Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo lũ trên sông Pô Kô (Luận văn thạc sĩ)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

-----------------------------------------

DƯƠNG TIẾN ĐẠT
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN
DỰ BÁO LŨ TRÊN SÔNG PÔ KÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - NĂM 2018


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
--------------------------------------------------

DƯƠNG TIẾN ĐẠT

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN
DỰ BÁO LŨ TRÊN SÔNG PÔ KÔ
CHUYÊN NGÀNH

: THỦY VĂN

MÃ SỐ

: 62.440224

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. TRƯƠNG VÂN ANH

HÀ NỘI - NĂM 2018


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính: TS.Trương Vân Anh
Cán bộ hướng dẫn phụ:
Cán bộ chấm phản biện 1: TS.Đặng Thanh Mai

Cán bộ chấm phản biện 2: TS.Nguyễn Viết Thi

Luận văn thạc sĩ được hoàn thành tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày 10 tháng 9 năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là
trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ các công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 10 tháng 9 năm 2018
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Dương Tiến Đạt


LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ khoa học với đề tài: “Nghiên cứu xây dựng dự báo lũ
trên sông Pô Kô” được hoàn thành tại Khoa Khí tượng – Thủy văn thuộc
trường Đại học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội dưới sự hướng dẫn trực
tiếp của TS.Trương Vân Anh là giảng viên của khoa.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới Giảng viên TS.Trương Vân Anh đã
tạo điều kiện tốt nhất, định hướng cho tác giả cách tiếp cận với bài toán và đã
dành nhiều thời gian quý báu để đọc, cho nhận xét góp ý những nội dung để
tác giả có thể hoàn thành Luận văn thạc sĩ của mình.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn toàn thể các Giảng viên Trường Đại
học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội nói chung và Khoa Khí tượng – Thủy
văn nói riêng đã tạo cho tác giả một môi trường học tập, nghiên cứu lành
mạnh, cho tác giả những cơ hội để phấn đấu và trưởng thành hơn trong những
năm học qua.
Do trình độ và kinh nghiệm của bản thân còn hạn chế, tài liệu tham khảo
có hạn nên Luận văn chắc chắn còn nhiều hạn chế và thiếu sót. Vì vậy, tác giả
mong nhận được sự góp ý quý báu của các thầy, cô giáo và toàn thể các học
viên cao học để Luận văn được hoàn thiện cả nội dung và hình thức.
Xin chân thành cảm ơn!

Học viên

Dương Tiến Đạt


MỤC LỤC

TÓM TẮT LUẬN VĂN
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
I. Đặt vấn đề ................................................................................................................1
II. Mục tiêu nghiên cứu ...............................................................................................2
III. Phạm vi, đối tượng nghiên cứu .............................................................................2
IV. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................2
V. Nội dung nghiên cứu ..............................................................................................3
VI. Bố cục luận văn .....................................................................................................3
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................4
1.1 Tình hình nghiên cứu dự báo lũ trong và ngoài nước ...........................................4
1.1.1 Nghiên cứu dự báo lũ trên thế giới ....................................................................4
1.1.2 Nghiên cứu dự báo lũ trong nước ......................................................................9
1.2 Tổng quan vùng nghiên cứu ................................................................................13
1.2.1 Vị trí địa lý .......................................................................................................13
1.2.2 Đặc điểm địa hình ............................................................................................14
1.2.3 Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng ........................................................................15
1.2.4 Thảm phủ thực vật............................................................................................16
1.2.5 Đặc điểm khí tượng ..........................................................................................17
1.2.6 Đặc điểm thủy văn ...........................................................................................19
CHƯƠNG II. CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................24
2.1 Cơ sở dữ liệu .......................................................................................................24
2.1.1 Số liệu không gian dưới dạng bản đồ ...............................................................24
2.1.2 Số liệu thuộc tính .............................................................................................24


2.1.3 Số liệu địa hình.................................................................................................25
2.2 Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................26
2.2.1 Lựa chọn mô hình tính toán mô phỏng dòng chảy lũ cho lưu vực sông
Pô Kô

.....................................................................................................................26

