Ứng dụng mô hình MIKE NAM cảnh báo lũ lớn trên sông ngàn phố

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

NGUYỄN VĂN NHẬT

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE-NAM
CẢNH BÁO LŨ LỚN SÔNG NGÀN PHỐ

Hà Nội, 6 - 2015

1


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

NGUYỄN VĂN NHẬT

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE-NAM
CẢNH BÁO LŨ LỚN SÔNG NGÀN PHỐ

Chuyên ngành: Thuỷ văn
Mã ngành: D440224

NGƯỜI HƯỚNG DẪN
TS. TRẦN DUY KIỀU

Hà Nội, 6 - 2015


LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Khí tượng
Thủy văn – Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã hỗ trợ, giúp
đỡ, truyền đạt kiến thức chuyên môn, tạo điều kiện tốt cho em trong suốt quá
trình học tập vừa qua, đặc biệt là TS. Trần Duy Kiều, người đã hướng dẫn và
chỉ dạy rất tận tình cho em hoàn thành đồ án này.
Do hạn chế về thời gian cũng như khả năng của bản thân, mặc dầu 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.
Em xin chân thành cám ơn!
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Nhật


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... 3
MỤC LỤC ........................................................................................................ 4
DANH MỤC CHỮ, KÝ TỰ VIẾT TẮT ........................................................... 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU - ĐỒ THỊ............................................................... 7
DANH MỤC SƠ ĐỒ - HÌNH VẼ ..................................................................... 8
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG NGÀN PHỐ .......... 3
1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN ............................................................. 3
1.1.1. Vị trí địa lý ........................................................................................... 3
1.1.2. Đặc điểm địa hình, địa chất - thổ nhưỡng, thảm phủ thực vật ............... 4
1.1.3. Đặc điểm khí hậu.................................................................................. 7
1.2. MẠNG LƯỚI SÔNG NGÒI ................................................................... 10
1.3. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI ................................... 13
1.3.1. Dân sinh ............................................................................................. 13
1.3.2. Sử dụng đất ........................................................................................ 13

1.3.3. Giao thông .......................................................................................... 14
1.3.4. Thủy lợi .............................................................................................. 15
1.3.5. Các hoạt động kinh tế khác................................................................. 15
1.4. NHẬN XÉT ............................................................................................ 16
CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM LŨ LỚN TRÊN SÔNG NGÀN PHỐ .................... 17
2.1. HÌNH THẾ THỜI TIẾT GÂY MƯA LŨ LỚN TRÊN LƯU VỰC ......... 17
2.2. CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY TRÊN SÔNG NGÀN PHỐ ............................. 18
2.2.1. Chuẩn dòng chảy năm ........................................................................ 18
2.2.2. Phân bố dòng chảy theo nhiều năm .................................................... 19
2.3. CHẾ ĐỘ LŨ TRÊN SÔNG NGÀN PHỐ ............................................... 20
2.3.1. Lưu lượng đỉnh lũ............................................................................... 20
2.3.2. Quá trình lũ ........................................................................................ 21
2.3.3. Cường suất và biên độ lũ .................................................................... 24


2.4. TÍNH TOÁN MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG LŨ TẠI MẶT CẮT SƠN DIỆM
SÔNG NGÀN PHỐ ....................................................................................... 25
2.4.1. Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất (Qmax) ...................................................... 25
2.4.2. Tổng lượng lũ ..................................................................................... 26
2.5. NHẬN XÉT ............................................................................................ 27
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN CẢNH BÁO LŨ LỚN TRÊN
SÔNG NGÀN PHỐ ........................................................................................ 28
3.1. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẢNH BÁO LŨ ........................................ 28
3.2. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKE-NAM.................................................... 28
3.2.1. Cấu trúc của mô hình.......................................................................... 28
3.2.2. Các thành phần của dòng chảy ........................................................... 30
3.2.3. Các thông số của mô hình................................................................... 32
3.2.4. Các điều kiện ban đầu của mô hình .................................................... 33
3.2.5. Ảnh hưởng khi thay đổi bộ thông số ................................................... 34
3.3. ÁP DỤNG MÔ HÌNH MIKE-NAM XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN

CẢNH BÁO LŨ LỚN TRÊN SÔNG NGÀN PHỐ ....................................... 39
3.3.1. Đặc điểm lưu vực sông Ngàn Phố ...................................................... 39
3.3.2. Lựa chọn số liệu đầu vào mô hình ...................................................... 40
3.3.3. Thiết lập mô hình MIKE-Nam............................................................ 41
3.3.4. Xác định bộ thông số mô hình ............................................................ 43
3.3.5. Cảnh báo thử nghiệm lũ lớn trên sông Ngàn Phố ................................ 48
3.4. NHẬN XÉT ............................................................................................ 52
KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ ............................................................................. 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 54
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 56


