 Phương pháp mơ hình tốn ...........................................................................12
1.4 Lựa chọn phƣơng pháp dự báo dòng chảy lũ trên sông Đà .......................... 18

CHƢƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ MƢA LŨ LƢU VỰC SÔNG
ĐÀ .................................................................................................................................19
2.1 Điều kiện địa lý tự nhiên lƣu vực sông Đà ...................................................... 19
2.1.1 Vị trí địa lý....................................................................................................19
2.1.2 Đặc điểm địa hình và đất đai ........................................................................20
2.1.3 Đặc điểm khí hậu ..........................................................................................21
2.2 Đặc điểm thủy văn ............................................................................................. 21
2.2.1 Mạng lưới sơng ngịi.....................................................................................21
2.2.2 Các đặc trưng thủy văn .................................................................................22
2.2.3 Đặc điểm mưa, lũ nổi bật trên lưu vực sông Đà ...........................................24
2.3 Hệ thống hồ chứa trên lƣu vực ......................................................................... 26
2.4 Giới thiệu mơ hình nghiên cứu ......................................................................... 31

iii


2.4.1 Mơ hình HEC-HMS .....................................................................................32
2.4.2 Mơ hình HEC_RESSIM ...............................................................................44
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN DỰ BÁO DỊNG CHẢY LŨ TRÊN
LƯU VỰC SƠNG ĐÀ .................................................................................................48
3.1 Thiết lập mơ hình dự báo dịng chảy lũ trên lƣu vực sơng Đà ...................... 48
3.1.1 Thiết lập mơ hình HEC-HMS ......................................................................48
3.1.2 Thiết lập mơ hình điều tiết hồ chứa HEC_RESSIM ....................................63
3.2 Ứng dụng mơ hình dự báo thử nghiệm năm 2015 trên lƣu vực sơng Đà ..... 73
3.2.1 Dự báo dịng chảy lũ trên sông Đà ............................................................... 73
3.2.2 Đánh giá sai số của yếu tố dự báo (lưu lượng dòng chảy) theo thống kê xác
suất .........................................................................................................................73
3.2.3 Kết quả dự báo dòng chảy thử nghiệm bằng mơ hình HEC-HMS và HECRESSIM .................................................................................................................76
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................89
PHỤ LỤC .....................................................................................................................92

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1 Phân bố diện tích lưu vực sông Đà ................................................................ 21
Bảng 2-2 Các sông nhánh cấp 1 chính của của sơng Đà trên lãnh thổ Việt Nam ........22
Bảng 2-3 Một số đặc trưng thủy văn lưu vực sơng Đà .................................................23
Bảng 2-4 Đặc trưng dịng chảy trên sông Đà ................................................................ 24
Bảng 2-5 Thông số kỹ thuật nhà máy thủy điện Hịa Bình ...........................................28
Bảng 2-6 Thơng số kỹ thuật nhà máy thủy điện Sơn La ...............................................29
Bảng 2-7 Thông số kỹ thuật nhà máy thủy điện Bản Chát............................................30
Bảng 3-1 Bảng phân chia lưu vực .................................................................................48
Bảng 3-2 Thống kê tình hình tài liệu thu thập phục vụ nghiên cứu .............................. 49
Bảng 3-3 Trọng số trạm mưa sử dụng trên lưu vực bộ phận sông Đà ..........................51
Bảng 3-4 Bộ thông số của mơ hình HEC-HMS cho từng lưu vực bộ phận ..................52
Bảng 3-5 Bộ thơng số của mơ hình Hec cho từng đoạn sông .......................................52
Bảng 3-6 Kết quả hiệu chỉnh theo chỉ tiêu Nash và sai số đỉnh lũ cho các tiểu lưu vực
.......................................................................................................................................59
Bảng 3-7 Kết quả kiểm định năm 2014 .........................................................................63
Bảng 3-8 Tiêu chuẩn chất lượng của phương án dự báo (QP 94/TCN-91) ..................75
Bảng 3-9 Lưu lượng dòng chảy dự báo đến hồ Lai Châu .............................................76
Bảng 3-10 Chỉ tiêu đánh giá kết quả dự báo thử nghiệm trận lũ năm 2015 đến hồ thủy
điện Lai Châu bằng mơ hình HEC-HMS ......................................................................77
Bảng 3-11 Lưu lượng dòng chảy dự báo đến hồ Bản Chát ...........................................77
Bảng 3-12 Chỉ tiêu đánh giá kết quả dự báo thử nghiệm trận lũ năm 2015 đến hồ thủy
điện Bản chát bằng mơ hình HEC-HMS .......................................................................77
Bảng 3-13 Dịng chảy dự báo trên hệ thống sông Đà gia nhập vào hồ Sơn La ............78
Bảng 3-14 Bảng cập nhật số liệu tại thời điểm phát báo để dự báo đến hồ Sơn La......78
v

Bảng 3-15 Lưu lượng dòng chảy dự báo đến hồ Sơn La ..............................................82
Bảng 3-16 Chỉ tiêu đánh giá kết quả dự báo thử nghiệm trận lũ năm 2015 đến hồ thủy
điện Sơn La ....................................................................................................................82
Bảng 3-17 Lưu lượng dòng chảy dự báo đến hồ Hịa Bình ..........................................83
Bảng 3-18 Bảng cập nhật số liệu tại thời điểm phát báo để dự báo đến hồ Hịa Bình ..83
Bảng 3-19 Lưu lượng dịng chảy dự báo đến hồ Hịa Bình ..........................................87
Bảng 3-20 Chỉ tiêu đánh giá kết quả dự báo thử nghiệm trận lũ năm 2015 đến hồ thủy
điện Hịa Bình bằng mơ hình HEC-RESSIM ................................................................ 87

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 2-1 Sơ đồ lưu vực sơng Đà (đoạn thuộc Việt Nam) .............................................19
Hình 2-2 Sơ đồ hệ thống trên lưu vực sơng Đà ............................................................. 27
Hình 2-3 Sơ đồ nghiên cứu tóm tắt ...............................................................................31
Hình 2-4 Biểu đồ mưa ...................................................................................................35
Hình 2-5 Cấu trúc mơ hình Hec-ressim.........................................................................44
Hình 3-1 Sơ đồ hệ thống lưu vực nghiên cứu ............................................................... 49
Hình 3-2 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình trạm Mường Tè năm 2011 ................................ 53
Hình 3-3 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình trạm Mường Tè năm 2013 ................................ 53
Hình 3-4 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình trạm Nậm Giàng năm 2011 .............................. 54
Hình 3-5 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình trạm Nậm Giàng năm 2013 .............................. 54
Hình 3-6 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình trạm Mường Lay năm 2011 .............................. 55
Hình 3-7 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình trạm Mường Lay năm 2013 .............................. 55
Hình 3-8 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình trạm Tà Gia năm 2011 ......................................56
Hình 3-9 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình trạm Tà Gia năm 2013 ......................................56
Hình 3-10 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình trạm Nậm Mức năm 2011............................... 57

