Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ lụt phục vụ điều tiết hồ Hòa Bình trong công tác phòng chống lũ lụt
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (31.05 MB, 531 trang )
BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG
TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN QUỐC GIA
SỐ 4, ĐẶNG THÁI THÂN, HOÀN KIẾM, HÀ NỘI
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ
BÁO LŨ PHỤC VỤ ĐIỀU TIẾT HỒ HỊA BÌNH
TRONG CƠNG TÁC PHÒNG CHỐNG LŨ LỤT
Chủ nhiệm đề tài: TS. Nguyễn Lan Châu
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương
7038
26/11/2008
HÀ NỘI, 11 - 2006
BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG
TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN QUỐC GIA
SỐ 4, ĐẶNG THÁI THÂN, HOÀN KIẾM, HÀ NỘI
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO LŨ PHỤC
VỤ ĐIỀU TIẾT HỒ HỊA BÌNH TRONG CƠNG TÁC PHỊNG
CHỐNG LŨ LỤT
Chỉ số phân loại:
Chỉ số đăng ký:
Chỉ số lưu trữ:
Các cơ quan và các cộng tác viên chính tham gia thực hiện đề tài:
1. Ths.Trịnh Thu Phương
Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương
2. Ths.Đặng Thanh Mai
Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương
3. KS. Bùi Đình Lập
Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương
4. KS. Nguyễn Trường
Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương
5. KS. Nguyễn Quốc Anh
Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương
6. KS. Đào Anh Tuấn
Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương
7. PGS.TS. Hòang Văn Lai
Viện Cơ học
8. TS. Trần Thu Hà
Viện Cơ học
9. KS. Nguyễn Tiến Cường
Viện Cơ học
10. CN. Nguyễn Tuấn Anh
Viện Cơ học
11.Ths. Lê Quốc Hùng
Viện Nghiên cứu Địa chất
12. TS. Hòang Minh Tuyển
Viện Khoa học KTTV và Môi trường
Ngày
tháng
năm 2006
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI
Ngày
tháng
năm 2006
Ngày
tháng
năm 2006
CƠ QUAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
CƠ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI
Bùi Minh Tăng
Trần Văn Sáp
TS. Nguyễn Lan Châu
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2006
HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ CHÍNH THỨC
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2006
CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI
TL. BỘ TRƯỞNG
KT. VỤ TRƯỞNG
VỤ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ
PHĨ VỤ TRƯỞNG
PGS.TS. Lê Bắc Huỳnh
Nguyễn Đắc Đồng
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG I:
QUY LUẬT HÌNH THÀNH LŨ VÀ VẤN ĐỀ DỰ BÁO LŨ SÔNG ĐÀ ...... 5
1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ QUY LUẬT HÌNH THÀNH LŨ
SÔNG ĐÀ ................................................................................................................... 5
1.1.1. Khái quát đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Đà................................................5
1.1.2. Đặc điểm mưa và nhân tố hình thành lũ ........................................................................6
1.1.3. Đặc điểm dịng chảy lũ sông Đà .......................................................................................7
1.1.4. Các thông tin về mạng lưới trạm, điện báo mưa và mực nước trên lưu vực
sông Đà ................................................................................................................................................. 10
1.1.4.1. Thông tin về mạng lưới trạm ............................................................................. 10
1.1.4.2. Thông tin về điện báo mưa và mực nước:.................................................... 11
1.2. VẤN ĐỀ DỰ BÁO LŨ SÔNG ĐÀ VÀ LUẬN CHỨNG CHỌN KIỂU
MƠ HÌNH ................................................................................................................................................ 12
1.2.1. Tổng quan những nghiên cứu liên quan đến vấn đề dự báo lũ hạn ngắn sơng
Đà............................................................................................................................................................ 12
1.2.2. Tình hình nghiên cứu về mơ hình thủy văn, thủy lực trên thế giới .................. 14
1.2.3. Một số nghiên cứu dự báo lũ tiêu biểu đối với Bắc Bộ ........................................ 15
1.2.4. Luận chứng cho việc chọn mơ hình tính tốn và dự báo dịng chảy lũ sơng
Đà............................................................................................................................................................ 19
CHƯƠNG II:
MƠ HÌNH TÍNH TỐN THỦY VĂN TRÊN LƯU VỰC SƠNG ĐÀ MƠ
HÌNH TÍNH TỐN ĐIỀU TIẾT HỒ HỊA BÌNH .......................................................23
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC HỆ THỨC CƠ BẢN CỦA MƠ HÌNH
MARINE .................................................................................................................................................. 23
2.1.1. Lý thuyết sinh dòng chảy .................................................................................................. 24
2.1.2. Lý thuyết thấm ...................................................................................................................... 25
2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MƠ HÌNH IMECH -1D -MARINE .................. 27
2.3. KẾT NỐI MƠ HÌNH MARINE, IMECH-1D-MARINE VÀ MƠ HÌNH
ĐIỀU HÀNH HỒ HỊA BÌNH .................................................................................................... 28
2.3.1. Phương pháp kết nối mơ hình MARINE và IMECH-1D-MARINE. ............ 28
2.3.2. Phương thức kết xuất dòng chảy khu giữa tại các mặt cắt trên dịng chính
sơng Đà trong mơ hình MARINE ............................................................................................. 30
i
2.4. XÂY DỰNG CÁC LOẠI BẢN ĐỒ PHỤC VỤ ĐẦU VÀO CHO MƠ
HÌNH MARINE. .................................................................................................................................. 32
2.4.1. Xây dựng bản đồ DEM (DEM-Digital Elevation Model) tồn lưu vực sơng
Đà............................................................................................................................................................ 33
2.4.2. Xây dựng bản đồ sông suối từ bản đồ DEM, phân chia các lưu vực bộ phận
và cắt tách mạng sông từng lưu vực bộ phận. ....................................................................... 35
2.4.3. Xây dựng bản đồ đất cho các tiểu lưu vực trên sông Đà ...................................... 42
2.4.4. Xây dựng bản sử dụng đất cho các tiểu lưu vực trên sông Đà........................... 43
2.4.5. Xây dựng bản đồ phân vùng ảnh hưởng các trạm mưa và tích hợp các mặt
cắt ............................................................................................................................................................ 44
2.5. ỨNG DỤNG MƠ HÌNH IMECH-1D-MARINE VÀ MARINE MÔ
PHỎNG VÀ DỰ BÁO LŨ SÔNG ĐÀ ................................................................. 47
2.5.1. Số liệu đầu vào phục vụ vận hành bộ mơ hình ...............................................48
2.5.1.1. Tài liệu khí tượng thủy văn phục vụ vận hành mơ hình MARINE...48
2.5.1.2. Tài liệu địa hình phục vụ vận hành mơ hình IMECH-1D-MARINE48
2.5.2. Kết quả bài tốn kiểm tra mơ hình MARINE .............................................. 49
2.5.3. Bộ thơng số MARINE và IMECH -1D-MARINE và kết quả mô phỏng theo
chỉ tiêu S/σ ............................................................................................................ 53
2.5.3.1. Bộ thơng số mơ hình MARINE và IMECH- 1D-MARINE ...............53
2.5.3.2. Các kết quả mô phỏng và kiểm định theo chỉ tiêu S/σ......................63
2.5.4. Kết quả dự báo tác nghiệp mùa lũ 2006....................................................... 68
2.5.5. Các bài toán nghiệp vụ................................................................................. 71
2.5.5.1. Xử lý thời gian dự kiến ......................................................................71
2.5.5.2. Hiệu chỉnh dự báo .............................................................................74
2.5.5.3. Bài tốn hình thành lũ theo các diện mưa khác nhau trên lưu vực