DANH MỤC CHỮ, KÝ TỰ VIẾT TẮT
BĐ

Báo động

H. Khê

Hương Khê

H. Sơn

Hương Sơn

HTNĐ

Hội tụ nhiệt đới

KKL

Không khí lạnh

Tb

Trung bình

Ttb

Nhiệt độ trung bình

F

Diện tích lưu vực

LS

Chiều dài sông chính

HbqLV

Độ cao bình quân lưu vực

J

Độ dốc

LbqLV

Chiều dài bình quân lưu vực

Ku

Hệ số uốn khúc


DANH MỤC BẢNG BIỂU - ĐỒ THỊ
Bảng 1.1: Tổng số giờ nắng (giờ) trung bình tháng, năm (1970- 2010) tại một
số vị trí trên lưu vực sông La ............................................................................. 8
Bảng 1.2: Nhiệt độ không khí (0C) và độ ẩm tương đối trung bình tháng và
năm (%) thời kỳ 1970- 2010 tại một số vị trí trên lưu vực sông La .................... 9
Bảng 1.3: Lượng bốc hơi đo bằng ống Piche (mm) tháng trung bình nhiều
năm (thời kỳ 1970- 2010) tại một vị trí trên lưu vực sông La ............................ 9
Bảng 1.4: Lượng mưa năm (mm) trạm Sơn Diệm ........................................... 10

Bảng 1.5: Lượng mưa 1 ngày lớn nhất (mm) tại Sơn Diệm thời kỳ 1970-2010Error! Bookma
Bảng 1.6: Đặc trưng hình thái dòng chính và các nhánh sông Ngàn Phố ......... 12
Bảng 2.1: Bảng thống kê trận lũ lớn, hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn ............ 18
Bảng 2.2: Dòng chảy năm trung bình nhiều năm (1970-2013) ........................ 18
Bảng 2.3: Bảng phân mùa dòng chảy sông Ngàn Phố...................................... 19
Bảng 2.4: Lượng dòng chảy (%) trong các tháng mùa lũ so với cả năm thời kỳ
1970-2013 tại Sơn Diệm (sông Ngàn Phố) và Hoà Duyệt (sông Ngàn Sâu) .... 20
Bảng 2.5: Tần số (%) xuất hiện lũ lớn nhất trong các tháng tại Sơn Diệm (thời
kỳ 1970-2013) ................................................................................................. 21
Bảng 2.6: Chênh lệch đỉnh mưa và đỉnh lũ của một số trận lũ lớn ................... 21
Bảng 2.7: Thời gian lũ lên, xuống của một số trận lũ lớn tại Sơn Diệm ........... 22
Bảng 2.8: Bảng thống kê cường suất lũ của một số trận lũ điển hình tại trạm
Sơn Diệm ........................................................................................................ 24
Bảng 2.9: Bảng tần suất lý luận Qmax của một số trận lũ lớn ............................ 25
Bảng 2.10: Tổng lượng lũ 2 và 5 ngày lớn nhất của một số trận lũ lớn ............ 26

Bảng 3.1: Số liệu các trận lũ sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm định ................... 41
Bảng 3.2: Lượng bay hơi trung bình (mm) thời đoạn trạm Hương Sơn. .......... 45
Bảng 3.3: Bộ thông số của mô hình ................................................................. 46
Bảng 3.4: Kết quả các chỉ tiêu mô phỏng ........................................................ 47
Bảng 3.5: Bảng tần suất thiết kế mưa 3 ngày lớn nhất ..................................... 49


DANH MỤC SƠ ĐỒ - HÌNH VẼ
Hình 1.1: Bản đồ huyện Hương Sơn, tỉnh Hà Tĩnh ............................................ 3
Hình 1.2: Bản đồ độ cao lưu vực sông Ngàn Phố .............................................. 4
Hình 1.3: Bản đồ mạng lưới sông ngòi lưu vực sông Ngàn Phố ...................... 11
Hình 2.1: Phân phối dòng chảy tháng bình quân nhiều năm (1997-2013) tại
Trạm Thuỷ văn Sơn Diệm ............................................................................... 20
Hình 2.2: Quá trình lũ từ ngày 19/IX đến ngày 23/IX năm 2002 ..................... 23
Hình 2.3: Đường quá trình lũ ngày 12/X đến ngày 25/X năm 2010 ................. 24
Hình 2.4: Đường tần suất đỉnh lũ tại trạm Sơn Diệm ....................................... 25
Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc mô hình NAM .......................................................... 29
Hình 3.2: Ảnh hưởng khi thay đổi hệ số Umax .................................................. 34
Hình 3.3: Ảnh hưởng khi thay đổi hệ số .......................................................... 35
Hình 3.4: Ảnh hưởng khi thay đổi hệ số CQOF ............................................... 35
Hình 3.5: Ảnh hưởng khi thay đổi hệ số CKIF ................................................ 36
Hình 3.6: Ảnh hưởng khi thay đổi hệ số CK1,2 ............................................... 36
Hình 3.7: Ảnh hưởng khi thay đổi hệ số TOF .................................................. 37
Hình 3.8: Ảnh hưởng khi thay đổi hệ số TIF ................................................... 37
Hình 3.9: Ảnh hưởng khi thay đổi hệ số TG .................................................... 38
Hình 3.10: Ảnh hưởng khi thay đổi hệ số CKBF ............................................. 38
Hình 3.11: Sơ đồ điểm đo mưa trên lưu vực sông Ngàn Phố ........................... 40
Hình 3.12: Tương quan lương mưa trạm Sơn Diệm và trạm Hương Sơn ......... 39
Hình 3.13: Thiết lập mô-đun thuỷ văn ............................................................. 41
Hình 3.14: Các thông số cần hiệu chỉnh và kiểm định ..................................... 42

