HƯỚNG DẪN VỀ TÍNH TOÁN DỰ BÁO DÒNG CHẢY KIỆT

HƯỚNG DẪN VỀ TÍNH TOÁN DỰ BÁO
DÒNG CHẢY KIỆT
Báo cáo thủy văn nghiệp vụ số 50, WMO - Số 1029

Tháng 12, 2017


Chịu trách nhiệm nội dung:

TS. Đoàn Quang Trí
ThS. Phùng Tiến Dũng
ThS. Nguyễn Thị Thủy

Tạp chí Khí tượng Thủy văn
Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương
Tạp chí Khí tượng Thủy văn

Biên tập nội dung:
TS. Đoàn Quang Trí
Tạp chí Khí tượng Thủy văn
ThS. Phùng Tiến Dũng
Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương
ThS. Nguyễn Thị Thủy
Tạp chí Khí tượng Thủy văn


HƯỚNG DẪN VỀ TÍNH TOÁN VÀ DỰ BÁO
DÒNG CHẢY KIỆT
Báo cáo thủy văn nghiệp vụ số 50, WMO-số 1029

LỜI NÓI ĐẦU
Mục tiêu của Hướng dẫn này là để công bố những quy trình phân tích tiên tiến
về tính toán và dự báo dòng chảy kiệt ở tất cả các địa điểm với các điều kiện về số liệu
thực đo. Hướng dẫn này sẽ được sử dụng để tính toán và dự báo dòng chảy kiệt cho
nhiều ứng dụng, bao gồm quy hoạch tài nguyên nước, tính toán pha loãng chất thải và
quản lý tài nguyên nước trong thời kỳ kiệt.
Hướng dẫn này sẽ trở thành một trong những tài liệu hướng dẫn kỹ thuật trong
Khung quản lý chất lượng của WMO về thủy văn và được thảo luận bởi phiên họp thứ
13 của Ủy ban Thủy văn.


LỜI CẢM ƠN
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Báo cáo của Tổ chức Khí tượng thế giới
(WMO) (Báo cáo số 50 về vận hành thủy văn của WMO-No.1029).
Bản quyền: Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO), 2008.
Chương 1 và 2: Giới thiệu các mục tiêu, cấu trúc và các vấn đề chính liên quan đến
dự đoán và dự báo dòng chảy kiệt.
Chương 3: Thảo luận về yêu cầu số liệu để tính toán dòng chảy kiệt, bao gồm dòng
chảy trong sông và các đặc trưng liên quan đến lưu vực sông, ví dụ như loại đất, địa
chất thủy văn và khí hậu.
Chương 4: Trình bày các quá trình quan trọng của dòng chảy kiệt và hàng loạt kết
quả phản hồi của dòng chảy kiệt, cách hiểu này sẽ góp phần quan trọng trong phân
tích và mô tả thông tin về dòng chảy kiệt.
Chương 5: Mô tả những chỉ số đơn giản của dòng chảy kiệt, bao gồm chỉ số lưu
lượng vượt quá 95%, dòng chảy cơ sở và đặc trưng giảm dần.
Chương 6,7 và 8: Giới thiệu quy trình tính toán đường cong dòng chảy-thời gian,
phân bố giá trị cực trị và phân tích sự thiếu hụt của dòng chảy.
Chương 9: Mô tả các phương pháp tính toán dòng chảy kiệt ở các vị trí không có trạm
đo, bao gồm việc sử dụng chuỗi số liệu dòng chảy không đủ dài và các trạm gần kề để
giảm thiểu độ bất ổn định trong tính toán dòng chảy.

Chương 10: Trình bày các vấn đề thực tế trong việc tính toán dòng chảy kiệt trong
sông bị ảnh hưởng bởi các công trình điều khiển nước nhân tạo, như là điểm xả nước,
quá trình bơm ngược trong xử lý nước thải và cống ngăn nước.
Chương 11: Mô tả những ứng dụng chính của dòng chảy kiệt trong dự báo và trình
bày các phương pháp dự báo dòng chảy theo chuỗi thời gian.
Chương 12: Trình bày các nghiên cứu riêng lẻ hoặc đồng thời với những nghiên cứu
khác về các vấn đề liên quan đến dòng chảy quốc tế, công cụ hỗ trợ ra quyết định về
nguồn nước, hướng tiếp cận trong khu vực để tính toán thủy điện loại nhỏ và tính toán
phần nước còn lại sau những điểm xả nước.
Chương 13: Đưa ra kết luận và kiến nghị liên quan đến thu thập số liệu và tăng cường
năng lực. Cùng với các phương pháp kỹ thuật, hi vọng rằng những kết luận và kiến
nghị này sẽ giảm độ bất ổn định trong tính toán dòng chảy kiệt và cải thiện các
phương pháp để phục vụ lợi ích của người sử dụng.


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ....................................................................................... 9
1.1 Mục tiêu ............................................................................................................ 9
1.2 Bối cảnh ............................................................................................................ 9
1.3 Cấu trúc ........................................................................................................... 10
1.4 Các phương pháp không bao gồm trong Hướng dẫn này.................................. 12
1.5 Hướng dẫn cho các ứng dụng thực tế ............................................................... 13
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN, DỰ ĐOÁN VÀ DỰ BÁO DÒNG CHẢY KIỆT ......... 15
2.1 Giới thiệu ........................................................................................................ 15
2.2 Những thông tin dòng chảy kiệt ....................................................................... 16
2.3 Các vấn đề về thiết kế ...................................................................................... 18
2.4 Các nghiên cứu trước đây ................................................................................ 22
2.5 Phổ biến kết quả .............................................................................................. 22
2.6 Các nguyên tắc chính trong thiết kế dòng chảy kiệt ......................................... 23
CHƯƠNG 3. SỐ LIỆU THỦY VĂN ...................................................................... 25

3.1 Giới thiệu ........................................................................................................ 25
3.2 Phân tích số liệu dòng chảy kiệt....................................................................... 25
3.3. Chuẩn bị số liệu đạt chất lượng để phân tích dòng chảy kiệt ........................... 31
CHƯƠNG 4. CÁC QUÁ TRÌNH VÀ CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY .............................. 48
4.1. Giới thiệu ....................................................................................................... 48
4.2. Các quá trình gây ra dòng chảy kiệt ................................................................ 48
4.3. Dòng chảy kiệt trong các chế độ thủy văn khác nhau ...................................... 53
CHƯƠNG 5. CÁC CHỈ SỐ DÒNG CHẢY KIỆT ................................................... 58
5.1 Giới thiệu ........................................................................................................ 58
5.2 Chỉ số dòng chảy cơ sở .................................................................................... 58
5.3. Phân tích độ suy thoái ..................................................................................... 60
5.4 Các thống kê dòng chảy kiệt ............................................................................ 65
5.5 Ứng dụng trong nghiệp vụ ............................................................................... 66
CHƯƠNG 6. ĐƯỜNG CONG DÒNG CHẢY-THỜI GIAN ................................... 69
6.1 Định nghĩa và nguồn gốc ................................................................................. 69
6.2 Tiêu chuẩn hóa ................................................................................................ 71
6.3 Các thời kì và mùa vụ ...................................................................................... 73
6.4 Các phân vị như là chỉ số của dòng chảy kiệt ................................................... 74
6.5 Các ứng dụng của FDC.................................................................................... 74
CHƯƠNG 7. PHÂN TÍCH GIÁ TRỊ CỰC TRỊ ...................................................... 79
7.1. Giới thiệu ....................................................................................................... 79


7.2. Số liệu ví dụ cho phân tích tần suất dòng chảy kiệt tại chỗ.............................. 80
7.3. Giới thiệu về phân tích tần suất....................................................................... 81
7.4. Lựa chọn giá trị cực trị ................................................................................... 84
7.5. Các hàm phân bố ............................................................................................ 87
7.6. Các phương pháp ước lượng tham số .............................................................. 89
7.7. Ước lượng sự kiện T năm ............................................................................... 91
7.8. Áp dụng phân bố Weibull để phân tích dòng chảy kiệt ................................... 92