sông Đà ..........................................................................................................75
2.5.5.4. Bài toán Tạ Bú xuất hiện hiện tượng nước vật do hồ Hịa Bình ......77
2.5.6. Một số nhận xét về kết quả mô phỏng và dự báo kiểm tra của mơ hình
MARINE và IMECH-1D-MARINE .................................................................... 78
2.5.6.1. Mơ hình MARINE .............................................................................78
2.5.6.2. Mơ hình IMECH-1D-MARINE.........................................................80
2.6. MƠ HÌNH TÍNH TỐN ĐIỀU TIẾT HỒ HỊA BÌNH.............................. 80
2.6.1. Ngun lý điều tiết lũ bằng hồ chứa ............................................................ 80
2.6.2. Giải bài toán điều tiết lũ bằng hồ chứa......................................................... 81
2.6.3. Xác định quá trình lưu lượng vào hồ và lưu lượng ra khỏi hồ ..................... 83
2.6.3.1. Lưu lượng vào hồ ..............................................................................83
2.6.3.2. Lưu lượng xả qua cửa xả đáy ...........................................................83
ii
2.6.3.3. Lưu lượng xả qua cửa xả mặt ...........................................................83
2.6.3.4. Lưu lượng bốc hơi .............................................................................84
2.6.3.5. Lưu lượng xả qua tuốc bin Qtb ..................................................................... 84
2.6.3.6. Quan hệ giữa thể tích hồ và cao trình mực nước trong hồ...............85
2.6.4. Kết quả tính tốn dự báo điều tiết hồ Hồ Bình ........................................... 86
2.6.4.1. Kết quả tính tốn điều tiết hồ Hồ Bình trong mùa lũ 2005 ............86
2.6.4.2. Kết quả tính tốn điều tiết hồ Hồ Bình trong mùa lũ 2006 ............88
CHƯƠNG III:
MƠ HÌNH TÍNH TỐN THỦY VĂN TRÊN LƯU VỰC SƠNG THAO,
LƠ, CHẢY, HỒNG LONG, CẦU, THƯƠNG, LỤC NAM ........................ 89
3.1. MƠ HÌNH FIRR .............................................................................................. 90
3.2. MƠ HÌNH TANK+MUSKINGGUM ........................................................... 91
3.3. KẾT QUẢ DỰ BÁO MÙA LŨ NĂM 2006 (TỪ 15/VI ĐẾN 30/IX/2006)
.................................................................................................................................... 99
3.3.1. Kết quả dự báo mực nước biên trên theo mô hình FIRR (Viện
Cơ học) ................................................................................................................ 99
3.3.2. Kết quả dự báo mực nước biên trên theo mơ hình TANK+MuskingumCunge (Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương).................................................... 99
CHƯƠNG IV:
ỨNG DỤNG CÁC MÔ HÌNH DỰ BÁO MƯA SỐ TRỊ ĐỂ THIẾT LẬP
ĐẦU VÀO CHO MƠ HÌNH TÍNH TỐN THỦY VĂN .............................. 101
4.1. VẤN ĐỀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỰ BÁO MƯA BẰNG MƠ
HÌNH HRM ............................................................................................................ 103
4.1.1. Mơ hình dự báo số trị phân giải cao HRM ................................................ 103
4.1.2. Vấn đề nâng cao độ phân giải của mơ hình HRM ..................................... 106
4.2. DỰ BÁO MƯA PHỤC VỤ ĐẦU VÀO MƠ HÌNH THỦY VĂN MARINE 107
4.3. KẾT QUẢ DỰ BÁO MƯA CHO LƯU VỰC SÔNG ĐÀ THEO CÁC CỠ
LƯỚI KHÁC NHAU ............................................................................................ 111
4.3.1. Thử nghiệm chạy mơ hình HRM bằng phối hợp sử dụng mơ hình phổ tồn
cầu GMS của Cơ quan khí tượng Nhật bản (JMA) và mơ hình GME của Tổng cục
thời tiết CHLB Đức ............................................................................................. 111
4.3.2. Kết quả dự báo lượng mưa từ mơ hình HRM cho trận lũ lớn nhất năm 2006
trên sông Đà ........................................................................................................ 113
4.4. XÁC ĐỊNH LƯỢNG MƯA TỪ ẢNH MÂY VỆ TINH........................... 118
4.4.1. Các phương pháp đánh giá mưa từ ảnh mây vệ tinh .................................. 118
4.4.1.1. Phương pháp sử dụng ảnh đơn phổ............................................... 118
4.4.1.2. Phương pháp sử dụng ảnh đa phổ ................................................. 119
iii
4.4.2. Tính mưa từ ảnh mây vệ tinh phục vụ đầu vào mơ hình thủy văn ............. 126
CHƯƠNG V:
ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN THỦY LỰC MỘT CHIIỀU
IMECH-1D ĐỂ DỰ BÁO LŨ HẠ DU HỆ THỐNG SƠNG
HỒNGTHÁI BÌNH ........................................................................................................... 128
5.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MƠ HÌNH IMECH-1D ................................ 129
5.1.1. Các thành phần của hệ thống ..................................................................... 129
5.1.1.1. Mạng sông ...................................................................................... 129
5.1.1.2. Ơ ruộng (Ơ chứa)........................................................................... 130
5.1.2. Mơ hình tốn học một đoạn sơng .............................................................. 130
5.1.3. Mơ hình tốn học của một ơ ruộng. ........................................................... 131
5.2. BÀI TỐN THIẾT LẬP MẠNG THỦY LỰC HẠ DU HỆ THỐNG
SÔNG HỒNG VÀ THÁI BÌNH .......................................................................... 133
5.3. BỘ THƠNG SỐ MƠ HÌNH IMECH-1D ................................................... 136
5.3.1. Yêu cầu số liệu........................................................................................... 136
5.3.2. Kết quả kiểm định thông số nhám ............................................................. 138
5.4. KẾT QUẢ ỨNG DỤNG TRONG NGHIỆP VỤ DỰ BÁO ..................... 143
5.4.1. Mùa lũ 2004............................................................................................... 143
5.4.2. Mùa lũ 2005............................................................................................... 144
5.4.3. Kết quả dự báo hạ du theo mơ hình IMECH-1D mùa lũ năm 2006 (từ 15/06
đến 30/09/2006)................................................................................................... 144
5.5. CÁC BÀI TOÁN TRONG NGHIỆP VỤ ................................................... 146
5.5.1.Vấn đề gia nhập khu giữa ........................................................................... 146
5.5.2. Hiệu chỉnh kết quả mơ hình ....................................................................... 147
5.5.2.1. Lọc theo Kalman ............................................................................ 147
5.5.2.2. Lọc theo Hồi Qui ............................................................................ 149
5.5.2.3. Hiệu chỉnh tức thời......................................................................... 152
5.6. ỨNG DỤNG MƠ HÌNH IMECH-1D TRONG TRƯỜNG HỢP LŨ KHẨN
CẤP.......................................................................................................................... 153
CHƯƠNG VI:
CÔNG NGHỆ DỰ BÁO LŨ SÔNG ĐÀ .......................................................... 156
6.1. TỔ CHỨC CƠ SỞ DỮ LIỆU ....................................................................... 156
6.1.1. Cở sở dữ liệu tĩnh....................................................................................... 156
6.2.2. Cơ sở dữ liệu động..................................................................................... 157
6.2. HỆ THỐNG CÁC CHƯƠNG TRÌNH PHỤC VỤ CƠNG NGHỆ DỰ
BÁO ........................................................................................................................ 158
6.2.1. Chương trình quản lý chung ...................................................................... 159
iv
6.2.2. Chương trình tạo đầu vào các mơ hình dự báo .......................................... 159
6.2.3. Các chương trình và mơ-đun trong mơ hình MARINE ............................. 159
6.2.4. Các chương trình và mơ-đun trong mơ hình IMECH-1D.......................... 161
6.2.5. Chương trình quản lý cơ sở dữ liệu............................................................ 163