Hình 3-11 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình trạm Nậm Mức năm 2013............................... 57
Hình 3-12 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình trạm Sơn La năm 2011 ...................................58
Hình 3-13 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình trạm Sơn La năm 2013 ...................................58
Hình 3-14 Kết quả kiểm định trận lũ năm 2014 tại trạm Mường Tè ............................ 60
Hình 3-15 Kết quả kiểm định trận lũ năm 2014 tại trạm Nậm Giàng ...........................60
Hình 3-16 Kết quả kiểm định trận lũ năm 2014 tại trạm Mường Lay ..........................61
Hình 3-17 Kết quả kiểm định trận lũ năm 2014 tại trạm Tà Gia ..................................61
Hình 3-18 Kết quả kiểm định trận lũ năm 2014 tại trạm Nậm Mức ............................. 62
vii


Hình 3-19 Kết quả kiểm định trận lũ năm 2014 tại trạm Sơn La ..................................62
Hình 3-20 Sơ đồ mơ phỏng hệ thống hồ chứa sơng Đà ................................................69
Hình 3-21 Minh họa mơ phỏng cho cơng trình hồ chứa Lai Châu ............................... 69
Hình 3-22 Minh hoạ thiết lập phương án vận hành hồ chứa thủy điện Lai Châu ........70
Hình 3-23 Minh họa mơ phỏng cho cơng trình hồ chứa Sơn La ...................................70
Hình 3-24 Minh hoạ thiết lập phương án vận hành hồ chứa thủy điện Sơn La ...........71
Hình 3-25 Minh họa mơ phỏng cho cơng trình hồ chứa Bản chát ................................ 71
Hình 3-26 Minh hoạ thiết lập phương án vận hành hồ chứa thủy điện Bản Chát ........72
Hình 3-27 Minh họa mơ phỏng cho cơng trình hồ chứa Hịa Bình ............................... 72
Hình 3-28 Dòng chảy dự báo đến hồ chứa Sơn La tại thời điểm 24h ...........................79
Hình 3-29 Dịng chảy dự báo đến hồ chứa Sơn La tại thời điểm 48h ...........................79
Hình 3-30 Dòng chảy dự báo đến hồ chứa Sơn La tại thời điểm 72h ...........................80
Hình 3-31 Dịng chảy dự báo đến hồ chứa Sơn La tại thời điểm 96h ...........................80
Hình 3-32 Dòng chảy dự báo đến hồ chứa Sơn La tại thời điểm 120h .........................81
Hình 3-33 Đường quá trình giữa dòng chảy thực đo và dòng chảy dự báo đến hồ Sơn
La ...................................................................................................................................81
Hình 3-34 Dịng chảy dự báo đến hồ chứa Hịa Bình tại thời điểm 24h .......................84
Hình 3-35 Dịng chảy dự báo đến hồ chứa Hịa Bình tại thời điểm 48h .......................84
Hình 3-36 Dịng chảy dự báo đến hồ chứa Hịa Bình tại thời điểm 72h .......................85

Hình 3-37 Dịng chảy dự báo đến hồ chứa Hịa Bình tại thời điểm 96h .......................85
Hình 3-38 Dịng chảy dự báo đến hồ chứa Hịa Bình tại thời điểm 120h .....................86
Hình 3-39 Đường q trình q trình giữa dịng chảy thực đo và dịng chảy dự báo
đến hồ Hịa Bình ............................................................................................................86

viii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay, hiểm họa lũ lụt diễn ra ngày càng nguy hiểm
và phức tạp gây ra hậu quả nghiêm trọng cho con người. Việc nhận biết trước diễn
biến lũ trở nên vô cùng quan trọng trong cơng tác phịng chống thiên tai. Đặc biệt, đối
với những lưu vực sơng có hệ thống liên hồ chứa đa mục tiêu như lưu vực sông Đà.
Nghiên cứu nâng cao khả năng dự báo lũ có ý nghĩa to lớn trong việc vận hành hiệu
quả các hồ chứa và phòng chống lũ giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai gây ra.
Lưu vực sông Đà là phụ lưu lớn nhất của sơng Hồng, có chế độ lũ khá phức tạp, ảnh
hưởng lớn đến sự phát triển kinh tế xã hội của vùng đồng bằng sơng Hồng. Nhiều giải
pháp cơng trình và phi cơng trình đã được ứng dụng nhằm giảm nhẹ những thiệt hại,
ảnh hưởng của lũ như: xây dựng hệ thống đê, hồ chứa, phân chậm lũ, quy hoạch phòng
chống lũ, hệ thống dự báo, cảnh báo trên toàn lưu vực.
Hiện nay, trên lưu vực sơng Đà gồm có các cơng trình hồ chứa thủy điện lớn như Sơn
La, Hịa Bình, Bản Chát, Lai Châu đã và sắp đi vào hoạt động. Hệ thống hồ chứa đa
mục tiêu này đóng góp tỉ trọng lớn về sản lượng điện trong hệ thống điện Quốc gia
cũng như đóng vai trị quan trọng trong việc tham gia cắt lũ và cấp nước cho hạ du
sông Hồng. Các hồ chứa khai thác đa mục tiêu có dung tích kết hợp khá lớn so với
dung tích hiệu dụng, do vậy mâu thuẫn giữa nhiệm vụ phịng lũ với các nhiệm vụ khác
ln ln tồn tại. Trong mùa lũ, hiệu quả vận hành cơng trình xả lũ khi có lũ phụ thuộc
vào kết quả dự báo ngắn hạn (24h, 48h). Việc tính tốn và tìm ra kết quả dự báo lũ tốt
trên lưu vực sông Đà là khá cần thiết, nó khơng chỉ có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

trong cơng tác phịng chống giảm nhẹ thiên tai cho vùng sơng Đà mà cịn đóng vai trò
quan trọng cắt giảm, chống lũ triệt để cho hạ du với sông Hồng và đồng bằng Bắc Bộ.
Trong bối cảnh như vậy, học viên đã lựa chọn luận văn: “Ứng dụng mơ hình tốn dự
báo dịng chảy lũ trên lưu vực sông Đà” nhằm nghiên cứu một phương pháp khoa
học về dự báo lũ trên lưu vực sông đã và đang tồn tại hệ thống hồ chứa lớn nhất đất
nước, đóng vai trị vơ cùng quan trọng đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, phòng
lũ, cấp nước cho đồng bằng sông Hồng.
1


