Mô phỏng dòng chảy lũ đến hồ chứa Nước Trong, tỉnh Quảng Ngãi.PDF

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN PHÚ TRƢỞNG

MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY LŨ ĐẾN HỒ CHỨA NƯỚC TRONG,
TỈNH QUẢNG NGÃI

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
Mã số: 60.58.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – 2019


Công trình được hoàn thành tại
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Đoàn Thụy Kim Phƣơng
2. GS.TS Nguyễn Thế Hùng
Phản biện 1: TS Hoàng Ngọc Tuấn
Phản biện 2: TS Tô Thúy Nga

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn
tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật xây dựng công trình thủy họp
tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày …...… tháng
…...… năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại

học Bách khoa
- Thư viện Khoa Xây dựng Thủy lợi - Thủy điện, Trường
Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Công trình đầu mối hồ chứa Nước Trong nằm trên địa bàn xã
Sơn Bao, huyện Sơn Hà, tỉnh Quảng Ngãi, được xây dựng và đưa
vào sử dụng từ năm 2017 với nhiệm vụ bổ sung nguồn nước, ổn định
tưới cho 52.600 ha đất nông nghiệp thuộc hệ thống thuỷ lợi Thạch
Nham vào các tháng mùa khô (từ tháng 4 đến tháng 8) với mức đảm
bảo cấp nước 75%; tạo nguồn cấp nước công nghiệp, sinh hoạt cho
Khu kinh tế Dung Quất, thành phố Vạn Tường: 3,95m3/s, cho thành
phố Quảng Ngãi và 7 huyện đồng bằng tỉnh Quảng Ngãi: 1,75m3/s;
cấp nước cho chăn nuôi: 0,5m3/s; cấp nước phục vụ nuôi trồng thuỷ
sản: 2.980ha; phát điện với công suất lắp máy NLM =16,5 MW; giảm
ngập lụt hạ lưu với tần suất 10%: 0,24m; kết hợp phát triển du lịch,
giảm xâm nhập mặn hạ du, cải tạo môi trường sinh thái cho vùng dự
án.
Việc dự báo và cảnh báo lũ đến hồ chứa Nước Trong đóng vai
trò quan trọng và quyết định trong công tác vận hành hồ chứa an toàn
và hiệu quả. Để làm tốt công việc này, bên cạnh việc thiết lập thêm
các trạm đo mưa ở thượng lưu hồ chứa, tổ chức đo đạc tại hồ (lượng
mưa, mực nước …) thì việc xây dựng bộ mô hình số tính toán, dự
báo dòng chảy thực về hồ chứa Nước Trong cũng rất quan trọng
nhằm hỗ trợ điều hành và vận hành hồ chứa một cách phù hợp và
hiệu quả.
Nhận thấy tính cấp thiết và quan trọng của vấn đề, tác giả kiến

nghị lựa chọn đề tài: “Mô phỏng dòng chảy lũ đến hồ chứa Nước
Trong, tỉnh Quảng Ngãi” để nghiên cứu. Mục tiêu cuối cùng của
luận văn là phải tìm ra được bộ thông số mô hình đáng tin cậy áp
dụng cho lưu vực hồ chứa Nước Trong bằng cách tiếp cận thông số


2
hóa, sử dụng các phép toán tối ưu, từ đó dự báo dòng chảy thực về
hồ chứa trong tương lai. Đây cũng chính là vấn đề cốt lõi xuyên suốt
cả luận văn.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng bộ thông số cho mô hình HEC-HMS nhằm dự báo
lưu lượng lũ đến hồ chứa Nước Trong phục vụ cho bài toán vận hành
điều tiết hồ hợp lý.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu mô hình thủy văn HECHMS để tính toán dự báo dòng chảy về hồ chứa Nước Trong;
- Phạm vi nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu mô phỏng dòng chảy
lũ thuộc lưu vực hồ chứa Nước Trong.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích thống kê: Tổng hợp, phân tích các
nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến lĩnh vực vận hành hồ
chứa, từ đó xác định hướng tiếp cận khoa học cho bài toán đặt ra;
- Phương pháp mô hình toán: Dựa trên khả năng ứng dụng và
sự phổ cập của các mô hình, trong luận văn, học viên sử dụng mô
hình HEC-HMS;
- Phương pháp kế thừa nghiên cứu: Luận văn tham khảo và kế
thừa một số tài liệu, kết quả nghiên cứu liên quan đã được nghiên
cứu trước đây của các tác giả, cơ quan và tổ chức khác trong và
ngoài nước.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Xây dựng bộ thông số cho mô hình HEC-HMS phù hợp với
lưu vực nghiên cứu làm cơ sở khoa học giúp cán bộ làm công tác
theo dõi, quản lý điều hành hồ chứa Nước Trong tham khảo khi mô
phỏng tính toán quá trình lưu lượng lũ đến hồ trong mừa mưa lũ;


