Ứng dụng mô hình SOBEK –RR mô phỏng dòng chảy lũ đến hồ kẻ gỗ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA KHÍ TƯỢNG - THỦY VĂN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SOBEK – RR MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY LŨ ĐẾN
HỒ KẺ GỖ

Sinh viên thực hiện: Luân Mạnh Hùng
Giáo viên hướng dẫn: ThS. Trần Ngọc Huân

Hà Nội, năm 2015


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa khí tượng
Thủy văn và Khoa Tài nguyên nước, Trường đại học Tài nguyên và Môi
trường Hà Nội đã hướng dẫn trong suốt quá trình làm đồ án, đặc biệt là Th.S
Trần Ngọc Huân người đã hướng dẫn và chỉ dạy rất tận tình.
Do hạn chế về thời gian cũng như khả năng của bản thân, mặc dù đã có
nhiều cố gắng nhưng đồ án không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Vì
vậy, em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo quý báu của thầy cô và các
bạn.
Em xin chân thành cám ơn!
Hà Nội ngày 06 tháng 07 năm 2015
Sinh viên
Luân Mạnh Hùng


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ, XÃ HỘI LƯU

VỰC SÔNG RÀO CÁI .......................................................................................... 3
1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN ................................................................... 3
1.1.1. Vị trí khu vực nghiên cứu ........................................................................ 3
1.1.2. Đặc điểm khí hậu, thủy văn khu vực........................................................ 4
1.1.3. Khái quát về hệ thống thuỷ lợi hồ Kẻ gỗ ................................................ 5
1.1.4. Mạng lưới trạm khí tượng - thủy văn ...................................................... 8
1.1.5 Thông số kĩ thuật chính của hồ Kẻ Gỗ.................................................... 10
1.2. ĐIỀU KIỆN KINH TẾ- XÃ HỘI.................................................................. 11
1.2.1. Dân cư và dân số ................................................................................... 11
1.2.2. Nông nghiệp và nông thôn..................................................................... 12
1.3. TÌNH HÌNH LŨ LỤT HIỆN NAY ............................................................... 13
1.3.1. Tình hình lũ lụt khu vực nghiên cứu ...................................................... 13
1.3.2. Những trận lũ điển hình ......................................................................... 14
1.4. NHẬN XÉT ................................................................................................. 16
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SOBEK RR (RAINFALL – RUNOFF)
.............................................................................................................................. 18
2.1. MỘT SỐ MÔ HÌNH MƯA – DÒNG CHẢY ................................................ 18
2.1.1. Mô hình đường đơn vị ........................................................................... 18
2.1.2. Mô hình NAM....................................................................................... 20
2.1.3. Mô hình TANK ..................................................................................... 21
2.2. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SOBEK – RR ........................................................ 22
2.2.1. Giới thiệu chung .................................................................................... 22
2.2.2. Khả năng ứng dụng các mô đun ............................................................ 23
2.2.3. Mô đun Rainfall Runoff (RR) và phương pháp tính tổn thất SCS .......... 25
2.3. NHẬN XÉT ................................................................................................. 28
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SOBEK –RR MÔ PHỎNG DÒNG
CHẢY LŨ HỒ KẺ GỖ ........................................................................................ 29
3.1. BIÊN TẬP DỮ LIỆU ĐẦU VÀO MÔ HÌNH SOBEK.................................. 29
3.1.1. Số liệu mưa ........................................................................................... 29
3.1.2. Số liệu dòng chảy. ................................................................................. 34

3.2. THIẾT LẬP MÔ HÌNH ............................................................................... 36
3.2.1. Nhập dữ liệu bản đồ .............................................................................. 36
3.2.2. Nhập dữ liệu mưa .................................................................................. 36
3.2.3. Khai báo các thông số. ......................................................................... 37
3.3. HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH .................................................................. 37


3.3.1. Hiệu chỉnh ............................................................................................. 38
3.3.2. Kiểm định ............................................................................................. 43
3.4. BỘ THÔNG SỐ ÁP DỤNG CHO LƯU VỰC .............................................. 45
3.5. MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY LŨ HỒ KẺ GỖ ............................................... 45
3.5.1. Dữ liệu mô phỏng.................................................................................. 45
3.5.2. Kết quả mô phỏng ................................................................................. 46
3.6. NHẬN XÉT ................................................................................................. 47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 49
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 49
KIẾN NGHỊ ....................................................................................................... 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 51