6.2.5.1 Quản lý dữ liệu trong mơ hình MARINE ........................................ 163
6.2.5.2. Quản lý dữ liệu trong mơ hình IMECH-1D................................... 172
6.2.6. Các phần mềm giao diện ........................................................................... 174
6.2.6.1. Giao diện chính Cơng nghệ dự báo lũ sơng Đà ............................ 174
6.2.6.2. Phần mềm giao diện mơ hình MARINE ........................................ 174
6.2.6.3. Mơ hình Điều tiết ........................................................................... 175
6.2.6.4. Mơ hình FIRR ................................................................................ 175
6.2.6.5. Mơ hình TANK+Muskingum-Cunge ............................................. 175
6.2.6.6. Mơ hình thủy lực IMECH-1D ........................................................ 176
6.2.7. Chương trình hiển thị các thơng số hiệu chỉnh........................................... 176
6.2.7.1. Hiển thị thơng số mơ hình MARINE .............................................. 176
6.2.7.2. Hiển thị thơng số mơ hình Điều tiết ............................................... 178
6.2.7.3. Hiển thị thơng số mơ hình IMECH-1D.......................................... 178
6.2.8. Các chương trình kết xuất kết quả dự báo.................................................. 179
6.2.8.1. Theo mơ hình MARINE.................................................................. 179
6.2.8.2. Mơ hình Thủy lực IMECH-1D ....................................................... 181
6.2.9. Các chương trình hiệu chỉnh dự báo .......................................................... 183
6.3. QUY TRÌNH DỰ BÁO VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ
DỰ BÁO LŨ SÔNG ĐÀ ...................................................................................... 186
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................ 196
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 200
PHẦN PHỤ LỤC .................................................................................................. 203
v
MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1.1: Phân bố độ cao theo diện tích............................................................... 6
Bảng 1.2: Tần suất (%) bắt đầu và kết thúc mùa lũ trên hệ thống sông Đà.......... 8
Bảng 1.3.a: Đặc trưng dịng chảy trên sơng Đà .................................................... 9
Bảng 1.3.b Đặc trưng dịng chảy trên sơng Đà (tiếp) ........................................... 9
Bảng 1.4: Danh sách các trạm thuỷ văn trên lưu vực sơng Đà ........................... 10
Bảng 2.1: Vị trí các trạm mưa sử dụng trên sông Đà.......................................... 45
Bảng 2.2: Kết quả bài toán kiểm tra các tiểu lưu vực ......................................... 49
Bảng 2.3: Khoảng biến đổi các thơng số của mơ hình thấm Green-Ampt áp
dụng trong mơ hình MARINE với 4 loại đất khác nhau trên lưu vực sông
Đà ................................................................................................................ 54
Bảng 2.4: Các hệ số nhám sử dụng trong mơ hình Marine................................. 56
Bảng 2.5: Phân loại thảm phủ lưu vực sông Đà................................................. 57
Bảng 2.6: Phân bố thành phần thảm phủ-tiểu lưu vực 1..................................... 58
Bảng 2.7: Phân bố thành phần thảm phủ - tiểu lưu vực số 2 .............................. 58
Bảng 2.8: Phân bố thành phần thảm phủ - tiểu lưu vực số 3 .............................. 59
Bảng 2.9: Phân bố thành phần thảm phủ-tiểu lưu vực số 4 ................................ 59
Bảng 2.10: Phân bố thành phần thảm phủ-tiểu lưu vực số 5 .............................. 60
Bảng 2.11: Phân bố thành phần thảm phủ-tiểu lưu vực số 6 .............................. 60
Bảng 2.12: Phân bố thành phần thảm phủ-tiểu lưu vực số 7 .............................. 61
Bảng 2.13: Phân bố thành phần thảm phủ-tiểu lưu vực số 8 .............................. 61
Bảng 2.14: Phân bố thành phần thảm phủ-tiểu lưu vực số 9 .............................. 62
Bảng 2.15: Phân bố thành phần thảm phủ-tiểu lưu vực số 10 ............................ 62
Bảng 2.16: Tổng hợp các hệ số nhám theo sử dụng trong mơ hình MARINE cho
lưu vực sơng Đà .......................................................................................... 63
Bảng 2.17: Bộ thông số MARINE và IMECH -1D-MARINE năm 1969 ........... 65
Bảng 2.18: Bộ thông số MARINE và IMECH -1D-MARINE năm 1971 ........... 65
Bảng 2.19: Bộ thông số MARINE và IMECH -1D-MARINE năm 1996 ........... 66
Bảng 2.20: Bộ thông số MARINE và IMECH -1D-MARINE năm 1999 ........... 66
Bảng 2.21: Bộ thông số MARINE và IMECH -1D-MARINE năm 2004 ........... 67
Bảng 2.22: Hệ số S/σ kiểm tra mơ hình IMECH -1D-MARINE ...................... 67
Bảng 2.23: Hệ số S/σ kiểm định mơ hình IMECH-1D-MARINE ................... 68
Bảng 2.24: Kết quả dự báo tác nghiệp đỉnh lũ đến hồ Hịa Bình bằng bộ mơ
hình MARINE và IMECH-1D-MARINE................................................... 69
Bảng 2.25: Kết quả dự báo tác nghiệp q trình lũ đến hồ Hịa Bình bằng bộ mơ
hình MARINE và IMECH-1D-MARINE................................................... 69
Bảng 2.26: Kết quả dự báo tác nghiệp đỉnh lũ đến Tạ Bú bằng bộ mơ hình
MARINE và IMECH-1D-MARINE ........................................................... 70
Bảng 2.27: Kết quả dự báo tác nghiệp quá trình lũ đến Tạ Bú bằng bộ mơ hình
MARINE VÀ IMECH-1D-MARINE (Tạ Bú đánh giá theo yếu tố mực nước)
..................................................................................................................... 70
vi
Bảng 2.28: Kết quả dự báo tác nghiệp quá trình lũ đến hồ Tạ Bú bằng bộ mơ hình
MARINE VÀ IMECH-1D-MARINE (Tạ Bú đánh giá theo yếu tố lưu lượng) .. 70
Bảng 2.29: Thời gian chảy truyền trên các đoạn sông........................................ 72
Bảng 2.30: Đánh giá kết quả vận hành mô hình MARINE mơ phỏng lưu lượng đến
hồ Hịa Bình năm 2006 theo các trường hợp phân bố mưa khác nhau ............ 76
Bảng 2.31: Đánh giá kết quả vận hành mô hình MARINE mơ phỏng lưu lượng
đến Tạ Bú năm 2006 theo các trường hợp phân bố mưa ............................ 76
Bảng 2.32: Thời điểm bắt đầu xuất hiện trạng thái nước vật tại Tạ Bú.............. 77
Bảng 3.1: Phân chia lưu vực sông Đà và sơng Lơ theo mơ hình TANK............ 91
Bảng 4.1: Bước thời gian ∆t (s), phụ thuộc vào bước lưới (∆λ,∆ϕ)................. 106
Bảng 4.2: Danh sách các trạm điện báo mưa trên lưu vực sông Đà ................. 108
Bảng 4.3: Mưa thực đo (mm) trong 6h trên lưu vực sông ngày 17/VII/2006 . 117
Bảng 4.4: Các phần tử của ma trận LUT .......................................................... 124
Bảng 4.5: Kết quả tính lũ tại Hịa Bình từ lượng mưa tính từ ảnh mây vệ tinh ........ 126
Bảng 4.8: Kết quả tính lũ tại Tạ Bú từ lượng mưa tính từ ảnh mây vệ tinh ......... 127
Bảng 5.1: Số nút khử và thời gian tính tương ứng............................................ 136
Bảng 5.2: Bộ thơng số mơ hình IMECH-1D .................................................... 140
Bảng 5.3: Đánh giá sai số theo phương án 1: Đầu vào từ số liệu dự báo tuyến
trên tại phòng Dự báo Thủy văn ............................................................... 144
Bảng 5.4: Đánh giá sai số theo phương án 2: Đầu vào từ mơ hình FIRR ........ 144
Bảng 5.5: Đánh giá sai số tại trạm Hà Nội theo phương án 1:
Đầu
vào từ số liệu dự báo tuyến trên ................................................................ 145
Bảng 5.6: Đánh giá sai số tại trạm Hà Nội theo phương án 2:
Đầu vào từ mô hình Firr............................................................................ 145
Bảng 5.7: Bảng đánh giá kết quả sử dụng Kalman ........................................... 148
Bảng 5.8: Bảng đánh giá kết quả sử dụng hồi quy ........................................... 151
Bảng 5.9: Hiệu quả cắt lũ 500 năm: Dạng lũ 1971 ........................................... 154
Bảng 5.10: Hiệu quả cắt lũ 500 năm: Dạng lũ 1969 ......................................... 155