CHƯƠNG 8. SỰ THIẾU HỤT DÒNG CHẢY ..................................................... 101
8. 1. Giới thiệu .................................................................................................... 101
8.2. Định nghĩa và nguồn gốc .............................................................................. 102
8.3. Ứng dụng: Xác định các đặc điểm thiếu hụt của dòng chảy .......................... 106
8.4. Định nghĩa về các đặc trưng dòng chảy kiệt và độ thiếu hụt: Các tiêu chuẩn
quốc gia ở Đức .................................................................................................... 107
CHƯƠNG 9. ƯỚC LƯỢNG DÒNG CHẢY KIỆT TẠI CÁC ĐỊA ĐIỂM KHÔNG
CÓ TRẠM ĐO ....................................................................................................... 110
9.1 Giới thiệu ...................................................................................................... 110
9.2 Các phương pháp thực nghiệm ...................................................................... 111
9.3. Các phương pháp thống kê – khu vực hóa .................................................... 113
9.5 Sử dụng số liệu địa phương ........................................................................... 122
CHƯƠNG 10. TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY KIỆT KHI SÔNG CHỊU TÁC ĐỘNG
CỦA CON NGƯỜI ................................................................................................ 128
10.1 Giới thiệu .................................................................................................... 128
10.2 Liệt kê các tác động nhân tạo ....................................................................... 129
10.3 Các ảnh hưởng nhân tạo .............................................................................. 130
10.3.2 Xả thải vào các dòng sông ....................................................................... 134
10.3.3 Hồ chứa đa mục tiêu ................................................................................ 134
10.4 Tính toán dòng chảy kiệt do tác động của con người .................................. 136
10.4.1 Số liệu dòng chảy thực đo ........................................................................ 136
10.4.2 Các vị trí không có trạm đo...................................................................... 136
10.4.5 Sơ đồ dòng chảy dư .................................................................................. 138
10.5 Tự nhiên hóa dòng chảy............................................................................... 139
10.6 Biến đổi khí hậu và thay đổi trong sử dụng đất ........................................... 140
CHƯƠNG 11. DỰ BÁO DÒNG CHẢY KIỆT .................................................... 143
11.1 Giới thiệu .................................................................................................... 143
11.2 Thời kỳ dự báo ............................................................................................ 143
11.2 Dự báo ngắn hạn.......................................................................................... 145
11.2.1 Mục đích ............................................................................................... 145

11.2.2 Phân tích suy thoái ............................................................................... 146
11.2.4 Các mô hình khác .................................................................................. 147
11.3 Dự báo hạn vừa .......................................................................................... 148
11.3.1 Mục đích .............................................................................................. 148
11.4 Mục đích của dự báo dài hạn ....................................................................... 149
11.5 Các kỹ thuật mô phỏng cơ bản trong dự báo ................................................ 152
11.5.1 Mục đích .............................................................................................. 152
11.5.4 Mô hình chuyển cấp ............................................................................. 155
11.5.5 Một vài điểm nhấn mạnh ....................................................................... 156
11.6 Kết luận ....................................................................................................... 157
CHƯƠNG 12. CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ........................................ 159
12.1 Tóm tắt các nghiên cứu thực nghiệm ........................................................... 159
12.2 Sông đa quốc gia ......................................................................................... 160
12.3 Công cụ hỗ trợ ra quyết định quản lý tài nguyên nước theo quy mô lưu vực ở
Anh ..................................................................................................................... 169
12.4 Vấn đề quản lý dòng chảy kiệt ở Vương Quốc Anh .................................. 173
12.5 Quản lý thời gian thực của các yêu cầu về dòng chảy môi trường đối với
sông Thukela ở Nam Phi .................................................................................. 178
12.6 Các mô hình tài nguyên theo vùng cho thủy điện quy mô nhỏ: Ấn Độ và Nepal
............................................................................................................................ 182
12.7 Ước lượng dòng chảy còn lại và thủy điện: Na Uy....................................... 185
CHƯƠNG 13. KIẾN NGHỊ VÀ KẾT LUẬN ...................................................... 190
13.1 Giới thiệu .................................................................................................... 190
13.2 Số liệu ........................................................................................................ 190
13.3 Các ứng dụng trong nghiệp vụ ..................................................................... 191
13.4 Nâng cao năng lực ...................................................................................... 193

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
1.1 Mục tiêu
Một trong những mục tiêu của WMO là
giới thiệu những tiêu chuẩn quan trắc
khí tượng và thủy văn và đảm bảo độ
phân tích hợp lý và thích hợp của dữ
liệu môi trường. WMO đã xuất bản
những hướng dẫn mô tả chi tiết các ứng
dụng thực tế, quy trình và đặc điểm kỹ
thuật do các thành viên của WMO thực
hiện. Hướng dẫn này đóng góp cho
nhiệm vụ trên và mục tiêu quan trọng
của nó là nhằm mục đích công bố
những quy trình phân tích tiên tiến về
tính toán và dự báo dòng chảy kiệt ở tất
cả các địa điểm, với tất cả các điều kiện
về số liệu thực đo.
Hướng dẫn sẽ được sử dụng bởi các cơ
quan dự báo nghiệp vụ để dự đoán và
dự báo dòng chảy kiệt cho các mục
đích như quy hoạch tài nguyên nước
cho một khu vực và cho một quốc gia,
thiết kế cấp nước công cộng, quyết
định lượng dòng chảy vào, tính toán
pha loãng chất thải, hàng hải, thiết kế
hệ thống tưới và quản lý tài nguyên
nước trong thời kỳ kiệt. Hướng dẫn này
sẽ giúp ích giảm thiểu ảnh hưởng thủy
văn của dòng chảy kiệt và thiết kế
mạng lưới giám sát dòng chảy. Hướng

dẫn bao gồm mô tả các phương pháp
đang sử dụng để dự đoán và dự báo
dòng chảy kiệt và các ví dụ thực tế về
những ứng dụng trong dự báo nghiệp
vụ. Nó giải quyết việc tính toán dòng
chảy kiệt từ chuỗi số liệu đo liên tục, ở
các vị trí không có trạm đo và từ chuỗi
số liệu không đủ dài ở cả lưu vực tự

nhiên và nhân tạo. Hướng dẫn này sẽ
có giá trị cho các dự báo viên thủy văn
ở các cơ quan dự báo nghiệp vụ nơi
quy trình tính toán dòng chảy kiệt đã
được phát triển hoặc cải tiến và cho các
giáo sư giảng dạy những khóa kỹ thuật
ngắn hạn và các khóa dành cho cử nhân
và thạc sỹ chuyên ngành thủy văn ứng
dụng.
1.2 Bối cảnh
Hướng dẫn này nằm trong nhiều tài
liệu xuất bản của WMO bao gồm các
hướng dẫn và nguyên tắc trong Khung
quản lý chất lượng của WMO về thủy
văn. Tất cả các hướng dẫn này đưa ra
một phương pháp thiết kế thủy văn và
tài nguyên nước và hướng vào giải
quyết những nhu cầu của các trung tâm
khí tượng thủy văn quốc gia. Các
hướng dẫn sẽ bao gồm cả phần lý
thuyết giúp cho việc hiểu rõ bản chất

của vấn đề. Những hướng dẫn được
thiết lập theo những chủ đề sau: dự báo
lũ, lượng mưa lớn nhất có khả năng xảy
ra/ trận lũ lớn nhất có khả năng xảy ra,
lũ thiết kế, tính toán dòng chảy kiệt, và
đánh giá tài nguyên nước. Hướng dẫn
sẽ bổ sung thông tin trong thủy văn
thực hành WMO-số 168) và các quy
chuẩn kỹ thuật của WMO (WMO-số
49).
Hướng dẫn này bổ sung hệ thống điều
hành thủy văn đa mục tiêu (HOMSHydrological Operational Multipurpose
System) do WMO xây dựng để chuyển
giao công nghệ trong thủy văn và tài
nguyên nước. Công nghệ này mô tả
dụng cụ đo đạc thủy văn, các hướng


dẫn kỹ thuật hay các chương trình máy
tính và được sử dụng trong nghiệp vụ
bởi các trung tâm khí tượng thủy văn
quốc gia thuộc WMO. Điều này đảm
bảo cho việc chuyển giao công nghệ
không chỉ sẵn sàng cho việc sử dụng,
mà còn đảm bảo thực hiện công việc
một cách đáng tin cậy. Các nước thành
viên tham gia chỉ định một trung tâm
tham khảo quốc gia về HOMS
(HNRC), thường là trung tâm thủy văn
quốc gia. Trung tâm này sẽ cung cấp

thành phần quốc gia ở HOMS, giải
quyết những yêu cầu quốc gia về các
thành phần của HOMS được cung cấp
từ các trung tâm HNRC khác, cố vấn
cho người sử dụng về HOMS, và hợp
tác cũng như công bố các hoạt động
của HOMS.
Các thuật ngữ được sử dụng trong báo
cáo này giống với những chú giải về
thủy văn của UNESCO và WMO
(UNESCO/WMO, 1992) và hạn thủy
văn-quá trình và các phương pháp tính
toán dòng chảy và dòng chảy ngầm
(Tallaksen and van Lanen, 2004).
Nghiên cứu về hạn thủy văn cũng đưa
ra góc nhìn rộng hơn về các vấn đề hạn
hán, bao gồm các quá trình thủy văn
gây ra hạn hán, và các phương pháp
phân tích dòng chảy trong sông và hạn
hán trong tầng nước ngầm, dòng chảy
sinh thái và quản lý dòng chảy.
1.3 Cấu trúc
Hướng dẫn này trình bày những
phương pháp khác nhau để phân tích số
liệu thủy văn phục vụ cho công tác dự
đoán và dự báo dòng chảy kiệt. Bảng 1