2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn vận hành điều tiết hồ chứa và dự báo dịng chảy lũ
trên lưu vực sơng Đà nhằm hạn chế, giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu
Hệ thống các hồ và dòng chảy lũ trên lưu vực sơng Đà.
b. Phạm vi nghiên cứu
Tồn bộ lưu vực sơng Đà đến đập thủy điện Hịa Bình. Thời gian mùa lũ từ tháng VI
đến tháng X.
4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu
a. Cách tiếp cận:
- Theo quan điểm hệ thống.
- Theo quan điểm thực tiễn và tổng hợp đa mục tiêu
b. Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: phương pháp này được sử dụng trong việc xử
lý các tài liệu về địa hình, khí tượng thủy văn, thủy lực phục vụ cho tính tốn và dự
báo.
- Phương pháp mơ phỏng: Tính tốn mơ phỏng dịng chảy lũ trên lưu vực sơng Đà
bằng mơ hình HEC-HMS
- Phương pháp kế thừa: Trong q trình thực hiện luận án đã sử dụng các kết quả có

liên quan đã được nghiên cứu trước đây của các tác giả, cơ quan và tổ chức khác.
Những kế thừa nhằm mục đích kết quả tính tốn phù hợp với thực tiễn của vùng
nghiên cứu.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu dự báo lũ trên thế giới
Nghiên cứu dự báo lũ trên thế giới hiện nay đã và đang nhận được sự quan tâm của rất
nhiều nhà khoa học, đặc biệt là vấn đề nâng cao chất lượng dự báo, rất nhiều công
nghệ dự báo nghiệp vụ đã và đang được phát triển dựa trên sự kết hợp các mơ hình
thủy văn, thủy lực. Nhiều mơ hình đã được xây dựng và áp dụng cho dự báo hồ chứa,
dự báo lũ cho hệ thống sông, cho cơng tác quy hoạch phịng lũ. Một số mơ hình đã
được ứng dụng thực tế trong công tác mô phỏng và dự báo dịng chảy cho các lưu vực
sơng có thể liệt kê ra như sau:
- Viện thủy lực Đan Mạch (Danish Hydralics Institute. DHI) xây dựng phần mềm dự
báo lũ bao gồm: Mơ hình NAM tính tốn và dự báo dịng chảy từ mưa: Mơ hình Mike
11 tính tốn thủy lực, dự báo dịng chảy trong sơng và cảnh báo ngập lụt. Phần mềm
này đã được áp dụng rất rộng rãi và rất thành công ở nhiều nước trên thế giới. Trong
khu vực Châu Á, mơ hình đã được áp dụng để dự báo lũ lưu vực sông Mun-Chi và
SongKla ở Thái Lan, lưu vực sông ở Bangladesh và Indonesia. Hiện nay công ty tư
vấn CTI của Nhật Bản đã mua bản quyển của mơ hình, thực hiện những cải tiến để mơ
hình có thể phù hợp với điều kiện thủy văn của Nhật Bản. Wallingford kết hợp với
Hacrow đã xây dựng phần mềm ISIS cho tính tốn dự báo lũ và ngập lụt. Phần mềm
bao gồm các mô đun: Mơ hình đường đơn vị tính tốn và dự báo dịng chảy từ mưa;
mơ hình ISIS tính tốn thủy lực, dự báo dịng chảy trong sơng và cảnh báo ngập lụt.
Phần mềm này đã được áp dụng khá rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới, đã được áp
dụng cho sơng Mê Kơng trong trương trình Sử dụng Nước do ủy hội Mê Kơng Quốc tế
chủ trì thực hiện ở Việt Nam. Mơ hình ISIS được sử dụng để tính tốn trong dự án

phân lũ và phát triển thủy lợi lưu vực sông Đáy do Hà Lan tài trợ.
- Trung tâm khu vực START Đông Nam Á ( Southeast Asia START Regional Center)
đang xây dựng “ Hệ thống dự báo lũ thời gian thực cho lưu vực sông Mê Kơng”. Hệ
Thống này được xây dựng trên mơ hình thủy văn khu vực có thơng số phân bố tính
tồn dịng chảy từ mưa. Hệ thống dự báo được phân thành 3 phần: thu nhận số liệu từ

3


vệ tinh và các trạm tự động dự báo thủy văn và dự báo ngập lụt. Thời gian dự kiến dự
báo là 1 hoặc 2 ngày.
- Viện Điện lực ( EDF) của pháp đã xây dựng phần mềm TElEMAC tính các bài tốn
thủy lực 1 và 2 chiều. Mơ hình này đã được áp dụng tính tốn rất nhiều nơi ở Cộng
hòa pháp và trên thế giới.
- Trung tâm kỹ thuật thủy văn ( Mỹ) đã xây dựng bộ mô hình HEC-1 để tính tốn thủy
văn, trong đó có HEC-1F là chương trình dự báo lũ từ mưa và diễn tốn lũ trong sơng.
Mơ hình đã được áp dụng rất rộng rãi trên thế giới. Ở Châu Á, mơ hình đã được áp
dụng ở Indonesia, Thái Lan và ở Việt Nam. Gần đây, mơ hình được cải tiến và phát
triển thành HMS có giao diện đồ họa thuận lợi cho người sử dụng.
- Trong một nghiên cứu về hệ thống dự báo lũ cho sông Maritsa và Tundzha,
Roelevink và cộng sự đã kết hợp sử dụng mô đun mưa – dịng chảy Mike 11-NAM và
mơ đun thủy lực Mike 11-HD để tiến hành dự báo. Các mơ hình này đã được hiệu
chỉnh sử dụng số liệu các trận lũ năm 2005 và 2006. Kết quả từ 2 mơ hình này được
kết hợp sử dụng với phần mềm FloodWatch để kết xuất ra mực nước dự báo và các
cảnh báo tại các điểm xác định. Kết quả cho thấy rằng số liệu đầu vào quyết định lớn
của thời gian dự kiến. Kết quả sẽ chính xác hơn nếu thời gian dự kiến ngắn và ngược
lại. Trong nghiên cứu này cũng đã sử dụng chức năng cập nhật mực nước và lưu lượng
tính tốn theo mực nước và lưu lượng thực đo tại các vị trí biên đầu vào
- Một trong số các mơ hình dự báo lũ cho một hệ thống sông-hồ chứa đã được xây
dựng tại trường đại học Texas (Hoa Kỳ). Hệ thống hồ chứa ở Highland Lakes vùng hạ

du lưu vực sông Colorado gồm 7 hồ chứa nối tiếp. Mơ hình dự báo lũ cho vùng này
được sử dụng để ra các quyết định vận hành trong suốt thời kỳ lũ, mơ hình bao gồm 2
mơ đun chính là mô đun quản lý dữ liệu và mô đun điều khiển lũ sử dụng mơ hình
mưa-dịng chảy, mơ hình DWOPER và GATES.
- Cục công binh Hoa Kỳ phát triển hệ mơ hình họ HEC: mơ hình thủy văn HEC-RASS
tính tốn dự báo dịng chảy từ mưa, mơ hình thủy lực HEC-HMS diễn tốn dịng chảy,
HEC-RESSIM điều tiết hồ chứa phân phối dòng chảy
4