Bảng 5.11: Hiệu quả cắt lũ 500 năm: Dạng lũ 1996 ......................................... 155
Bảng 6.1. Các files chứa dữ liệu tĩnh ................................................................ 156
Bảng 6.2. Các files chứa dữ liệu động .............................................................. 157
Bảng 6.3. Cấu trúc file FileInput.txt ................................................................. 165
vii
MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1: Bản đồ mạng lưới trạm Khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Đà và
các vùng lân cận .......................................................................................... 11
Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát của mơ hình MARINE.............................................. 23
Hình 2.2: Mơ tả vùng thấm trong lý thuyết Green Ampt.................................... 26
Hình 2.3: Sơ đồ kết nối MARINE VÀ IMECH-1D-MARINE và model điều
hành hồ Hịa Bình........................................................................................ 30
Hình 2.4: Bản đồ các đường đồng mức độ cao lưu vực sơng Đà ....................... 34
Hình 2.5: Bản đồ DEM lưu vực sơng Đà............................................................ 35
Hình 2.6: Bản đồ DEM 3D lưu vực sơng Đà (tiếp) ............................................ 35
Hình 2.7: Sơ đồ ví dụ tạo hướng chảy từ bản đồ DEM ...................................... 36
Hình 2.8: Sơ đồ mô phỏng số ô hội tụ nước và hình thành mạng sơng.............. 37
Hình 2.10: Bản đồ hướng chảy lưu vực sơng Đà................................................ 38
Hình 2.11: Bản đồ mơ tả số ô hội tụ nước lưu vực sông Đà.............................. 38
Hình 2.12: Bản đồ phân chia đường phân nước lưu vực sơng Đà ...................... 39
Hình 2.13: Mạng sơng Đà được tạo thành từ bản đồ DEM ................................ 39
Hình 2.14: Vị trí các tiểu lưu vực được phân chia trên lưu vực sơng Đà ........... 40
Hình 2.15: Cắt tách sơng từ tiểu lưu vực chứa sông nhánh và tiểu lưu vực chứa
sơng chính ................................................................................................... 41
Hình 2.16: Hội tụ nước tại lưu vực chứa sơng chính và sơng nhánh.................. 42
Hình 2.17: Bản đồ đất tồn lưu vực sơng Đà ...................................................... 43
Hình 2.18: Bản đồ thảm phủ lưu vực sơng Đà.................................................... 44
Hình 2.19: Tích hợp bản đồ lưới trạm trên lưu vực sơng Đà.............................. 46
Hình 2.20: Bản đồ phân vùng ảnh hưởng các trạm mưa sơng Đà ...................... 46
Hình 2.21: Hệ thống mặt cắt được tích hợp lên dịng chính sơng Đà................. 47
Hình 2.22: Sơ đồ tính tốn của mơ hình thủy lực IMECH-1D cho sông Đà
không xét đến thời gian chảy truyền ........................................................... 73
Hình 2.23: Sơ đồ tính tốn của mơ hình thủy lực IMECH-1D cho sông Đà
kết hợp với thời gian chảy truyền trên các đoạn sơng ................................ 74
Hình 2.24: Quan hệ mực nước Tạ Bú và Hịa Bình khi nước vật....................... 77
Hình 2.25: Quan hệ lưu lượng Tạ Bú và Hịa Bình khi nước vật ....................... 78
Hình 2.26: Quan hệ giữa lưu lượng xả đáy qua 1 cửa và mực nước hồ 2001 .... 83
Hình 2.27: Quan hệ giữa lưu lượng xả mặt qua 1 cửa và mực nước hồ 2002 .... 84
Hình 2.28: Đường quan hệ diện tích và mực nước hồ Hồ Bình ....................... 84
Hình 2.29: Đường quan hệ mực nước và dung tích hồ....................................... 85
Hình 2.30: Lưu lượng xả thực đo và dự báo 15/6/2004 tới 14/9/2005 ............... 87
Hình 2.31: Mực nước hồ thực đo và dự báo từ 15/6/2004 đến 14/9/2005 ......... 87
Hình 2.32: Mực nước hồ thực đo và dự báo từ 15/6/2005 đến 14/9/2006 ......... 88
Hình 2.33: Kết quả tính tốn điều hành hồ Hịa Bình trận lũ lớn nhất năm
2006 (QHB=14700m3/s) ............................................................................... 88
Hình 3.1: Hệ thống các mơ hình ứng dụng trên hệ thống sơng Hồng ................ 89
Hình 3.2: Sơ đồ mạng lưới trạm Khí tượng thủy văn trên lưu vực sơng Đà ...... 93
Hình 3.3: Sơ đồ mạng lưới trạm Khí tượng thủy văn
trên lưu vực sông Lô ................................................................................... 94
viii
Hình 3.4: Sơ đồ mạng lưới trạm Khí tượng thủy văn trên lưu vực sơng Thao.. 95
Hình 3.5: Sơ đồ mạng lưới trạm Khí tượng thủy văn trên lưu vực sơng Cầu ... 96
Hình 3.6: Sơ đồ mạng lưới trạm Khí tượng thủy văn trên lưu vực sơng Thương.
..................................................................................................................... 97
Hình 3.7: Sơ đồ mạng lưới trạm Khí tượng thủy văn trên lưu vực sơng Lục
Nam. ............................................................................................................ 98
Hình 4.1: Sơ đồ tổng qt bộ mơ hình nghiệp vụ HRM tại TT DB KTTV TW
................................................................................................................... 102
Hình 4.2: Sơ đồ chuẩn bị số liệu mưa từ mơ hình HRM cho tính tốn thuỷ văn.. 107
Hình 4.3: Các lưu vực bộ phận thuộc hệ thống sơng Đà .................................. 110
Hình 4.4: Phân bố lượng mưa trung bình từ 7h ngày 04/XI/2004 đến 13h ngày
04/XI/2004 (dựa trên số liệu tại 00 UTC (7 giờ Hà nội) ngày 04/11/2004).
Độ phân giải 14 km ................................................................................... 112
Hình 4.5: Phân bố lượng mưa trung bình từ 13h ngày 04/11/2004 đến 19h ngày
04/11/2004 (dựa trên số liệu tại 00 UTC (7 giờ Hà nội) ngày 04/11/2004).
Độ phân giải 14 km ................................................................................... 113
Hình 4.6: Phân bố lượng mưa trung bình từ 19h ngày 04/XI/2004 đến 1h ngày
05/XI/2004 (dựa trên số liệu tại 00 UTC (7 giờ Hà Nội) ngày 04/XI/2004).
Độ phân giải 14 km ................................................................................... 113
Hình 4.7: Lượng mưa +24h (00UTC 8 đến 00UTC 9 tháng VII năm 2006) quan
trắc (trái) và dự báo từ HRM (phải): Robs
trắc trái và dự báo từ HRM (phải): Robs
quan trắc (trái) và dự báo từ HRM (phải) ................................................. 115
Hình 4.10: Lượng mưa +18h (00UTC 17 đến 18UTC 17 tháng VII năm 2006)
quan trắc (trái) và dự báo từ HRM (phải) ................................................. 115
Hình 4.11: Lượng mưa +24h (00UTC 17 đến 00UTC 18 tháng VII năm 2006)
quan trắc (trái) và dự báo từ HRM (phải) ................................................. 116
Hình 4.12: Lượng mưa +48h (00UTC 17 đến 00UTC 19 tháng VII năm 2006)
quan trắc (trái) và dự báo từ HRM (phải) ................................................. 116
Hình 4.13: Lượng mưa dự báo 06 tiếng một (HRM) cho 27 lưu vực của S.Đà,
Thao, Lô, Thái Bình (từ 00UTC 17/VII/2006) ......................................... 117
Hình 4.14: Vệ tinh quan trắc các loại mây khác nhau ...................................... 118
Hình 4.15: Sơ đồ minh hoạ bức xạ sóng ngắn (tia nhìn thấy được-thị phổ)..... 120
Hình 4.16: Sơ đồ minh hoạ bức xạ sóng dài (tia hồng ngoại nhiệt) ................. 120
Hình 4.17: Bức xạ sóng ngắn và sóng dài......................................................... 121
Hình 4.18: (a) Ma trận 3DLUT (21×21×26) (b) Bức xạ các loại sóng......... 124
Hình 4.20: Q trình dịng chảy đến hồ Hịa Bình tính theo mưa từ ảnh mây vệ
tinh và mưa các trạm quan trắc ................................................................. 126
Hình 4.21: Q trình dịng chảy đến hồ Hịa Bình tính theo mưa từ ảnh mây vệ
tinh và mưa các trạm quan trắc ................................................................. 127
Hình 5.1: Sơ đồ tính tốn các đặc trưng địa hình mặt cắt sông trong IMECH-1D
................................................................................................................... 137
ix
Hình 5.2: Xác định điều kiện biên .................................................................... 138
Hình 5.3: Quá trình mực nước thực đo và dự báo tại Hà Nội năm 2004.......... 143
Hình 5.4: Đường quá trình dự báo sử dụng phương pháp hiệu chỉnh Kalman. 148
Hình 5.5: Đường quá trình dự báo sử dụng phương pháp hiệu chỉnh hồi quy ..... 151
