Nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC HMS tính toán, dự báo lũ lớn cho sông thu bồn

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

NGUYỄN THÀNH CÔNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC-HMS TÍNH TOÁN,
DỰ BÁO LŨ LỚN CHO SÔNG THU BỒN

ĐỒ ÁN KHÓA ĐH1T
Ngành: Thủy văn

Hà Nội - 2015


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

NGUYỄN THÀNH CÔNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC-HMS TÍNH TOÁN,
DỰ BÁO LŨ LỚN CHO SÔNG THU BỒN

ĐỒ ÁN KHÓA ĐH1T
Ngành: Thủy văn

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN VIẾT THI
THS. TRỊNH XUÂN MẠNH

Hà Nội 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 truyền thụ kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập vừa
qua, đặc biệt là thầy TS. Nguyễn Viết Thi và Ths. Trịnh Xuân Mạnh là những
người đã hướng dẫn và chỉ dạy rất tận tình cho em hoàn thành đồ án này.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới những người thân cùng toàn thể các bạn
trong lớp đã cùng chia sẻ, giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện để tôi hoàn thành
nhiệm vụ học tập và đồ án.
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 còn 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 để đồ án tốt
nghiệp được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cám ơn!
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thành Công


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU.......................................................................................................................................... 1
1. Mục tiêu của đề tài. ............................................................................................. 2
2.Phạm vi nghiên cứu. ............................................................................................. 2
3. Phương pháp nghiên cứu. .................................................................................... 2
4. Nội dung nghiên cứu. .......................................................................................... 2
CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN – XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG THU BỒN3
1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN ..................................................................... 3

1.1.1 Vị trí địa lí ...................................................................................................... 3
1.1.2 Điều kiện địa hình........................................................................................... 4
1.1.3 Đặc điểm địa chất ........................................................................................... 5
1.1.4 Đặc điểm thổ nhưỡng...................................................................................... 5
1.2 ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG KHÍ HẬU ............................................................... 5
1.2.1. Số giờ nắng trung bình ................................................................................... 6
1.2.2. Nhiệt độ không khí ........................................................................................ 6
1.2.3. Độ ẩm tương đối không khí ........................................................................... 6
1.2.4. Tốc độ gió...................................................................................................... 7
1.2.5. Bốc hơi .......................................................................................................... 7
1.2.6. Chế độ mưa ................................................................................................... 7
1.3 ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ-XÃ HỘI ....................................................................... 9
1.3.1. Cơ cấu dân số và đặc điểm ............................................................................. 9
1.3.2. Cơ cấu kinh tế xã hội ................................................................................... 10
1.3.3. Hiện trạng công trình thủy lợi ...................................................................... 10
CHƯƠNG II: ĐẶC ĐIỂM DÒNG CHẢY LŨ LƯU VỰC SÔNG THU BỒN ...... 12
2.1.MẠNG LƯỚI TRẠM KTTV VÀ TÌNH HÌNH SỐ LIỆU ............................... 12
2.2.ĐẶC ĐIỂM DÒNG CHẢY NĂM VÀ PHÂN MÙA DÒNG CHẢY ............... 13
2.2.1. Chuẩn dòng chảy năm.................................................................................. 13
2.2.2. Chế độ dòng chảy ........................................................................................ 14
2.2.2.1. Chỉ tiêu phân mùa ..................................................................................... 14
2.2.2.2. Dòng chảy năm thiết kế .............................................................................................. 15
2.2.2.3. Tính phân phối dòng chảy năm thiết kế theo mô hình năm đại biểu .......... 16


2.3. ĐẶC ĐIỂM DÒNG CHẢY LŨ ...................................................................... 19
2.3.1.Các hình thế thời tiết gây mưa sinh lũ lớn ..................................................... 19
2.3.2.Đặc điểm dòng chảy lũ ................................................................................. 23
CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC – HMS DỰ BÁO LŨ LỚN SÔNG THU BỒN25
3.1.GIỚI THIỆU MÔ HÌNH HEC-HMS ............................................................... 25

3.1.1.Cơ sở lý thuyết.............................................................................................. 25
3.1.2.Mô phỏng các thành phần của lưu vực .......................................................... 26
3.1.2.1.Tổn thất ..................................................................................................... 26
3.1.2.2.Chuyển đổi dòng chảy ............................................................................... 27
3.1.2.3.Dòng chảy ngầm ........................................................................................ 30
3.1.2.4.Diễn toán kênh hở ...................................................................................... 30
3.2.