- Việc nghiên cứu môi trường Stockholm (SEI)- Thủy Điển đã phát triển mơ hình
WEAP tính tốn cân bằng giữa các nhu cầu của các dạng sử dụng nước phân bổ nguồn
nước từ các cơng trình cấp nước, với nguồn nước cung cấp bao gồm nước mặt, nước
ngầm, nước hồ chứa và các vận chuyển nguồn nước. Mơ hình được ứng dụng thành
công tại nhiều lưu vực sông của các quốc gia như Trung Quốc, Ấn Độ, Châu Phi…
- Nhật Bản đang phát triển và thử nghiệm Hệ thống cảnh báo lũ toàn cầu (Global
Flood Alert System, GFAS) và mạng lưới lũ quốc tế (International Flood Network,
IFNet), sử dụng số liệu mưa bề mặt cùng các số liệu ước lượng mưa từ vệ tinh để cảnh
báo khả năng hay xác suất xảy ra lũ trên các sơng lớn tồn cầu (IFNet) khi lượng mưa
đã rơi vượt ngưỡng giới hạn mưa hiệu quả sinh lũ được xác định trước cho từng lưu
vực. Hệ thống này chưa tính tới điều kiện mặt đệm lưu vực, ảnh hưởng của địa hình,
tình trạng ẩm, hiện trạng lũ của lưu vực nên độ chính xác khơng cao, chỉ có tính cảnh
báo xác suất có khả năng xảy ra lũ trên lưu vực sông lớn.
- Viện Nghiên cứu Cơng chính Nhật Bản (Public Works Research Institute, PWRI)
được xây dựng từ năm 2007 Hệ thống phân tích dự báo lũ sử dụng số liệu mưa vệ tinh
(Integrated Flood Analysis System, IFAS). Hệ thống này có sử dụng số liệu ước lượng
mưa từ vệ tinh hoặc mưa bề mặt làm đầu vào; phân tích, tính tốn dịng chảy trên cơ
sở mơ hình thủy văn thơng số phân phối PWRI; thiết lập mơ hình tính tốn mưa rào
dịng chảy dựa trên cơ sở số liệu GIS, viễn thám như địa hình, sử dụng đất, loại đất,
thảm thực vật…; hiển thị các kết quả ở dạng đồ thị, bảng biểu hay bản đồ. Hệ thống

này đã được đào tạo miễn phí cho các nước đang phát triển ở châu Á triển khai áp
dụng cho các lưu vực sông khác nhau thông qua nhiều lớp tập huấn và hội thảo quốc
tế.
1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ở Việt Nam về dự báo dòng chảy lũ
Hiện nay ở Việt Nam, nhiều cơ quan như: Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và Môi
trường, Viện Khoa học Thủy Lợi, Viện Quy hoạch Thủy Lợi đã và đang áp dụng các
mơ hình tốn để tính tốn, dự báo dịng chảy và cảnh báo lũ. Một số nghiên cứu có thể
kể đến:

5


- Trung tâm Dự báo Khí tượng thủy văn Trung ương đang ứng dụng mơ hình
MARINE để tính tốn dự báo ngắn hạn dịng chảy lũ Sơng Đà.
- Dự án phân lũ và phát triển thủy lợi lưu vực sông Cả do Hà Lan tài trợ sử dụng mơ
hình ISIS để tính tốn.
- Tính tốn dự báo và vận hành hệ thống hồ chứa sử dụng phần mềm DK11 của GS.TS
Hà Văn Khối được thực hiện bởi bộ môn Thủy văn và tài nguyên nước trường Đại học
Thủy Lợi năm 2013.
Bên cạnh đó, dự báo thủy văn cịn được thực hiện trên cơ sở của phương pháp phân
tích thống kê, phân tích dự báo 2 thành phần chính của dịng chảy tạo thành từ lượng
trữ nước trong sông và từ lượng mưa trong thời gian dự báo. Các phương pháp đang
được sử dụng chính là:
- Phƣơng pháp phân tích thống kê: Xây dựng phương án dự báo các đặc trưng dịng
chảy (trung bình, lớn nhất và nhỏ nhất) trong thời kỳ 5 ngày từ lượng trữ nước trong
sông và lượng mưa trong thời gian dự kiến dưới dạng biểu đồ và các phương trình hồi
quy.
- Dự báo kéo dài (mở rộng): Sử dụng kết quả của dự báo hạn ngắn trong 1 - 2 ngày
đầu, từ ngày thứ 3 đến ngày thứ 5 sử dụng phương pháp phân tích thống kê, xây dựng
mối quan hệ của các đặc trưng dòng chảy 3 ngày cuối với lượng trữ nước trong sông

và lượng mưa dự báo. Tổng hợp kết quả, ra bản tin dự báo các đặc trưng dòng chảy
trong thời kỳ 5 ngày tới.
- Sử dụng mơ hình TANK kết hợp Muskingum xây dựng phần mềm dự báo quá
trình mực nước, lưu lượng 5 ngày (với thời đoạn tính tốn 6h) cho các trạm chính trên
hệ thống sơng Hồng và sơng Thái Bình. Lượng mưa dự báo cập nhật từ mơ hình HRM.
Mơ hình này đang được thử nghiệm dự báo hàng ngày tại Trung tâm dự báo Khí tượng
thủy văn Trung ương.
Hạn chế của các phương pháp đang sử dụng hiện nay là: Lượng mưa dự báo được lấy
trung bình cho toàn lưu vực lớn trong thời hạn 1 ngày hoặc 5 ngày. Bên cạnh đó, các
mơ hình này chưa kết nối với các mơ hình thủy lực cũng như GIS và chưa được nghiên
6


cứu cụ thể, chi tiết cho các lưu vực bộ phận. Chất lượng dự báo chưa cao, mức đảm
bảo dự báo đặc trưng dòng chảy đạt khoảng 70%; mức đảm bảo dự báo q trình dịng
chảy đạt trung bình khoảng 65% và giảm rất nhanh khi tăng thời gian dự kiến. Nhìn
chung chưa đáp ứng được u cầu của cơng tác điều hành hệ thống hồ chứa hiện nay.
- Đề tài: “ Ứng dụng một số mơ hình thích hợp để dự báo lũ thƣợng lƣu hệ thống
sơng Thái Bình” ( Nguyễn Lan Châu)
Trên cơ sở phân tích các hình thế thời tiết gây mưa và chế độ nước lũ ở thượng lưu
sơng Thái Bình ( sơng Cầu, sơng Thương, sơng Lục Nam) đã nghiên cứu ứng dụng các
mơ hình TANK, NAM và phương pháp hồi quy bội để tính tốn và dự báo q trình
dịng chảy lũ tại Thái Nguyên trên sông Cầu, Phủ Lạng Thương trên sông Thương và
Lục Nam trên sông Lục Nam. Kết quả nghiên cứu cho thấy kết quả tính tốn và dự báo
dịng chảy lũ theo 3 mơ hình nêu trên đều cho kết quả tốt. Mơ hình đã được
TTDBKTTVTU bổ sung và đưa vào dự báo tác nghiệp thử nghiệm từ năm 2000.
- Đề tài Xây dựng các phƣơng án nhận định hạn dài đỉnh lũ năm các sơng chính ở
Việt Nam (TS. Nguyễn Lan Châu, Đề tài NCKH Tổng cục khí tượng thủy văn, năm
2001)
Đề tài đã xây dựng được công nghệ dự báo đỉnh lũ tại 22 trạm chính trên các sông