3
- Các kịch bản mô phỏng của luận văn giúp cho đơn vị quản lý,
vận hành hồ chứa Nước Trong hình dung trước được diễn biến của
các thông số lũ đến hồ chứa và mực nước Hồ khi có lũ từ đó điều tiết
và vận hành hồ chứa hợp lý.
6. Cấu trúc luận văn
Luận văn bao gồm phần Mở đầu, 03 Chương và phần Kết luận
& kiến nghị.
Mở đầu
Chương I. Tổng quan về lưu vực hồ Nước Trong
Chương II. Cơ sở lý thuyết và lựa chọn mô hình thủy văn
Chương III. Áp dụng mô hình HEC-HMS dự báo dòng chảy
đến hồ chứa Nước Trong
Kết luận và kiến nghị
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƢU VỰC HỒ CHỨA NƢỚC
TRONG
1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên lƣu vực hồ chứa Nƣớc Trong
Lưu vực hồ chứa Nước Trong thuộc khu vực phía Đông dãy
núi Trường Sơn, thượng nguồn lưu vực là những đỉnh núi cao tạo
bức thành chắn gió như Tu Neo (1175m) huyện Sơn Hà - Tây Trà Trà Bồng, núi Mun (1085m) huyện Sơn Hà. Độ cao lưu vực giảm
dần theo hướng Tây- Đông, hình thành phễu thiên nhiên khổng lồ
đón nhận hướng gió mùa Đông Bắc từ biển đông thổi vào, tạo nên
những tâm mưa lớn như Sơn Hà, Trà Bồng.
Công trình hồ chứa Nước Trong nằm trên địa bàn xã Sơn Bao,

huyện Sơn Hà, cách thành phố Quảng Ngãi khoảng 50 Km về phía
Tây, cách thị trấn Di Lăng thuộc huyện Sơn Hà khoảng 10 Km về


4
phía Tây - Tây Bắc có tọa độ địa lý: 1504’46’’ Vĩ độ Bắc;
108024’48’’ Kinh độ Đông.
Trên lưu vực hồ chứa Nước Trong, thổ nhưỡng chủ yếu là
trầm tích bề mặt, lòng sông gặp các trầm tích đệ tứ có nguồn gốc
khác nhau như Aluvi, deluvi, trầm tích trọng lực và đá gốc có trầm
tích trẻ tuổi. Gồm các đá, cát, sét kết, đá granit, một ít bazan. Trầm
tích aluvi gặp ở hai khu vực thấp của lưng sông. Tại lòng sông các
bãi bồi nhỏ hẹp gồm cát chứa cuội sỏi khá đồng chất hầu như phủ kín
phần lòng sông với độ dày từ vài mét đến hàng chục mét.
Về thảm phủ thực vật trên lưu vực có rừng rập rạp chiếm 50%,
các hợp thủy có nhiều tầng và độ che phủ tốt, phía thượng lưu lòng
hồ là các cây rừng nhỏ, thưa thớt và tái sinh.
1.2. Đặc điểm khí hậu lưu vực
Lưu vực Nước Trong là phụ lưu nằm phía tả ngạn sông Trà
Khúc, có diện tích 460 km2. Trong lưu vực nghiên cứu không có
trạm đo mưa và dòng chảy nhưng trong lưu vực sông Trà khúc có
mạng lưới trạm khí tượng, thủy văn tương đối phong phú.
1.3. Đặc điểm thủy văn
Từ điều kiện khí hậu hình thành dòng chảy 2 mùa lũ – kiệt
tương ứng trong năm: mùa lũ từ tháng 9 đến tháng 12; mùa kiệt từ
tháng 1 đến tháng 8. Sự phân bố dòng chảy trong sông không đều,
mùa kiệt lượng nước chỉ chiếm 25% lượng nước trong năm nên gây
rất nhiều khó khăn trong sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt, nhất là
vụ hè thu. Về mùa mưa, lượng mưa lớn, cường độ mạnh, thời gian
tập trung nhanh gây lũ lớn đã làm thiệt hại đến tài sản và đời sống

dân cư vùng hạ du. Vì vậy, vấn đề xây dựng hồ chứa Nước Trong ở
thượng lưu sông Trà Khúc để điều hòa dòng chảy trở nên vô cùng


