Ứng dụng mô hình MIKE NAM mô phỏng lũ thượng nguồn sông Ba trạm Ayunpa

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp “Ứng dụng mơ hình MIKE - NAM mơ
phỏng lũ thượng nguồn sông Ba - trạm Ayunpa” là do bản thân thực hiện một cách
trung thực, khách quan. Những tài liệu, số liệu trong đồ án được thu thập, kế thừa,
tham khảo có trích dẫn rõ ràng và được phép cơng bố.
Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm về vấn đề bản quyền và đạo văn nếu có.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017

Trương Hoàng Mỹ Linh

i


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trường Đại học Tài nguyên
và Môi trường thành phố Hồ Chí Minh. Với hơn bốn năm trên giảng đường Đại học,
dưới sự chỉ dạy tận tình của các Thầy Cô, tôi đã nhận được những kiến thức quý báu
và đồ án này là kết quả sau chặng đường dài được học tập tích lũy kiến thức trong ngơi
trường này.
Bên cạnh đó, tơi chân thành cảm ơn các Thầy Cơ, Cán Bộ trong khoa Khí tượng
- Thủy văn, Đài Khí tượng - Thủy văn khu vực Tây Nguyên đã tận tâm chỉ dạy, giúp
đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đồ án.
Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, chia sẻ của gia đình và các bạn cùng làm
đồ án tốt nghiệp tại lớp 02_ĐHTV_1
Với vốn kiến thức hạn hẹp và thời gian thực hiện đồ án có hạn nên tơi khơng
tránh khỏi những thiếu sót. Tơi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, phê bình
của các Thầy Cơ. Đó sẽ là hành trang q giá, giúp tơi hồn thiện kiến thức và chun
mơn của mình sau này.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017

Trương Hoàng Mỹ Linh

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT..................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH .....................................................................................................vii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI
CỦA LƯU VỰC SÔNG BA .......................................................................................... 1
1.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN ....................................................................................1
1.1.1. Vị trí địa lý ...................................................................................................1
1.1.2. Địa hình ........................................................................................................2
1.1.3. Khí hậu .........................................................................................................5
1.1.4. Thủy văn ......................................................................................................9
1.1.5. Địa chất, thổ nhưỡng ..................................................................................14
1.1.6. Thảm phủ thực vật .....................................................................................15
1.2. ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI ....................................................................17
1.2.1. Dân số ........................................................................................................17
1.2.2. Tình trạng sử dụng đất ...............................................................................18
1.2.3. Đặc điểm kinh tế ........................................................................................18
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CÁC MƠ HÌNH MƯA - DỊNG CHẢY VÀ LỰA
CHỌN MƠ HÌNH ........................................................................................................ 22
2.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC MƠ HÌNH MƯA - DỊNG CHẢY THƠNG DỤNG.22
2.1.1. Sự ra đời và phát triển của mơ hình mưa - dịng chảy ................................22
2.1.2. Phân loại mơ hình mưa - dịng chảy ...........................................................23

2.1.3. Một số mơ hình mưa - dịng chảy thơng dụng ............................................26
2.1.4. Lựa chọn mơ hình .......................................................................................28
2.2. GIỚI THIỆU MƠ HÌNH NAM..........................................................................29
2.2.1. u cầu số liệu ............................................................................................29
2.2.2. Cấu trúc mơ hình .........................................................................................30

iii


2.2.3. Các thành phần của dịng chảy ...................................................................31
2.2.4. Các thơng số của mơ hình ...........................................................................32
2.2.5. Các ứng dụng điển hình của mơ hình NAM ..............................................33
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG MƠ HÌNH NAM MÔ PHỎNG LŨ THƯỢNG
NGUỒN SÔNG BA _TRẠM AYUNPA .................................................................... 35
3.1. GIỚI THIỆU VỀ LƯU VỰC SƠNG BA TÍNH ĐẾN TRẠM AYUNPA ........35
3.2. XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU.........................................................................37
3.2.1. Phân chia lưu vực bằng mơ hình Swat........................................................39
3.2.2. Tính trọng số mưa theo phương pháp đa giác Thiessen .............................42
3.2.3. Dữ liệu đầu vào của mơ hình MIKE - NAM ..............................................43
3.3. THIẾT LẬP MƠ HÌNH .....................................................................................45
3.3.1. Trình tự thiết lập mơ hình ...........................................................................45
3.3.2. Chỉ tiêu đánh giá kết quả mơ hình ..............................................................47
3.4. HIỆU CHỈNH MƠ HÌNH ..................................................................................48
3.5. KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH ....................................................................................51
3.6. MÔ PHỎNG LŨ ................................................................................................58
3.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3..................................................................................60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 64
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 66