tổng kết những cách mô tả chế độ dòng
chảy kiệt trong sông, đặc trưng riêng
của phương pháp phân tích, yêu cầu về

số liệu và một vài ứng dụng thông
thường. Hướng dẫn sẽ cung cấp từng
bước tính toán những đặc trưng dòng
chảy kiệt này từ dữ liệu dòng chảy tự
ghi và các phương pháp ước lượng các
đặc trưng này ở các vị trí không có
trạm đo và đối với dự báo dòng chảy
kiệt vào các bước thời gian khác nhau.
Các phương pháp sẽ được phân tích
bằng các ví dụ thực tế được sử dụng
trong dự báo thủy văn nghiệp vụ.
Chương này và chương 2 giới thiệu
mục tiêu, cấu trúc và các vấn đề quan
trọng liên quan đến dự đoán và dự báo
dòng chảy kiệt. Chương 3 đưa ra đánh
giá toàn diện những yêu cầu về số liệu
để tính toán dòng chảy kiệt, bao gồm
dòng chảy trong sông và các đặc trưng
lưu vực tương ứng như là loại đất, địa
chất thủy văn và khí hậu. Chương 4
giới thiệu các quá trình chính của dòng
chảy kiệt và hàng loạt phản hồi của
dòng chảy kiệt; những kiến thức này rất
quan trọng cho việc phân tích và mô tả
thông tin dòng chảy kiệt. Chương 5 đưa
ra những chỉ số đơn giản của dòng chảy
kiệt, bao gồm chỉ số lưu lượng vượt
quá 95%, dòng chảy cơ sở và đặc trưng
giảm dần, phân bố giá trị cực trị và
phân tích sự thiếu hụt của dòng chảy.

Chương 6, 7 và 8 cung cấp quy trình
tính toán đường cong dòng chảy-thời
gian, phân bố giá trị cực trị và phân
tích thiếu hụt dòng chảy.
Chương 9 mô tả các phương pháp tính
toán dòng chảy kiệt ở các vị trí không


có trạm đo, bao gồm việc sử dụng
chuỗi số liệu dòng chảy không đủ dài
và các trạm gần kề để giảm thiểu độ bất
ổn định trong tính toán dòng chảy.
Chương 10 trình bày các vấn đề thực tế
trong việc tính toán dòng chảy kiệt
trong sông bị ảnh hưởng bới các công
trình điều khiển nước nhân tạo, như là
điểm xả nước, quá trình bơm ngược
trong xử lý nước thải và cống ngăn
nước. Chương 11 mô tả những ứng
dụng chính khi dự báo dòng chảy kiệt

được yêu cầu và trình bày các phương
pháp cho dự báo dòng chảy theo chuỗi
thời gian. Chương 12 trình bày các
nghiên cứu liên quan đến sông quốc tế,
công cụ hỗ trợ ra quyết định về nguồn
nước, hướng tiếp cận trong khu vực để
tính toán thủy điện loại nhỏ và tính
toán phần nước còn lại sau những điểm
xả nước. Hy vọng rằng một vài bước

thực hiện mô tả trong các chương phân
tích sẽ được đặt trong ngữ cảnh rộng
hơn.

Bảng 1.1 Tóm tắt cách đo đạc chế độ dòng chảy kiệt (dựa trên nghiên cứu
của Gustard và cộng sự, 1992)
Chế độ được
Dữ liệu cần
Đặc điểm mô tả
Ứng dụng
đo
thiết
Dòng
chảy Trung bình cộng Dòng
chảy Tính toán nguồn nước
trung bình
của chuỗi dòng ngày
hoặc
chảy
tháng
Hệ số biến đổi Độ lệch chuẩn của Dòng
chảy Hiểu biết về biến đổi
của dòng chảy dòng chảy trung trung bình năm nhiều năm của chế độ
trung bình năm bình năm được
dòng chảy; những yêu
chia bởi dòng
cầu về lượng trữ
chảy trung bình
Đường
cong Tỉ lệ thời gian khi Dòng

chảy Định nghĩa chế độ
dòng chảy-thời một dòng chảy bất ngày hoặc dòng chung, cấp phép lấy
gian
kỳ vượt quá
chảy trung bình nước (quyền về nước)
của một vài hoặc nước thải (thỏa
ngày, tuần hoặc thuận xả); thiết kế thủy
tháng
điện
Chuỗi
dòng Dòng chảy thấp Dòng chảy thấp Chu kỳ hạn hán, thiết kế
chảy nhỏ nhất nhất hàng năm nhất hàng năm- sơ bộ của hệ thống tưới
hàng năm
(của một thời ngày hoặc trung tiêu chính, bước đầu tiên
điểm bất kỳ)
bình một vài trong
việc
tích
ngày
nước/phân tích năng
suất
Chế độ được
Dữ liệu cần
Đặc điểm mô tả
Ứng dụng
đo
thiết
Các thời kỳ Tần suất xảy ra Các thời kỳ Những vấn đề chất
thiếu hụt dòng dòng chảy ở dưới dòng chảy kiệt lượng nước phức tạp

chảy

ngưỡng cho một được trích xuất
thời kỳ bất kỳ
từ biểu đồ mực
nước dựa vào
phân tích thống
kê về thời kỳ
Thể tích dòng Tần suất yêu cầu Như trên, trừ
chảy thiếu hụt
một lượng nước trường
hợp
để đảm bảo duy phân tích tập
trì dòng chảy tối trung
vào
thiểu
lượng
nước
dưới ngưỡng
Chỉ số giảm Tốc độ giảm dần Dòng
chảy
dần
của đường quá ngày trong suốt
trình
thời kỳ mùa
khô
Chỉ số dòng Tỷ lệ toàn bộ Dòng
chảy
chảy cơ sở

dòng chảy bắt ngày
nguồn từ nguồn
dự trữ nước của
lưu vực

Chương 13 đưa ra kết luận và kiến nghị
liên quan đến thu thập số liệu, thủy văn
nghiệp vụ và tăng cường năng lực.
Cùng với các phương pháp kỹ thuật, hi
vọng rằng những kết luận và kiến nghị
này sẽ giảm độ bất ổn định trong tính
toán dòng chảy kiệt và cải thiện các
phương pháp để chuyển giao thông tin
này đến các bên liên quan.
1.4 Các phương pháp không bao gồm
trong Hướng dẫn này
Mặc dù quy trình thông dụng nhất để
giảm thiểu những ảnh hưởng của dòng
chảy kiệt là để cung cấp lượng nước
tích trữ cho các hồ chứa, mối quan hệ
về khả năng tích nước để thiết kế hồ
chứa không nằm trong mục tiêu của

hơn, như là thủy sản và
cảnh quan, hàng hải, chỉ
dẫn chung về tần suất
hạn
Thiết kế sơ bộ các hồ
chứa điều tiết, chỉ dẫn
chung về tần suất hạn

Dự báo hạn ngắn,
nghiên cứu địa chất thủy
văn, mô phỏng
Nghiên cứu địa chất
thủy văn, tính toán sơ bộ
nguồn cấp nước