Hình 5.6: Hiệu chỉnh tức thời cho mơ hình....................................................... 153
Hình 6.1: Hệ thống các chương trình phục vụ cơng nghệ dự báo .................... 158
Hình 6.2: Các khối điều khiển của mơ hình MARINE..................................... 161
Hình 6.3: Cấu trúc chính của phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu mơ hình MARINE
................................................................................................................... 163
Hình 6.4: Sơ đồ chồng xếp các lớp bản đồ trong MARINE ............................. 167
Hình 6.5: Các lớp thơng tin kích hoạt trong hộp điều khiển............................. 168
Hình 6.6: Mặt cắt số 31 trên sơng Đà ............................................................... 168
Hình 6.7: Hiển thị thông tin bản đồ DEM, bản đồ đất và bản đồ thảm phủ trên
lưu vực sông Đà ........................................................................................ 169
Hình 6.8: Form số liệu hiển thị lượng mưa....................................................... 169
Hình 6.9: Đồ thị mưa các trạm KTTV .............................................................. 170
Hình 6.10: Form Time Series ADD lượng mưa của các trạm .......................... 170
Hình 6.11: FORM thơng tin về hình ảnh lưu vực sơng Đà............................... 171
Hình 6.12: Giao diện quản lý cơ sở dữ liệu mơ hình IMECH-1D.................... 172
Hình 6.13: Mơ-đun quản lý số liệu động trong IMECH-1D............................. 173
Hình 6.14: Giao diện chính Cơng nghệ dự báo lũ sơng Đà .............................. 174
Hình 6.15: Giao diện mơ hình MARINE .......................................................... 174
Hình 6.16: Giao diện mơ hình điều tiết hồ........................................................ 175
Hình 6.17: Giao diện mơ hình FIRR................................................................. 175
Hình 6.18: Giao diện mơ hình TANK +Muskingum-Cunge
175
Hình 6.19: Giao diện chính của chương trình IMECH-1D............................... 176
Hình 6.20: Chọn tiểu lưu vực cần hiệu chỉnh thông số..................................... 177
Hình 6.21: Hiệu chỉnh thơng số mơ hình MARINE và IMECH-1D-MARINE177
Hình 6.22: Thơng số mơ hình MARINE và IMECH-1D-MARINE ................ 178
Hình 6.23: Chương trình điều hành Hồ Hịa Bình ............................................ 178
Hình 6.24: Giao diện hiệu chỉnh thơng số mơ hình IMECH-1D ...................... 179
Hình 6.25: FORM xuất bản tin dự báo ............................................................. 179
Hình 6.26: Hiển thị kết quả dự báo trên mặt cắt ............................................... 180
Hình 6.27: Form lựa chọn trạm TV hiển thị mực nước và lưu lượng .............. 180
Hình 6.28: Đồ thị hiển thị quá trình lưu lượng thực đo và dự báo các trạm trên
sơng Đà...................................................................................................... 181
Hình 6.29: Giao diện hiển thị kết quả dự báo theo tên trạm ............................. 181
Hình 6.30: Hiển thị kết quả dự báo dưới dạng quá trình .................................. 182
Hình 6.31: Xuất dữ liệu..................................................................................... 182
Hình 6.32: Mặt cắt trạm Hà Nội được hiển thị trên chương trình .................... 183
Hình 6.33: Hiệu chỉnh tức thời số liệu thực đo sai ........................................... 184
Hình 6.34: Hiệu chỉnh quá trình dự báo............................................................ 184
Hình 6.35: Giao diện hiệu chính của mơ hình IMECH-1D .............................. 185
x
Hình 6.36: Sơ đồ tổ chức cơng nghệ dự báo lũ điều hành hồ chứa Hồ Bình
(HoaBinhDHanh.exe)................................................................................ 186
Hình 6.37: Qui trình cập nhật số liệu ................................................................ 187
Hình 6.38: Sơ đồ vận hành mơ hình Tank - Muskingum ................................. 189
Hình 6.39: Sơ đồ thuật tốn mơ hình IMECH-1D kết hợp với mơ hình Marine
................................................................................................................... 191
Hình 6.40: Sơ đồ vận hành mơ hình Điều tiết................................................... 193
Hình 6.41: Chương trình điều hành Hồ Hịa Bình ............................................ 193
Hình 6.42: Chương trình điều hành Hồ Hịa Bình ............................................ 194
Hình 6.43: Sơ đồ điều hành tối ưu .................................................................... 195
xi
CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
- DEM: Digital Elevation Model
- DBST: Dự báo số trị
- EM: Europe Model
- GIS: Geographic Information System
- HRM: High-resolution Regional Model
- KT: Khí tượng
- MARINE: Modelisation de l’Anticipation du Ruissellement at des Inondations
pour des événements Extrêmes
- MOD: Model Output Direct
- MOS: Model Output Statistics
- TS.: Tiến sĩ
- TT DBKTTVTW: Trung tâm dự báo Khí tượng Thủy văn Trung Ương
- TV: Thủy văn
- TT: Thứ tự
xii
MỞ ĐẦU
Sông Đà là phụ lưu lớn thứ hai của sông Hồng, cung cấp nguồn nước vô
cùng phong phú cho đồng bằng sông Hồng-vựa lúa lớn thứ hai của cả nước
(trung tâm chính trị-kinh tế-xã hội của Việt Nam, thủ đô Hà Nội nằm trong vùng
đồng bằng này). Tổng lượng nước sông Đà chiếm khoảng 48,2% tổng lượng
nước sông Hồng tại Sơn Tây. Lũ trên sông Đà chiếm tỉ trọng cao: trong điều
kiện tự nhiên chiếm khoảng 38-67%, trung bình khoảng 51%, lượng lũ sông
Hồng tại Sơn Tây. Lượng lũ lớn, đỉnh lũ cao hình thành nhanh là đặc điểm nổi
bật nhất của sông Đà. Tại Lai Châu, biên độ mực nước lớn nhất trên các sông
lớn của cả nước, đạt trị số lớn nhất 27,76m (trận lũ tháng VIII/1945) và biên độ
đạt 25,15m với cường suất lớn nhất 77,4cm/h (29/VII/1966). Hiện nay, nguồn
tài nguyên nước vô cùng phong phú của sơng Đà đang được khai thác triệt để.
Trên dịng chính sơng Đà hàng loạt các hồ chứa đa mục tiêu đang được xây
dựng phục vụ chống lũ, phát điện, cung cấp nước cải thiện giao thông thủy và du
lịch sinh thái...như hồ chứa Hịa Bình (xây dựng năm 1979–phát tổ máy phát
điện đầu tiên năm 1989), Hồ Sơn La (khởi công 2/XII/2005 và dự kiến năm
2010 vận hành chống lũ) và hồ Lai Châu (trong quy hoạch). Trên các dịng
nhánh sơng Đà các thủy điện nhỏ cũng đang được quy hoạch và xây dựng như:
Thủy điện Vàng Son trên sông Nậm Pô và thủy điện Huội Quản, Bản Chát trên
sơng Nậm Mu, thủy điện Nậm Chiến trên dịng Nậm Chiến. Về mặt phòng
chống thiên tai, các hồ chứa lớn thượng nguồn sông Đà đã và đang phát huy
hiệu quả to lớn của chúng trong việc phòng lũ cho hạ du. Sự tham gia của hồ
Hịa Bình trong tổ hợp các cơng trình cắt giảm lũ sơng Hồng như hệ thống đê,
hồ Thác Bà, đập Đáy khống chế được khoảng 30-40% lượng lũ hàng năm của
sông Hồng tại Sơn Tây, giữ được mực nước Hà Nội ở mức 13,3m khi xảy ra
trận lũ năm 1971 (trận lũ 125 năm xuất hiện một lần), khi có hồ Sơn La và
Tuyên Quang có thể khống chế được trận lũ 500 năm xuất hiện một lần.
Đặc điểm lũ phức tạp trên sông Đà cộng với hàng loạt các cơng trình hồ
chứa bậc thang được xây dựng để lợi dụng tổng hợp nguồn nước địi hỏi ngành
Khí tượng Thủy văn phải nâng cao chất lượng dự báo lũ sông Đà. Dự báo lũ
sông Đà chính xác là yếu tố quan trọng góp phần vận hành các cơng trình hồ
chứa có hiệu quả, khắc phục một phần mâu thuẫn giữa chống lũ và phát điện,
đem lại hiệu quả cao cho cơng tác phịng chống thiên tai nhằm phục vụ lợi ích
1
kinh tế xã hội. Dự báo lưu lượng tại Tạ Bú (cửa ngõ vào hồ Hịa Bình) và mực
nước hồ Hịa Bình là u cầu quan trọng nhất trong tồn tuyến sông Đà trong
giai đoạn hiện nay đặc biệt khi cơng trình Sơn La đang được xây dựng.
Trong hơn 3 năm qua, Ban chỉ đạo phòng chống lụt bão trung ương đã tổ
chức 1 nhóm chuyên gia và 6 cơ quan gồm trường Đại học thủy lợi, Viện Khoa
học thủy lợi, Viện thiết kế thủy lợi, Viện Cơ học, Viện khoa học Khí tượng
Thủy văn và Mơi trường và Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương tham gia dự
báo lũ sông Đà và sông Hồng với các hạng mục bắt buộc:
Dự báo dịng chảy đến hồ Hịa Bình.