5
cần thiết cho việc phát triển kinh tế tỉnh Quảng Ngãi và khu vực
miền Trung.
1.4. Đặc điểm lũ lụt hồ chứa Nƣớc Trong
Công trình hồ chứa Nước Trong là công trình cấp I với tần
suất thiết kế P=0,5 % và tần suất kiểm tra P = 0,1%, tính toán lũ thiết
kế thu phóng theo mô hình lũ năm 1986 trạm Sơn Giang.
Theo kết quả tính toán cho thấy thời gian lũ lên trên hồ chứa
Nước Trong trung bình trong mỗi trận lũ là 22giờ, thời gian lũ xuống
là 50 giờ và thời gian cả trận lũ trung bình là 72 giờ. Tuy nhiên trên
thực tế cũng có đợt lũ kéo dài hơn, những đợt lũ kéo dài thường do
các hình thế thời tiết gây mưa lớn xuất hiện liên tiếp gây ra các trận
lũ kế tiếp nhau, có lũ đơn, lũ kép.
Nằm trong khu vực có sự phân hóa mạnh về địa hình nên chế
độ mưa, lũ lụt trên hồ chứa Nước Trong cũng diễn biến khá phức tạp.
Với đặc điểm mạng lưới sông Nước Trong ngắn và dốc, địa hình chia
cắt mạnh, độ dốc lòng sông lớn. Hợp lưu 2 sông nhánh với sông
Nước Trong lại rất gần nhau, khoảng cách chưa đầy 10km nên khi có
mưa lớn, lũ tập trung rất nhanh dễ sinh ra tổ hợp lũ. Với sự diễn biến
ngày càng phức tạp của chế độ mưa-lũ, nguy cơ xuất hiện các trận
mưa-lũ đặc biệt lớn có chiều hướng ngày càng gia tăng, nên cần phải
có sự chủ động, luôn nắm bắt thông tin về tình hình thời tiết thủy văn
để có những giải pháp phòng tránh hợp lý, nhằm giảm tối đa thiệt hại
do lũ lụt gây ra, đặc biệt là đảm bảo an toàn tính mạng của nhân dân.

6
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH DỰ BÁO DÒNG
CHẢY
2.1. Giới thiệu chung về mô hình dự báo lũ
2.1.1. Mô hình tính toán thủy văn
2.1.2. Mô hình Mưa - dòng chảy (mô hình tất định)
Sau một trận mưa rơi trên lưu vực, kết quả tại mặt cắt cửa ra ta
thu được quá trình lưu lượng, là kết quả tổng hợp của nhiều quá trình
xảy ra đồng thời. Như vậy từ khi có mưa rơi xuống đến khi có lượng
dòng chảy ở mặt cắt cửa ra đã xảy ra các quá trình
- Quá trình mưa: Mưa là một quá trình quan trọng đóng vai trò
chính trong sự hình thành dòng chảy trên lưu vực. Lượng mưa và
quá trình mưa quyết định lưu lượng và quá trình dòng chảy;
- Quá trình tổn thất: Tổn thất cũng là một quá trình phức tạp,
nhiều thành phần và chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố khác nhau.
Tổn thất bao gồm các thành phần sau:
+ Tổn thất tích đọng: gồm tổn thất tích đọng bề mặt và tổn
thất tích đọng trong điền trũng;
+ Các mô hình phát triển công thức căn nguyên dòng chảy
như mô hình quan hệ (Ratinal model), tỷ lệ thời gian và
diện tích (Time-Area model);
+ Các mô hình kiểu lũ đơn vị: mô hình HEC-HMS;
+ Các mô hình kiểu bể chứa : mô hình TANK, SSARR,
NAM, …
Các mô hình tính dòng chảy từ số liệu mưa thường được dùng
để khôi phục, bổ sung số liệu dòng chảy khi biết số liệu mưa, phục
vụ thiết kế các công trình trên sông, tính toán nguồn nước phục vụ
quy hoạch thủy lợi và tính toán dự báo dòng chảy lũ.

7
2.3. Tình hình nghiên cứu dự báo lũ lụt ở Việt Nam
2.4. Sự cần thiết dự báo dòng chảy lũ trên lƣu vực hồ chứa Nƣớc
Trong
2.4.1. Hiện trạng lũ lụt và công tác dự báo tại công trình hồ chứa
Nước Trong
2.4.2. Vấn đề luận văn tập trung giải quyết
Mục tiêu cuối cùng của đề tài là phải tìm ra được bộ thông số
đáng tin cậy của mô hình áp dụng mô phỏng cho lưu vực nghiên cứu.
Lựa chọn công cụ là mô hình thủy văn HEC-HMS, bằng cách tiếp
cận thông số hóa, sử dụng các phép toán tối ưu cho phép ta dò tìm
được bộ thông số trung bình đặc trưng cho cả lưu vực nghiên cứu.
Với bộ thông số vừa tìm được sau khi đem kiểm định cho các trận lũ
độc lập khác để khẳng định tính đúng đắn trong giới hạn cho phép
(căn cứ vào chỉ số NASH), ta có thể dùng nó để mô phỏng các đặc
trưng lũ cho các trận lũ về hồ chứa trong tương lai khi có số liệu đo
đạc mưa, bốc hơi đầu vào của lưu vực. Đây chính là vấn đề cốt lõi
xuyên suốt cả luận văn.
2.5. Cơ sở lý thuyết mô hình HEC – HMS
2.5.1. Cơ sở lý thuyết mô hình HEC-HMS
Mô hình HEC-HMS được sử dụng để mô phỏng quá trình
mưa- dòng chảy khi nó xảy ra trên một lưu vực cụ thể. Ta có thể biểu
thị mô hình bằng sơ đồ sau:


8
Ta có thể hình dung bản chất của sự hình thành dòng chảy của
một trận lũ như sau: Khi mưa bắt đầu rơi cho đến một thời điểm t
nào đó, dòng chảy mặt chưa được hình thành, lượng mưa ban đầu đó
tập trung cho việc làm ướt bề mặt và thấm. Khi cường độ mưa vượt

quá cường độ thấm (mưa hiệu quả) thì trên bề mặt bắt đầu hình thành
dòng chảy, chảy tràn trên bề mặt lưu vực, sau đó tập trung vào mạng
lưới sông suối. Sau khi đổ vào sông, dòng chảy chuyển động về hạ
lưu, trong quá trình chuyển động này dòng chảy bị biến dạng do ảnh
hưởng của đặc điểm hình thái và độ nhám lòng sông.
2.5.2. Diễn toán dòng chảy
Diễn toán lũ được dùng để tính toán sự di chuyển sóng lũ qua
đoạn sông và hồ chứa. Hầu hết các phương pháp diễn toán lũ có
trong HEC-HMS dựa trên phương trình liên tục và các quan hệ giữa
lưu lượng và lượng trữ. Những phương pháp này là Muskingum,
Muskingum- Cunge, Puls cải tiến (Modified Puls), sóng động học
(Kinematic Wave) và Lag.
Trong tất cả những phương pháp này quá trình diễn toán được
tiến hành trên một nhánh sông độc lập từ thượng lưu xuống hạ lưu,
các ảnh hưởng của nước vật trên đường mặt nước như nước nhảy hay
sóng đều không được xem xét.

CHƢƠNG 3: ÁP DỤNG MÔ HÌNH HEC – HMS MÔ PHỎNG
DÒNG CHẢY ĐẾN HỒ CHỨA NƢỚC TRONG
3.1. Sơ đồ hóa mạng lƣới lƣu vực mô phỏng


9
Số liệu không gian được xác định thông qua phần mềm
ArcGIS với dữ liệu bản đồ DEM có độ phân giải 25 x 25m. Kết quả
xác định, phân tích lưu vực hồ chứa Nước Trong được hiển thị dưới
dạng đường biên (đường phân thủy) và mạng lưới sông suối trong
lưu vực. (Hình 3.1)

Hình 3.1: Sơ đồ hóa mạng lưới lưu vực mô phỏng

3.2. Thu thập và chỉnh lý số liệu
3.2.1. Tài liệu thủy văn
Mật độ trạm quan trắc mưa trên khu vực khá thưa thớt, chủ
yếu tập trung ở phần hạ du hồ chứa. Do vậy, căn cứ vào điều kiện
thực tế của công trình, tác giả lựa chọn số liệu quan trắc mưa của 4
trạm đo bao gồm: Sơn Giang, Sơn Tây, Trà My và Trà Bồng (Đa
giác Theissen). Số liệu quan trắc được từ 4 trạm này được ghi chép
từ năm 1977 đến năm 2018 hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu của bài
toán.


10
3.2.2. Số liệu đặc trưng hồ chứa
Số liệu hồ chứa là cơ sở cho công tác tính toán các đặc trưng
thủy văn thiết kế được thu thập, tổng hợp từ tài liệu thiết kế kỹ thuật
hồ chứa Nước Trong (Bảng 3.2)
Bảng 3.2: Các đặc trưng hồ chứa Nước Trong
TT