Hướng dẫn này. Một tổng quan chi tiết
của vấn đề này đã được nghiên cứu bởi
McMahon và Mein (1978). Xu thế về
số liệu thủy văn được thảo luận để xác
định sự không đồng nhất trong chuỗi
dòng chảy ở Chương 3 (phần 3.3.3).
Tuy nhiên Hướng dẫn này không mô tả
nhiều phương pháp cho việc dò tìm xu
hướng vì đã được mô tả chi tiết trong
WMO (2000). Mặc dù mô phỏng lưu
vực được trình bày trong Chương 9,
xuất phát từ quan điểm tính toán dòng
chảy ở các vị trí không có trạm đo,
Hướng dẫn không đánh giá hay mô tả
từng bước thực hiện một cách chi tiết
cho thiết kế mô hình, hiệu chỉnh và
kiểm định. Beven (2001) đã đánh giá
nguyên tắc và ứng dụng mô phỏng quá
trình thủy văn, và bao gồm tài liệu


tham khảo cho các ứng dụng. Một

hướng tương tự được thực hiện liên
quan đến dự báo dòng chảy kiệt.
Những vấn đề chính liên quan đến các
thời kỳ dự báo khác nhau và các
phương pháp dự báo đã được đánh giá;
tuy nhiên mô tả từng bước về mô
phỏng và dự báo trong thời gian thực
của các mô hình dự báo cũng nằm
ngoài mục tiêu của Hướng dẫn này.
Mặc dù Hướng dẫn nhấn mạnh tầm
quan trọng của các vấn đề về sinh thái
trong thiết kế dòng chảy kiệt nhưng sẽ
không mô tả các quá trình sinh thái và
mô hình sử dụng trong thiết lập dòng
chảy đến mà đã được mô tả chi tiết
trong Tallaken và van Lanen (2004).
1.5 Hướng dẫn cho các ứng dụng
thực tế
Rất khó để có thể áp dụng các tiêu
chuẩn hướng dẫn cho quy mô toàn
quốc về tất cả các phương pháp tính
toán dòng chảy kiệt bởi vì sự đa dạng
của môi trường thủy văn và các vấn đề
về nguồn nước, hiện trạng của chuỗi số
liệu, các mô hình sẵn có và thời gian và
kỹ năng cần thiết để giải quyết một vấn
đề. Có thể ở đâu đó những hướng dẫn
về một số mặt của việc tính toán dòng
chảy kiệt đã được trình bày. Nó sẽ phù
hợp khi mà một phương pháp được mô

tả hoàn chỉnh, ví dụ, trong tính toán các
chỉ số dòng chảy kiệt hay phân bố phù
hợp đối với giá trị nhỏ nhất hàng năm.
Tuy nhiên, nhiều thành phần để ước
lượng mạng lưới thủy văn và đóng vai
trò chính trong việc tính toán dòng
chảy kiệt, phát triển các mô hình thống
kê khu vực, các mô hình lưu vực tất

định và các quy trình dự báo toàn diện
thì không thể được tổng hợp như các
bước đơn giản. Từng hướng tiếp cận sẽ
liên quan đến việc lựa chọn từ một loạt
các tùy chọn có sẵn, cái mà đến lượt nó
sẽ yêu cầu các kỹ năng của nhà phân
tích thủy văn và kinh nghiệm từ việc
nghiên cứu thủy văn và công tác dự báo
tác nghiệp. Chiến lược này có thể được
ứng dụng để phát triển các quy trình
tính toán dòng chảy kiệt và có nhiều lợi
ích rõ ràng để hình thành những quy
chuẩn được đồng thuận bởi các cơ quan
quốc gia chịu trách nhiệm về chính
sách tài nguyên nước. Tuy nhiên, vấn
đề này không được mở rộng để mô tả
từng phần tính toán dòng chảy kiệt.
Một vài những chỉ dẫn hữu ích dựa trên
mặt tích cực và tiêu cực trong tiêu
chuẩn hóa thiết kế lũ quốc gia được
trình bày trong Reed (1999). Nhiều vấn

đề trong hướng dẫn này cũng tương
ứng để tính toán dòng chảy kiệt.
Tài liệu tham khảo
Beven, K.J., 2001: Rainfall-Runoff
Modelling: The Primer. John Wiley &
Sons, Chichester, United Kingdom.
Gustard, A., A. Bulock and J.M. Dixon,
1992: Low Flow Estimation in the
United
Kingdom.
Institute
of
Hydrology
Report
No.
108,
Wallingford, United Kingdom.
McMahon, T.A. and R.G. Mein, 1978:
Reservoir
Capacity
and
Yield.
Developments in Water Science 0,
Elesevier, Amsterdam, the Netherlands.


Reed, D.W., 1999: Flood Estimation
Handbook - Volume 1: Overview,
Institute of Hydrology, Wallingford,
United Kingdom.

Tallaksen, L.M. and H.A.J. van Lanen
(eds), 2004: Hydrological Drought Processes and Estimation Methods for
Streamflow
and
Groundwater.
Developments in Water Science, 48,
Elsevier Science B.V., Amsterdam.
United Nations Educational, Scientific
and
Cultural
Organization/World
Meteorological Organization, 1992:
International Glossary of Hydrology.
Second edition, UNESCO, Paris.
World Meteorological Organization,
1988,
2004,
2006:
Technical
Regulations (WMO-No. 49), Geneva.
2000: Detecting Trend and other
Changes in Hydrological Data (Z.W.
Kundzewicz and A. Robson, eds)
(WMO/TD-No.
1013/WCDMP-45),
Geneva.
2008: Guide to Hydrological Pratices.
Volume I, sixth edition (WMO-NO.
168), Geneva (Volume II in
preparation).

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN, DỰ
ĐOÁN VÀ DỰ BÁO DÒNG CHẢY
KIỆT
2.1 Giới thiệu
Có ba loại kịch bản chính khi có những
thông tin dòng chảy kiệt được yêu cầu.
Đầu tiên là khi những công trình điều
tiết nguồn nước được xây dựng. Những
công trình này thường yêu cầu một
nghiên cứu tiền khả thi để quyết định
liệu những mục tiêu của đề xuất có thể
đạt được hay không. Với những công
trình có vốn đầu tư lớn, yêu cầu chi tiết
về thiết kế công trình được đặt ra bao
gồm cả những tính toán tần suất dòng
chảy kiệt. Thứ hai là trong thời kỳ điều
hành công trình điều tiết nguồn nước
khi nó đã được xây dựng, và bao gồm
các quyết định để quản lý công trình
hàng ngày. Ví dụ, quyết định bao nhiêu
lượng nước có thể được chuyển từ sông
để phục vụ mục đích thủy điện mà
không vi phạm các điều kiện lấy nước
theo luật có thể rất cần thiết. Điều này
có thể phụ thuốc vào từng thời điểm
trong năm hay lượng nước ở hạ lưu. Ở
nhiều nước, những hạn chế về điều
hành không được đề cập chính thức và

nhà điều hành phải hiểu biết, và cảm
thông cho những nhu cầu của những
người sử dụng nước ở hạ lưu. Ví dụ,
nước có thể cần thiết cho nhu cầu sử
dụng cá nhân, hay cho mục đích nông
nghiệp, sản xuất điện, đường thủy,
phục vụ công nghiệp, du lịch, xử lý
nước thải công nghiệp hay nước thải
sinh hoạt, duy trì hệ sinh thái để sản
xuất thực phẩm hay duy trì hệ sinh thái
tự nhiên cho một con sông. Kịch bản

thứ ba được sử dụng khi đưa ra những
quyết định điều hành hiện tại dựa vào
những tính toán dòng chảy tương lai
với thời gian dự kiến theo ngày, tuần
hoặc tháng. Những dự báo này có thể
tăng tính hiệu quả của việc sử dụng
nước và hiệu quả về mặt kinh tế khi
giảm được chi phí hoạt động của các
công trình điều tiết nguồn nước. Những
cảnh báo chung về lượng mưa thấp hơn
trung bình hàng năm trong một vài
tháng tới có giá trị cho các kế hoạch dài
hạn và dự phòng khi hạn hán nghiêm
trọng xảy ra (Chương 11).
Về mặt lịch sử, hầu hết các ứng dụng
của thông tin dòng chảy kiệt được sử
dụng trong thiết kế và điều hành các
công trình cho từng khu vực sử dụng

nước riêng, như là cấp nước sinh hoạt,
tưới tiêu, năng lượng, đường thủy và
công nghiệp. Bây giờ nhu cầu giám sát
và phân tích cơ bản về dòng chảy kiệt
để hỗ trợ quản lý tích hợp lưu vực sông
được công nhận. Điều này cung cấp
khung hỗ trợ cho các cơ quan môi
trường để đưa ra những quyết định liên
quan đến phát triển nguồn nước cho
các lưu vực sông và ngăn chặn các
quyết định tức thời dựa trên những
nghiên cứu trường hợp cụ thể. Ví dụ, so
sánh việc lấy nước hiện tại với các tính
toán dòng chảy kiệt cho tất cả các
nhánh sông trên một lưu vực, hoặc trên
các sông chính nơi không còn được hỗ
trợ việc lấy nước lâu dài có thể được
xác định. Tương tự, những con sông có
tiềm năng lấy nước lâu dài mà không
ảnh hưởng đến lợi ích ở dưới hạ lưu,
bao gồm nhu cầu sinh thái, có thể được
nhấn mạnh. Các kỹ thuật để đánh giá


nguồn nước sẽ được mô tả chi tiết trong
quyển hướng dẫn đánh giá nguồn nước
của WMO (đang trong quá trình chuẩn
bị). Thông tin nền dài hạn có thể được
sử dụng để đưa ra các cảnh báo sớm về
những thay đổi tự nhiên hay nhân tạo