Dự báo mực nước hồ, kiến nghị số cửa xả theo Quy trình vận hành.
Dự báo mực nước Hà Nội ứng với các kịch bản đề xuất, thời gian dự kiến
24-48h từ 15/VI đến 30/X hàng năm.
Chất lượng dự báo mực nước cho vị trí Hà Nội tại Trung tâm Dự báo
KTTV TW khi có lũ lớn, cịn chưa cao, chỉ đạt 70%.
Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông
tin, hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information System) được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau đã đem lại nhiều hiệu quả to lớn. Ngành
Thuỷ văn học và Tài nguyên nước nói chung cũng là một trong rất nhiều ngành
áp dụng công nghệ GIS trong các lĩnh vực như mơi trường, phân tích các thảm
hoạ thiên nhiên (lũ lụt và phòng chống thiên tai vv...) đặc biệt trong các mơ hình
thuỷ văn.
Theo xu hướng phát triển đó, đề tài “Nghiên cứu xây dựng cơng nghệ
dự báo lũ phục vụ điều tiết hồ Hịa Bình trong cơng tác phịng chống lũ lụt”
do Trung tâm Dự báo Khí tượng thủy văn Trung ương chủ trì, được thực hiện
trong 2 năm từ tháng X năm 2004 đến tháng X năm 2006.
Mục tiêu của đề tài là: Trên cơ sở ứng dụng các mơ hình thủy lực, thủy
văn hiện đại, xây dựng Công nghệ dự báo lũ cho lưu vực sông Đà phục vụ điều
hành và khai thác hợp lý hồ chứa Hịa Bình, phục vụ phịng chống lũ lụt cho
đồng bằng sông Hồng
Thực hiện mục tiêu trên, nhiệm vụ chính của đề tài là xây dựng các bản
đồ DEM, bản đồ đất, bản đồ thảm phủ, nghiên cứu ứng dụng hệ thống mơ hình
thủy văn thủy lực hiện đại có sử dụng cơng nghệ GIS trong dự báo lũ lưu vực
sông Đà và hạ lưu sông Hồng: Mô hình thủy văn MARINE (của Pháp), mơ hình
Điều tiết và mơ hình thủy lực IMECH-1D (của Viện Cơ học) đồng thời giải
2
quyết các bài toán cơ bản của nghiệp vụ dự báo như: sử dụng mưa dự báo, kéo
dài thời gian dự kiến, hiệu chỉnh hậu mơ hình, vấn đề nước vật khi hồ Hịa Bình
đầy, vấn đề tính gia nhập đối với mơ hình thủy lực IMECH-1D, tự động cập
nhật đầu vào các mơ hình, giao diện phần mềm dễ sử dụng, mềm dẻo, kết quả
dự báo phải phong phú và đa dạng.... nhằm đáp ứng các yêu cầu mới của cơng
tác điều hành tối ưu hồ chứa Hịa Bình và phịng tránh thiên tai đảm bảo an tồn
thủ đơ Hà Nội trong trường hợp xảy ra lũ lớn và khẩn cấp.
Sản phẩm chính của đề tài là bản báo cáo tổng kết gồm 259 trang đánh
máy, 63 bảng, 151 hình vẽ và tài liệu tham khảo được viết thành 6 chương với
các nội dung sau:
Mở đầu
ChươngI : Quy luật hình thành lũ và vấn đề dự báo lũ sơng Đà
Chương II: Mơ hình tính tốn thủy văn trên lưu vực sơng Đà. Mơ hình
tính tốn điều tiết hồ Hịa Bình.
Chương III: Mơ hình tính tốn thủy văn trên lưu vực sông Thao, Lô, Cầu,
Thương, Lục Nam.
Chương IV: Ứng dụng các mơ hình dự báo mưa số trị để thiết lập số liệu
đầu vào cho mơ hình tính tốn thủy văn.
Chương V: Ứng dụng mơ hình tính tốn thủy lực một chiều IMECH-1D
để dự báo lũ hạ du hệ thống sơng Hồng–Thái Bình.
Chương VI: Cơng nghệ dự báo lũ sơng Đà.
Kết luận
Cơng trình nghiên cứu của tác giả
Tài liệu tham khảo
Phần phụ lục
Tham gia thực hiện đề tài gồm các cộng tác viên sau: Ths. Trịnh Thu
Phương, Ths. Đặng Thanh Mai, KS. Bùi Đình Lập, KS. Nguyễn Trường, KS.
Đào Anh Tuấn, KS. Nguyễn Quốc Anh thuộc Trung tâm dự báo KTTV Trung
ương; PGS. TS Hoàng Văn Lai, TS. Trần Thu Hà, KS. Nguyễn Tiến Cường,
CN. Nguyễn Tuấn Anh thuộc Viện Cơ học; Ths. Nguyễn Thanh Long, Ths.
Lê Quốc Hùng thuộc Viện Nghiên cứu Địa chất; TS. Hoàng Minh Tuyển,
Viện khoa học Khí tượng Thủy văn và Mơi trường.
Mặc dù đã cố gắng hết sức, song trong quá trình thực hiện đề tài khơng
tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm thực hiện đề tài rất mong nhận được sự góp ý
3
của các cơ quan cũng như các nhà khoa học. Nhóm thực hiện đề tài xin chân
thành cám ơn các cố vấn khoa học: GS. TSKH. Nguyễn Văn Điệp, GS.TSKH
Ngô Huy Cẩn (Viện Cơ học) và cơ quan chủ quản - Trung tâm Quốc gia Khí
tượng Thủy văn, đặc biệt là Phòng Dự báo thủy văn đã tạo điều kiện thuận lợi
trong quá trình thực hiện đề tài.
Hà Nội, tháng 11 năm 2006
4
Chương I:
QUY LUẬT HÌNH THÀNH LŨ VÀ VẤN ĐỀ DỰ BÁO LŨ SÔNG ĐÀ
1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ QUY LUẬT HÌNH THÀNH LŨ
SƠNG ĐÀ
1.1.1. Khái qt đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Đà
Sông Đà có tên gọi là sơng Lý Tiên ở phía Trung Quốc, bắt nguồn từ
vùng núi cao cạnh nguồn của sông Nguyên (sông Thao) thuộc tỉnh Vân Nam
(Trung Quốc). Tổng diện tích tồn lưu vực sơng Đà là 52.900km2, trong đó diện
tích phần Việt Nam là 26.800km2-khoảng 16,9% diện tích tồn miền Bắc. Lưu
vực sông hẹp thuộc địa phận khu Tây Bắc, kéo dài theo hướng Tây Bắc-Đông
Nam tới 380km, rộng trung bình 80km, độ cao trung bình lưu vực sơng Đà
1130m. Đường phân thủy phía đơng của lưu vực là dãy núi Hồng Liên Sơn, Pu
Lng với đỉnh cao từ 2500-3000m, phía Tây có dãy núi cao Phu đen-đinh
(1886m), Phu Huổi Long (2178m), Phutama (1801m), Phu Tung (1480m) và
Phu Sang (1518m). Phía Bắc có dãy núi cao Pusi-Lung (3076m) và Ngũ Đài
Sơn (3048m), phía Đơng Nam là vùng núi thấp Ba Vì (1287m), Viên Nam
(1029m) và Đối Thơi (1198m). Địa hình lưu vực là dạng núi và cao nguyên đều
cao, chia cắt mạnh theo chiều thẳng đứng; các dãy núi, cao nguyên và thung
lũng xếp song song theo hướng Tây Bắc-Đơng Nam.
Phần lớn lịng sơng cao hơn mặt biển từ 100m–500m, bồi tụ ít và lắm thác
ghềnh. Thượng lưu sơng Đà kể từ nguồn tới Parkma dịng sơng chảy theo hướng
Tây Bắc-Đơng Nam. Lịng sơng rộng trung bình 40m–60m vào mùa cạn. Từ
biên giới Việt Trung tới Lai Châu khoảng 125km có độ dốc đáy sơng bình qn
160cm/km. Trung lưu sông Đà từ Parkma tới suối Rút độ dốc đáy sơng giảm cịn
38-40cm/km, lịng sơng rộng trung bình 90-100m. Hạ lưu sông Đà từ suối Rút
đến cửa sông (Trung Hà) lịng sơng mở rộng khoảng 200m về mùa cạn, độ dốc
đáy cịn 42cm/km. Từ suối Rút, sơng Đà chuyển hướng tây đơng cho tới Hịa
Bình, qua Hịa Bình sơng Đà lại đổi hướng Tây Nam-Đông Bắc rồi nhập với
sông Thao. Những ngọn núi Viên Nam và Đối Thôi đã buộc sơng Đà phải đổi
hướng như vậy.