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Vị trí hồ Kẻ Gỗ ............................................................................... 3
Hình 1.2: Đập tràn chính ................................................................................ 6
Hình 1.3: Tràn sự cố ....................................................................................... 6
Hình 1.4: Cống lấy nước hồ Kẻ Gỗ ................................................................ 7
Hình 1.5: Mạng lưới trạm khí tượng và thủy văn lưu vực hồ kẻ gỗ và hạ du .. 9
Hình 2.1: Các biến số tổn thất dòng chảy trong phương pháp SCS ............... 26
Hình 3.1: Sơ đồ các bước và xác định đặc trưng lưu vực hồ Kẻ Gỗ ............. 31
Hình 3.2: Lưu vực hồ Kẻ Gỗ ........................................................................ 31
Hình 3.3: Sơ đồ miêu tả đa giác được vẽ tự động bằng phần mềm ArcGIS .. 33

Hình 3.4: Sơ đồ mô tả dòng chảy đến hồ Kẻ Gỗ ........................................... 35
Hình 3.5: Lưu lượng thực đo đến hồ kẻ gỗ sử dụng hiệu chỉnh mô hình ....... 35
Hình 3.6: Lưu lượng thực đo đến hồ kẻ gỗ sử dụng kiểm định mô hình ....... 35
Hình 3.7: Lưu vực hồ Kẻ Gỗ trong SOBEK ................................................. 36
Hình 3.8: Nhập dữ liệu mưa ......................................................................... 36
Hình 3.9: Cửa sổ khai báo thông số và nhập dữ liệu mưa cho lưu vực.......... 37
Hình 3.10: Lượng mưa bình quân lưu vực hồ Kẻ Gỗ .................................... 38
Hình 3.11: Lựa chọn điều kiện ẩm ban đầu .................................................. 39
Hình 3.12: Sơ đồ mô tả quá trình hiệu chỉnh mô hình SOBEK- RR ............. 41
Hình 3.13. Đường quá trình lưu lượng lũ hồ Kẻ Gỗ tính toán và thực đo,
trường hợp hiệu chỉnh .................................................................................. 42
Hình 3.14: Lượng mưa bình quân lưu vực hồ Kẻ Gỗ 14-19/X/2010 ............. 43
Hình 3.15: Đường quá trình lưu lượng lũ hồ Kẻ Gổ tính toán và thực đo,
trường hợp kiểm định. .................................................................................. 44
Hình 3.16: Biểu đồ lượng mưa ngày 16/X/2013 lưu vực hồ Kẻ Gỗ .............. 46
Hình 3.17: Đường quá trình lũ lưu vực hồ Kẻ Gỗ ngày 16/X/2013 .............. 46


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Danh mục các trạm khí tượng ........................................................ 9
Bảng 1.2: Dân số và phân bố dân cư tỉnh Hà Tĩnh năm 2009 ....................... 11
Bảng 1.3: Thống kê hiện trạng các nghành trên khu vực nghiên cứu ............ 12
Bảng 1.4: Uớc tính thiệt hại về lũ lụt tỉnh Hà Tĩnh từ năm 2003 – 2010 ....... 13
Bảng 1.5: Lượng mưa từ 7h ngày 14/10 đến 19h ngày 17/10 năm 2010 ....... 15
Bảng 3.1: Số liệu, tài liệu sử dụng cho đề tài. ............................................... 29
Bảng 3.2: Các trạm đo mưa sử dụng tính toán mưa bình quân lưu vực hồ Kẻ
Gỗ ................................................................................................................ 30
Bảng 3.3: Thông tin lưu vực ......................................................................... 32
Bảng 3.4: Trọng số mưa ảnh hưởng của các trạm trên lưu vực hồ Kẻ Gỗ ..... 33
Bảng 3.5: Số liệu sử dụng hiệu chỉnh và kiểm định ...................................... 37