Hồng, sông Mã, Cả, La, Gianh, Thạch Hãn, Hương, Thu Bồn, Trà Khúc, Kôn, Đà
Rằng, Tiền, Hậu dựa trên các phương pháp hồi quy từng bước, thống kê khách quan,
nhận dạng với các yếu tố mưa, nhiệt độ, bốc hơi, ENSO, áp cao Thái Bình Dương…
Mơ hình đang được ứng dụng tại Phòng Dự báo Thủy văn Bắc Bộ, Trung tâm Dự báo
Khí tượng Thủy văn Trung ương.
- Đề tài:” Nghiên cứu Xây dựng phƣơng án dự báo hạn ngắn lũ miền Trung trên
máy vi tính” (TS. Đặng Ngọc Tĩnh, Đề tài NCKH Tổng cục khí tượng thủy văn, năm
2001).
Đề tài là dựa trên cơ sở các tiến bộ kỹ thuật tin học (cả phần cứng và phần mềm),
chuyển hoá các kết quả nghiên cứu cơ bản, các phương án dự báo thuỷ văn truyền
thống và hiện đại thành các phần mềm trên máy vi tính nhằm hồn thiện và khách
7


quan hoá các phương án dự báo, giảm thời gian thao tác trong nghiệp vụ, giảm dần ảnh
hưởng của các yếu tố chủ quan, nâng cao độ chính xác, độ tin cậy của các phương án
dự báo. Các phương án để tin học hoá là những phương án dự báo hạn ngắn lũ trên các
sông miền Trung là phương pháp cảnh báo bằng nhận dạng tương tự với những trận lũ
trong quá khứ, cảnh báo đỉnh lũ theo quan hệ với các yếu tố khí tượng, dự báo mực
nước lũ theo các phương trình hồi quy nhiều biến, mực nước tương ứng hay quan hệ
đỉnh lũ hoặc biện độ lũ với lượng mưa, mực nước chân lũ. Các phương án này được
cập nhật và bổ sung theo chuỗi số liệu từ 1975 đến 1999 cho khu vực miền Trung.
- Đề tài : “Nghiên cứu nhận dạng toàn diện về lũ, dự báo, kiểm soát và thoát lũ
phục vụ yêu cầu chung sống với lũ ở đổng bẳng sông Cửu Long” (TS. Tô Vân
Trường, Đề tài NCKH cấp NN- KC-08-14, Phân Viện khảo sát Quy hoạch Thủy lợi
Nam Bộ, năm 2005)
Một trong những kết quả thành công của đề tài là xây dựng công nghệ nhận dạng dài
hạn lũ lớn đồng bằng sơng Cửu Long từ các hình thế synop, từ mưa lũ thượng nguồn,
thủy triều theo các phương pháp phân tích thống kê, phân tích định dạng, mơ hình
mạng thần kinh nhân tạo ANN và phân tích khơng ảnh.

- Đề tài :” Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ sơng Đà phục vụ điều tiết hồ
Hịa Bình trong cơng tác phịng chống lũ lụt” (TS. Nguyễn Lan Châu, Đề tài
NCKHCN cấp Bộ, năm 2006)
Ứng dụng thành công mô hình MARINE vào dự báo dịng chảy lũ trên lưu vực sơng
Đà đến hồ Hịa Bình, mơ hình Tank dự báo lũ sơng Lơ, sơng Thao và mơ hình thủy lực
IMECH-1D (do Viện cơ xây dựng) dự báo lũ hạ lưu sơng Hồng. Hệ thống mơ hình đã
được sử dụng trong nghiệp vụ dự báo.
- Đề tài: ”Xây dựng công nghệ tính tốn dự báo lũ lớn trên hệ thống sơng HồngThái Bình” (TS. Trần Thục, Đề tài NCKH cấp Bộ, năm 2005).
Đề tài đã ứng dụng đầu tiên bộ mơ hình NAM_Mike 11 của DHI trong dự báo lũ lớn
trên hệ thống sông Hồng trước 48 giờ.

8


- Đề tài “Nghiên cứu công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều
hành hệ thống cơng trình phịng chống lũ cho đồng bằng sơng Hồng-sơng Thái
Bình” (TS. Vũ Minh Cát, Đề tài NCKHCN cấp Nhà nước trong khuôn khổ nghị định
thư đã được ký kết giữa 2 chính phủ Việt Nam và Italy về hợp tác khoa học công
nghệ, năm 2009).
Đề tài đã ứng dụng bộ mơ hình DIMOSOP sử dụng dữ liệu mưa dự báo số trị của mơ
hình dự báo thời tiết BOLAM, dự báo dòng chảy 5 ngày mùa lũ tại vị trí hồ chứa (Hịa
Bình, Tun Quang và Thác Bà), các điểm quan trắc thủy văn thượng lưu .
1.3 Các phƣơng pháp dự báo lũ
Dự báo thủy văn là tính trước một cách khoa học tình hình biến đổi các đặc trưng thủy
văn trên các sông, suối, ao, hồ, kho nước… để phục vụ cho việc phòng chống thiên tai
và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước trong các ngành kinh tế quốc dân. Dự báo
thủy văn là công việc rất khó, nó địi hỏi người làm cơng việc này khơng chỉ thành
thạo nghiệp vụ mà phải có kiến thức về các ngành liên quan như địa lý, khí tượng,
thủy lực, tốn, máy tính… và vận dụng một cách linh hoạt sáng tạo trong việc suy
đoán, lựa chọn giá trị dự báo.