2.2.2 Giới thiệu mô hình MIKE NAM ......................................................................27
2.2.3 Mô hình mạng trí tuệ nhân tạo ANN ...............................................................30
2.2.4 Các bước tính toán ...........................................................................................36
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..........................................................38
3.1 Xác định lưu vực và tiểu lưu vực thành phần .....................................................38
3.2 Thiết lập mô hình MIKE NAM tính toán dòng chảy lưu vực sông Pô Kô tính
đến trạm thủy văn Đăk Mốt (tiểu lưu vực Đăk Mốt) ................................................42
3.2.1 Thiết lập mô hình .............................................................................................42
3.2.2 Hiệu chỉnh mô hình ..........................................................................................45
3.2.3 Kiểm định mô hình...........................................................................................47
3.3 Mô phỏng dòng chảy lưu vực Pô Kô tính đến hồ Plei Krông (lưu vực Plei
Krông) .......................................................................................................................48
3.3.1 Mô phỏng dòng chảy năm 2003 lưu vực Plei Krông .......................................48
3.3.2 Mô phỏng dòng chảy năm 2009 lưu vực Plei Krông .......................................49
3.3.3 Mô phỏng dòng chảy năm 2011 lưu vực Plei Krông .......................................49
3.3.4 Mô phỏng dòng chảy năm 2012 lưu vực Plei Krông .......................................50
3.4 Xây dựng mạng ANN dự báo dòng chảy đến hồ Plei Krông..............................51
3.4.1 Số liệu được xem xét ........................................................................................51
3.4.2 Lựa chọn đầu vào cho ANN .............................................................................52
3.4.3 Thiết lập mạng ANN ........................................................................................52
3.4.4 Dự báo thử nghiệm ...........................................................................................53
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................66


TÓM TẮT LUẬN VĂN
+ Họ và tên học viên: Dương Tiến Đạt
+ Lớp: CH2B.T

Khóa: II

+ Cán bộ hướng dẫn: TS.Trương Vân Anh
+ Tên đề tài: Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo lũ trên sông Pô
Kô.
+ Tóm tắt: Luận văn được thực hiện trong 67 trang bao gồm ba chương
chính:
Chương I: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Trong chương I, tác giả đã
nêu ra một số phương pháp nghiên cứu về dự báo lũ trên Thế giới và tại Việt
Nam, ngoài ra còn sơ lược tổng quan về lưu vực nghiên cứu.
Chương II: Cơ sở dữ liệu và phương pháp nghiên cứu. Trong chương
II, tác giả dựa vào những số liệu thực đo chuẩn xác có thể sử dụng được tại
các trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực để từ đó có thể đưa ra được phương
pháp nghiên cứu đúng hướng, đảm bảo tính chính xác.
Chương III: Kết quả và thảo luận. Trong chương này, tác giả trình bày
toàn bộ kết quả tính toán từ việc áp dụng mô hình MIKE và mô hình mạng trí
tuệ nhân tạo ANN để đưa ra được các phương án dự báo lũ cho lưu vực
nghiên cứu.


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Chú thích

ANN (Artificial Neural Network)

Mô hình mạng trí tuệ nhân tạo

DEM (Digital Elevation Model)

Mô hình độ cao số

GIS (Geographic Information System)

Hệ thống thông tin địa lý

NAM (Nedbor – Afstromming – Model) Mô hình mưa – dòng chảy
NSI (Nash – Sutchliffe)

Chỉ số hiệu quả

Flv

Diện tích lưu vực (km2)

H

Mực nước (m)

Mo

Mô đun dòng chảy năm (l/s.km2)

Qo

Lưu lượng dòng chảy năm (m3/s)

Q

Lưu lượng nước (m3/s)

Qmax

Lưu lượng lớn nhất (m3/s)

T

Nhiệt độ (oC)

U

Độ ẩm không khí (%)

V

Vận tốc gió (m/s)

Wo

Tổng lượng dòng chảy năm (m3)

X

Lượng mưa (mm)

Z

Lượng bốc hơi (mm)

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Danh sách các trạm khí tượng tỉnh Kon Tum............................................17
Bảng 1.2 Các đặc trưng nhiệt độ không khí (oC) tại lưu vực Pô Kô (2000 - 2016)..18
Bảng 1.3 Các đặc trưng độ ẩm tương đối (%) lưu vực Pô Kô (2000 – 2016). .........18
Bảng 1.4 Bốc hơi trung bình tháng, năm (mm) lưu vực Pô Kô (2000 – 2016). .......19
Bảng 1.5 Các trạm thủy văn nghiên cứu. ..................................................................20
Bảng 1.6 Đặc trưng dòng chảy năm các sông tại tỉnh Kon Tum. .............................21
Bảng 1.7 Khả năng xuất hiện lũ trong năm vào các tháng mùa lũ (%). ...................22
Bảng 1.8 Một số đặc trưng dòng chảy kiệt. ..............................................................23
Bảng 2.1 Số liệu quan trắc khí tượng trên lưu vực sông Pô Kô................................24
Bảng 2.2 Số liệu quan trắc thủy văn các trạm trên lưu vực sông Pô Kô. .................25
Bảng 3.1 Thông số diện tích các tiểu lưu vực sông Pô Kô. ......................................43
Bảng 3.2 Trọng số mưa các tiểu lưu vực sông Pô Kô...............................................44
Bảng 3.3 Đánh giá mức độ chính xác của kết quả mô hình theo chỉ số NSI (Moriasi
và nnk 2007). .............................................................................................................45
Bảng 3.4 Thông số hiệu chỉnh của mô hình NAM. ..................................................46
Bảng 3.5 Biến ảnh hưởng dòng chảy đến hồ Plei Krông. .........................................52
Bảng 3.6 Đánh giá kết quả đào tạo mạng. ................................................................60
Bảng 3.7 Đánh giá kết quả dự báo thử nghiệm giai đoạn 09 – 11/2013. ..................62
Bảng 3.8 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng của các phương án dự báo. ..........................63