trong chế độ dòng chảy kiệt.
2.2 Những thông tin dòng chảy kiệt
2.2.1 Quản lý lưu vực sông
Thông tin về dòng chảy kiệt được yêu
cầu cho rất nhiều ứng dụng và được
kiểm soát bởi luật và chính sách về
nước của quốc gia và quốc tế. Ví dụ, ở
Châu Âu, chỉ thị khung hành động về
nước được thông qua bởi Quốc hội
Châu Âu và Hội đồng liên minh Châu
Âu vào tháng 10 năm 2000. Chỉ thị này
thiết lập khung chiến lược cho việc
quản lý bền vững cả nguồn nước mặt
và nguồn nước ngầm. Chỉ thị cũng yêu
cầu quản lý từ các chính quyền nằm
trên lưu vực sông và không theo ranh
giới hành chính hoặc chính trị (xem
phần 12.3.2). Một thành phần quan
trọng để tạo ra các kế hoạch dài hạn
liên quan đến quản lý tổng hợp tài
nguyên nước. Điều này sẽ yêu cầu các
tính toán dòng chảy kiệt để giảm thiểu
tác động đến môi trường của việc lấy
nước hiện tại và lập kế hoạch phát triển
nguồn nước trong tương lai.
2.2.2 Khai thác nước từ các con sông
Theo truyền thống, một trong những
ứng dụng thông tin dòng chảy kiệt
thường xuyên nhất là thiết kế và điều
hành các công trình cấp nước sinh hoạt.

Thông tin về tần suất xảy ra dòng chảy

kiệt được yêu cầu để đánh giá khả năng
lấy nước mà không giải quyết nhu cầu
dự kiến. Việc lấy nước có thể trực tiếp
từ nhà máy xử lý nước hoặc hồ chứa.
Về mặt phân tích thủy văn, các vấn đề
tương tự liên quan đến lấy nước và tưới
tiêu, mặc dù có sự thay đổi mạnh hơn
theo mùa và theo nhiều năm liên tiếp (ở
vùng khí hậu ôn đới) đối với nhu cầu
nông nghiệp, phụ thuộc chủ yếu vào
loại cây trồng và khí hậu địa phương.
Mục tiêu thường xuyên là tính toán khu
vực nơi có thể được tưới cho một loại
cây trồng nhất định với rủi ro thất bại
nhất định. Mặc dù thiết kế các công
trình thủy điện phụ thuộc vào loại dòng
chảy, dòng chảy kiệt có thể quan trọng
trong việc quyết định lượng nước phải
chảy qua nhà máy thủy điện để duy trì
hệ sinh thái sông ở hạ lưu và lượng
nước sinh ra điện trong mùa khô. Các
nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào lấy
nước để làm mát và thông tin về dòng
chảy kiệt được yêu cầu khi lượng nước
tối thiểu phải được duy trì cho việc lấy
nước và lượng nước thải của quá trình
làm mát phục vụ mục đích thiết kế.
2.2.3 Xử lý nước thải

Ứng dụng hay gặp nhất trong việc sử
dụng thông tin dòng chảy kiệt là tính
toán lượng nước thải từ sinh hoạt và
công nghiệp xả ra sông ngòi. Sự thỏa
thuận về luật pháp được bắt buộc đối
với các trường hợp xả các chất gây ô
nhiễm. Các mô hình chất lượng nước
dựa vào tốc độ và chất lượng xả và
dòng chảy và chất lượng các con sông
nhận lượng chất xả được sử dụng để
quyết định phân bố tần suất chất lượng


nước ở hạ lưu. Đường cong dòng chảy
theo thời gian (hàm phân phối tích lũy)
của dòng chảy ở các con sông nhận
lượng chất xả là dạng được sử dụng
nhiều nhất để phân tích (Chương 6).
Thiết kế này trái với ứng dụng thời
gian thực để đánh giá tác động của các
sự cố ô nhiễm, ví dụ, lượng dầu xả ra
sau sự cố công nghiệp. Tốc độ dòng
chảy được sử dụng để tính toán tốc độ
lan truyền và thời gian di chuyển để
cảnh báo cho những đơn vị lấy nước ở
hạ lưu để dừng lấy nước.
2.2.4 Đường thủy
Hệ thống sông cung cấp một phương
tiện giao thông quan trọng cho cả nền
công nghiệp và giải trí. Đường thủy bị

gián đoạn trong suốt thời kỳ dòng chảy
kiệt bởi vì lượng nước bị giảm không
thể đủ khả năng để lưu hành tàu thuyền
và lượng nước có sẵn không đủ cho các
hoạt động đường thủy. Giá trị thủy văn
quan trọng là độ sâu của nước, và trong
trường hợp thiếu số liệu quan trắc,
chiều sâu trung bình mặt cắt phải được
ước lượng bằng chuỗi thời gian của
dòng chảy trong sông và các mô hình
thủy lực. Những giá trị cho phép tính
toán số lần ngành đường thủy bị gián
đoạn cho từng loại tàu thuyền và đề
xuất để cải thiện đường sông trong khi
bảo vệ hệ sinh thái tự nhiên. Đường
thủy được định hướng đầu tư dài hạn
và cơ sở hạ tầng liên quan không thể dễ
thay đổi, thiết kế hay xây dựng lại. Do
đó, dự báo dòng chảy kiệt rất quan
trọng để cảnh báo cho các công ty vận
chuyển hàng hóa về những hạn chế của
đường thủy và có cơ hội để cung cấp

những phương tiện thay thế trong điều
kiện khắc nghiệt.
2.2.5 Bảo vệ hệ sinh thái và cảnh
quan
Hệ sinh thái dễ bị tổn thương nhất
trong suốt giai đoạn dòng chảy kiệt do
suy giảm môi trường sống, cực trị của

nhiệt độ nước, giảm lượng ôxy hòa tan,
suy thoái chất lượng nước (do lượng
chất thải xả ra) và môi trường sống
phân mảnh (gây ra bởi rào cản tự nhiên
và nhân tạo đối với sự di chuyển của
cá). Các kỹ thuật liên quan bao gồm
các phương pháp đơn giản dựa vào các
chỉ số dòng chảy kiệt thường được biết
đến như thiết lập các tiêu chuẩn và bao
gồm giá trị trung bình hàng năm nhỏ
nhất của một khoảng thời gian nhất
định (Chương 5) hay là phân vị từ
đường cong dòng chảy với thời gian
(Chương 6). Lưu lượng ước lượng sau
đó được sử dụng để thiết lập dòng chảy
nhỏ nhất trong một con sông khi lưu
lượng nhỏ hơn mức độ này, sự lấy
nước nên ngừng lại (hoặc giảm dần).
Các phương pháp tiên tiến hơn bao
gồm mô phỏng môi trường sống nơi sự
tác động của từng chế độ dòng chảy
kiệt lên từng sinh vật và từng giai đoạn
phát triển được đánh giá (Tallaksen và
van Lanen, 2004). Để hỗ trợ các hệ
sinh thái phức tạp, dòng sông là tài sản
tự nhiên cho các hoạt động thể thao và
giải trí (ví dụ, chèo thuyền, câu cá,
khoa học nghiên cứu về loài chim và đi
bộ). Đảm bảo đủ độ sâu nước hay vận
tốc trong thời kỳ kiệt có thể tăng sự hấp

dẫn tự nhiên của các dòng sông.


