Nghiên cứu ứng dụng mô hình NAM tính toán dự báo dòng chảy mùa lũ đến hồ tuyên quang

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH NAM TÍNH TOÁN DỰ BÁO DÒNG
CHẢY MÙA LŨ ĐẾN HỒ TUYÊN QUANG

Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Thúy Lượng
Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Viết Thi

Hà Nội, năm 2015


LỜI CẢM ƠN
Đề tài đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu ứng dụng mô hình NAM tính toán dự
báo dòng chảy mùa lũ đến hồ Tuyên Quang” hoàn thành tại Khoa Khí tượng – Thủy
văn, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của
TS. Nguyễn Viết Thi và Ths Bùi Đình Lập.
Tác giả xin bày tỏ sự cảm ơn chân thành đối với thầy giáo TS. Nguyễn Viết Thi
và ThS. Bùi Đình Lập (Phó phòng Thủy văn các sông Bắc Bộ, Trung tâm Dự báo Trung
ương). Các thầy đã tận tình hướng hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình nghiên
cứu đồ án tốt nghiệp này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy, Cô giáo Khoa Khí tượngThủy văn và Khoa Tài nguyên nước đã giúp giậy bảo, truyền đạt kiến thức chuyên môn,
giúp đỡ, hỗ trợ tạo điều kiện tốt cho em trong quá suốt quá trình học tập và nghiên cứu
đồ án.

Sinh viên thực hiện

Phạm Thị Thúy Lượng

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 ............................................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DỰ BÁO LŨ........................................... 3
1.1. Vai trò của dự báo ......................................................................................................................... 3
1.2. Tình hình nghiên cứu dự bão lũ trên thế giới ........................................................................... 3
1.3. Một số nghiên cứu dự báo lũ ở Việt Nam ................................................................................ 5
1.4. Lựa chọn mô hình NAM VÀ MIKE 11 dự báo lũ cho hồ chứa Tuyên Quang .............. 6
CHƯƠNG 2 ............................................................................................................................... 8
ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ LŨ LƯU VỰC SÔNG GÂM ĐẾN HỒ THỦY
ĐIỆN TUYÊN QUANG........................................................................................................... 8
2.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên sông Gâm .......................................................................................... 8
2.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................ 8
2.1.2. Địa hình ................................................................................................. 9
2.1.3. Đặc điểm kiến tạo- Địa chất ................................................................ 12
2.1.4. Thổ nhưỡng ......................................................................................... 14
2.1.5. Sinh vật ................................................................................................ 15
2.2. Điều kiện kinh tế- xã hội ............................................................................................................ 17
2.2.1. Đặc điểm dân cư và lao động .............................................................. 17
2.2.2. Về cơ sở hạ tầng .................................................................................. 18
2.2.3. Giáo dục, y tế và văn hóa - xã hội ....................................................... 19
2.3. Đặc điểm thủy văn lưu vực sông Gâm ................................................................................... 21
2.3.1. Mạng lưới sông, trạm khí tượng thủy văn ........................................... 21
2.3.2. Đặc trưng hình thái .............................................................................. 23

2.3.3. Đặc điểm khí tượng, thủy văn ............................................................. 24


2.4. Đặc điểm lũ lụt lưu vực sông Gâm .......................................................................................... 26
2.4.1. Các hình thế thời tiết gây mưa sinh lũ trên lưu vực sông Gâm ........... 26
2.4.2. Đặc điểm mưa lớn gây ra lũ ................................................................ 28
2.4.3. Đặc điểm lũ ........................................................................................ 29
2.5. Hồ chứa thủy điện Tuyên Quang............................................................................................. 30
CHƯƠNG 3 .............................................................................................................................31
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH NAM VÀ MÔ HÌNH MIKE 11 TÍNH TOÁN, DỰ BÁO LŨ HỒ
CHỨA TUYÊN QUANG ......................................................................................................31
3.1. Giới thiệu mô hình NAM và mô hình MIKE 11.................................................................. 31
3.1.1. Mô hình NAM .................................................................................... 31
3.1.2. Mô hình MIKE 11 ............................................................................... 36
3.2 Xác định bộ thông số cho mô hình NAM và MIKE 11....................................................... 38
3.2.1 Xác định bộ thông số của mô hình NAM............................................. 38
3.2.2. Xác định bộ thông số mô hình MIKE 11 ............................................ 43
3.2.3. Kết quả mô phỏng và kiểm định mô hình NAM và Mike 11 ............. 46
3.3 Dự báo dòng chảy hồ chứa Tuyên Quang .............................................................................. 50
3.3.1 Sơ đồ dự báo liên kết NAM với MIKE 11 ........................................... 50
3.3.2 Dự báo dòng chảy................................................................................. 51
3.3.3. Đánh giá kết quả dự báo ...................................................................... 52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...............................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................55
PHỤ LỤC


DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Diện tích đất tự nhiên phân theo các huyện, thị LVS Gâm............................... 8

Bảng 2-2: Các lớp thú, chim, bò sát và lưỡng cư lưu vực hồ Tuyên Quang ................... 16
Bảng 2-3: Dân số thành thị - nông thôn các địa phương LVS Gâm năm 2010 ............... 18
Bảng 2-4: Danh sách các trạm KTTV trên lưu vực sông Gâm........................................ 21
Bảng 2-5: Đặc trưng hình thái lưu vực sông Gâm ........................................................... 23
Bảng 2-6: Đặc trưng dòng chảy năm sông Gâm .............................................................. 26
Bảng 3-1: Bảng các thông của mô hình NAM................................................................ 34
Bảng 3-2: Danh sách các lưu vực bộ phận sử dụng mô hình Nam.................................. 39
Bảng 3-3: Danh sách các trạm KTTV trên lưu vực sông Gâm tính đến hồ Tuyên Quang
.......................................................................................................................................... 40
Bảng 3-4: Trọng số mưa của các trạm mưa trong các lưu vực vực bộ phận ................... 41
Bảng 3-5: Danh sách các trạm thủy văn dùng để tối ưu và kiểm định ............................ 42
Bảng 3-6:Bộ thông số mô hình NAM tối ưu cho các lưu vực bộ phận ........................... 42
Bảng 3-7 : Bộ thông số nhám mô hình MIKE 11 ............................................................ 45
Bảng 3-8: Kết quả mô phỏng tại các điểm kiểm tra chính .............................................. 47
Bảng 3-9: Kết quả đánh giá mô phỏng mùa lũ năm 2013 ............................................... 49


DANH MỤC HÌNH
Hình 1-1:Sơ đồ lưới trạm dự báo thượng lưu sông Hồng .................................................. 5
Hình 2-1:Bản đồ địa hình lưu vực sông Lô – Gâm ......................................................... 10
Hình 2-2:Sơ đồ mạng lưới sông, trạm thủy văn lưu vực Lô –Gâm ................................. 22
Hình 3-1:Cấu trúc của mô hình NAM ............................................................................. 31
Hình 3-2:Kết quả phân chia lưu vực nghiên cứu ............................................................. 38
Hình 3-3: Kết quả phân vùng ảnh hưởng mưa................................................................. 40
Hình 3-4: Mạng thủy lực được tạo từ shape file .............................................................. 43
Hình 3-5: Sơ đồ điều kiện biên của mô hình ................................................................... 45
Hình 3-6: Đường quá trình Q tính toán và thực đo tại Bảo Lạc mùa lũ năm 2011 ......... 47
Hình 3-7: Đường quá trình Q tính toán và thực đo tại Bắc Mê mùa lũ năm 2011 .......... 48
Hình 3-8: Đường quá trình Q tính toán và thực đo tại hồ Tuyên Quang mùa lũ năm 2011
.......................................................................................................................................... 48

Hình 3-9: Đường quá trình Q tính toán và thực đo tại trạm Bảo Lạc mùa lũ năm 2013 . 49
Hình 3-10: Đường quá trình Q tính toán và thực đo tại trạm Bắc Mê mùa lũ năm 2013 49
Hình 3-11: Đường quá trình Q tính toán và thực đo tại hồ Tuyên Quang mùa lũ năm
2013.................................................................................................................................. 50
Hình 3-12: Sơ đồ dự báo dòng chảy lũ hồ Tuyên Quang ................................................ 51
Hình 3-13: Đường quá trình Q thời kỳ từ 1/VIII đến 17/IX/2014 bằng Mike Nam tại các
vị trí Bắc Mê, Đầu Đẳng và Vùng hồ. ............................................................................. 51
Hình 3-14: Đường quá trình Q hồ Tuyên Quang tính toán và dự báo thời kỳ 1/VIII 17/IX/2014 bằng Mike 11 và NAM. ................................................................................ 52