Hình 3.15: Lựa chọn số liệu đầu vào cho mô hình ........................................... 42
Hình 3.16: Sơ đồ các bước xác định bộ thông số tối ưu cho mô hình .............. 43
Hình 3.17: Kết quả hiệu chỉnh trận lũ năm 1978 ............................................. 45
Hình 3.18: Kết quả hiệu chỉnh trận lũ năm 2010 ............................................. 46
Hình 3.19: Kết quả quá trình mô phỏng trận lũ năm 2013 ............................... 48
Hình 3.20: Đường tần suất mưa 3 ngày lớn nhất.............................................. 49
Hình 3.21: Kết quả thu phóng trận mưa thiết kế với tần suất 1% ..................... 51
Hình 3.22: Kết quả mô phỏng lũ lớn với trận mưa có tần suất 1% ................... 51


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Lũ lớn là một trong những thiên tai xảy ra thường xuyên và nghiêm
trọng trên toàn thế giới. Những năm gần đây, thiệt hai do lũ gây ra đã ảnh
hưởng lớn đến phát triển kinh tế xã hội ở Việt Nam . Đặc biệt, những năm gần
đây, tình hình thiên tai ở miền Trung diễn ra ngày càng nhiều hơn, phức tạp
hơn. Tại các lưu vực vừa và nhỏ, lũ lớn, lũ quét thường xảy ra rất nhanh, có
sức tàn phá lớn, gây tổn thất rất nặng nề về người, tài sản, huỷ hoại môi
trường sinh thái với cường suất và quy mô ác liệt.
Cũng như các sông miền núi khác trong khu vực, lưu vực sông Ngàn
Phố có nhiều trận lũ lớn đã xảy ra gây hậu quả rất nặng nề, như các trận lũ
năm 1978, năm 2002, năm 2013. Do đó việc cảnh báo lũ lớn để phòng
tránh, giảm nhẹ thiên tai do các trận lũ khác có thể xảy ra trong tương lai
có ý nghĩa thực tế rất cao.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế và mục đích đã đề ra tác giả đã lựa chọn đề
tài: “Ứng dụng mô hình MIKE-NAM cảnh báo lũ lớn trên sông Ngàn Phố”
với mục tiêu, phạm vi thực hiện và nội dung như sau:
2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
− Mục tiêu nghiên cứu:
Xây dựng phương án cảnh báo lũ lớn trên lưu vực sông Ngàn Phố bằng

mô hình MIKE-NAM nhằm hạn chế, giảm nhẹ tối thiểu ảnh hưởng của lũ lớn
gây ra cho huyện Hương Sơn, Hà Tĩnh.
− Phạm vi nghiên cứu:
+ Phạm vi thời gian: các năm có lũ lớn trên lưu vực sông Ngàn Phố.
+ Phạm vi không gian: lưu vực sông Ngàn Phố, huyện Hương Sơn,
tỉnh Hà Tĩnh.


3. Phương pháp nghiên cứu
− Phương pháp thống kê, phân tích tài liệu: Thu thập hệ thống hoá xử lý
phân tích đánh giá tất cả các tài liệu, số liệu.
− Phương pháp kế thừa: Trong quá trình thực hiện, sinh viên đã tham khảo
và kế thừa một số tài liệu, kết quả có liên quan đã được nghiên cứu trước đó.
− Phương pháp mô hình toán: Ứng dụng mô hình MIKE-NAM để mô
phỏng dòng chảy.
4. Nội dung nghiên cứu
Đồ án nghiên cứu những nội dung chính sau:
− Nghiên cứu đặc điểm tự nhiên lưu vực sông Ngàn Phố.
− Nghiên cứu một số đặc điểm lũ lớn, chế độ lũ, trên lưu vực sông Ngàn
Phố, tính toán đặc trưng lũ tại mặt cắt Sơn Diệm.
− Nghiên cứu mô hình MIKE-NAM, ứng dụng mô hình MIKE-NAM để
mô phỏng, cảnh báo lũ lớn trên lưu vực sông Ngàn Phố.

2