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Ý nghĩa

1

Đ.lập thời gian

Độc lập thời gian

2

ĐHKHTN

Đại học Khoa học Tự nhiên

3

ĐHQGHN

Đại học Quốc Gia Hà Nội

4

Flv

Diện tích lưu vực

5

K/gian

Khơng gian

6

K.ổn định

Khơng ổn định

7

KTTV

Khí tượng - Thủy văn

8

KV

Khu vực

9

M

Mô đun

10

NTB

Nam Trung Bộ

11

Q

Lưu lượng

12

Qmax

Lưu lượng lớn nhất

13

Qmin

Lưu lượng nhỏ nhất

14

R2

Sai số tương quan tuyệt đối

15

STT

Số thứ tự

16

T/gian

Thời gian

17

TLM

Tổng lượng mưa

18

WBL

Sai số tổng lượng

STT

v

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tính tập trung của lượng mưa ở lưu vực sông Ba ........................................13
Bảng 1.2. Kết quả đo đạc dịng chảy kiệt một số vị trí trên sơng Ba ...........................14
Bảng 3.1. Bảng tính trọng số mưa

........................................................................... 42

Bảng 3.2. Mức độ nhạy của thơng số mơ hình ..............................................................49
Bảng 3.3. Bộ thơng số mơ hình của trận lũ hiệu chỉnh: ................................................51
Bảng 3.4. Bộ thơng số mơ hình của trận lũ kiểm định ..................................................53
Bảng 3.5. Bộ thơng số trung bình ..................................................................................55

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Bản đồ lưu vực sơng Ba ..................................................................................1
Hình 1.2. Bản đồ địa hình lưu vực sơng Ba ....................................................................4
Hình 1.3. Bản đồ mạng lưới sơng ngịi khu vực nghiên cứu .........................................12
Hình 1.4. Bản đồ thảm phủ thực vật ..............................................................................16
Hình 2.1. Cây phân loại mơ hình mưa - dịng chảy...................................................... 25
Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc mơ hình NAM .......................................................................30
Hình 3.1. Bản đồ địa hình thượng lưu sơng Ba ............................................................ 36
Hình 3.2. Sơ đồ khối quy trình thực hiện mơ hình hóa mưa rào – dịng chảy ..............38
Hình 3.3. Quy trình phân chia lưu vực ..........................................................................40
Hình 3.4. Bản đồ thượng nguồn sông Ba - trạm Ayunpa sau khi phân chia lưu vực....41
Hình 3.5. Tính trọng số mưa bằng cơng cụ Basin View trong MIKE - NAM ..............42
Hình 3.6. Biểu đồ đường quá trình lưu lượng của trận lũ hiệu chỉnh ...........................43
Hình 3.7. Biểu đồ đường quá trình lưu lượng của trận lũ kiểm định ............................44

Hình 3.8. Biểu đồ đường q trình lưu lượng của trận lũ mơ phỏng ............................44
Hình 3.9. Biểu đồ lượng mưa của trận lũ hiệu chỉnh tại trạm Ayunpa .........................45
Hình 3.10 Biểu đồ bốc hơi của trận lũ hiệu chỉnh .........................................................46
Hình 3.11 Time Series lưu lượng của trận lũ hiệu chỉnh ..............................................46

vii


MỞ ĐẦU
0.1.