Chỉ tiêu

Ký hiệu

Đơn vị

Trị số

MNDBT

m

129.50

MNC

m

96.00

1

Mực nước dâng bình thường

2

Mực nước chết

3

Dung tích toàn bộ

Vtbộ

106m3

289.50

4

Dung tích chết

Vc

106m3

30.80

5

Dung tích hữu ích

Vhi

106m3

258.70

6

Dung tích nhiều năm

Vnn

106m3

70.20

7

Dung tích năm

Vn

106m3

188.50

8

Hệ số dung tích



0.24

9

Hệ số dung tích nhiều năm

nn

0.06

n

0.18

10 Hệ số dung tích năm
11
12

Diện tích mặt hồ tương ứng
MNGC
Diện tích mặt hồ ứng với
MNDBT

13 Diện tích mặt hồ ứng với MNC
14 Hệ số điều tiết dòng chảy

FMNGC

Ha

1196

FMNDBT

Ha

1166

FMNC

Ha

381



0.7

11
3.3. Xây dựng mô hình dự báo dòng chảy cho lƣu vực
3.3.1. Chia lưu vực tính toán
Mô hình HEC-HMS được xây dựng từ lý thuyết cơ bản của
dòng chảy dựa trên mô hình bể chứa. Mỗi bể chứa đại diện cho một
lưu vực con, mỗi lưu vực con lại tập hợp nhiều yếu tố về thủy văn,
thủy lực dòng chảy. Do vậy, việc xác định sự tương quan và tính phù
hợp của mỗi lưu vực con là hết sức cần thiết.
Căn cứ vào bản đồ địa hình DEM 25m x 25m, sử dụng mô
hình ArcGIS tiến hành phân tích lưu vực hồ chứa Nước Trong, ta có
được 5 lưu vực con như hình 3.1.
3.3.2. Kết nối hệ thống lưu vực
Mô hình cho phép phân chia lưu vực nghiên cứu thành:
+ Lưu vực bộ phận (Subbasin);
+ Đoạn sông (Reach);
+ Hồ chứa (Reservoir);
+ Hợp lưu (Junction);
+ Công trình dẫn dòng (Diversion);
+ Nguồn sông (Source);
+ Đầm lầy (Sink).
Mô hình chỉ chạy khi ta kết nối các bộ phận của lưu vực thành
một hệ thống mạng lưới. Theo cách chia ở trên ta phải dùng 05
Subbasin (lưu vực con) và 04 đoạn sông (yếu tố đoạn sông được sử
dụng khi phải diễn toán dòng chảy của một lưu vực qua một lưu vực
khác) để biểu diễn lưu vực nghiên cứu.
Sơ đồ kết nối hệ thống của lưu vực nghiên cứu như trong hình
3.4:

12
Hình 3.4: Sơ đồ mạng lưới lưu vực tính toán

Khi một lưu vực mô phỏng đã được thêm vào, các yếu tố thủy
văn có thể được khai báo vào lưu vực đã hình thành để kết nối với
nhau trong bản đồ lưu vực, từ đó mô phỏng mạng lưới sông suối của
lưu vực thực tế.
3.3.3. Xây dựng mô hình khí tượng (Meteorologic Model)
Sau khi xây dựng và thiết lập điều kiện cơ bản của các tiểu lưu
vực, chúng ta cần tiến hành mô phỏng mô hình khí tượng cho
chương trình HEC-HMS. Quá trình thiết lập được trình bày như dưới
đây.
Để tạo mới mục khí tượng cho mô hình, chọn mục
Components  Meteorologic Model Manager. Sau đó khai báo
tên cho mô hình khí tượng tương tự như cách làm với mô hình lưu
vực mô phỏng. Để khai báo dữ liệu cho mô hình khí tượng trước tiên
ta lựa chọn lưu vực yêu cầu lượng mưa từ mô hình trạm khí tượng
bằng cách: Ở menu điều chỉnh trạm khí tượng ở góc trái màn hình
(Hình 3.11 - menu này xuất hiện khi ta nhấn chuột vào mô hình trạm
khí tượng đã khai báo trước đó)  chọn thẻ Basin và thay đổi lựa


13
chọn “Include Subbasins” thành “Yes” (Hình 3.12) để dùng lượng
mưa ở trạm khí tượng cho tất cả các tiểu lưu vực.

Hình 3.11: Các thông số của mô Hình 3.12: Khai báo trọng số mưa
hình khí tượng
cho tiểu lưu vực

Lượng mưa phân bố cho các tiểu lưu vực được xác định theo
trọng số (sử dụng phương pháp đa giác Thiessen). Để áp dụng cho
mỗi tiểu lưu vực, trước hết lựa chọn tiểu lưu vực đó (Mục 3.3.4)
3.3.4. Cơ sở dữ liệu đầu vào
Có 3 dạng dữ liệu đầu vào ở trong mô hình HEC-HMS bao
gồm: Time series data (dữ liệu chuỗi), paired data (dữ liệu ghép nối)
và gridded data (dữ liệu lưới), phân loại các dạng dữ liệu trong mô
hình HEC-HMS được trình bày trong hình 3.10.
a. Yêu cầu cơ sở dữ liệu đầu vào
Số liệu cần nhập vào mô hình gồm có:
+ Số liệu mưa thực đo cho 4 trạm: Trà My, Trà Bồng, Sơn
Tây, Sơn Giang;
+ Số liệu đường quá trình lưu lượng thực đo mùa lũ 12/2016
và 11/2017.
Trong Luận văn này mô hình được áp dụng để tính toán dòng
chảy lũ nên số liệu mưa yêu cầu nhập vào mô hình là mưa giờ thực
đo. Đường quá trình lưu lượng thực đo đưa vào để kiểm định đường