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH CHO LƯU VỰC SÔNG THU BỒN .................... 32

3.2.1.Thu thập và xử lý số liệu KTTV ................................................................... 32
3.2.2.Phân chia lưu vực tính toán ........................................................................... 33
3.2.2.1.Phân chia tiểu lưu vực................................................................................ 34
3.2.2.2.Tính toán mưa bình quân lưu vực............................................................... 35
3.2.3.Thiếp lập mô hình HEC- HMS ..................................................................... 38
3.2.4.Hiệu chỉnh thông số mô hình HEC-HMS ...................................................... 40
3.2.5.Kiểm định thông số mô hình HEC-HMS....................................................... 44
3.3.

DỰ BÁO LŨ CHO SÔNG THU BỒN ........................................................ 46

3.3.1.Ứng dụng dự báo cho sông Thu Bồn ............................................................. 46
3.3.1.1.Xây dựng phương án dự báo ...................................................................... 46
3.3.1.2.Tiến hành dự báo thử nghiệm với trận lũ tháng 11/2011 ............................ 46
3.3.2.Đánh giá kết quả dự báo ............................................................................... 48
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................................... 49


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Bản đồ lưu vực sông Thu Bồn và lưới trạm KTTV .................................. 3

Hình 2.1: Biểu đồ phân phối dòng chảy trung bình tháng từ năm 1981-2010 trạm
Nông Sơn .............................................................................................................. 15
Hình 2.2: Đường tần suất dòng chảy trung bình tháng trạm Nông Sơn (1981-2010)15
Hình 2.3: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nhiều nước 25% .......... 18
Hình 2.4: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nước trung bình 50% .. 18
Hình 2.5: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm ít nước 75% ................ 19
Hình 2.6: Lượng mưa trung bình các trạm do bão /ATNĐ gây ra. ......................... 20
Hình 2.7: Lượng mưa trung bình các trạm trên do KKL gây ra ............................. 20
Hình 2.8: Lượng mưa trung bình các trạm do Bão/ATNĐ kết hợp với KKL .......... 21
Hình 2.9: Lượng mưa trung bình các trạm do KKL kết hợp với dải HTNĐ ........... 22
Hình 2.10: Phân bố mưa theo thời gian từ ngày 01-03/XI/1999 ............................. 23
Hình 3.1 : Phân chia các tiểu lưu vực trên sông Thu Bồn ....................................... 35
Hình 3.2 : Đa giác Thiesson cho lưu vực sông Thu Bồn ........................................ 37
Hình 3.3 : Thiết lập các thành phần trong HEC-HMS cho lưu vực sông Thu Bồn
tính đến trạm Nông Sơn ......................................................................................... 38
Hình 3.4: Sơ đồ quá trình hiểu chỉnh mô hình........................................................ 40
Hình 3.5: Biểu đồ so sánh kết quả tính toán và thực đo trận lũ năm 2001 lưu vực
Nông Sơn – sông Thu Bồn .................................................................................... 41
Hình 3.6: Biểu đồ so sánh kết quả tính toán và thực đo trận lũ năm 2004 lưu vực
Nông Sơn – sông Thu Bồn .................................................................................... 42
Hình 3.7: Biểu đồ so sánh kết quả tính toán và thực đo trận lũ năm 2007 lưu vực
Nông Sơn – sông Thu Bồn .................................................................................... 42
Hình 3.8: Biểu đồ so sánh kết quả tính toán và thực đo mùa lũ năm 2009 lưu vực
Nông Sơn – sông Thu Bồn .................................................................................... 45
Hình 3.9: Biểu đồ so sánh kết quả tính toán và thực đo mùa lũ năm 2010 lưu vực
Nông Sơn – sông Thu Bồn .................................................................................... 45
Hình 3.10: Bảng kết quả dự báo lưu lượng đến trạm Nông Sơn trên sông Thu Bồn ...
năm 2011 theo phương án 1................................................................................... 47
Hình 3.11: Bảng kết quả dự báo lưu lượng đến trạm Nông Sơn trên sông Thu Bồn ...
năm 2011 theo phương án 2................................................................................... 47

