Ứng dụng phương pháp mực nước tương ứng xây dựng phương án dự báo tại trạm thủy văn lục nam và phương pháp đường đơn vị để dự báo dòng chảy theo mưa

LỜI CẢM ƠN

Đồ án dự báo “Ứng dụng phương pháp mực nước tương ứng xây
dựng phương án dự báo tại trạm thủy văn Lục Nam và phương pháp đường
đơn vị để dự báo dòng chảy theo mưa” được thực hiện tại lớp LT10T khoa
khí tượng thủy văn và tài nguyên nước thuộc trường Đại học Tài nguyển và
môi trường Hà Nội tháng I năm 2013 dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy
giáo TS Nguyễn Viết Thi và thầy giáo Th.S Vũ Mạnh Cường. Nhóm tác giả
xin chân thành cảm ơn các thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn cho nhóm
trong suốt quá trình thực hiện đồ án.
Nhóm tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô trong khoa đã tạo
mọi điiều kiện cho nhóm thực hiện đồ án. Nhóm tác giả cũng xin bày tỏ lòng
biết ơn tới các anh chị trong lớp đã có những đóng góp quý báu giúp nhóm
hoàn thành đồ án.
Trong khuôn khổ đồ án do thời gian hạn chế, số liệu ngắn tài liệu
tham khảo còn ít, kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án còn nhiều thiếu sót. Vì
vậy nhóm tác giả mong tiếp tục nhận được những hướng dẫn, chỉ bảo của
các thầy và các ý kiến đóng góp của cá đồng nghiệp để nhóm tiếp tục bổ
sung hoàn thiện đồ án.
Việt Trì, ngày 30 tháng 01 năm2013
Nhóm sinh viên thực hiện

1


MỤC LỤC

Chương : MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề

2

Lũ lụt đang là một trong trong những thảm họa thiên nhiên gây hậu
quả nặng nề nhất trên thế giới, trong đó có Việt Nam, hàng năm nó cướp đi
sinh mạng hàng chục nghìn người và gây thiệt hại hàng trăm tỉ $.Với nước ta
do vị trí địa lý nằm ven biển Đông thường xuyên chịu ảnh hưởng của các
xoáy thuận nhiệt đới và hoạt động của gió mùa, nên tần suất lũ, lụt xảy ra
thường xuyên gây thiệt hại nghiêm trọng về người và của cải của nhân dân.
Lũ trên hệ thống sông Lục Nam rất phức tạp, do độ dốc lưu vực lớn,
địa hình đa dạng, diễn biến mưa phức tạp phụ thuộc vào các hình thái gây
mưa nên chế độ lũ trên hệ thống sông Lục Nam cũng diễn biến hết sức phức
tạp và gây hậu quả lớn.
Để phòng chống và giảm nhẹ những thiệt hại do lũ, lụt gây ra cho lưu
vực sông Lục Nam cần thiết phải nghiên cứu tính toán dự báo lũ cho sông
Lục Nam. Trong khuôn khổ đồ án, nhóm tập trung nghiên cứu ứng dụng
phương pháp mực nước tương ứng xây dựng phương án dự báo mực nước
tại trạm thủy văn Lục Nam và phương pháp đường đơn vị để dự báo dòng
chảy từ mưa.
2. Mục đích của đồ án
Nghiên cứu ứng dụng phương pháp mực nước tương ứng xây dựng
phương án dự báo mực nước tại trạm thủy văn Lục Nam và phương pháp
đường đơn vị để dự báo dòng chảy từ mưa.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng: Phương trình mực nước tương ứng và phương pháp
đường đơn vị.
- Phạm vi nghiên cứu: Từ trạm thủy văn Chũ – Lục Nam

3

4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phương trình tương quan
- Phương pháp đường đơn vị Sherman

Chương I

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG LỤC NAM

4


1.1. Điều kiện tự nhiên:
1.1.1. Vị trí địa lý:
Sông Lục Nam bắt nguồn từ núi Kham, cao 700 m thuộc miền Đình
Lập, tỉnh Lạng Sơn chảy qua 15 km đến địa hạt tỉnh Bắc Giang. Con sông
này đi qua các huyện Sơn Động, Lục Ngạn, Lục Nam, Yên Dũng dài 175 km
rồi nhập vào sông Thương cách Phả Lại 10 km, sau đó mới hợp với sông
Cầu thành sông Thái Bình.
1.1.2. Đặc điểm địa hình:
Lưu vực sông Lục Nam gồm phía đông dãy núi Bảo Đài cao
trung bình 100 – 200 m, có các đỉnh cao 300 – 700 m và phía bắc dãy núi
Yên Tử thuộc cánh cung Đông Triều, cao trung bình 400 - 1000m, có
đỉnh Yên Tử cao 1065 m, Am Váp cao 1094 m và Cao Xiêm là 1330 m.
Thung lũng sông Lục Nam khá thẳng, do phụ thuộc vào đường
đứt gãy kiến tạo trong hệ thống.
Thượng lưu sông Lục Nam từ nguồn tới Chũ (Lục Ngạn) dòng
sông hẹp, độ dốc lớn, uốn khúc lớn và rất dốc trong vòng 20km đầu, độ
dốc đáy sông tới 75‰, kết hợp với lượng mưa vùng này lắm khi đột
biến, nên hay sinh ra lũ lớn. Núi áp sát bờ sông, ghềnh thác liên tiếp và
nguy hiểm tàu thuyền không đi lại được. Sông chảy theo hướng bắc

nam rồi chuyển theo hướng đông tây.
Trung lưu sông Lục Nam do nhận thêm nguồn nước từ khu vực
Mai Siu, từ núi Bảo Đài chảy về và địa hình bằng phẳng nên dòng sông
rộng, sâu, không có ghềnh đá, độ dốc đáy sông giảm xuống còn 0.5 – 0.2
‰, thác ghềnh không còn nữa. Độ sâu trung bình trong mùa cạn tới 4 -5
m, tàu thuyền đi lại rất thuận lợi.