Tính cấp thiết của đề tài

Là một trong 9 lưu vực sông lớn ở Việt Nam và là sông lớn nhất Tây Ngun,
sơng Ba có ý nghĩa quan trọng về mặt tự nhiên cũng như phát triển kinh tế, xã hội của
các tỉnh, thành phố trên lưu vực. Lưu vực sơng Ba có dạng gần như chữ L, phần
thượng và hạ lưu hẹp, giữa phình ra. Nó có nguồn tài nguyên nước khá dồi dào với
lượng mưa trung bình hàng năm trên tồn lưu vực khoảng 1.740mm với mơ đun dòng
chảy đạt 22,81/s/km2. Tổng lượng dòng chảy năm đạt 10 tỷ m3 nước. Tuy nhiên, nằm
trong vùng có bão hoạt động mạnh kết hợp với dải hội tụ nhiệt đới cùng với các hình
thế thời tiết khác thường gây mưa lớn cho phần hạ lưu trước, thượng nguồn sau. Vùng
thượng lưu sông ngắn và dốc nên nước tập trung nhanh, lũ lớn. Địa hình vùng thượng
lưu sơng Ba biến đổi khá phức tạp, bị chia cắt mạnh bởi sự chi phối của dãy Trường
Sơn. Hệ quả của điều kiện khí tượng thủy văn và địa hình đã dẫn tới tính phân kỳ yếu
trong mùa lũ, lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất trong năm có thể xuất hiện vào các tháng
khác nhau, thậm chí xảy ra trong các tháng mùa cạn. Do đó, việc mơ phỏng lũ là rất
cần thiết [7].
Trong những năm gần đây, liên tục xảy ra hiện tượng lũ lớn cả về quy mô và
cường độ trên các lưu vực sông tại các tỉnh miền Trung và Tây Nguyên, đặc biệt là lưu
vực sông Ba. Hàng năm vào mùa mưa bão từ trung tuần tháng 9 đến trung tuần tháng 1

vùng này luôn bị lũ lụt đe doạ nghiêm trọng và diễn biến ngày càng phức tạp gây
nhiều thiệt hại lớn về tài sản và tính mạng người dân trong vùng. Chỉ một thời gian
ngắn liên tục trong 9 năm liền 1981, 1986, 1988, 1992, 1993, 1996, 1999, 2005, 2009
phần hạ lưu sông Ba xảy ra ngập lụt rất lớn, khu vực nội thị Tuy Hoà ngập khoảng 300
ha, độ sâu ngập 0,5-2 m, hầu hết các đường nội thị ngập từ 1-2 ngày nước mới rút hết.
Năm 2009 mức thiệt hại lên đến 3000 tỷ đồng [9].
Trên lưu vực sông Ba đã và đang xây dựng hàng chục đập dâng thủy điện, đập
dâng thủy lợi, hàng chục trạm bơm, các hồ chứa lớn và nhỏ. Tuy nhiên, tất cả các hồ
chứa thủy lợi, thủy điện trên lưu vực sơng Ba đều khơng có dung tích phịng lũ và ln
ln giữ ở mực nước dâng bình thường trong suốt mùa lũ. Chính vì vậy, khi có dự báo
lũ lớn xảy ra, các hồ chứa không tham gia cắt, giảm lũ mà lượng nước đến bao nhiêu
xả về hạ lưu bấy nhiêu. Điển hình thủy điện Sơng Ba Hạ là cơng trình đơn mục tiêu,

1


mặc dù trong nhiệm vụ cơng trình có nêu cơng trình tham gia xả lũ cho hạ lưu nhưng
do khơng có dung tích phịng lũ hạ lưu nên khả năng hỗ trợ phịng lũ hạ lưu của cơng
trình phụ thuộc chủ yếu vào chủ quan của người vận hành hồ chứa trong thời gian mùa
lũ (trước lũ, trong lũ và sau lũ) [9]. Trong trận lũ 11/2009, theo báo cáo của Công ty cổ
phần thủy điện Sông Ba Hạ, lượng lũ xả từ cơng trình vào thời điểm 22 giờ ngày
3/11/2009 đạt mức 14.500 m3 . Do ảnh hưởng từ bão Mirinae đổ bộ vào Phú Yên và
lượng lớn nước xả từ hồ chứa, đêm 3/11, đập Đá Vải ở hạ nguồn bị vỡ, nhấn chìm thị
xã Sơng Cầu và nhiều vùng ở huyện Tuy An. Gần 70 người dân Phú Yên đã thiệt
mạng trong bão lũ, 186 ngôi nhà đổ sập hồn tồn và gần 2 nghìn ngơi nhà khác bị
ngập [10]
Cùng với sự biến đổi khí hậu tồn cầu, việc xây dựng và vận hành của các hồ
chứa, các đập thủy điện mà tình hình bão lũ đang ngày càng gia tăng và diễn biến phức
tạp hơn. Mô phỏng tốt dịng chảy lũ trên lưu vực sơng Ba sẽ góp phần làm giảm nhẹ
các thiệt hại do lũ gây ra. Do đó, việc mơ phỏng dịng chảy lũ trên sơng Ba đóng vai