14
quá trình của mô hình tính toán được, từ đó có thể đánh giá khả năng
của mô hình.
b. Xây dựng dữ liệu đầu vào
Mô hình dự báo dòng chảy lũ đến hồ theo thời gian thực phụ
thuộc rất lớn vào dữ liệu lượng mưa đầu vào, đặc biệt, để có thể dự
báo chính xác lưu lượng lũ về hồ phục vụ cho công tác vận hành điều
tiết, cần thiết phải tiến hành đo đạc lượng mưa với thời đoạn ngắn
(theo giờ). Khi đó, tính chính xác và hiệu quả của mô hình mới xác
thực.
Trong khi đó, mô hình HEC- HMS là mô hình thông số tập

trung, nghĩa là số liệu đo đạc của một trạm mưa đại diện cho các tiểu
lưu vực. Căn cứ vào số liệu mưa thu thập, lựa chọn 4 trạm đo mưa
đại diện tính toán lưu lượng nước về hồ chứa Nước Trong là trạm
Sơn Giang, Sơn Tây, Trà My và Trà Bồng. Để xác định trọng số mưa
của từng trạm cho mỗi tiểu lưu vực, sử dụng phương pháp đa giác
Thiessen.

Hình 3.13: Sử dụng đa giác Thiessen xác định trọng số mưa tiểu lưu
vực


15
Căn cứ vào đặc điểm tình hình lưu vực hồ chứa Nước Trong,
công trình chỉ mới đi vào vận hành và khai thác từ năm 2016, trải
qua 2 trận lũ vào tháng 12/2016 và 11/2017. Do vậy, trong phạm vi
nghiên cứu của đề tài, tác giả đề xuất sử dụng chuỗi lưu lượng thực
đo về hồ Nước Trong qua 2 trận lũ nêu trên làm điều kiện để xây
dựng, tính toán và kiểm định mô hình dự báo dòng chảy lũ về hồ.
Khi đó, lượng mưa tương ứng với 4 trạm đo mưa - được phân
tích theo Đa giác Theissen (nêu trên) sẽ được cập nhật, thống kê theo
thời đoạn giờ tương ứng với 2 trận lũ năm 2016 và 2017.
3.3.5. Tạo cơ sở dữ liệu cho HEC-HMS bằng phần mềm HEC-DSS
- Tạo file: File -> New -> Chọn vị trí file lưu -> Create.
- Đối với nhập dữ liệu của HEC-DSS ta có 2 cách:
+ Nhập bằng tay;
+ Nhập bằng bảng excel
như sau: Data Entry ->
Import -> Xuất hiện
hộp thoại, lựa chọn vị
trí file excel chứa dữ

liệu lượng mưa. ->
Lựa chọn cột lưu lượng
mưa + mốc thời gian ->
Import -> Xuất hiện
hộp thoại Time Serie
Data Entry như dưới
đây:
- Ấn save để lưu dữ liệu

Hình 3.14: Khai báo dữ liệu trạm
vào DSS


16
trạm được chọn vào file DSS, làm tương tự với các trạm còn lại
trong hệ thống trạm.
3.3.6. Thực hành với phần mềm HEC-HMS
- Tạo file: File -> New -> Xuất hiện hộp thoại Create a New
Project -> Chọn địa chỉ lưu file HEC-HMS ở Location, đặt tên file ở
ô Name -> Create;
- Tạo lưu vực: Components -> Basin Model Manager -> New ->
Đặt tên lưu vực ở ô Name -> Create. Lưu vực (lớn) vừa tạo được đặt vị
trí như ảnh bên dưới trong phần mềm.
- Để tạo các yếu tố trên lưu vực ta có các tùy chọn như hình sau
(từ trái qua phải):
1: Subbasin (các tiểu lưu vực).
2: Reach (Nhánh sông).
3: Reservoir (Hồ chứa).
4: Junction (Điểm nối, ngã ba).
5: Diversion ( Chuyển hướng dòng chảy).