5


Hạ lưu kể từ Lục Nam tới ngã ba Nhãn, hướng chảy trở lại đông
bắc – tây nam, ở đây nước chảy lững lờ, tốc độ nước chảy chỉ dưới 1 m/s
( kể cả khi có lũ), tại đây dòng chảy chịu ảnh hưởng của thủy triều rõ
rệt. Độ sâu trung bình trong mùa cạn tới 6 m, thuyền bè qua lại thuận
tiện.
Thung lũng sông Lục Nam nằm trong vùng địa hình còn tương
đối trẻ. Độ cao đáy thung lũng trong lưu vực tương đối cao: khoảng 200
– 300 m ở phía bắc, khoảng 50 – 100m ở phía đông nam. Độ dốc đáy
sông 0.7‰.
Sông Lục Nam chảy giữa vùng rừng núi Đông Bắc của tỉnh Bắc
Giang, nhưng nó là đường giao thông quan trọng, nối liền đồng bằng
Bắc Bộ với miền biên ải của Tổ Quốc.
Lòng sông Lục Nam rất rộng, tàu thuỷ có thể vào tới chân núi Bảo Đài nên
thuận lợi cho giao thông thuỷ và phát triển du lịch. Từ lâu hai bên sông đã
được xây dựng một hệ thống đê vững chắc. Tổng diện tích lưu vực của sông
Lục Nam khá lớn F = 3070 km 2, độ cao bình quân lưu vực là 207 m, độ dốc
bình quân lưu vực là 16,5%. Mật độ lưới sông bình quân là 0,94 km/km 2. Ở
thượng nguồn lòng sông Lục Nam hẹp chảy giữa núi. Từ Chũ trở xuống
dòng sông mới mở rộng. Từ núi Bảo Đài trở xuống, dòng sông êm ả, hai bên
bờ nhân dân trồng tre, cây cối um tùm. Các chi lưu tả ngạn quan trọng nhất :

sông Bò, sông Lê Ngạc, sông Chỉ Tác, sông Đan Hộ. Các chi lưu hữu ngạn
quan trọng là sông Căn, sông Gốm, sông Cỏ Mạt.
Đặc điểm chủ yếu của địa hình miền núi là chia cắt mạnh, phức tạp
chênh lệch về độ cao lớn. Nhiều vùng đất đai còn tốt, đặc biệt ở khu vực còn
rừng tự nhiên. Vùng đồi núi thấp có thể trồng được nhiều cây ăn quả, cây

6


công nghiệp nh ư vải thiều, cam, chanh, na, hồng, đậu tương, chè...; chăn
nuôi các loại gia súc, gia cầm, thuỷ sản.
Đặc điểm chủ yếu của địa hình miền trung du là đất gò, đồi xen lẫn
đồng bằng rộng, hẹp tùy theo từng khu vực. Vùng trung du có khả năng
trồng nhiều loại cây lương thực, thực phẩm, cây ăn quả, cây công nghiệp,
chăn nuôi các loại gia súc, gia cầm, cá và nhiều loại thuỷ sản khác.
Hiện trên sông Lục Nam chưa có các công trình thuỷ lợi lớn. Chủ yếu
là các công trình thuỷ lợi nhỏ và các trạm bơm tạm lưu động theo mùa.
1.1. 3. Đặc điểm địa chất và khoáng sản:
Trong mối quan hệ nhân quả, các đặc điểm và quá trình địa chất, trực
tiếp hoặc gián tiếp đều có tác động đến quá trình phát triển của lòng sông.
Hầu hết khu vực sông nghiên cứu mới hình thành khoảng hơn 1000 năm
trước cho tới nay. Đây là khu vực có quá trình phát triển địa chất lâu dài và
mạnh mẽ thể hiện qua những mối tương tác tích cực giữa các nhân tố nội
sinh và ngoại sinh, khí hậu và phi khí hậu, giữa lục địa và biển. Căn cứ vào
tài liệu khảo sát ở khu vực ta thấy địa tầng đoạn sông chủ yếu gồm hai loại
sau đây:
+ Trầm tích lòng sông gồm các tầng cát thô có màu vàng nhạt, lớp
thực vật chưa phân hoá hết, phía trên có lớp phù sa nông, đường kính trung
bình hạt lòng sông d50=92mm.
+ Tầng bồi tích đồng bằng, tầng này hiện nay chủ yếu là bờ của dòng

sông gồm chủ yếu là các tầng đất sét cát dày từ 0,8 ÷ 1m, giữa các tầng đất
sét cát có xen kẽ các lớp của con người đi lại trồng cây nên kết cấu của đất
chặt chẽ hơn.

7


Địa chất ở đây được cấu tạo bởi nhiều nham thạch khác nhau. trong
quá trình xâm thực của mác ma, sản phẩm của núi lửa như phún xuất, phiến
trầm tích cùng với sự phân bố của tầng đá vôi dày đến hàng nghìn mét.
Nham thạch ở đây được phân bố phức tạp, diệp thạch và sa diệp thạch chiếm
diện tích rất nhiều.
Lưu vực sông Lục Nam có nhiều loại khoáng sản khác nhau bao gồm:
than, kim loại, khoáng chất công nghiệp, khoáng sản, vật liệu xây dựng.
Phần lớn các khoáng sản này đã được đánh giá trữ lượng hoặc xác định tiềm
năng dự báo.
Tuy trong lưu vực không có nhiều mỏ khoáng sản lớn nhưng lại có
một số loại là nguồn nguyên liệu quan trọng để phát triển công nghiệp như
mỏ than đá ở Lục Ngạn, Sơn Động có trữ lượng khoảng hơn 114 triệu tấn,
gồm các loại than: antraxit, than gầy, than bùn. Trong đó mỏ than Đồng Rì
có trữ lượng lớn (107,3 triệu tấn) phục vụ phát triển quy mô công nghiệp
trung ương. Quặng sắt ước khoảng 0,5 triệu tấn ở Yên Thế. Ngoài ra gần
100 nghìn tấn quặng đồng ở Lục Ngạn, Sơn Động; 3 triệu tấn cao lanh ở
Yên Dũng. Khoáng sản sét cũng có tiềm năng lớn, sử dụng làm gạch ngói,
với 16 mỏ và điểm mỏ, tổng trữ lượng khoảng 360 triệu m3.
1.1.4. Đặc điểm thổ nhưỡng:
Lớp vỏ thổ nhưỡng ở hệ thống sông Thái Bình nói chung và lưu vực
sông Lục Nam nói riêng có quá trình phát triển lâu dài trong điều kiện khí
hậu nhiệt đới, bao gồm các loại chính sau đây:
+ Đất feralit thuộc vùng núi ơ các huyện Sơn Động, Lục Nam, Lục