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Tổng số giờ nắng tháng trung bình nhiều năm tại trạm Trà My................ 6
Bảng 1.2: Bảng nhiệt độ không khí bình quân tháng trung bình nhiều năm tại trạm Trà My. 6
Bảng 1.3: Độ ẩm trung bình tháng bình quân nhiều năm trạm Trà My ..................... 7
Bảng 1.4: Lượng bốc hơi bình quân tháng trung bình nhiều năm trạm Trà My ........ 7
Bảng 1.5: Tốc độ tăng trưởng GDP và cơ cấu kinh tế năm 2010 ............................ 10
Bảng 2.1: Danh sách các trạm KTTV trên lưu vực sông Thu Bồn.......................... 12
Bảng 2.2: Kết quả các đặc trưng của chuẩn dòng chảy năm sông Thu Bồn ............ 14
Bảng 2.3: Lưu lượng dòng chảy trung bình tháng nhiều năm tại trạm Nông Sơn
1981-2010 ............................................................................................................. 14
Bảng 2.4: Kết quả tính toán dòng chảy nhiều năm trạm Nông Sơn (1981-2010) .... 16
Bảng 2.5: Phân phối dòng chảy năm thiết kế trạm Nông Sơn. ............................... 17
Bảng 3.1: Thống kê các trạm và số liệu thu thập lưu vực sông Thu Bồn – Vu Gia. 33
Bảng 3.2: Danh sách các lưu vực bộ phận trên sông Thu Bồn. ............................... 34
Bảng 3.3 : Danh sách các trạm mưa dùng để tính mưa bình quân lưu vực.............. 36
Bảng 3.4: Trọng số mưa của các trạm trên lưu vực sông Thu Bồn ......................... 37
Bảng 3.5: Thống kê kết quả và sai số tính toán lưu vực Nông Sơn ......................... 43
Bảng 3.6: Thống kê các thống số lưu vực Nông Sơn trong hiệu chỉnh mô hình. .... 43
Bảng 3.7: Thống kê các thống số diễn toán đoạn sông lưu vực Nông Sơn trong hiệu
chỉnh mô hình. ....................................................................................................... 44
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của các thông số tới đường quá trình tính toán .................... 44
Bảng 3.9: Thống kê kết quả và sai số tính toán lưu vực Nông Sơn ......................... 45
Bảng 3.10: Các chỉ tiêu đánh giá kết quả dự báo thử nghiệm hạn ngắn năm 2011......
tính đến trạm Nông Sơn cho sông Thu Bồn ........................................................... 48


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ATNĐ

: Áp thấp nhiệt đới

KKL

: Không khí lạnh

KTTV

: Khí tượng thủy văn

HTNĐ

: Hội tụ nhiệt đới


1

MỞ ĐẦU
Nước là tài nguyên không thể thay thế được. Nước là thành phần thiết yếu của
sự sống và môi trường, quyết định sự tồn tại, phát triển của đất nước. Nhưng hiện nay
do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đã gây ảnh hưởng đến cả số lượng và chất lượng
nguồn nước, nó thể hiện cụ thể trên các lưu vực sông đó là sự suy giảm và sự thay đổi
số lượng và chất lượng của dòng chảy năm, dòng chảy lũ, dòng chảy kiệt… trên các
con sông, trên hệ thống các lưu vực. Tài nguyên nước là đặc biệt quan trọng nhưng
cũng là hiểm họa hàng đầu nếu như xảy ra những thiên tai liên quan đến dòng chảy.
Để hoàn thành tốt nhiệm vụ trên, chúng ta phải biết khai thác, sử dụng hiệu quả
nguồn tài nguyên nước và tìm cách hạn chế tác hại của nước gây ra. Muốn hạn chế
được tác hại của nước, điều cần thiết là phải biết trước được các hiện tượng để từ đó