2.3 Các vấn đề về thiết kế
2.3.1 Tính toán, rủi ro và dự báo
Hướng dẫn này sử dụng thuật ngữ
chung “tính toán dòng chảy kiệt”. Điều
này có thể được ứng dụng đối với lưu
lượng thực đo bất kỳ vào một ngày bất
kỳ, thống kê dòng chảy kiệt được tính
toán từ số liệu, thống kê được tính toán
từ một mô hình hay một dự báo về
dòng chảy kiệt trong tương lai. Thuật
ngữ “tính toán” chỉ ra rằng có một sai
số tính toán và giá trị dự báo sẽ khác so
với giá trị thực đo.
Hướng dẫn của WMO về thực hành
thủy văn (WMO-số 168) xem xét sai số
tính toán chi tiết. Dòng chảy kiệt có thể
được phân tích theo một số cách khác
nhau. Một vài cách là những giá trị
riêng lẻ như là hằng số nước rút, phần
trăm dòng chảy cơ sở hay trung bình
của một chuỗi số liệu. Những cách
phân tích này gọi là các chỉ số dòng
chảy kiệt. Các phương pháp phức tạp
hơn tính toán dòng chảy kiệt liên quan
đến xác suất. Ví dụ, hàm phân bố lũy
tích (đường cong dòng chảy-thời gian)
của dòng chảy hàng ngày mô tả mối

quan hệ giữa lưu lượng và phần trăm
thời gian khi lưu lượng bất kỳ vượt quá
(Chương 6). Kỹ thuật tính các giá trị
cực trị được trình bày ở Chương 7 để
ước lượng xác suất không vượt quá của
giá trị nhỏ nhất hàng năm. Sự khác biệt
quan trọng trong hai cách tính là đường
cong dòng chảy-thời gian xem xét tất
cả các ngày trong chuỗi thời gian và do
đó phần trăm thời gian trên toàn bộ thời
điểm đo khi mà dòng chảy bất kỳ bị

vượt quá. Trái lại, các phương pháp
tính giá trị cực trị được ứng dụng đối
với số liệu nhỏ nhất hàng năm tính toán
xác suất không vượt quá trong nhiều
năm, hay các bước trung bình trong
nhiều năm (chu kỳ) khi giá trị nhỏ nhất
hàng năm nhỏ hơn giá trị bất kỳ. Do
đó, xác định tuổi thọ thiết kế của công
trình điều tiết nguồn nước bất kỳ rất
hữu ích. Rủi ro của việc trải qua một
hoặc nhiều giá trị nhỏ nhất hàng năm
thấp hơn lưu lượng nhỏ nhất T-năm
trong suốt thời kỳ thiết kế của M năm
là:
(2.1)
Xác suất rủi ro r khi trải qua giá trị nhỏ
nhất xảy ra trong thời đoạn 100 năm
trong suốt thời kỳ thiết kế của 100 năm

có thể được tính toán qua thiết kế T =
100 và M = 100 trong phương trình
trên. Điều này có nghĩa là tần suất là
0.63 và đưa ra một hướng hữu ích cho
việc chứng minh rằng tần suất “thất
bại” trong suốt thời kỳ vận hành của
một công trình bất kỳ là quan trọng và
các kế hoạch dự phòng cho các sự kiện
cực đoan nên được kết hợp trong thiết
kế. Mặc dù thiết kế các công trình điều
tiết nguồn nước nằm ngoài mục tiêu
của Hướng dẫn này, một điều đáng lưu
ý là một khái niệm quan trọng của từng
công trình là “mức độ dịch vụ”. Đây là
một tính toán tần suất và dự kiến kế
hoạch của người sử dụng công trình
điều tiết nguồn nước. Ví dụ, công trình
tưới tiêu có thể chỉ cung cấp 50 phần
trăm công suất lấy nước thiết kế cho ba
tháng, chỉ trong 20 năm. Tính toán


dòng chảy kiệt là một thành phần quan
trọng trong tính toán mức độ dịch vụ.
Những phương pháp trên không nhằm
mục đích để tính toán giá trị lưu lượng
bất kỳ hay thống kê dòng chảy kiệt sẽ
xảy ra. Ngược lại, kỹ thuật dự báo mô
tả trong Chương 11 tính toán cả cường
độ dòng chảy kiệt và thời gian xảy ra

theo ngày và tháng trong tương lai. Khi
thời gian dự kiến tăng lên, mức độ
chính xác của dự báo giảm, và, cho thời
gian dự kiến rất dài, dự báo có thể
không còn chính xác hơn những dự báo
sử dụng giá trị trung bình thống kê dài
hạn. Các phương pháp dự báo được
phân loại theo bước thời gian cho từng
dự báo. Dự báo hạn ngắn có thời gian
dự kiến ngắn hơn 7 ngày, dự báo hạn
vừa có thể đến 6 tháng, và dự báo hạn
dài trên 6 tháng.
2.3.2 Các thời kỳ năm, thời vụ và các
thời kỳ khác
Theo truyền thống, thông tin về dòng
chảy kiệt dựa vào tính toán xác suất từ
số liệu có sẵn. Tuy nhiên, cho nhiều
ứng dụng, số liệu theo tháng, nhóm các
tháng hoặc theo những mục đích riêng
có thể được sử dụng. Ví dụ, trong thiết
kế một công trình tưới tiêu, phân tích
nên tập trung vào các thời điểm trong
năm khi nhu cầu lấy nước phục vụ tưới
tiêu diễn ra, và số liệu của các tháng
còn lại có thể không sử dụng. Tương
tự, mô phỏng hệ sinh thái có thể thiết
lập dòng chảy cho từng loài sinh vật và
các giai đoạn phát triển và một lần nữa,
phân tích nên tập trung vào những giai
đoạn chuyển mùa quan trọng. Giá trị

nhỏ nhất hàng năm và phân tích dòng
chảy-thời gian có thể được thực hiện
cho các tháng bất kỳ hoặc nhóm các
tháng bất kỳ. Nó có thể phù hợp để
xem xét giá trị nhỏ nhất hàng năm của
các thời điểm khác nhau, ví dụ 7 ngày,
10 ngày, 30 ngày và 90 ngày, để giải
quyết yêu cầu thiết kế bất kỳ.
2.3.3 Quy mô tính toán
Một vấn đề quan trọng trong thủy văn
nghiệp vụ là đơn vị quản lý, nó có thể
là mạng lưới sông ngòi hay cơ sở hạ
tầng (ví dụ, hồ chứa, ống dẫn nước,
bơm nước, nhà máy xử lý nước, mạng
lưới phân phối, nhà máy xử lý nước
thải). Đơn vị quản lý chính đối với vấn
đề bảo vệ môi trường là lưu vực sông,
và tầm quan trọng của sự phát triển
thủy văn thượng lưu và hạ lưu đối với
các vấn đề hạ lưu đã nhấn mạnh nhu
cầu quản lý tổng hợp lưu vực sông. Đối
với nhà máy thủy điện, đơn vị quản lý
thường là hồ chứa và hệ thống tua bin,
với việc xem xét thay đổi chế độ xả
nước để bảo vệ lợi ích dưới hạ lưu.
Những đơn vị quản lý cấp nước thường
rất phức tạp và có thể liên quan đến hệ
thống nước mặt và nước ngầm hay tái
sử dụng nước thải. Những hệ thống này

cần các mô phỏng thủy văn, tài nguyên
nước và sử dụng nước phức tạp.
Các vấn đề về tài nguyên nước xảy ra
trên quy mô không gian rộng lớn có thể
được tính toán chi tiết ở những nhánh
sông riêng lẻ theo thứ tự 100m trong
lưu vực rộng 10km2 để tính toán tần
suất dòng chảy kiệt theo tỉ lệ lưu vực
sông bao phủ diện tích lưu vực sông


vượt quá 1 triệu km2. Ở các nước đang
phát triển, đối với các lưu vực sông
vượt quá 1000km2, các sông thường
được đo với chuỗi thời gian dài (lớn
hơn 50 năm). Điều này cho phép các
vấn đề về thiết kế hầu hết dựa vào các
phân tích từ số liệu thực đo.
Tuy nhiên, những lưu vực lớn hơn
thường tách những ảnh hưởng nhân tạo
khỏi chế độ dòng chảy tự nhiên. Ở các
nước đang phát triển, tuy nhiên, do
thiếu số liệu thực đo chất lượng tốt và
liên tục nhiều sông chính không có
trạm và phân tích dòng chảy kiệt do đó
phải dựa vào tính toán từ mô hình. Ở
nhều nước thậm chí với mạng lưới trạm
đo dày đặc, có một số lượng lớn sông
nhánh không có trạm đo. Điều này dẫn
đến nhu cầu phát triển hàng loạt mô

hình khu vực để tính toán dòng chảy
kiệt ở những nơi không có trạm đo.
Cuối cùng, để so sánh nguồn tài
nguyên của các nước trên cùng một lục
địa, độ tin cậy của tính toán nguồn dữ
liệu có sẵn dựa vào việc sử dụng một
phương pháp thích hợp. Các mô hình
thủy văn đơn giản thích hợp trong
những trường hợp này bởi vì yêu cầu
chính là xác định các thay đổi theo
không gian của nguồn tài nguyên, và
một hệ số dòng chảy kiệt đơn giản
thường là vừa đủ. Khảo sát dòng chảy
kiệt có thể diễn ra theo tỉ lệ từng nhánh
sông, lưu vực, lưu vực liên tỉnh và quốc
tế, khu vực (nhóm các nước) hay toàn
cầu. Tỉ lệ nghiên cứu sẽ ảnh hưởng
chính lên phương pháp được áp dụng
và thông tin được yêu cầu.