Sơng Đà có 4 phụ lưu chính: Nậm Pơ, Nậm Na, Nậm Mức, Nậm Mu; hai
phụ lưu nhỏ hơn gồm Nậm Sập và Nậm Bú. Mạng lưới sông suối trên sông Đà
5
phân bố khơng đều. Vùng đá vơi mưa ít như lưu vực Nậm Sập mật độ sông suối
dưới 0,5km/km2; vùng núi cao mưa nhi ều như thương lưu sông Nậm Mu mạng
sơng dày khoảng 1,67km/km2; các vùng cịn lại khoảng 0,5-1,5km/km2
Bảng 1.1: Phân bố độ cao theo diện tích
Độ cao (m)
Diện tích (phần Việt Nam)
(%)
Trên 3000
0,1
3000-2500
0,4
2500-2000
3
2000-1500
8,2
1500-1000
27,4
1000-500
39,8
Dưới 500
Ghi chú
21,1
Lấy theo tài
liệu [30]
1.1.2. Đặc điểm mưa và nhân tố hình thành lũ
Sự sắp xếp song song của địa hình núi, cao nguyên và thung lũng sơng có tác
động rõ rệt tới khí hậu trên lưu vực. Dãy núi cao Hồng Liên Sơn-Pulng như một
bức tường tự nhiên ngăn cản và làm suy yếu ảnh hưởng của gió Đơng Bắc. Các dãy
núi cao ở biên giới Việt-Lào lại tạo ra hiệu ứng fơn đối với gió mùa Tây Nam. Điều
kiện địa hình và vị trí của lưu vực đã qui định khí hậu với hai mùa: mùa đông khô
lạnh, mùa hè nhiều mưa ở vùng cao và khơ nóng ở vùng thấp.
Mưa lớn trên lưu vực thường bắt đầu sớm, vào khoảng tháng VI, tháng
VII. Vùng Bắc và Tây Bắc là vùng núi cao có khí hậu ẩm ướt đến rất ẩm, lượng
mưa trung bình nhiều năm từ 1500 đến 2700mm, lượng mưa mùa hè (tháng VIX) chiếm tới trên 70% tổng lượng mưa năm. Vùng núi thấp Sơn La-Mộc Châu,
mùa hè chịu ảnh hưởng của gió mùa Tây Nam, lượng mưa trung bình năm thấp,
chỉ 1100 đến 1500mm, trong đó lượng mưa mùa hè dưới 1000mm.
Trên lưu vực sông Đà tồn tại những trung tâm mưa lớn như trung tâm
mưa ở sườn tây dãy Hồng Liên Sơn thuộc các lưu vực sơng nhánh Nậm Na,
Nậm Mu, lượng mưa trung bình năm khoảng 2500mm (trên lưu vực Nậm Namưa trung bình năm tới trên 2000mm: tại Phong Thổ lượng mưa trung bình năm
là 2202mm, PaTần 2997mm, Sình Hồ 2682mm; trên lưu vực Nậm Mu lượng
6
mưa trung bình năm tới 2454mm, ở thượng lưu lên tới 2700-2800mm). Tại vùng
phía tây dãy Hồng Liên Sơn thấy rõ qui luật lượng mưa tăng theo độ cao lưu
vực. Phân bố mưa thể hiện rõ đặc điểm đó: Mường Tè 1627mm, Lai Châu
2162mm, Quỳnh Nhai 1739mm, Tạ Khoa 1174mm, Vạn Yên 1314mm, Sơn La
1496mm, Mộc Châu 1583mm, Cò Nòi 1210mm. Mưa tập trung vào các tháng
V-X, đặc biệt lượng mưa từ tháng VI đến tháng VIII chiếm 50-60% lượng mưa
năm.
Trung tâm mưa lớn tại phần lưu vực thuộc địa phận Việt Nam gần biên
giới Việt-Trung là tâm mưa lớn nhất, lượng mưa năm thay đổi tùy từng vị trí từ
2400 đến 3000mm, mưa tập trung nhiều nhất vào các tháng VI-VIII.
1.1.3. Đặc điểm dịng chảy lũ sơng Đà
Địa hình núi cao, chia cắt mạnh, độ dốc lớn, thung lũng sâu, hẹp với
lượng mưa lớn lại tập trung vào một vài tháng trong năm tạo điều kiện hình
thành mạng lưới sơng dày đặc, ít sơng lớn, hướng của các dịng sơng suối trùng
với hướng của lưu vực.
Nguồn sinh dịng chảy quan trọng nhất trên sông Đà nằm ở phần lưu vực
thuộc vùng biên giới Việt-Trung và vùng sườn phía tây dãy Hồng Liên Sơn,
nơi có module dịng chảy năm từ 30-40l/s/km2 và hơn nữa. Ở các nơi khác trên
lưu vực, lượng dịng chảy thường khơng vượt q 20l/s/km2 (bảng 1.3b). Dịng
chảy sơng tập trung vào các tháng mùa lũ, chiếm tới 69-78% tổng lượng dịng
chảy năm.
Mùa lũ trên sơng Đà thường bắt đầu vào tháng V, kết thúc vào cuối tháng
IX đầu tháng X. Lũ lớn nhất thường xảy ra vào cuối tháng VII, nửa đầu tháng
VIII. Dòng chảy lũ trên sông Đà lớn, tập trung nhanh và không đồng bộ ở các
phần khác nhau của lưu vực là một đặc điểm nổi bật nhất của dịng chảy sơng
Đà. Điều kiện địa lý tự nhiên thuận lợi cho dòng chảy lũ hình thành trên các phụ
lưu sơng Đà, nhất là lưu vực Nậm Na, Nậm Mu.Trên dịng chính, lượng dịng
chảy lũ chiếm bình qn từ 77,6 đến 78,5% dịng chảy năm, dịng chảy tháng
VIII-tháng có dịng chảy lớn nhất năm-chiếm tới 23,7% dòng chảy năm. Module
đỉnh lũ tại Lai Châu là 324l/s/km2 xảy ra vào các tháng VII năm 1966 và
428l/s/km2 vào tháng VIII năm 1945. Module đỉnh lũ tại Hịa Bình lên tới
454l/s/km2 vào tháng VII năm 1964. Nhìn chung, trên đoạn sơng từ Lai Châu về
Hịa Bình thấy rõ quy luật tăng dần module dòng chảy cực đại khi diện tích lưu
7
vực tăng. Tại Lai Châu, biên độ lũ lớn nhất đạt tới 27,76m (VIII/1945), cao nhất
ở Việt Nam, với cường suất lũ lên lớn nhất tới 77,4cm/h. Dòng chảy lũ tập trung
nhanh như vậy nên công tác dự báo thủy văn gặp khó khăn lớn, để giải quyết
vấn đề này địi hỏi phải có một mơ hình tương đối nhạy với q trình thay đổi
dịng chảy trong sơng.
Bảng 1.2: Tần suất (%) bắt đầu và kết thúc mùa lũ trên hệ thống sông Đà
TT
Trạm
Sông
1
Lai Châu
2
3
Bắt đầu mùa lũ
Kết thúc mùa lũ
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Đà
3
87
10
0
54
46
0
Tạ Bú
Đà
0
89
11
2
51
47
0
Hồ Bình
Đà
6
74
21
3
55
42
0
Trên cơ sở xác định thời gian truyền lũ trung bình ở các đoạn sơng chính
từ Mường Tè về Hịa Bình và trên các phụ lưu chính Nậm Na, Nậm Mu... cho
thấy trong mùa lũ thời gian truyền lũ có khác nhau khi lũ lên và lũ xuống. Tuy
nhiên, trong tính tốn và dự báo, thời gian truyền lũ trung bình từ Mường Tè về
Tạ Bú có thể lấy 18-20h, từ Tạ Bú về Hịa Bình là 12-24h trong tự nhiên, khi có
hồ Hịa Bình thời gian truyền lũ giảm xuống cịn 3-12h tùy theo mực nước hồ.
Ngồi ra, thời gian truyền lũ trên các đoạn sông cũng phục thuộc vào tâm mưa
trên lưu vực. Với điều kiện thơng tin khí tượng thủy văn hiện nay, thời gian dự
kiến dự báo lưu lượng lũ tại Tạ Bú trên sơng Đà khơng q 18h và tại Hịa Bình
khơng q 36h với thời gian dự kiến trên 36h chỉ dùng để tham khảo hoặc
những nhận định có khả năng.