Ngạn. Trên loại đất này còn rừng tự nhiên che phủ nên đất tương đối
tốt.
+ Đất feralit màu vàng, đỏ vàng thuộc vùng gò đồi, phát triển trên
8


đá phiến sét, phiến sa và biến chất, phân bố ở các huyện Sơn Động, Lục
Nam, Lục Ngạn. Loại đất này thường chua, khả năng giữ nước kém, tỉ
lệ sắt trong đất cao, nhưng giàu canxi…Đất gò đồi thấp thích hợp với
cây công nghiệp
+ Đất ferlít đỏ vàng biến đổi quá trình canh tác, đã bạc màu
nhưng có khả năng trồng được cây công nghiệp. Loại đất này phân bố
không thành vùng, mà rải rác xen kẽ với các ngọn đồi phiến thạch sét ở
các huyện Lục Nam, Sơn Động. Đất có độ mùn cao (2 ÷ 4%), đạm 2%, lân
0,08%, PH = 4 ÷ 4,1 là loại đất thích hợp với các cây lấy gỗ, cây công
nghiệp
+ Đất phù sa cổ phân bố ở phù sa Sơn Động, Yên Thế.
+ Đất chiêm trũng Glây. Loại đất này có nhiều sắt hàm lượng canxi manhê từ 5 ÷ 6 mg/100g đất. Thường trồng từ 1 ÷ 2 vụ lúa trong năm, độ PH
= 4 ÷ 4,5 bị chua và nghèo lân, kali có năng suất thấp, cần được cải tạo.
+ Đất bạc màu. Đất này có thành phần cơ giới nhẹ, nghèo mùn, kết
von dưới tầng đế cày, đôi khi gặp đá ong hoá, cây trồng cho năng suất thấp,
để cải tạo tốt cần cấp nước phù sa, bón phân hữu cơ, đa dạng hóa cây trồng.
Giữa thổ nhưỡng và thực vật có mối quan hệ chặt chẽ và phụ thuộc
thống nhất. Bên cạnh những tác động của chế độ nhiệt, ẩm thì thổ nhưỡng là
nhân tố có ảnh hưởng trực tiếp đến thực vật, tạo nên nhiều loại thực vật
phong phú và đa dạng.
1.1.5. Đặc điểm thảm phủ thực vật:
Khí hậu của khu vực có tính chất nhiệt đới nóng ẩm, mưa nhiều có
một mùa đông lạnh và mang tính chất đại dương rõ rệt do ảnh hưởng trực
tiếp của biển. Đây là điều kiện thuận lợi cho thực vật xanh tốt, sinh trưởng

9


mạnh mẽ quanh năm và phân bố rộng rãi khắp trong vùng. Điển hình là các
loài thực vật như: các loại cây ăn quả, cây lương thực và cây công nghiệp
nhiệt đới.
Thực vật chủ yếu là rừng thưa; rừng nguyên sinh chỉ chiếm một tỷ lệ
rất nhỏ. Do quá trình khai thác, tàn phá lâu dài của con người, làm hạn chế
khả năng điều tiết nước cho mùa cạn trên lưu vực sông cũng như ảnh hưởng
đến việc điều hòa khí hậu, giữ đất, làm chậm lũ…
1.2. Đặc điểm trạm thủy văn Chũ:
Trạm thuỷ văn Chũ được đặt vào giữa đoạn sông Lục Nam. Đoạn
sông đặt trạm tương đối thẳng với chiều dài khoảng 500 m. Phía thượng lưu
và hạ lưu gần đoạn sông hơi uốn lượn cong hình chữ S.
Độ sâu lòng sông từ tuyến chính xuống tuyến bổ trợ biến đổi từ sâu
đến nông. Do vậy, độ dốc đáy sông đặt trạm tương đối nhỏ.
Đoạn sông đặt trạm chảy qua vùng đồi núi. Vì vậy hai bên bờ khống
chế được mực nước khá cao. Khi mực nước H > 11m mới xuất hiện bãi tràn
ở bên bờ tả. Độ rộng của bãi tràn khoảng 300m. Độ sâu trung bình tại tuyến
chính khoảng 2.5 m. Cách trạm khoảng 1.6 km về phía thượng lưu có một
thác nhỏ gọi là thác Giảng. Cách trạm 700 m về phía hạ lưu có một thác nhỏ
( thác Dân ).
Cách tuyến chính 800 m về phía thượng lưu có một bãi đá cát sỏi rộng
khoảng 500 m2 nằm bên tả ngạn. Tại đây dòng chảy chếch sang bờ hữu.
Nhưng từ bãi đá sỏi xuống tới trạm dòng chảy dần dần chuyển sang bờ tả.
Về mùa kiệt, chủ lưu ở phía bờ hữu, mùa lũ chủ lưu chuyển sang phía bờ tả,
có lúc xuất hiện hai dòng chảy chính.