2.3.4 Khối lập phương dòng chảy
kiệt
Các nhà thủy văn có thể sử dụng một
loạt những quy trình cho từng thiết kế
thủy văn và quản lý tài nguyên nước,
lựa chọn được quy định dựa trên yếu tố
đầu ra-yêu cầu thiết kế. Lựa chọn được
quyết định bởi rủi ro liên quan đến
quyết định thiết kế. Ví dụ, rủi ro đầu tư
liên quan đến xây dựng một bể chứa

lớn cần thiết để thiết lập các trạm đo và
phân tích dòng chảy thực đo. Những số
liệu cung cấp một cơ sở cho thiết kế
thủy văn, điển hình là các đặc trưng
lượng trữ/năng suất. Ngược lại, ứng
dụng để xin giấy phép lấy nước quy mô
nhỏ sẽ thường xuyên ở nơi không có
trạm đo, không bảo đảm xây dựng các
trạm đo và thiết kế nên dựa vào thống
kê chế độ dòng chảy, như là dòng chảy
mùa khô với độ tin cậy nhất định, mà
không cần những yêu cầu về phân tích
chuỗi thời gian.
Sự phức tạp của các kịch bản thiết kế
khác nhau (UNESCO, 1997) có thể
được đơn giản bởi khái niệm hóa của
một ‘thiết kế kịch bản khối lập phương’
(Hình 2.1), định nghĩa bởi 3 chiều yêu
cầu thiết kế như sau:
1. Vị trí của vấn đề thiết kế, ví dụ, ở
một nơi không dữ liệu thủy văn. Thay
vào đó, có một trạm đo ở gần thượng
lưu hoặc gần hạ lưu. Điều này phân
biệt giữa vị trí có trạm và không có
trạm đo.
2. Những yêu cầu vận hành của thiết kế
thủy văn. Ví dụ, ngành nước và mức độ
vốn đầu tư sẽ quyết định liệu những

thống kê đơn giản được yêu cầu hay
một chuỗi thủy văn dài và liên tục.
Chiều dữ liệu này phân biệt giữa yêu
cầu về chuỗi thời gian hay thống kê
dòng chảy kiệt.
3. Lưu vực có thể tương đối tự nhiên
hay bị thay đổi nhiều bởi sự phát triển
tài nguyên nước, trong trường hợp nó
có thể cần thiết để chuyển dòng chảy tự
nhiên từ chuỗi dòng chảy thực đo
(Chương 3). Chiều dữ liệu này phân
biệt giữa những yêu cầu cho dòng chảy
tự nhiên hay nhân tạo.
Khối lập phương ba chiều đưa ra 8 kịch
bản thiết kế riêng biệt và được tóm tắt
dưới đây:
1. Chuỗi số liệu tự nhiên: chuỗi thời
gian dòng chảy (hàng ngày) ở một vị trí
trạm đo nơi đại diện chế độ dòng chảy
từ một lưu vực tự nhiên. Một ứng dụng
của yêu cầu thiết kế này có thể được
thiết lập các chế độ dòng chảy-môi
trường ở vị trí những trạm đo gần kề.
2. Chuỗi số liệu nhân tạo: một chuỗi số
liệu dòng chảy hàng ngày ở trạm đo nơi
đại diện chế độ dòng chảy từ một lưu
vực không còn tự nhiên nữa. Những
định nghĩa khác nhau của “nhân tạo” có
thể được sử dụng bao gồm sử dụng
nước liên quan đến kịch bản trong quá

khứ, hiện tại và tương lai. Một ứng
dụng của yêu cầu thiết kế này là đánh
giá phạm vi những đối tượng lấy nước
khác nhau ở thượng lưu làm giảm dòng
chảy hạ lưu trong một chuỗi thời gian
trong quá khứ.
3. Thống kê chuỗi số liệu tự nhiên:

thống kê chế độ dòng chảy như là dòng
chảy 95 phần trăm, đại diện cho chế độ
dòng chảy từ một lưu vực tự nhiên ở vị
trí có trạm đo. Điều này cần thiết để
quyết định liệu một đề xuất lấy nước có
được tán thành.
4. Thống kê chuỗi số liệu nhân tạo:
thống kê chế độ dòng chảy đại diện cho
chế độ dòng chảy từ một lưu vực nhân
tạo ở vị trí có trạm đo. Thiết kế này có
thể được yêu cầu để quyết định nơi mà
những đối tượng lấy nước đã giảm 95
phần trăm lưu lượng dòng chảy kiệt ở
vị trí có trạm đo.
5. Chuỗi số liệu nơi không có trạm ở
lưu vực tự nhiên: một chuỗi số liệu
dòng chảy đại diện cho chế độ dòng
chảy tự nhiên ở vị trí không có trạm đo.
Số liệu này sẽ cần để thiết kế một công
trình lấy nước phức tạp ở vị trí không
có trạm đo và sẽ yêu cầu phát triển một
mô hình mô phỏng lưu vực (Chương

9).
6. Chuỗi số liệu nơi không có trạm đo ở
khu vực nhân tạo: một chuỗi số liệu
dòng chảy đại diện cho chế độ dòng
chảy nhân tạo ở vị trí không có trạm
đo. Một ứng dụng điển hình của yêu
cầu thiết kế này có thể trong thiết kế
cho những công trình sử dụng chung
(nước mặt và nước ngầm) trong một
lưu vực nơi có những máy bơm nước
ngầm nhưng thiếu đo đạc lưu lượng.
7. Thống kê số liệu nơi không có trạm
đo ở lưu vực tự nhiên: thống kê chế độ
dòng chảy đại diện cho chế độ dòng
chảy tự nhiên ở vị trí không có trạm đo.


Ứng dụng của nó cho đánh giá sơ bộ tài
nguyên nước cấp khu vực.
Thống kê
Chuỗi thời gian

Có trạm đo

Không có trạm

Tự nhiên

Nhân tạo

Hình 2.1 Thiết kế kịch bản khối lập
phương: khái niệm hóa các hướng khác
nhau để tính toán dòng chảy kiệt
8. Thống kê số liệu nơi không có trạm
đo ở lưu vực nhân tạo: thống kê chế độ
dòng chảy đại diện cho chế độ dòng
chảy nhân tạo ở vị trí không có trạm
đo. Một ứng dụng điển hình của yêu
cầu này có thể sử dụng trong thiết kế sơ
bộ một công trình thủy điện cỡ nhỏ ở
lưu vực nhân tạo.
Sự phức tạp thêm của công trình này
bao gồm đánh giá tác động lên dòng
chảy ở hạ lưu bị ảnh hưởng của con
người dựa trên chuỗi số liệu lịch sử,
tình hình sử dụng nước hiện tại hay
kịch bản lấy nước trong tương lai.
Trong hầu hết các trường hợp, điều này
sẽ yêu cầu chuyển dòng chảy tự nhiên
từ chuỗi dòng chảy liên tục hay thống
kê dòng chảy kiệt (Chương 10).
2.4 Các nghiên cứu trước đây

Trước khi tập trung vào khảo sát dòng
chảy kiệt, một điều quan trọng là xem
lại công việc trước đây được thực hiện
trong khu vực. Các quy trình đối chiếu
thông tin này được mô tả chi tiết trong
WMO (2008). Những quy trình này
nên bao gồm đánh giá tất cả số liệu

thủy văn. Nếu các phương pháp tính
toán ở vị trí không có trạm đo được
xem xét, dữ liệu chuyên đề (Demuth,
1993) mô tả khí hậu, đất, địa chất và
địa mạo cũng được đối chiếu. Ví dụ,
mặc dù nghiên cứu dòng chảy kiệt ở
quy mô khu vực có thể không được
thực hiện trong khu vực đó, một nghiên
cứu lũ có thể trở thành một công cụ mô
tả lưu vực hữu ích (Chương 3). Nguồn
số liệu chính nên được đánh giá bao
gồm: dữ liệu khí tượng thủy văn, dữ
liệu vật lý học, tác động của con người,
các loại bản đồ giấy và số và các
nghiên cứu thủy văn trước đây đã được
xuất bản trong các báo cáo hoặc tạp chí
chuyên ngành. Thông tin này có thể có
sẵn trong các danh mục siêu dữ liệu,
phần lưu trữ dự án, thư viện, giao tiếp
cá nhân và Internet.
2.5 Phổ biến kết quả
Thành phần quan trọng trong bất kỳ các
cuộc khảo sát dòng chảy kiệt là quyết
định kết quả sẽ được phổ biến đến
người sử dụng (WMO, 2008). Người
sử dụng có thể là các chuyên gia thủy
văn liên quan đến các phương pháp
phân tích dòng chảy kiệt, đến các
chuyên gia trong lĩnh vực kỹ thuật, sinh
thái học hoặc luật pháp, đến nhóm cộng