8
Bảng 1.3.a: Đặc trưng dịng chảy trên sơng Đà
Đặc trưng dịng chảy năm
Lưu vực
Diện
tích
(km2)
dài
(km)
W
(km3)
1
Tồn bộ
52900
1010
2
- Lai châu
33800
3
- Tạ Bú
4
Q (m /s)
M
(l/s/km2)
Hệ số
dịng
chảy
55,7
1170
33,5
0,58
-
35,4
1125
33,3
0,45
45900
-
49,0
1550
34,3
0,55
Hịa Bình
51800
-
55,0
1744
33,8
0,55
5
Nậm Pơ
2280
73,5
2,27
72,0
31,6
0,50
6
- Trạm Nậm Pơ
475
-
0,47
15,0
33,7
0,52
7
Nậm Na
6860
235
7,75
279
40,7
0,58
8
- Trạm Nậm Giàng
6780
-
7,65
274
41,8
0,56
9
Nậm Mức
2930
165
2,51
79,6
27,2
0,47
10
- Trạm Nậm Mức
2730
-
2,32
73,7
27,0
0,47
11
Nậm Mu
3400
165
5,57
177
50,9
0,66
12
- Trạm Bản Củng
2620
129
-
-
58,9
0,77
13
Nậm Chiến-Nậm Chiến
310
-
1,25
16,0
51,1
0,80
14
Suối Sập-Phiêng Hiềng
270
-
0,30
10,6
39,9
0,61
15
Nậm Bú-Thác Vai
1360
-
0,46
14,6
10,7
0,25
16
Nậm Sập-Thác Mộc
410
-
0,23
7,5
18,4
0,53
17
Bãi Sang-Bãi Sang
98
-
0,13
4,3
44,3
0,90
TT
3
Bảng 1.3.b Đặc trưng dịng chảy trên sơng Đà (tiếp)
Lưu lượng đỉnh lũ (đo đạc)
TT
Lưu vực
1
S.Đà-Lai Châu
Qmaxtb
(m3/s)
Qmax
(m3/s)
Thời
gian
7130
11000
29/7/66
324
Lưu lượng
min
Qmin
Mmax
2
(l/s/km ) (m3/s)
Phân phối %
Thời
gian
Mùa
lũ
Mùa
cạn
114
27/4/63
77.4
22.6
2
- Tạ Bú
9740
22400
18/8/96
340
150
2/5/80
77.2
22.8
3
- Hịa Bình
10400
22500
18/8/96
334
180
8/5/60
77.6
22.4
4
Nậm Pơ-N.Pơ
398
1020
12/9/76
2147
96
16/5/69
74.7
25.3
5
Nậm Na-N.Giàng
2090
3800
6/7/76
560
42.1
5/5/69
66.5
33.5
6
Nậm Mức-N.Mức
1140
2250
27/8/71
840
8.4
14/5/66
73.2
26.8
7
NậmMu-Bản Củng
2200
4020
15/7/70
1534
12,0
4/5/80
73.9
26.1
8
Nậm Chiến
439
641
22/6/77
2048
2.44
13/5/66
70.4
29.6
9
Nậm Bu-Thác Vai
199
1180
16/7/65
868
1.55
8/5/60
72.1
27.9
10
S.Sập-Thác Mộc
140
365
29/9/62
901
0,62
28/4/60
71.8
28.1
Ghi chú: Bảng 1.2 tham khảo tài liệu [13], Bảng1.3 a, 1.3b, 1.3c tham khảo tài liệu [14]
9
1.1.4. Các thông tin về mạng lưới trạm, điện báo mưa và mực nước trên lưu
vực sông Đà
Mạng lưới trạm khí tượng thuỷ văn trên sơng Đà phân bố khá đều từ
thượng lưu tới hạ lưu toàn lưu vực nhưng mật độ lưới trạm mưa vẫn cịn thưa.
Thơng tin liên tục cấp nguồn số liệu rất đầy đủ và chính xác được truyền về
Trung Tâm Dự Báo Khí tượng Thủy văn Trung Ương (TTDBKTTVTW) từ các
trạm quan trắc phục vụ đắc lực cho công tác dự báo.
1.1.4.1. Thông tin về mạng lưới trạm
Hiện nay, tồn bộ lưu vực sơng Đà có 19 trạm thuỷ văn và 27 trạm khí
tượng. Trạm thủy văn được giới thiệu trong bảng 1.4. Trạm bắt đầu quan trắc
sớm nhất là trạm Hồ Bình vào năm 1902, muộn nhất là trạm Nà Hử năm 1967.
Bảng 1.4: Danh sách các trạm thuỷ văn trên lưu vực sông Đà
Vị trí trạm
T
T
Tên trạm
1
Mường Tè
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tên Sơng
Địa phương
Lai Châu
Quỳnh Nhai
Tạ Bú
Tạ Khoa
Vạn n
Chợ Bờ
Hồ Bình
Trung Hà
Nà Hử
Đà
Đà
Đà
Đà
Đà
Đà
Đà
Đà
Đà
Nậm Bung
Tỉnh Lai Châu
Kinh
độ
Vĩ độ
102o37’ 22o28’
Mường La, Sơn La
Yên Châu, Sơn La
Phù Yên, Nghĩa Lộ
Đà Bắc, Hồ Bình
Thị xã Hồ Bình
Bát Bạt, Hà Tây
Mường Tè, Lai Châu
11
Nậm Pô
Nậm Pô
Mường Tè, Lai Châu
12
Pa Tần
Nậm Na
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
x
1927
x
1965
x
1916
x
1916
x
1902
x
1956
x
155
1967
x
x
x
475
1963
x
x
x
x
x
x
6740
1965
x
x
x
2680
1961
x
x
424
1960
x
x
x
2620
1961
x
x
x
313
1960
x
x
1360
1958
x
x
x
x
405
1959
x
x
x
x
269
1961
x
x
x
x
o
o
1962
o
o
x
o
o
1927
o
o
x
o
o
1960
103 12’ 22 04’
33800
103 33’ 21 51’
104 03’ 21 26’
45900
104 21’ 21 12’
104 43’ 21 03’
105 09’ 20 45’
105 20’ 20 49’
51800
105 20’ 22 14’
102 52’ 22 22’
Sình Hồ, Lai Châu
13
14
15
16
17
18
19
20
Nậm Giàng
Nậm Mức
Pa Há
Bản Củng
Nậm Chiến
Thác Vai
Thác Mộc
Phiêng Hiềng
Nậm Na
Nậm Mức
Nậm Mạ
Nậm Mu
Nậm Chiến
Nậm Bú
Nậm Sập
Suối Sập
102 37’ 22 07’
Mường Lay, Lai Châu 103 10’ 22 15’
Mường Lay, Lai Châu 103 18’ 21 49’
Sình Hồ, Lai Châu
Than Uyên, Nghĩa Lộ
Mường La, Sơn La
Mường La, Sơn La
Mộc Châu, Sơn La
Bắc Yên, Nghĩa Lộ
Thời
Yếu tố đo đạc
gian bắt
đầu hoạt
H Q X T
động
đến nay
1962
o
o
Quỳnh Nhai, Sơn La
o
o
Thị xã Lai Châu
D/tích
tập
trung
nước
(km2)
103 24’ 22 13’
103 49’ 21 47’
104 09’ 21 36’
104 02’ 21 26’
104 33’ 20 52’
104 29’ 21 12’
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
10
Trạm mưa: Tam Đường, Mường Tè, Parkma, Vàng Pó, Nậm Giàng, Sìn
Hồ, Lai Châu, Mường Trại, Mường Sại, Km46, Yên Châu, Thuận Châu, Sơn La,
Km 22, Phù Yên, Tuần Giáo, Pha Đin, Hồ Bình, Kim Bơi, Mai Châu, Chi Nê,
Lạc Sơn, Điện Biên, Quỳnh Nhai, Bắc n, Cị Nịi.
Hình 1.1: Bản đồ mạng lưới trạm Khí tượng thủy văn
trên lưu vực sông Đà và các vùng lân cận
1.1.4.2. Thông tin về điện báo mưa và mực nước:
Các trạm khí tượng và thủy văn đều điện báo theo chế độ được quy định
trong “Mã luật điện báo” về TTDBKTTVTW.
- Tất cả các trạm mưa đều điện báo mưa theo thời gian 6h từ 1/I-31/XII.
- Tất cả các trạm đo mực nước đều điện báo từ 1/V-31/X theo quy định về
chế độ điện báo mùa lũ.
11