10

Lòng sông cấu tạo bằng đá sỏi, lượng cát bồi xói không đáng kể. Hai
bên bờ cấu tạo bằng đất phù sa pha cát. Do vậy cỏ mọc khá tốt và có nhiều
bãi ngô, mía và lúa.
Trạm cách Lục Đầu Giang khoảng 60 km về phía hạ lưu.
Do cấu tạo địa hình, địa chất và lớp thảm thực vật như vậy nên giữa
và cuối mùa lũ trạm bị ảnh hưởng vật do ứ nước hạ lưu từ lũ sông Hồng,
sông Thương và sông Cầu đổ lên.
Khi mực nước H < 2.8 m, việc đo lưu lượng ở tuyến cơ bản gặp khó
khăn do tốc độ dòng nước quá nhỏ, nên trạm phải chuyển lên đo lưu lượng ở
tuyến phụ. Tuyến này cách tuyến cơ bản 1.6 km về phía thượng lưu. Đoạn
sông từ tuyến phụ đến tuyến chính không có dòng chảy hợp lưu.
Về mùa cạn, lượng nước cung cấp cho sông nhỏ. Nguồn nước nhập
lưu không đáng kể. Mực nước trong sông ít thay đổi nên dòng chảy ổn định.
Thời gian xuất hiện trung bình của mùa cạn từ tháng XI đến tháng IV năm
sau.
Về mùa lũ; đầu mùa dòng chảy chịu ảnh hưởng lũ, giữa mùa dòng
chảy chịu ảnh hưởng vật do ứ nước hạ lưu lên từ sông Hồng, sông Thương
và sông Cầu và ảnh hưởng lũ lên xuống do lượng mưa tập trung vào lưu vực
trạm khống chế. Thường nhánh lũ lên của các con lũ gần đường ổn định hơn.
Phần nước thấp sườn xuống của lũ dần chuyển sang vật. Mùa lũ thời gian
xuất hiện trung bình từ tháng IV đến tháng X. Thời kỳ này dòng chảy chịu
ảnh hưởng lũ, vật xen kẽ các thời kỳ ổn định tạm thời.
Do lũ lớn chủ yếu từ sông Hồng đổ về hạ lưu và dâng đến trạm, độ
dốc đáy sông ở trạm và phía hạ lưu nhỏ nên có thời kỳ dòng chảy chịu ảnh
hưởng khá mạnh.
Tính chất của dòng chảy tuỳ theo địa hình lòng sông và các cấp mực
nước mà dòng chảy chính thay đổi.
11

Khi mực nước H < 4m, tốc độ dòng nước bình thường. Tốc độ dòng
nước lớn nhất ở giữa dòng.
Khi mực nước 4m < H < 7m, dòng chảy hơi xiên về phía tả ngạn.
Khi mực nước H > 7m, tốc độ dòng nước xuất hiện ở giữa dòng và ở
phần mực nước cao thường có hiện tượng xoáy mạnh ở hai bên gần bờ.
1.3. Đặc điểm thủy văn lưu vực sông Lục Nam:
1.3.1. Đặc trưng dòng chảy năm trên lưu vực sông Lục Nam:
Do ảnh hưởng của khí hậu, sông Lục Nam tuy nhỏ hơn sông Thương
nhưng lại nhiều nước hơn.
Tổng lượng nước bình quân nhiều năm của sông Lục Nam đạt 1.8 km 3,
ứng với lưu lượng bình quân 52.8 m 3/s và môđun dòng chảy năm là 19
l/s/km2.
Vùng có lượng dòng chảy lớn nhất ở đông nam Sơn Động, nơi có
lượng mưa nhiều nhất lưu vực. Môđun dòng chảy năm từ 19 – 22 l/s/km2.
Vùng ít nước ở phía bắc Sơn Động và đông bắc Lục Ngạn, môđun
dòng chảy năm chỉ đạt 15 – 16 l/s/km 2. Do điều kiện mặt đệm của lưu vực ít
có khả năng điều tiết dòng chảy nên chế độ nước sông Lục Nam thuộc loại
cực đoan nhất miền bắc.
1.3.2 Đặc trưng dòng chảy lũ trên lưu vực sông Lục Nam:
Dòng chảy lũ, nước lũ trên sông Lục Nam thuộc loại ác liệt nhất miền
Bắc. Biên độ mực nước lớn nhất đều trên 11 m. Cường suất mực nước
lớn nhất bình quân tới 159 cm/h. Lưu lượng lớn nhất so với lưu lượng
nhỏ nhất gấp tới 10000 lần.
Thượng lưu sông Lục Nam thường có lũ xuất hiện sớm vào tháng
IV hoặc tháng V với biên độ mực nước 2 – 3m, lưu lượng đỉnh lũ gấp 2
– 3 lần lưu lượng bình quân năm.

12

Mùa lũ từ tháng V- IX, chiếm trên 70% lượng nước cả năm.
1.3.3 Đặc trưng dòng chảy kiệt trên lưu vực sông Lục Nam:
Lưu vực sông Lục Nam có đặc điểm là dòng chảy mặt hình thành thuận lợi.
Điều đó là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến lưu lượng dòng chảy ngầm ít nhất
miền Bắc, khoảng 17 – 20% lượng dòng chảy cả năm. Môđun dòng chảy
tháng nhỏ nhất chỉ đạt 1.97 – 2.05 l/s/km2. Phía sông Cẩm Đàn dòng chảy 30
ngày liên tục nhỏ nhất chỉ đạt 1.72 l.s/km2.
1.3.4 Đặc trưng dòng chảy bùn cát trên lưu vực sông Lục Nam:
Độ đục bình quân năm tại Chũ là 330 g/m 3, đường kính hạt thường nhỏ và ít
thay đổi. Tại Chũ Dbq = 0,02-0,3 mm, môđun xâm thực lớn hơn so với sông
Cầu và sông Thương bình quân 200 tấn/km2/năm. Nước sông Lục Nam có
độ khoáng hoá bình quân thấp so với hai sông kia khoảng 100 mg/l. Nước
sông thuộc lớp hydrocacbonat nhóm canxi ion HCO 3 chiếm trên 90% tổng
lưu lượng các cation các ion Mg++, Na+, SO4--, K+, SO 4, CL đều có hàm
lượng thấp ít thay đổi. Nước sông Lục Nam có độ cứng : 0,5 - 1 me/l, pH
bình quân là 6,5; hàm lượng silic trong nước sông lớn hơn 10 mg/l. Tổng
lượng chất hoà tan bình quân năm của sông là 0,119.10 6 tấn tương đương
với môđun là 57 tấn/km2/năm. Nhìn chung chất lượng nước tự nhiên thuộc
loại tốt, phù hợp với yêu cầu sử dụng nước cho dân sinh và các ngành kinh
tế.
1.4. Đặc điểm khí hậu trên lưu vực sông Lục Nam:
1.4.1 Khái quát chung:
Do nằm ở vị trí đệm giữa khu vực núi Đông Bắc và đồng bằng
sông Hồng nên khí hậu lưu vực sông Lục Nam có tính đa dạng của chế
độ hoàn lưu gió mùa nhiệt đới. Mùa đông ít mưa, sương muối xuất hiện
13