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Sơ đồ mô hình lưu vực của mô hình SSARR [3]. ........................................4
Hình 1.2 Sơ đồ lưu vực sông Pô Kô. ........................................................................14
Hình 2.1 Sơ đồ mạng lưới sông và mặt cắt dọc sông lưu vực Pô Kô. ......................26
Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc mô hình MIKE NAM. ........................................................28
Hình 2.3 Sơ đồ mạng trí tuệ nhân tạo 3 lớp [5]. .......................................................32
Hình 2.4 Một nơ ron thần kinh với hàm kích hoạt f [5]............................................32

Hình 2.5 Hàm kích hoạt Logistic [5]. .......................................................................33
Hình 2.6 Sơ đồ khối của thuật toán quét ngược [5]. .................................................35
Hình 2.7 Sơ đồ khối xây dựng mạng ANN và dự báo. .............................................37
Hình 3.1 Bản đồ DEM lưu vực sông Pô Kô. ............................................................40
Hình 3.2 Sơ đồ phân chia lưu vực theo ArcGIS. ......................................................40
Hình 3.3 Sơ đồ phân chia lưu vực sông Pô Kô hoàn chỉnh. .....................................42
Hình 3.4 Diện tích các tiểu lưu vực Đăk Mốt. ..........................................................43
Hình 3.5 Sơ đồ xác định trọng số mưa lưu vực sông Pô Kô. ....................................44
Hình 3.6 Kết quả hiệu chỉnh trận lũ từ 15/10 – 20/10 năm 2003 của tiểu lưu vực
Đăk Mốt.....................................................................................................................47
Hình 3.7 Kết quả kiểm định trận lũ từ 29/9 – 3/10 năm 2009 cho tiểu lưu vực Đăk
Mốt. ...........................................................................................................................48
Hình 3.8 Kết quả kiểm định trận lũ từ 23/9 – 26/9 năm 2011 cho tiểu lưu vực Đăk
Mốt. ...........................................................................................................................48
Hình 3.9 Kết quả mô phỏng dòng chảy lũ từ ngày 15/10 – 20/10 năm 2003 lưu vực
Plei Krông. ................................................................................................................49
Hình 3.10 Kết quả mô phỏng dòng chảy lũ từ 29/9 – 3/10 năm 2009 lưu vực Plei
Krông. ........................................................................................................................49
Hình 3.11 Kết quả mô phỏng dòng chảy lũ từ 23/9 – 26/9 năm 2011 lưu vực Plei
Krông. ........................................................................................................................50


Hình 3.12 Kết quả mô phỏng dòng chảy lũ từ 01/06 – 30/11 năm 2012 lưu vực Plei
Krông. ........................................................................................................................50
Hình 3.13 Kết quả mô phỏng dòng chảy lũ từ 01/06 – 31/12 năm 2013 lưu vực Plei
Krông. ........................................................................................................................51
Hình 3.14 Đánh giá kết quả dự báo 06 giờ dòng chảy đến hồ Plei Krông. ..............53
Hình 3.15 Đường quá trình thực đo và tính toán trong dự báo 6h. ...........................54
Hình 3.16 Đường quá trình thực đo và tính toán trong dự báo 6h (Phóng đại). .......54
Hình 3.17 Đánh giá kết quả dự báo 12h dòng chảy đến hồ Plei Krông....................55

Hình 3.18 Đường quá trình thực đo và tính toán dự báo trong 12h. .........................56
Hình 3.19 Đường quá trình thực đo và tính toán trong dự báo 12h (Phóng đại). .....56
Hình 3.20 Đánh giá Kết quả dự báo 18 giờ dòng chảy đến hồ Plei Krông. .............57
Hình 3.21 Đường quá trình thực đo và tính toán trong dự báo 18h. .........................57
Hình 3.22 Đường quá trình thực đo và tính toán trong dự báo 18h (Phóng đại). .....58
Hình 3.23 Đánh giá Kết quả dự báo 24 giờ dòng chảy đến hồ Plei Krông. .............58
Hình 3.24 Đường quá trình thực đo và tính toán trong dự báo 24h. .........................59
Hình 3.25 Đường quá trình thực đo và tính toán trong dự báo 18h ..........................59
Hình 3.26 Dự báo thử nghiệm 6h giai đoạn 09 – 11/2013........................................60
Hình 3.27 Dự báo thử nghiệm 12h giai đoạn 09 – 11/2013......................................61
Hình 3.28 Dự báo thử nghiệm 18h giai đoạn 09 – 11/2013......................................61
Hình 3.29 Dự báo thử nghiệm 24h giai đoạn 09 – 11/2013......................................62


Luận văn đủ ở file: Luận văn full