trị đặc biệt quan trọng. Hiện nay, phương pháp mơ hình tốn, đặc biệt là bộ mơ hình
tốn họ MIKE của Viện Thuỷ lực và Mơi trường Đan Mạch (DHI) đang được ứng
dụng rộng rãi trong nước ta với rất nhiều đề tài từ các hệ thống sông suối ở miền Bắc,
miền Trung, miền Nam đã mang lại những kết quả rất khả quan. Với điểm mạnh là có
một giao diện thuận tiện, xây dựng cơ sở dữ liệu đơn giản, kết nối với GIS và có chức
năng tự động hiệu chỉnh thơng số, mơ hình MIKE - NAM sẽ giúp giải quyết vấn đề mô
phỏng, dự báo lũ cho lưu vực để làm giảm lượng nước tràn lũ, nâng cao hiệu quả điều
tiết lũ, giảm thiểu thiệt hại cho vùng ngập lụt hạ lưu.
Nhận thức được tầm quan trọng của việc cảnh báo, mô phỏng lũ, khóa luận đã
nghiên cứu đề tài “ Ứng dụng mơ hình MIKE - NAM mơ phỏng lũ thượng nguồn sông
Ba - trạm Ayunpa ”.
0.2.

Mục tiêu nghiên cứu

Với các mục tiêu: Ứng dụng thành cơng mơ hình MIKE - NAM phía thượng
nguồn lưu vực sơng Ba - trạm Ayunpa và mơ phỏng dịng chảy từ mưa trên thượng
nguồn lưu vực sông Ba.

2


0.3.

Nội dung và phạm vi nghiên cứu

Khóa luận thực hiện các nôi dung sau:
- Tổng quan đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội lưu vực sông Ba
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và khả năng áp dụng mơ hình MIKE-NAM
- Nghiên cứu đặc điểm mưa lũ trên lưu vực sơng Ba

- Áp dụng mơ hình MIKE - NAM cho thượng nguồn lưu vực sông Ba
Đối tượng nghiên cứu: Dịng chảy lũ trên lưu vực sơng Ba
Phạm vi nghiên cứu: Khu vực thượng nguồn sông Ba_trạm Ayunpa
0.4.

Phương pháp nghiên cứu

Khóa luận đã sử dụng các phương pháp:
- Phương pháp kế thừa các kết quả nghiên cứu đã có về điều kiện tự nhiên, kinh
tế - xã hội của lưu vực sông Ba
- Phương pháp điều tra, thu thập, xử lý số liệu: Mưa, bốc hơi, lưu lượng của 3
trạm thủy văn: Pmore, An Khê, Ayunpa.
- Phương pháp phân tích, thống kê số liệu thực đo đã tích lũy được, sau đó chọn
lọc bộ số liệu đáng tin cậy nhất để kiểm định và hiệu chỉnh các thông số mơ hình tốn
sẽ ứng dụng trong đề tài
- Phương pháp mơ hình tốn: Ứng dụng cơng cụ hiện đại nhằm tránh những bất
cập, giảm chi phí trong q trình nghiên cứu, nâng cao hiệu quả và đảm bảo độ tin cậy
cho kết quả nghiên cứu, cũng như tính khả thi, khả dụng của các giải pháp đề xuất
0.5.