Bảng 3.6: Chỉ số CN đối với từng loại nhóm đất .......................................... 40
Bảng 3.7: Đánh giá sai số khi đã hiệu chỉnh bộ thông số phù hợp. ............... 43
Bảng 3.8: Sai số sau khi kiểm định bộ thông số đã hiệu chỉnh ...................... 44
Bảng 3.9: Bộ thông số đã xác định sau khi tiến hành hiệu chỉnh và kiểm định
mô hình ........................................................................................................ 45
Bảng 3.10: Đánh giá trận lũ mô phỏng ......................................................... 47


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Do sự gia tăng dân số nhanh chóng, con người đã khai thác và sử dụng
nguồn tài nguyên từ các lưu vực một cách bừa bãi. Những hoạt động không
hợp lý đã tác động trực tiếp đến các lưu vực, làm thay đổi các quá trình tự
nhiên diễn ra bên trong mỗi lưu vực. Kết quả tất yếu của việc này khai thác
bừa bãi này chính là các tai biến tự nhiên ( lũ quét, ngập lụt, xói mòn đất...)
diễn ra ngày một nhiều hơn, mạnh hơn, gây nên những thiệt hại vô cùng to
lớn cho con người.
Hồ chứa chiếm một vị trí quan trọng trong việc điều tiết dòng chảy. Đời
sống con người liên quan mật thiết đến các lưu vực sông, hồ chứa.
Ngày nay giải quyết các bài toán quản lý, dự báo, đánh giá Tài nguyên
nước dựa trên các khía cạnh kỹ thuật, kinh tế xã hội và thể chế - chính sách.
Với hướng tiếp cận tổng hợp thì việc lựa chọn một công cụ mạnh, có thể giải
quyết tổng hợp những bài toán về Tài nguyên nước là cần thiết. Để hỗ trợ các
nhà quản lý, các Viện nghiên cứu và các trường đại học trên toàn thế giới,
Deltares đã xây dựng một bộ mô hình SOBEK tích hợp sẵn khả năng mô
phỏng tổng thể hệ thống Tài nguyên nước.
Mô hình SOBEK là mô hình mới được du nhập vào Việt Nam qua các
dự án quản lí tài nguyên nước của Hà Lan. Bộ mô hình SOBEK đã được áp
dụng phổ biến ở các nước trên thế giới đề giải quyết các bài toán Tính toán,
dự báo Tài nguyên nước; Quản lý chất lượng nước; Quản lý lũ lụt hạn hán;

Vận hành hệ thống cho cả lưu vực tự nhiên và lưu vực đô thị. Do vậy mô hình
SOBEK là một công cụ hữu ích nhằm đưa ra các giải pháp quản lý và phát
triển tài nguyên nước mang tính tổng thể.
Việc mô phỏng, tính toán dòng chảy lũ một lưu vực hồ chứa là cần thiết
để dự báo, nghiên cứu và đánh giá cũng như ảnh hưởng của dòng chảy đến hệ
sinh thái, môi trường sống của con người. Chính vì vậy tác giả đã chọn tên đề
tài Ứng dụng mô hình SOBEK –RR mô phỏng dòng chảy lũ đến hồ Kẻ Gỗ làm
đề tài đồ án tốt nghiệp.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Ứng dụng mô hình SOBEK – RR vào bài toán mô phỏng dòng chảy
lũ.
1


4. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu dòng chảy lũ hồ Kẻ Gỗ thuộc hệ thống sông Rào cái
huyện Cẩm Xuyên tỉnh Hà Tĩnh.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập, tổng hợp, chọn lọc các thông tin, dữ liệu về khu vực nghiên
cứu từ nhiều nguồn khác nhau: Website chuyên nghành, các công trình nghiên
cứu đã thực hiện, các tài liệu khác có liên quan đến đề tài.
- Sử dụng mô hình mưa – dòng chảy SOBEK - RR.
6. Bố cục đồ án
- Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung đồ án gồm 3 chương chính:
Chương 1: Đặc điểm địa lí tự nhiên và kinh tế, xã hội lưu vực sông Rào
Cái tỉnh Hà Tĩnh
Chương 2: Giới thiệu mô hình SOBEK – RR(Rianfall Runoff)
Chương 3: Ứng dụng mô hình SOBEK – RR mô phỏng dòng chảy lũ
hồ Kẻ Gỗ.

2