đồng quan tâm đến môi trường tự
nhiên. Các kết quả truyền thống được


cung cấp trong các báo cáo và định
dạng bản đồ; nhưng, bây giờ được bổ
sung hay được thay thế bằng phần mềm
tính toán dòng chảy kiệt quy mô cấp
khu vực và hiển thị kết quả dạng số hay
các dịch vụ trực tuyến. Điều này cũng
có thể bởi vì tăng nhu cầu điều hành
các thông tin thủy văn dạng số bao gồm
mô hình độ cao và mạng lưới sông suối
(Chương 3). Đây vẫn là nhu cầu để
đảm bảo rằng các phương pháp và kết
quả dòng chảy kiệt được hiểu một cách
đầy đủ, và quan trọng là hỗ trợ trực
tuyến sẽ được cung cấp bởi các chuyên
gia về phương pháp và ứng dụng thông
tin dòng chảy kiệt.
2.6 Các nguyên tắc chính trong thiết
kế dòng chảy kiệt
Một vài nguyên tắc chung trong thiết
kế thủy văn (Reed, 1999) được trình
bày trong Hướng dẫn này và nên được
xem xét bởi các nhà thủy văn khi thực
hiện thiết kế dòng chảy kiệt cho từng
công trình riêng biệt và khi phát triển
các quy trình tính toán cấp quốc gia.
Mục tiêu chính của tất cả các quy trình

thiết kế là để giảm độ bất định của tính
toán dòng chảy kiệt. Một vài nguyên
tắc chung được nêu dưới đây:
(a) Tính toán dòng chảy kiệt nên, bất
cứ khi nào có thể, dựa vào số liệu thực
đo;
(b) Trong trường hợp thiếu số liệu thực
đo, chuyển đổi số liệu thượng lưu hay
hạ lưu hay từ một lưu vực gần kề sẽ
làm giảm sai số tính toán;
(c) Tính toán thống kê dòng chảy kiệt ở

vị trí không có trạm đo từ các yếu tố
mô tả lưu vực có thể được hỗ trợ bởi
một vài số liệu chuyển đổi chính thức
hay không chính thức;
(d) Khả năng để chọn phương pháp
phân tích và tính toán dòng chảy kiệt
thích hợp nhất dựa vào kinh nghiệm.
Quyết định sẽ luôn luôn bị ảnh hưởng
bởi bản chất của vấn đề thiết kế, lưu
vực, số liệu sẵn có và kinh nghiệm của
chuyên gia;
(e) Nhà phân tích có thể tìm nhiều
thông tin mà nếu được sử dụng, thông
tin này sẽ giảm sai số tính toán;
(f) Cho sự phát triển tự động của phân
tích hiện đại và phần mềm tính toán,
các chuyên gia sẽ tăng cường trách
nhiệm trong công tác thiết kế thủy văn

và luôn tìm kiếm lời khuyên từ một
chuyên gia có kinh nghiệm;
(g) Đóng góp tích cực và tiêu cực từ
cộng đồng người sử dụng, cùng với
những tiến bộ trong các phương pháp
và sự sẵn có của số liệu, cho phép
những thay đổi nhỏ trong các quy trình
thiết kế quốc gia và phần mềm. Hiệu
chỉnh tức thời cho bất kể sai số hay bất
cập của các kỹ thuật tính toán dòng
chảy kiệt rất quan trọng. Tuy nhiên,
hiệu chỉnh nhỏ liên tục cho các phương
pháp thiết kế không được hoan nghênh
từ người sử dụng, trong đó nói chung
họ thích cập nhật những thay đổi lớn
hơn.
Tài liệu tham khảo
Demuth, S., 1993: Untersuchungen
zum Niedrigwasser in West-Europa.


Freiburger Schriften zur Hydrologie,
Bd.1.
Reed, D.W., 1999: Food Estimation
Handbook.
Hydrology,
Kingdom.

Volume, Institute of
Wallingford,

United

Tallksen, L.M. and H.A.J. van Lanen
(eds), 2004: Hydrological Drought Processes and Estimation Methods for
Streamflow
and
Groundwater.
Developments in Water Science, 48,
Elsevier Science B.V., Amsterdam.
United Nations Educational, Scientific
and Cultural Organization (UNESCO),
1997: Southern Africa - Friend.
Technical Documents in Hydrology
No.15, UNESCO, Paris.
World Meteorological Organization,
2008: Guide to Hydrological Pratices.
Volume I, sixth edition (WMONo.168), Geneva (Volume II in
preparation).


CHƯƠNG 3. SỐ LIỆU THỦY VĂN

3.2 Phân tích số liệu dòng chảy kiệt

3.1 Giới thiệu

Số liệu tương ứng cho phân tích dòng
chảy kiệt có thể được liệt kê như sau:
số liệu khí tượng thủy văn, số liệu địa
văn học và số liệu nhân chủng học. Số

liệu khí tượng thủy văn mô tả các yếu
tố của vòng tuần hoàn thủy văn (nước)
thay đổi liên tục theo thời gian. Số liệu
địa văn học, trái lại, mô tả các đặc tính
tự nhiên trên cạn cái mà không thay đổi
hoặc thay đổi không đáng kể trong
chuỗi thời gian ngắn tương ứng được
xem xét bởi các phân tích thủy văn. Số
liệu nhân chủng học giúp giải thích
những ảnh hưởng của hoạt động con
người lên hệ thống tự nhiên và nhân
tạo.

Số liệu thủy văn và những số liệu liên
quan bao gồm tất cả số liệu thông
thường được sử dụng bởi các nhà thủy
văn học (WMO, 1958, 2006). Phân tích
thủy văn có ý nghĩa sẽ luôn luôn dựa
vào số liệu có chất lượng đảm bảo đại
diện cho những điều kiện trong lưu
vực, khu vực nghiên cứu hay khu vực
bất kỳ trong một khoảng thời gian bất
kỳ. Mục tiêu của chương này là giới
thiệu cho người đọc các loại số liệu hay
gặp nhất trong thủy văn dòng chảy kiệt
và cung cấp hướng dẫn trong chuẩn bị
số liệu để phân tích. Chương này nhấn
mạnh việc chuẩn bị số liệu dòng chảy
bởi vì tầm quan trọng của dữ liệu trong
các nghiên cứu dòng chảy kiệt. Tuy

nhiên, chương này cố tình loại trừ chi
tiết về quan trắc các yếu tố liên quan
đến thủy văn, xử lý và quản lý dữ liệu
này, thiết kế mạng lưới và cách quyết
định và quản lý dữ liệu thủy văn: một
vài xuất bản và báo cáo kỹ thuật của
WMO (ví dụ, WMO, 1980, 2008a) và
các tài liệu xuất bản khác (ví dụ
Herschy, 1999) đã đề cập đến vấn đề
này một cách đầy đủ. Các tài liệu tham
khảo sẽ được trích dẫn để tiện cho việc
nghiên cứu. Hướng dẫn của WMO về
đánh giá nguồn nước (đang được chuẩn
bị) sẽ cung cấp chi tiết về việc thu thập
và xử lý số liệu địa vật lý (địa hình, đất,
địa chất và thảm phủ), số liệu kinh tếxã hội (sử dụng đất và dân số) và số
liệu khí hậu (giáng thủy và bốc hơi).
Chương này sẽ cung cấp một cách tóm
tắt một vài biến này.

Số liệu thủy văn có thể được chia nhỏ
hơn thành các số liệu thực đo tại từng
điểm và số liệu không gian. Số liệu
thực đo tại điểm bất kỳ mô tả sự đo đạc
của một thực thể xác định ở một vị trí
xác định. Một chuỗi các số liệu thực
đo, các mẫu vật, các quan trắc hay ghi
chép của một thực thể thay đổi theo
thời gian ở một vị trí đơn lẻ là kết quả
của một chuỗi thời gian của một thực

thể ở điểm đó. Số liệu theo chuỗi thời
gian có thể được vận dụng để tạo ra các
chuỗi số liệu tổng hợp và thống kê. Ví
dụ, tính toán trung bình 96 số liệu thực
đo theo bước thời gian 15 phút trong
một ngày đưa ra một giá trị dòng chảy
trung bình ngày. Nhắc lại cách tính này
cho một vài chuỗi số liệu ngày tạo ra
một chuỗi các giá trị trung bình ngày.
Tổng hợp số liệu ngày sau đó có thể tạo
ra chuỗi số liệu tuần, 10 ngày, tháng và
năm. Thống kê chuỗi đủ lớn (ví dụ,