6: Source (Nguồn vào).
7: Sink (Nguồn ra).
- Kết nối:
Chọn tiểu lưu vực, ấn chuột phải, chọn Connect Downstream,
chọn nhánh sông muốn kết nối vào, như hình vẽ.
- Khai báo các thông số của tiểu lưu vực
+ Area (Diện tích);
+ Initial Loss (Tổn thất ban đầu);
+ Constant Rate (Hằng số tổn thất);
+ Impervious (% Diện tích không thấm của tiểu lưu vực);


17
+ Time of Concentration (Thời gian tập trung nước);
+ Storage Coefficient (Hệ số trữ);
+ Initial Discharge (Lưu lượng ban đầu);
+ Recession Constant (Hằng số suy giảm);
+ Ratio (Tỉ lệ).
- Khai báo các thông số của nhánh sông:
Phần Routing Method đổi qua Muskingum (đặc điểm, sự khác
biệt giữa các phương pháp diễn toán lũ trong sông).
Phần Routing: Hệ số K (Hệ số truyền dẫn, đặc trưng cho tốc
độ nước đi qua mặt cắt dưới tác dụng của sóng lũ). Hệ số X (đối với
sông thường từ 0 – 0,5).
- Tạo phần quản
lý

mô

hình

khí

tượng: Components > Meteologic Model
Manager -> Đặt tên
tương tự như tạo lưu
vực -> Create.

Hình 3.15: Khai báo hệ số Muskingum
3.4. Hiệu chỉnh tham số mô hình
Sau khi hoàn tất việc thiết lập và khai báo các thông số cơ bản
của mô hình, tiến hành thiết lập thời gian mô phỏng tính toán.


18

Hình 3.16: Sử dụng số liệu năm
2016 để hiệu chỉnh mô hình

Hình 3.17: Sử dụng số liệu năm
2017 để kiểm định mô hình

3.5. Kết quả mô phỏng

Hình 3.18: Biểu đồ so sánh kết quả mô phỏng (hiệu chỉnh) với lũ
thực đo


19

Hình 3.19: Biểu đồ so sánh kết quả mô phỏng (kiểm định) với lũ thực đo

Hình 3.20: Kết quả đánh giá hệ
số NASH mô hình (hiệu chỉnh)

Hình 3.21: Kết quả đánh giá hệ
số NASH mô hình (kiểm định)

3.6. Đánh giá và nhận xét kết quả
- Tính hiệu quả và thiết thực của mô hình mô phỏng dòng
chảy lũ về hồ là phải xây dựng mô phỏng đường quá trình lũ mô hình
phù hợp với dữ liệu lũ thực tế. Đây là cơ sở cho việc cảnh báo vận
hành xả lũ trong tương lai.
- Để đạt được điều đó, việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình là
hết sức quan trọng, qua các lần tính toán và hiệu chỉnh các thông số
lưu vực, mô hình, tác giả đã có được hai giá trị hệ số Nash ổn định


20
(tuy vẫn chưa cao) là 0.665 và 0.708 tương ứng với 2 trận lũ năm
12/2016 và 11/2017 với đỉnh lũ tương ứng là 896.4 m3/s và 1862.4
m3/s.
Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình lũ cho ta bộ thông số
như dưới đây:

Bảng 3.23: Bộ thông số hiệu chỉnh trong mô hình
3.7. Nhận xét về các thông số đã đƣợc sử dụng trong quá trình
xây dựng mô hình
Trong quá trình xây dựng, hiệu chỉnh mô hình, tác giả đã rút ra
được một số nhận xét chủ quan về mức độ ảnh hưởng của các thông

số được sử dụng đối với kết quả của mô hình như sau:
- Thông số Time of Concentration và Storage Coefficient:
Sử dụng để hiệu chỉnh đỉnh lũ cao hoặc thấp hơn so với thực đo; Nếu
thông số Time of Concentration lớn thì đỉnh lũ sẽ thoải hơn do đây là
thông số đặc trưng cho thời gian mà lượng mưa trên lưu vực di
chuyển đến điểm ra, ngược lại, nếu thông số này nhỏ thì đỉnh lũ sẽ
nhọn hơn do nước từ các lưu vực đổ về sẽ nhanh hơn. Bên cạnh đó,
thông số Storage Coefficient sẽ ảnh hưởng đến tổng lượng của trận


21
lũ, đây là chỉ số đặc trưng cho mức độ trữ nước mưa tạm thời của lưu
vực trước khi di chuyển đến điểm ra (outlet).
- Hệ số K diễn toán lũ trong sông: Hệ số K càng nhỏ, tốc độ
truyền lũ càng nhanh và đỉnh lũ nhọn hơn;
- Hệ số X: với các sông có độ dốc nhẹ, tham số X sẽ tiệm cận
0,0. Đối với các sông dốc hơn, với các kênh được xác định rõ ràng
không có dòng chảy ra khỏi bờ, X sẽ gần đến mức 0,5
- Thông số Recession Constant: Thông số này phụ thuộc vào
dòng chảy cơ bản, ngoài ra diện tích lưu vực và thành phần dòng
chảy cũng có các giá trị khác nhau:
Thành phần dòng chảy