đưa ra phương pháp xử lý phù hợp. Dự báo thủy văn – một chuyên ngành thủy văn
ứng dụng đã ra đời để đáp ứng yêu cầu đó dựa trên các thông tin đã biết để dự báo
các hiện tượng xảy ra trong tương lai.
Lũ lụt là một trong những thiên tai liên quan đến dòng chảy, nó đã trở thành
thiên tai gây nên những thiệt hại rất nghiêm trọng về người và tài sản đồng thời gây
ra tác động xấu đến môi trường tự nhiên. Bởi vậy, dự báo lũ là một vấn đề quan
trọng. Dự báo lũ kịp thời và chính xác sẽ mang lại hiệu quả rõ rệt tới các ngành mà
nó phục vụ cũng như giảm thiệt hại do lũ gây ra.
Với đặc điểm địa hình của dải đất miền Trung nhiều đồi núi,hệ thống sông
dày đặc với các con sông ngắn,độ dốc lớn, khả năng tập trung lũ nhanh, đồng bằng
ven biển hẹp, cửa sông biến đổi theo mùa, bị co hẹp ảnh hưởng đến khả năng thoát
lũ… nên vào mùa mưa bão lưu vực sông Thu Bồn nói riêng và các hệ thống sông ở
miền Trung nói chung thường xảy ra các trận lũ lớn. Lũ lụt trên lưu vực sông Thu
Bồn diễn biến khá phức tạp, do ảnh hưởng của bão, ATNĐ kết hợp với hoạt động
của không khí lạnh thường gây mưa lớn trên diện rộng, thêm vào đó địa hình dốc
nên khả năng tập trung nước nhanh, lũ lên nhanh xuống nhanh, cường suất lũ lớn,
đã gây thiệt hại nặng nề về người và vật chất trên lưu vực sông. Vì vậy, việc nắm
bắt dòng chảy trên sông một cách nhanh nhất, ít tốn kém nhất, hiệu quả nhất đang là
một vấn đề cấp thiết.
Điều này đặt ra yêu cầu cần phải có biện pháp biết trước tình hình lũ sẽ xảy
ra trên lưu vực để giảm một cách tối đa các thiệt hại do chúng gây ra. Xuất phát từ
những vấn đề thực tiễn đó, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC-HMS tính
toán, dự báo lũ lớn cho sông Thu Bồn” sẽ là cơ sở cho bài toán dự báo lũ để từ đó
biết cách phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại do lũ gây ra.


2

1. Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu, tìm hiểu về điều kiện tự nhiên lưu vực sông Thu Bồn: vị trí địa

lý, điều kiện địa hình, địa chất thổ nhưỡng, đặc điểm khí tượng thủy văn của lưu
vực sông Thu Bồn.
- Tìm hiểu và phân tích chế độ dòng chảy sông Thu Bồn, tính toán các đặc
trưng dòng chảy sông Thu Bồn.
- Nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC-HMS dự báo lũ cho sông Thu Bồn.
2.Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi thực hiện đề tài bao gồm hệ thống lưu vực sông Thu Bồn tính đến
trạm thủy văn Nông Sơn.
3. Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu và thực hiện được các nội dung công việc nêu trên,đề
tài đã được sử dụng các phương pháp nghiên cứu chính sau đây:
- Tiếp cận và thu thập tài liệu, các nghiên cứu liên quan.
- Phân tích đánh giá, tổng hợp và thừa kế các nội dung phù hợp phục vụ cho
nghiên cứu của đề tài.
- Phân tích, tính toán số liệu đã thu thập được của các trạm trên lưu vực nghiên cứu.
- Phương pháp mô hình toán.
4. Nội dung nghiên cứu
Ngoài phần mở đầu và kết luận, đồ án bao gồm các chương sau:
- Chương I: Đặc điểm địa lý tự nhiên – xã hội lưu vực sông Thu Bồn;
- Chương II: Đặc điểm dòng chảy lũ lưu vực sông Thu Bồn;
- Chương III: Ứng dụng mô hình HEC-HMS dự báo lũ lớn sông Thu Bồn;