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ATNĐ: Áp thấp nhiệt đới
BVMT: Bảo vệ môi trường
DHTNĐ: Dải hội tụ nhiệt đới
DLST: Du lịch sinh thái
ĐKTN: Điều kiện tự nhiên
HD: Thuỷ động lực
GIS: Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System)
KKL: Không khí lạnh
KTTV : Khí tượng thủy văn
KT- XH: Kinh tế - Xã hội
LVS: Lưu vực sông
MIKE 11: Mô hình thuỷ lực của Viện Thuỷ lực thuỷ văn Đan Mạch
MTST : Môi trường sinh thái
NAM: Mô hình mưa rào – dòng chảy của Viện Thuỷ lực thuỷ văn Đan Mạch
TBNN: Trung bình nhiều năm
TNTN: Tài nguyên thiên nhiên
TT DBKTTVTW: Trung tâm dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương
TTKTTVQG: Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia.

1
MỞ ĐẦU
1.

Lý do chọn đề tài
Hồ chứa thủy điện Tuyên Quang xây dựng trên sông Gâm, thuộc địa phận xã
Vĩnh Yên và thị trấn Na Hang. Hồ chứa của thuỷ điện Tuyên Quang nằm trong địa phận
3 tỉnh: Tuyên Quang, Hà Giang và Bắc Kạn. Tổng diện tích mặt nước trên hồ thuỷ điện
hơn 8.000 ha, dung tích 2 tỉ m3 nước. Thuỷ điện Tuyên Quang có 3 tổ máy (tổng công
suất 342 MW), phát điện lên lưới điện quốc gia với công suất lắp máy là 342 MW, sản
lượng điện trung bình hằng năm là 1.295 kWh.
Hồ chứa Tuyên Quang được xây dựng với nhiều mục tiêu, trong đó có 3 mục tiêu
chính : Phòng lũ cho hạ du, phát điện cung cấp cho lưới điện Quốc gia và cung cấp nước
tưới cho đồng bằng sông Hồng. Với nhiệm vụ đặt ra như trên, đòi hỏi công tác vận
hành, khai thác của đơn vị quản lý phải thật tối ưu để làm sao vừa đảm bảo yêu cầu sản

xuất kinh doanh, đồng thời phải an toàn cho công trình mùa lũ đến, bên cạnh đó vấn đề
xả lũ thế nào cho hợp lý nhằm giảm nhẹ lũ cho vùng hạ du cũng cần hết sức quan tâm
và cung cấp đầy đủ nước cho vùng hạ du đồng bằng sông Hồng. Để làm tốt nhiệm vụ đề
ra thì công tác vận hành tối ưu cho hồ chứa thủy điện phải luôn gắn liền với vấn đề dự
báo lưu lượng dòng chảy đến trong mùa lũ.
Vì vậy, với mong muốn xây dựng được bộ thông số cho lưu vực nghiên cứu để
có thế dự báo chính xác hơn quá trình lưu lượng lũ đến, nhằm phục vụ đắc lực cho công
tác vận hành tối ưu hồ chứa thủy điện, các nhiệm vụ đặt ra đạt hiệu quả tốt nhất, tôi đã
chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mô hình NAM tính toán dự báo dòng chảy mùa
lũ hồ đến Tuyên Quang”.
2.
Mục đích nghiên cứu đề tài

-

Nghiên cứu, phân tích chế độ và tính toán các đặc trưng dòng chảy hồ Tuyên
Quang.

3.

Ứng dụng mô hình NAM và MIKE 11, xây dựng phương án dự báo dòng
chảy lũ hồ Tuyên Quang với thời gian dư báo 24 giờ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
-

Đối tượng nghiên cứu là xây dựng phương án dự báo dòng chảy mùa lũ hồ
Tuyên Quang.


2
4.

5.

Phạm vi nghiên cứu là lưu vực sông Gâm đến đập thủy điện hồ chứa Tuyên
Quang, thuộc tỉnh Tuyên Quang, Hà Giang và Bắc Kạn.

Phương pháp nghiên cứu
-

Phương pháp phân tích thống kê

-

Phương pháp mô hình

-

Phương pháp thu thập số liệu

Bố cục của đề tài
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận và phụ lục, đề tài gồm có 03 chương:
Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu dự báo lũ;
Chương 2: Đặc điểm tự nhiên và lũ lưu vực sông Gâm đến hồ chứa Tuyên Quang;
Chương 3: Ứng dụng mô hình NAM và MIKE 11 tính toán, dự báo dòng chảy lũ
hồ chứa Tuyên Quang.