Hiện nay, có nhiều phƣơng pháp dự báo lũ khác nhau, bao gồm: phương pháp xu
thế, phương pháp mực nước, lưu lượng tương ứng, phương pháp lượng trữ, phương
pháp phân tích thống kê, phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo…
1.3.1 Phương pháp xu thế
Cơ sở khoa học của phương pháp dự báo xu thế là quy luật quán tính của chuyển động
nước trong sông. Phương pháp này dựa trên giả định là đại lượng dự báo thay đổi theo
quy luật giống như sự thay đổi trước đó, nghĩa là nếu lũ đang lên thì giá trị dự báo tiếp
tục tăng và ngược lại lũ đang xuống giá trị dự báo tiếp tục giảm.
Ưu điểm của phương pháp: Phương pháp xu thế có ưu điểm là đơn giản, khơng cần
q nhiều thông tin như các phương pháp khác. Phương pháp xu thế chỉ cần sử dụng
số liệu tại một trạm đo, để dự báo, đối tượng dự báo rất đa dạng cho nên đến nay vẫn
đang được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Do đó phương pháp này thích hợp
9


với các yếu tố dự báo có pha thay đổi chậm, chẳng hạn lũ tại hạ lưu các sông lớn, dự
báo tốt cho từng nhánh lũ.
Nhược điểm của phương pháp: Đối với những vùng chuyển tiếp giữa pha nước lên và
pha nước xuống, những vùng có pha thay đổi lớn, nếu dùng phương pháp này sẽ dễ
gây sai số lớn.
1.3.2 Phương pháp mực nước, lưu lượng tương ứng
Phương pháp lưu lượng và mực nước tương ứng là phương pháp dùng mực nước đo
được ở thượng lưu để dự báo mực nước ở hạ lưu. Mối tương quan giữa mực nước ở
thượng lưu và mực nước ở hạ lưu sẽ phức tạp nếu khu giữa có lượng gia nhập đáng kể
và lượng gia nhập đó lại khơng hồn tồn tương ứng với thượng lưu.
Ưu điểm của phương pháp: Các thông số có thể xác định dễ dàng bằng đồ thị và bằng
những cách giải đơn giản. Phương pháp này chỉ dùng tốt đối với đoạn sơng có độ dốc
lớn, trạm dưới ít bị ảnh hưởng của thuỷ triều hay nước vật, các trạm trên không quá
nhiều, thường chỉ một hay hai trạm trên và một trạm dưới.
Nhược điểm của phương pháp: Điều kiện quan trọng khi áp dụng phương pháp lưu

lượng tương ứng là phải tính đúng thời gian chảy truyền. Việc xác định thời gian chảy
truyền ở đoạn sông không nhánh đã khó, xác định ở đoạn sơng nhiều nhánh càng khó
hơn và ln có sai số. Trường hợp đoạn sông nhiều trạm trên, hoặc nhiều trạm dưới
chịu ảnh hưởng của nước vật hay thủy triều thì phải tìm cách giải quyết khác.
1.3.3 Phương pháp lượng trữ
Phương pháp lượng trữ dựa trên cách giải giản hóa từ hệ phương trình Saint-Vernant,
đây là một trong hai cách giải gần đúng cho hệ phương trình này, theo phương pháp
này người ta dùng phương trình cân bằng nước ở đoạn sơng thay cho phương trình liên
tục, dùng phương trình lượng trữ thay cho phương trình động lực.
Phương trình lượng trữ: W=f(Qd,Qtr) biểu thị quan hệ giữa lượng trữ của đoạn sông
W với lưu lượng chảy vào Qtr lưu lượng chảy ra Qd. Nếu xác định được quan hệ hàm
số này thì ta có thể tính tốn được giá trị lưu lượng chảy ra tại cuối thời đoạn Qd2 khi

10


biết các giá trị lưu lượng chảy ra tại đầu thời đoạn và lưu lượng chảy vào Qd1, Qtr1,
Qtr2.
1.3.4 Phương pháp phân tích thống kê
Đây là nhóm các phương pháp thường sử dụng các phép phân tích thống kê trong thủy
văn để xây dựng phương trình dự báo, một trong những phương pháp trong nhóm này
hay được sử dụng là phương pháp phân tích hồi quy nhiều biến.
Ưu điểm của phương pháp: Phương pháp này đơn giản, dễ tính tốn, có thể đưa vào
nhiều biến ảnh hưởng đến đại lượng dự báo để phân tích.
Nhược điểm của phương pháp: Khơng xử lý được những trường hợp có những giá trị
ngoại lại, sẽ làm sai lệch kết quả dự báo. Vì vậy khi dự báo phải chuẩn bị tốt dữ liệu.
1.3.5 Mơ hình mạng thần kinh nhân tạo
Mạng trí tuệ nhân tạo (Artificial Nerual Networks - ANN) được xây dựng từ những
năm 1940. Với việc ứng dụng thuật toán quét ngược năm 1988, ANN được sử dụng
nhiều trong ngành tài nguyên nước, đặc biệt là dự báo thủy văn. Mạng trí tuệ nhân tạo

là một mô phỏng xử lý thông tin, được nghiên cứu ra từ hệ thống thần kinh của sinh
vật, giống như bộ não để xử lý thông tin. Nó bao gồm số lượng lớn các mối gắn kết
cấp cao để xử lý các yếu tố làm việc trong mối liên hệ giải quyết vấn đề rõ ràng. ANN
giống như con người, được học bởi kinh nghiệm, lưu những kinh nghiệm, hiểu biết và
sử dụng trong những tình huống phù hợp. Mơ hình ANN cho phép thiết lập mối quan
hệ đa dạng và trực tiếp các biến đầu vào và đầu ra, phản ánh tính chất của cả mơ hình
nhận thức và mơ hình hộp đen.
Ưu điểm của phương pháp: Dữ liệu đầu vào mơ hình ANN khơng nhất thiết phải ổn
định và tuân theo phân bố chuẩn như ARIMA. Mơ hình ANN là mơ hình phi tuyến (tối
ưu sử dụng trong ANN là tối ưu hàm phi tuyến). Mơ hình ANN cũng cho kết quả tốt
hơn mơ hình ARIMA khi dữ liệu hạn chế và trong các trường hợp phức tạp, khi mối
quan hệ giữa các biến trong mơ hình khơng được tường minh. Nếu so sánh với mơ
hình ARIMA thì ANN là cơng cụ dự báo tốt hơn vì nó dự báo dựa vào q trình hình

11


thành mối quan hệ trong dữ liệu. Hơn nữa ANN rất phù hợp với việc xử lý các dữ liệu
thực chứa nhiễu hay bị bóp méo hoặc khơng đầy đủ.
Nhược điểm của phương pháp: Rất khó tìm bộ thơng số tối ưu, không phản ánh được
những thay đổi lớn, nếu dữ liệu sử dụng để xây dựng mạng khơng có những trị số lớn
đó.
1.3.6 Phương pháp mơ hình tốn
1.3.6.1Mơ hình mưa dịng chảy
Phân tích sự hình thành của lũ do mưa, người ta dùng phương pháp quan hệ mưadòng chảy trong dự báo lũ. Quá trình mưa trên lưu vực thường được quan trắc dễ dàng
hơn dịng chảy trong sơng suối, bởi vậy nếu ta biết được chính xác quá trình mưa sẽ
cho ta dự báo được dịng chảy trong sông với thời gian dự kiến dài hơn. Cơ sở lý luận
của phương pháp này là phương trình cân bằng nước thời kỳ lũ:
Y= X-Z-P
Trong đó:

Y- Độ sâu dịng chảy
X- Độ sâu mưa
Z- Tổn thất do bốc hơi
P- Tổn thất do thấm

Có nhiều mơ hình mưa - dịng chảy như mơ hình HEC-HMS, TANK (Nhật Bản),
SSARR(Mỹ), NAM(Đan Mạch),…
Trong đó mơ hình HEC-HMS là một mơ hình thủy văn tham số hóa hiện đại được phát
triển từ phần mềm HEC-1 và hiện nay được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam cũng như
trên thế giới để diễn tốn dịng chảy từ mưa. Việc ứng dụng mơ hình HEC-HMS ngồi
ứng dụng tiến bộ khoa học kĩ thuật, dễ được các đối tác nước ngồi chấp nhận dự án
và nếu diện tích lưu vực lớn hơn vẫn có thể chia thành các lưu vực nhỏ sau đó tập hợp
lại theo cấu trúc có sẵn cho mơ hình này. Mơ hình được xác định để tính tốn q trình
mưa dịng chảy của hệ thống các lưu vực hình cây. Nó được thiết kế để áp dụng với
12


nhiều vùng địa lý để giải quyết các vấn đề khác nhau. Phạm vi áp dụng của nó là tính
tốn lũ và dòng chảy cho các lưu vực tự nhiên và đơ thị nhỏ. Kết quả tính tốn từ phần
mềm được sử dụng trực tiếp hoặc kết hợp với các phần mềm khác để nghiên cứu tác
động của quá trình đơ thị hóa, thiết kế đường tràn, dự báo lũ nhằm hạn chế, giảm thiệt
hại do lũ gây ra, điều tiết lũ và vận hành hệ thống.
Ưu điểm: Rất thích hợp cho việc tính tốn dịng chảy lũ tại các con sơng khơng có
trạm đo lưu lượng hoặc trước đây có trạm đo lưu lượng nhưng giờ khơng cịn hoạt
động nữa.
Nhược điểm: Việc hiệu chỉnh bộ thông số tốt cho mơ hình địi hỏi phải có nhiều kinh
nghiệm khi áp dụng cho những lưu vực có diện tích lớn hay khi ta khơng có số liệu về
tình hình điều kiện địa chất, thảm phủ, bốc hơi…
1.3.6.2 Mơ hình vận hành hồ

a. Mơ hình IQQM
Mơ hình IQQM (Integrated Quantity and Quality Model) do Australia xây dựng và
phát triển. Mơ hình đã được ứng dụng cho một số lưu vực sông tại NSW và Queenland
(Australia), và vài năm gần đây đã được đưa vào ứng dụng cho lưu vực sông Mê
Công. Đây là mơ hình mơ phỏng sử dụng nước lưu vực nhằm đánh giá các tác động
của chính sách quản lý tài nguyên nước đối với người sử dụng nước. Mô hình có thể
dùng để khảo sát, chia sẻ và giải quyết các vấn đề nảy sinh trong việc sử dụng chung
nguồn nước giữa các quốc gia với nhau; trao đổi lợi ích sử dụng nguồn nước chung
giữa các nhóm dùng nước cạnh tranh, kể cả mơi trường.
Mơ hình hoạt động trên cơ sở liên tục, mô phỏng diễn biến hệ thống sơng ngịi, kể cả
diễn biến chất lượng nước. Mơ hình thiết kế để vận hành theo bước thời gian ngày
(mặc định), nhưng một số q trình có thể được mơ phỏng theo bước thời gian giờ,
tháng, năm.
Mơ hình IQQM được cấu trúc theo dạng kết cấu gồm các mô đun thành phần liên kết
với nhau thành một khối tổng hợp. Từ Menu chính có thể truy cập vào mơ đun thành

13


phần. Mỗi mơđun đều có menu và thanh cơng cụ riêng để dẫn đến cửa sổ hội thoại
nhập dữ liệu và các thơng số cần thiết của mơ hình.
Các mơ đun thành phần chính của mơ hình:
a. Xử lý số liệu
b. Biểu diễn đồ thị
c. Cơng cụ phân tích thống kê
d. Mơ hình mưa rào-dịng chảy
e. Mơ hình khí hậu
f. Mơ hình vậnh hành cống
g. Mơ hình hệ thống sơng
Trong các mô đun trên chỉ sử dụng ba mô đun chính để tính tốn nhu cầu nước trong

nơng nghiệp và tính cân bằng nước:
Mơ đun xử lý số liệu: mơ đun này cho phép người sử dụng phân tích và nạp số liệu
vào mơ hình.
Mơ đun mơ hình hệ thơng sơng: mơ đun này là xương sống của IQQM vì nó mơ
phỏng chuyển động dịng chảy trong một hệ thống sơng. Những q trình chính
mơđun này mơ phỏng là: diễn tốn dịng chảy trong sơng và kênh tưới, vận hành hồ
chứa, tưới, cấp nước đơ thị, cơng nghiệp...
Mơ hình mơ phỏng hệ thống sông được thể hiện bằng một loạt các nút và đường nối.
Trong đó q trình dịng chảy vào hồ chứa, dịng chảy ra, các q trình dùng nước
khác được gắn với các nút, cịn các q trình diễn tốn dịng chảy trong sơng và diễn
tốn chất lượng nước được gắn với hệ thống sông thông qua các đường nối (links).
Phần diễn tốn dịng chảy dùng phương pháp diễn tốn phi tuyến có xét thời gian trễ
(non-linear routing with lag) và diễn tốn Muskingum (Muskingum routing)
Mơ đun biểu diễn đồ thị: môđun này cho phép người sử dụng biểu diễn kết quả tính
tốn một cách trực quan dưới dạng đồ thị.

14


b. Mơ hình WEAP
WEAP (Water Evaluation and Planning System) là một mơ hình kết hợp giữa việc mơ
phỏng hệ thống và các chính sách cần áp dụng cho lưu vực. WEAP dựa trên ngun
tắc tính tốn cân bằng giữa các nhu cầu của các dạng sử dụng nước, giá thành và hiệu
quả của các cơng trình cấp nước và cơ sở phân bổ nguồn nước, với nguồn nước cung
cấp bao gồm nước mặt, nước ngầm, nước hồ chứa và các vận chuyển nguồn nước.
WEAP cịn phân tích các thử nghiệm về các phương án phát triển và quản lý nguồn
nước.
WEAP đã được áp dụng trong nhiều dự án trên thế giới trong công tác quản lý tổng
hợp tài nguyên nước.
c. Mơ hình Mike basin