trên nhiều đồi núi. Mùa hạ nóng ẩm mưa nhiều, lượng mưa phân bố
không đều do ảnh hưởng của địa hình. Mưa giảm dần từ phía Quảng
Ninh về các huyện Lục Ngạn, Sơn Động và từ phía Hải Dương về huyện
Yên Dũng. Lượng mưa trung bình cả năm là 1300 – 1800 mm. Vùng núi
bị chi phối bởi vĩ độ và địa thể bình phong nên ít mưa và khô hanh.
Thêm vào đó, gió biển có nhiều hơi nước theo thung lũng sông Thương
đưa lên phía Bắc đem về gió lạnh, mùa đông đến sớm.
Nhiệt độ thấp dần từ trung du lên miền núi. Mùa nóng từ tháng V
đến tháng IX, nhiệt độ trung bình từ 27 – 280C. Mùa lạnh từ tháng XII
đến tháng II, nhiệt độ trung bình là 16 – 170C. Số tháng có nhiệt độ
không khí dưới 150C chỉ 1 – 2 tháng, trên 270C có 3 tháng. Sự biến động
về số giờ nắng trong các năm cũng không nhiều (từ 1530 – 1776 giờ).
Khí hậu lưu vực sông Lục Nam với chế độ nhiệt ẩm như trên
thích hợp với các nhu cầu sinh trưởng của các cây trồng nhiệt đới. Vùng
đồi trung du lạnh vừa và ẩm là điều kiện thuận lợi cho việc phát triển
cây ăn quả và công công nghiệp. Vùng núi lạnh và ẩm, thuận lợi cho
việc trồng cây gây rừng, trồng chè, các loại rau ôn đới, chăn nuôi gia
súc.
1.4.2 Chế độ bức xạ:
Do ở vùng khí hậu nhiệt đới, nên lưu vực sông Lục Nam hàng năm
nhận được nguồn năng lượng bức xạ 100 ÷ 200 Kcal/cm2/tháng, trung bình
là 60 ÷ 80 Kcal/cm2/tháng. Nhỏ nhất là tháng I và II có tổng lượng bức xạ là
5÷8 kcal/cm2/tháng, lớn nhất là vào tháng VII, thời kỳ lên cao nhất trên Vĩ
độ Bắc lượng bức xạ tổng cộng tới 12 ÷ 16 Kcal/cm2/tháng. Các tháng mùa
hạ cán cân bức xạ tăng tương đối đồng đều trên toàn lưu vực nên mức độ
chênh lệch ít hơn các tháng mùa đông.
14


1.4.3 Chế độ ẩm:

Độ ẩm không khí tương đối trung bình nhiều năm của lưu vực vào
khoảng 84%. Độ ẩm tương đối lớn nhất xuất hiện vào các tháng mùa hè,
mùa xuân, nhất là các ngày có gió mùa Đông Bắc hoạt động mạnh gây mưa
lớn. Trong các tháng này độ ẩm tương đối thường cao hơn 86%. Độ ẩm thấp
nhất xảy ra vào các tháng mùa đông, đặc biệt vào những ngày gió Tây Nam
khô nóng hoạt động, trong thời kỳ này độ ẩm có thể nhỏ hơn 50%.
1.4.4 Chế độ nhiệt:
Lưu vực sông Lục Nam vừa chịu ảnh hưởng của gió mùa cực đới
Châu Á đồng thời do nằm sát bên bờ Thái Bình Dương nên lại chịu ảnh
hưởng thường xuyên mãnh liệt của khí hậu biển cả trong mùa hè và mùa
đông, có khí hậu ôn hoà hơn về mùa hạ so với các vùng nhiệt đới trong lục
địa, nhưng lại có mùa đông lạnh hơn.
Do chịu ảnh hưởng nhiều của gió mùa Đông Bắc trong mùa đông và
gió mùa Tây Nam trong mùa hạ nên thời gian ấm nóng trong phần lớn lưu
vực kéo dài từ 8 ÷ 9 tháng ( tháng III ÷ IX, có nhiệt độ trung bình tháng trên
20oC, tháng V ÷ IX có nhiệt độ cao hơn 25 oC ). Nhiệt độ thấp ở hầu khắp
trong lưu vực vào tháng XII ÷ II ( thấp nhất thường vào tháng I và đầu tháng
II ).
Nhiệt độ không khí bình quân nhiều năm là 22 - 23oC.
1.4.5 Bốc hơi:
Các tháng lạnh ẩm có lượng bốc hơi thấp, các tháng khô nóng lượng
bốc hơi cao hơn rõ rệt.
Do khu vực nắng khá nhiều nên lượng bốc hơi khá cao. Lượng bốc
hơi hàng năm trong lưu vực thuộc loại lớn nhất miền Bắc, 900 – 1164 mm,
15


và bốc hơi lớn nhất lên tới 1200 – 1300 mm. Bốc hơi mạnh nhất vào những
ngày gió Tây Nam khô nóng hoạt động. Các tháng mùa hè lên đến trên
80mm mỗi tháng, trái lại trong các tháng mùa mưa lượng bốc hơi chỉ dưới