Kết cấu đề tài

Khóa luận, ngồi phần mở đầu và kết luận - kiến nghị, bao gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội của lưu vực sơng
Ba
Chương 2: Tổng quan về các mơ hình mưa - dịng chảy và lựa chọn mơ hình
Chương 3: Ứng dụng mơ hình NAM mơ phỏng lũ thượng nguồn sông Ba - trạm
Ayunpa.

3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN
KINH TẾ - XÃ HỘI CỦA LƯU VỰC SÔNG BA
1.1.

ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN

1.1.1. Vị trí địa lý

S.Yay
un

S.Hin
h

Hình 1.1. Bản đồ lưu vực sơng Ba [2]

1


Lưu vực sơng Ba là một trong chín lưu vực sông lớn nhất Việt Nam. Lưu vực
sông nằm trong phạm vi ranh giới hành chính của 20 huyện thị và một thành phố
thuộc ba tỉnh Tây Nguyên (Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk) và một tỉnh duyên hải miền
Trung Trung Bộ là Phú Yên [2].
Vị trí địa lý của lưu vực ở vào khoảng 12°55’đến 14°38’vĩ độ Bắc và
108°00’ đến 109°55’ kinh độ Đơng, phía Bắc giáp với lưu vực sơng Sêsan và sơng Trà
Khúc, phía Nam giáp với lưu vực sơng Cái, sơng Srêpok, phía Đơng giáp lưu vực sơng
Kơn, sơng Kỳ Lộ và Biển Đơng. Diện tích tự nhiên lưu vực không kể nhánh sông Bàn

Thạch là 13.900 km2 [ 3 ] . Báo cáo này chỉ xét đến vùng thượng lưu sông Ba bao gồm
hai tỉnh Kon Tum và Gia Lai (hình 1.1).
1.1.2. Địa hình
Địa hình lưu vực sông Ba biến đổi khá phức tạp, bị chia cắt mạnh mẽ bởi sự
chi phối của dãy Trường Sơn. Đường phân thuỷ của lưu vực có độ cao từ 500- 2000m
bao bọc 3 phía: Bắc, Đơng, Nam và chỉ được mở rộng về phía Tây với cao nguyên
rộng lớn Pleiku, Mang Yang, Chư Sê. Đồng thời mở ra biển qua vùng đồng bằng Tuy
Hoà rộng trên 20.000 ha. Đường chia nước phía Đơng Bắc lưu vực thuộc dải Trường
Sơn có cao độ từ 600-1.300 m (cá biệt có đỉnh Chư Trung Ari cao 1331m) dải núi này
chạy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam cho đến đèo An Khê sau đó chuyển hướng và
kết thúc ở thượng nguồn sơng Cà Lúi, sơng Con ở độ cao 600-700 m. Phía Nam là
dãy núi Phượng Hoàng chạy sát ra biển theo hướng Đông Bắc đến Tây Nam và kết
thúc tại đèo Cả có cao độ biến đổi 600-2000 m. Điển hình có đỉnh Chưhơmu cao
2051m. Hai dãy núi phía Đơng và phía Nam của lưu vực tạo thành bức tường chắn
gió, cản trở việc hoạt động của hướng gió Đơng và Đơng Nam. Phía Tây Bắc có các
đỉnh núi cao hơn ở phía Đơng, nhưng bị chia cắt nhiều, khơng liên tục. Độ cao các
đỉnh núi biến động từ 700-1.700 m và chạy theo hướng Bắc Nam. Các đỉnh như Ngọc
Rô cao 1549m, Kon Ka Kinh cao 1761m, Chư Rơ Pan cao 1571m. Đến Cheo Reo, độ
cao các đỉnh núi thấp dần 300-400 m. Sau đó lại được nâng lên từ 700-1.200 m và
chuyển hướng Tây Bắc - Đông Nam cho đến thượng nguồn sông KRông H Năng:
Chư Tun cao 1215m. Do các dãy núi phía Tây bị chia cắt mạnh và khơng liên tục đã
hình thành trên lưu vực các thung lũng An Khê, Cheo Reo, Phú Túc và vùng đồng