Mơ hình MIKE Basin do Viện thuỷ lực Đan Mạch (DHI) xây dựng, nó là một mơ hình
tốn học thể hiện một lưu vực sơng bao gồm cấu hình của các sơng chính và các sơng
nhánh, các yếu tố thuỷ văn của lưu vực theo không gian và theo thời gian, các cơng
trình, hệ thống sử dụng nước hiện tại và tương lai và các phương án sử dụng nước
khác nhau. Mơ hình cũng biểu diễn cả tài nguyên nước ngầm và quá trình diễn biến
nước ngầm. Mô đun MIKE Basin WQ bổ sung thêm chức năng mô phỏng chất lượng
nước.
MIKE Basin được xây dựng theo kiểu mơ hình mạng lưới, trong đó sơng và các nhánh
hợp lưu chính của nó được biểu diễn bằng một mạng lưới bao gồm các nhánh và các
nút. Các nhánh thể hiện các đoạn sơng riêng biệt, cịn các nút thể hiện các tiểu hợp lưu
hoặc các vị trí mà tại đó các hoạt động liên quan đến phát triển nguồn nước có thể diễn
ra như điểm của dịng chảy hồi quy từ các khu tưới, điểm chuyển dòng hoặc là điểm
hợp lưu giữa hai hoặc nhiều sông hoặc suối hoặc tại các vị trí quan trọng cần có kết
quả của mơ hình.
Quan niệm tốn học trong mơ hình MIKE Basin là tìm các lời giải ổn định cho mỗi
bước thời gian. Ưu điểm của MIKE Basin là tốc độ tính tốn của nó cho phép vạch ra

15


nhiều kịch bản khác nhau. Sai số do nhiều giải pháp tính tạo ra khơng đáng kể khi
bước thời gian của q trình khơng nhỏ hơn thời gian mơ phỏng.
MIKE Basin sử dụng giao diện đồ hoạ với người dùng nó liên kết phần mơ hình với
ArcView GIS cho các phiên bản trước năm 2005 và ArcGis cho các phiên bản sau.
Mơ hình hoạt động trên cơ sở một mạng lưới sơng được số hố và các thiết lập trực
tiếp trên màn hình máy tính trong ArcView GIS. Tất cả các thơng tin về mạng lưới
sơng, vị trí các hộ dùng nước, hồ chứa, điểm lấy nước, điểm chuyển dòng, dịng hồi
quy đều được xác định trên màn hình.
Nhập liệu chủ yếu của mơ hình bao gồm số liệu theo thời gian của dòng chảy trên lưu
vực của từng nhánh. Các tệp số liệu bổ trợ gồm các đặc tính hồ chứa và các quy tắc

vận hành của từng hồ chứa, liệt số liệu khí tượng và số liệu tương ứng với hệ thống
hoặc cấp nước như nhu cầu nước và các thơng tin về dịng hồi quy.
Do đó trong q trình xây dựng mơ hình, đặc biệt chú ý xác định một mơ hình linh
hoạt phản ánh các điều kiện tự nhiên tổng quát và dựa trên các mục tiêu của bài toán,
khả năng của dự kiện và phạm vi của các xuất liệu cần có.
Mơ hình MIKE Basin còn rất linh hoạt trong xác định bước thời gian. Người sử dụng
có thể xác định thời gian theo ngày hoặc tháng. Cần xem xét cẩn thận khi lựa chọn
bước thời gian thích hợp, căn cứ vào dữ kiện hiện có và xuất liệu u cầu. Đối với
những mơ hình lớn thời gian tính và nhu cầu bộ nhớ sẽ tăng đáng kể khi giảm bước
thời gian.
Kết quả của mô hình sẽ cho ta thơng tin về hoạt động của các hồ chứa và các hộ dùng
nước trong toàn bộ thời gian mô phỏng bao gồm cả mức độ thiếu nước và thời gian
thiếu nước. Hơn nữa liệt dòng chảy tháng tại tất cả các nút cũng được đưa ra cho phép
ta xác định và đánh giá được ảnh hưởng tổng hợp của các cơng trình cũng như các khu
tưới đối với dịng chảy trong sơng.
Kết quả có thể được xem như là chuỗi thời gian tại mỗi nút hoặc chụp nhanh trong thời
gian như tổng quan của một khu vực mơ hình tồn bộ trong ArcView. Người sử dụng

16


có thể tạo một sự mơ phỏng hình hoạt và xem hình ảnh địa lý của kết quả đặc biệt
phát triển như thế nào.
Như vậy mơ hình MIKE Basin đã thực hiện được việc đánh giá nguồn nước của lưu
vực, ảnh hưởng của các hệ thống lấy nước hiện trạng và đánh giá tác động của các
cơng trình cũng như của các khu tưới lên nguồn nước cho các phương án và các giai
đoạn phát triển thuỷ lợi trong tương lai.
d. Mơ hình HEC-RESSIM
Mơ hình Hec-ResSim (Resevoir Simulation) là mơ hình tính tốn mơ phỏng, điều hành
hệ thống hồ chứa, là phần tiếp theo của HEC 5 (mô phỏng các hệ thống ngăn chặn và

kiểm sốt lũ). Chương trình bao gồm các cơng cụ: mơ phỏng, tính tốn, lưu trữ số liệu,
quản lý, đồ hoạ, và báo cáo hệ thống nguồn nước. Số liệu vào, ra của mơ hình được
lưu trữ và chỉnh sửa bằng chương trình HEC - DSS (Data Storage System).
1.3.6.3 Mơ hình ngẫu nhiên
Trong nhiều lĩnh vực cuộc sống như môi trường, thủy văn, y tế, sinh học, kinh tế…
ln tồn tại những hiện tượng có mối quan hệ lẫn nhau. Phân tích chúng bằng cơng cụ
tốn học thống kê cho thấy quan hệ giữa các hiện hiện tượng rất đa dạng. Hình thức
đặc trưng của quan hệ cơ bản là sự lien hệ nhân quả, quan hệ này là một hiện tượng
biểu hiện sự tồn tại (xuất hiện, biến đổi, biến mất…) phụ thuộc vào hiên tượng khác
(có mưa sẽ sinh ra dịng chảy), bên cạnh đó một hiện tượng đó là nguyên nhân tác
động đến hiện tượng khác (là hậu quả, kết quả). Như vậy trong quan hệ nhân quả này
mỗi hiện tượng vừa là nguyên nhân đồng thời vừa là kết quả của hiện tượng khác.
Hiện nay có rất nhiều mơ hình ngẫu nhiên là các mơ hình tổng hợp và phân tích các
chuỗi số liệu như các mơ hình ARIMA (p,q), mơ hình hồi quy nhiều biến.
1.3.6.4 Mơ hình thủy lực
Chuyển động của nước trong mạng lưới sông thiên nhiên là một quá trình xảy ra khá
phức tạp và đa dạng. Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng nhiều phần mềm tính tốn
thủy lực trên các mạng lưới sơng khác nhau. Trước những năm 1990 chương trình do
các chuyên gia Việt Nam viết ra được sử dụng rộng rai nhất là: VRSAP (Vietnsam
17