50mm. Tháng có lượng bốc hơi nhỏ nhất là tháng II.
1.4.6 Chế độ gió:
Gió hoạt động trên lãnh thổ miền Bắc nói chung có thể chia làm hai
mùa: gió mùa đông từ tháng XI - IV năm sau và gió mùa hạ từ tháng V - X.
Hai hướng gió thịnh hành trong năm là hướng Nam và Đông Nam.
Trong mùa đông khi gió Đông Bắc tràn về, hướng gió Đông Bắc và Bắc
cùng xuất hiện, song không đều trên lưu vực và tần suất xuất hiện nhỏ hơn
nhiều so với hướng Đông Nam. Hướng Đông Nam không những thịnh hành
trong mùa hè mà còn thịnh hành trong cả một số tháng mùa đông, đồng thời
là nguyên nhân tạo ra những đợt nóng ấm xen kẽ trong mùa đông.
1.4.7 Chế độ mưa:
Chế độ mưa có sự phân hóa theo mùa khá đặc biệt: một mùa mưa tập
trung và một mùa tương đối ít mưa. Do phụ thuộc vào nguồn cung cấp ẩm
nên mùa ít mưa thường rơi vào mùa đông, mùa mưa tập trung thường rơi
vào mùa hè.
Mưa mùa đông mang lại một lượng nước hạn chế. Mưa phùn xuất
hiện chủ yếu trong tháng II-III và hầu như chỉ có tác dụng làm tăng độ ẩm
ướt của không khí chứ không góp phần vào trữ lượng ẩm thực tế của đất.
Lượng mưa luôn thiếu hụt so với khả năng bốc hơi và chỉ bằng khoảng 2/3
lượng nước bốc hơi. Ngược lại, mưa mùa hạ có cường độ và lượng mưa lớn
hơn rất nhiều, đặc biệt khi ảnh hưởng của bão hoặc dải hội tụ nhiệt đới kết
hợp với các hình thế thời tiết khác.

16


Mùa mưa thường bắt đầu vào cuối tháng IV đầu tháng V và kết thúc
vào tháng X. Ba tháng liên tục có lượng mưa trung bình tháng lớn nhất xuất
hiện vào các tháng VI- VIII. Lượng mưa trung bình nhiều năm khoảng trên
1400 mm.

Lượng mưa trung bình năm trong lưu vực có xu hướng tăng dần từ tây
sang đông: Lục Nam 1302 mm, Biển Động 1372 mm, Tuấn Đạo 1660 mm,
Sơn Động 1504 mm, Khuân Thần 1336 mm. Tâm mưa lớn nhất của lưu vực
ở vùng núi phía đông Sơn Động 1660 mm. Tại đay năm mưa nhiều đạt tới
2000 – 2034 mm. Ở Lục Ngạn là nơi ít mưa nhất 1078 mm và có năm chỉ
đạt 820 mm.
Lượng mưa 1 ngày lớn nhất tại Sơn Động đạt 140 – 160 mm, 3 ngày
lớn nhất 190 – 230 mm.
Tháng có lượng mưa ít nhất chỉ chiếm 1% lượng mưa cả năm.
1.4.8 Chế độ lũ:
Mùa lũ trên sông Lục Nam thường kéo dài từ tháng V và kết thúc vào
tháng IX.
Những trận lũ lớn nhất thường kéo dài trên 3 ngày với 1 đến 2 đỉnh.
1.5. Tình hình nghiên cứu khí tượng, thủy văn trên lưu vực sông Lục
Nam:
1.5.1. Hiện trạng công tác dự báo khí tượng, thủy văn:
Dự báo khí tượng thủy văn là một công tác rất quan trọng để giảm
thiếu tối đa nhưng thiệt hại do Thiên tai – một hiện tượng bất khả kháng gây ra.

17


Việt Nam là một trong số các nước trong khu vực chịu nhiều ảnh
hưởng của thiên tai. Trong những năm gần đây, Việt Nam bị ảnh hưởng
nặng nề bởi các dạng thiên tai như bão, mưa lớn, nước dâng do bão, lũ quét,
lũ…
Mặc dù nhiều năm đã trôi qua, kể cả khi tên các cơn bão như
Chanchu, Xangsane, Ketsana đã bị Ủy ban Bão loại khỏi danh sách tên bão,
nhiều người vẫn còn nhớ tới những thiệt hại khủng khiếp về người và của do
các cơn bão này gây ra không chỉ đối với Việt Nam, mà cả các nước khác

trong khu vực như Philipines, Lào và Campuchia.
Nhận thức sâu sắc về tầm quan trọng của dự báo, cảnh báo trong
phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai, Chính phủ Việt Nam đã quan tâm đầu tư
nhằm tăng cường năng lực Khí tượng Thủy văn, đặc biệt chú trọng hiện đại
hóa mạng lưới quan trắc và công nghệ dự báo.
Nhờ có sự quan tâm đặc biệt này, chất lượng các bản tin dự báo và
dịch vụ Khí tượng Thủy văn đã dần dần được cải thiện. Ngoài ra, Trung tâm
Khí tượng Thủy văn Quốc Gia đã thiết lập đường dây nóng với Văn phòng
Ban Chỉ đạo Phòng chống Lụt bão Trung ương, Ủy ban Quốc gia Tìm kiếm
Cứu nạn nhằm truyền phát nhanh các thông tin về khí tượng thủy văn và
phối hợp với các cơ quan thông tấn báo chí cải thiện chất lượng các bản tin
dự báo thời tiết.
Các bản tin dự báo thời tiết nói chung và dự báo các điều kiện thời tiết
nguy hiểm nói riêng đã được thông báo kịp thời hơn, thân thiện với người sử
dụng hơn và dễ hiểu hơn.
Trong khuôn khổ hợp tác với các nước thành viên của Tổ chức Khí
tượng Thế giới, các nước trong khu vực Đông Nam Á, Việt Nam đã và đang

18


giúp đỡ Lào và Campuchia tăng cường năng lực dự báo Khí tượng Thủy văn
một cách hiệu quả.
1.5.2. Tình hình dự báo thời tiết lưu vực sông Lục Nam:
Do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu, thời tiết Việt Nam nói
chung và trên lưu vực sông Lục Nam nói riêng ngày càng diễn biến phức
tạp, xảy ra nhiều hiện tượng cực đoan. Chính vì vậy, công tác dự báo thời
tiết trên lưu vực ngày càng được chú trọng hơn để có thể cảnh báo được
những diễn biến thời tiết nguy hiểm xảy ra.
1.5.3. Tình hình dự báo thủy văn lưu vực sông Lục Nam:

Hàng năm, trên lưu vực sông có khoảng 5,6 trận lũ lớn nhỏ. Tuy
nhiên, việc dự báo lũ vẫn chưa được thực hiện tốt. Đặc biệt, trận lũ lịch sử
cuối tháng 9 năm 2008 đã gây nhiều thiệt hại nghiêm trọng đến tính mạng,
tài sản của nhân dân ba huyện Sơn Động, Lục Ngạn, Lục Nam của tỉnh Bắc
Giang do chế độ dự báo chưa được kịp thời. Chính vì vậy, việc dự báo lũ
cần phải được chú trọng hơn.

19


Chương II
CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP MỰC NƯỚC TƯƠNG
ỨNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG ĐƠN VỊ SHERMAN
2.1.Phương pháp mực nước tương ứng.
2.1.1 Phương trình mực nước tương ứng viết cho đoạn sông không
nhánh
Giả sử mối quan hệ lưu lượng, mực nước tại mặt cắt trạm thủy văn có
dạng sau:
Q = ( a. H + b)n
(2.1)
Trong đó a, b là các hệ số hồi quy tuyến tính, n tham số đặc trưng cho
hình dạng của mặt cắt; đối với mỗi mặt cắt các tham số a, b và n thường
được xem là các hằng số, xác định bằng phương pháp thống kê từ số liệu
thực đo.
Thay (2.1) vào Phương trình Qd,t+τ = (1+α).Qtr, t (*)sẽ được mối quan
hệ mực nước tương ứng trạm trên và trạm dưới:
(a1. Hd,t+t + b1)n1 = (1+a).(a2. Htr,t + b2)n2
1
Hd,t+t = a
1

1
n2


n1
n1
(
1
+
α
)
.(
a
.
H
+
b
)
− b1 

2
tr ,t
2



Nếu hình dạng mặt cắt trạm trên và mặt cắt trạm dưới là tương tự
nhau, thì có thể coi n1= n2, khi đó:
1

a2
n1
1
Hd,t+t = a .(1+a) n1 . Htr,t + (1 + α ) .b2 − b1
1
a1
b2

(2.2)

1

a2
n1
1
Đặt: b = a .(1+a) n1 và g = (1 + α ) .b2 − b1
1
a1
b2

Vì a1, a2, b1, b2 và n1 là các hằng số nên β, γ cũng là các hằng số. Thay

β, γ vào biểu thức (2.2) thu được phương trình mực nước tương ứng viết cho
đoạn sông không có nhánh lớn:
Hd,t+t = b.Htr,t + g
( 2.3)
So sánh (*) và (2.3) cho thấy ở đoạn sông không có nhánh lớn quan hệ
mực nước tương ứng và lưu lượng tương ứng đều là tuyến tính, nhưng quan

20


hệ mực nước tương ứng (2.3) phụ thuộc vào nhiều giả thiết hơn, ngay cả khi
lượng nhập khu giữa bằng 0 (α = 0) thì β, γ vẫn còn phụ thuộc vào các tham
số a1, a2, b1, b2, n1, n2 mà chúng đều phụ thuộc vào độ dốc mặt nước và hình
dạng của mặt cắt tuyến trạm đo, cho nên quan hệ mực nước tương ứng
thường ít chặt chẽ hơn so với quan hệ lưu lượng tương ứng. Tuy nhiên, do
việc đo đạc mực nước đơn giản hơn và ít gặp sai số hơn so với đo lưu lượng,
nên trong nhiều trường hợp sử dụng quan hệ mực nước tương ứng để dự báo
vẫn thu được kết quả tốt, đáp ứng được yêu cầu.
Nếu tính đến ảnh hưởng của biến hình sóng lũ thì (2.3) được viết lại
dưới dạng sau:
H đ, t+τ = β.H tr,t + γ + ∆Hs
(2.4)
Trong đó ∆Hs là chênh lệch mực nước gây ra bởi biến hình sóng lũ;

∆Hs phụ thuộc vào độ dốc mặt nước nên trong thực tế khi xây dựng biểu đồ
dự báo mực nước trạm dưới người ta thường sử dụng mực nước trạm dưới
tại thời điểm dự báo làm tham số dưới dạng:
H d, t+τ = ƒ ( H tr,t, Hd,t)
(2.5)
2.1.2. Xác định thời gian truyền lũ trên đoạn sông không nhánh
1.Phương pháp điểm đặc trưng
Cơ sở của phương pháp: Người ta cho rằng sau một khoảng thời gian
nhất định, quá trình lũ từ tuyến trên sẽ được truyền nguyên dạng về tuyến
dưới với đầy đủ các đặc trưng chính. Khoảng thời gian đó chính là thời gian
truyền lũ τ.
Như vậy, khoảng thời gian chênh lệch thời điểm xuất hiện các điểm đặc
trưng mực nước chân lũ (HC) và mực nước đỉnh lũ (HĐ) trên đường quá trình

lũ tương ứng của trạm trên và trạm dưới sẽ là thời gian truyền lũ τ của đoạn
sông.
2 . Phương pháp đánh giá sai số
Đánh giá sai số dự báo cần đảm bảo tính khách quan ngay cả khi dự
báo cùng yếu tố nhưng theo các phương pháp khác nhau hay một phương

21


pháp sử dụng dự báo các yếu tố thuỷ văn khác nhau. Để đảm bảo yêu cầu
trên người ta dùng phương pháp thống kê toán học.
a, Đánh giá sai số dự báo yếu tố
Trị số dự báo được gọi là đạt yêu cầu, nếu sai số dự báo yếu tố nhỏ
hơn sai số cho phép. Trong thống kê, người ta lấy sai số cho phép bằng
0.674 khoảng lệch quân phương của đại lượng dự báo hay khoảng lệch quân
phương của trị số thay đổi yếu tố dự báo trong thời gian dự kiến:
∆cf =0.674σ∆

(2.1)

Trong đó:
∆cf : Là sai số cho phép
σ∆

: Là khoảng lệch quân phương của trị số thay đổi yếu tố dự

báo
trong thời gian dự kiến
n

σ∆ =

∑(∆y

−∆yo )

n

2

i

1

n

=

∑(∆)

2

1

n

với:

∆y i : Biến đổi của đại lượng dự báo trong thời gian dự kiến
∆yi = ( yt +τ − yt )t .do = ∆ Ythiên nhiên

∆yo : Trị bình quân của các giá trị biến đổi của đại lượng dự báo trong
thời gian dự kiến:
n

∆yo =

∑∆y

i

1

n

n

=

22

∑∆y

thiennhien

1

n

Nếu ta gọi ∆ là sai số dự báo yếu tố, ta có:

∆ = y DB − yTD
Trong đó y DB : Trị số dự báo

yTD : Trị số thực đo
Yếu tố dự báo đạt yêu cầu khi: ∆ ≤ ∆ cf
b, Đánh giá sai số phương án
Có nhiều chỉ tiêu khác nhau để đánh giá chất lượng của phương án dự
báo. Độ chính xác và thời gian dự kiến của dự báo thuỷ văn có mối liên hệ
với mức độ nghiên cứu của hiện tượng thuỷ văn cần dự báo, với mức độ ảnh
hưởng của các nhân tố dự báo, ngoài ra nó còn phụ thuộc vào độ chính xác
của tài liệu dùng để xây dựng phương án dự báo. Mặt khác khi thời gian dự
kiến của dự báo tăng lên thì độ chính xác của phương án dự báo sẽ giảm đi.
Sai số của phương án có thể được đánh giá thông qua hệ số tương
quan của biểu đồ dự báo (η) hay tỷ lệ của sai số quân phương của dự báo
kiểm tra trên khoảng lệch quân phương chuẩn (S/σ).
Trong đó:
Sai số quân phương của dự báo kiểm tra được tính khi số lần dự báo
(n) nhiều là:
n

S=

∑(y

db

− y t .d )

n

2

=

1

n

∑ ( ∆y )

2

db

1

(2.3)

n

Trường hợp số lần dự báo (n) ít thì:
n

S=

∑(y

db

− yt .do )

1

n−m

n

2

=

∑ ( ∆y )

2
db

1

(2.4)

n−m

m: là số thông số của phương trình dự báo
23


Hệ số tương quan η được xác định theo công thức:

S
η = 1−  
σ 

2

(2.5)

Khi quan hệ dự báo là quan hệ hàm thì S = 0 và η = 1 điều đó cho
thấy sự thay đổi của yếu tố dự báo được xác định bởi các nhân tố dự báo.
Khi S = σ và η = 0 thì nhân tố dự báo không ảnh hưởng đến yếu tố dự báo.
Chất lượng của phương án dự báo còn được xác định bằng tỷ số giữa
số lần dự báo đạt trên tổng số lần dự báo.
Gọi m: số lần dự báo đạt
N: tổng số lần dự báo
P(%): mức bảo đảm của phương án dự báo

P=

m
× 100
n

(%)

Chỉ tiêu đánh giá phương án dự báo được quy định như sau:
Bảng 1.1. Chỉ tiêu đánh giá phương án dự báo
Độ chính xác của
phương án

S
σ

η

P(%)

Tốt

< 0.4

> 0.9

>90

Đạt

0.4 - 0.6

0.8 - 0.9

75 - 90

Kém

0.6 - 0.8

0.6 – 0.8

60 - 75

Không đạt

> 0.8

< 0.6

< 60

2.2.Phương pháp đường đơn vị Sherman
Phương pháp này do Sherman đưa ra năm 1932.
Định nghĩa: Đường đơn vị là đường quá trình lũ xảy ra do lượng mưa
hiệu quả một đơn vị (y0= 10mm hoặc 1 inch) phân bố đều trên lưu vực kéo
dài trong một đơn vị thời gian gây ra.
24


Đường đơn vị của Sherman được xây dựng trên 3 giả thiết sau:
- Chiều rộng đáy đường đơn vị do các trận mưa cùng thời đoạn như
nhau gây ra thì bằng nhau.
- Nếu thời gian mưa bằng nhau, nhưng lượng mưa khác nhau thì tung
độ đường quá trình dòng chảy ở mặt cắt khống chế tỉ lệ thuận với lượng mưa
hiệu quả:
qi ( X − P ) i
yi
=
=
qi* ( X − P ) *i
y i*
*

qi, qi là chiều cao đường quá trình dòng chảy tại mặt cắt khống chế

*
do lượng mưa hiệu quả yi và yi gây ra; P là lượng tổn thất.

- Nếu mưa kéo dài trong m thời đoạn, thì đường quá trình dòng chảy ở
mặt cắt khống chế là tổng cộng các đường quá trình lũ thành phần ứng với
từng lượng mưa thời đoạn sinh ra.
Gọi ui là tung độ của đường đơn vị do lượng mưa hiệu quả y0 gây ra.
Khi cùng trên lưu vực này một lượng mưa hiệu quả y cũng xảy ra trong một
đơn vị thời gian thì sẽ gây ra lũ có lưu lượng Qi tỷ lệ thuận với lượng mưa
hiệu quả y:
Qi
y
y
ui
=
suy ra: Qi =
y0
ui
y0

(4.16)

Với i = 1, 2,..., n thời đoạn; n là độ rộng của đường đơn vị.
- Nếu mưa kéo dài m thời đoạn thì lưu lượng lũ sẽ là tổng cộng các
đường quá trình của các con lũ ứng với từng lượng mưa thời đoạn:
i

Qi =

yi

∑y
j =1

.u i +1− j

(4.17)

0

Với i = 1, 2,..., (n+m-1) thời đoạn.
2.2.1. Cách xây dựng đường đơn vị

25