Giá trị Recession Constant

Nước ngầm

0.95

Dòng chảy hỗn hợp (interflow)

0.8-0.9

Dòng chảy bề mặt

0.3-0.8

Thông số này còn làm tăng giảm đường quá trình dòng chảy
sau đỉnh lũ. Việc thay đổi RC làm nâng cao dần đường nước ngầm
đoạn gần trước đỉnh lũ cho đến hết. Ngoài ra ở đoạn cuối cùng của
đường nước ngầm, thay đổi RC cũng dẫn đến khác biệt lớn. RC kém
nhạy trong khoảng từ 0.0 – 0.7 và tương đối nhạy từ 0.7 – 1.0 và đặc
biệt nhạy trong khoảng 0.9 – 1.0;
- Thông số Initial Discharge: Thay đổi mực nước ban đầu của
lưu vực từ đó nâng hoặc hạ giá trị điểm bắt đầu của đường quá trình
lũ mô phỏng;
- Thông số Ratio: Thay đổi độ dốc của đường quá trình lũ sau
đỉnh lũ;
- Thông số Impevious: Phần trăm (%) diện tích không thấm
của tiểu lưu vực;


22
- Thông số Initial loss và Constant Rate: Hai thông số này
tương ứng đại diện cho sử dụng đất (land use), điều kiện ban đầu và
tính chất vật lý của đất trong lưu vực từ đó ảnh hưởng đến dòng chảy
của đường quá trình lũ (cao hoặc thấp).
3.8. Mô phỏng lƣu lƣợng lũ tƣơng ứng tần suất mƣa 0.5%
và 0.1%
Sau khi xây dựng mô hình tính toán thủy văn sử dụng mô hình

HEC-HMS, tác giả sơ bộ đã xây dựng được bộ thông số mô hình cho
lưu vực hồ chứa nước Trong. Tuy nhiên với nhiệm vụ luận văn là mô
phỏng lưu lượng đến hồ chứa phục vụ cho công tác điều tiết vận
hành hồ chứa, điều kiện đầu vào cần thiết phải xây dựng chuỗi số
liệu mưa phục vụ tính toán. Sử dụng kết quả xây dựng đường quá
trình mưa – tần suất – thời gian (Chi tiết xem phụ lục 1), tác giả tiến
hành mô phỏng dòng chảy lũ cho lưu vực hồ chứa Nước Trong sử
dụng bộ thông số mô hình đã thiết lập ở trên.
Kết quả đường quá trình lũ tương ứng với các tần suất mưa
0.5% và 0.1% được thể hiện như ở Hình 3.23.

Hình 3.23: Kết quả mô phỏng lưu lượng tương ứng với lượng mưa thiết
kế 0.5% và 0.1%


23

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. Kết luận
Các hồ chứa trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi hiện này rất ít số
liệu trạm đo mưa, nếu có thì chất lượng số liệu cũng chưa tốt, các hồ
có đặc điểm chung là địa hình lưu vực rất dốc nên lũ thường tập
trung nhanh, công tác dự báo dòng chảy lũ đến gần như không được
quan tâm và hầu hết các hồ chứa hiện nay đều vận hành theo kinh
nghiệm là chủ yếu.
Luận văn đã áp dụng mô hình thủy văn HEC-HMS của Hiệp
hội các kỹ sư quân sự Hoa Kỳ để tính toán mô phỏng, tìm bộ thông
số mô hình thông qua trận lũ tháng 12/2016. Với bộ thông số mô
hình đã được hiệu chỉnh từ trận lũ tháng 12/2016, kiểm định lại cho
trận lũ tháng 11/2017, là cơ sở ban đầu để đơn vị vận hành hồ chứa

tham khảo phục vụ công tác dự báo lũ cho hồ chứa Nước Trong, từ
đó có thể đưa ra những quyết định phù hợp trong quá trình vận hành
nhằm đạt được mục đích là tích đủ nước phục vụ sản xuất, an toàn
cho cụm công trình đầu mối và cắt giảm lũ cho hạ du.
Các thông số lưu vực vừa tìm được nên tiếp tục hoàn thiện
bằng cách kiểm định thêm cho một vài trận lũ tiếp theo trong những
năm tới để nâng cao độ tin cậy, lúc đó kết quả dự báo mới thật sự
đáp ứng được cho mục tiêu vận hành tối ưu hồ chứa.
II. Kiến nghị
Việc đo đạc số liệu lưu lượng lũ về hồ chứa dựa vào quan trắc
mực nước hồ và lưu lượng xả lũ qua tràn cũng còn tồn tại một số vấn
đề như vị trí đặt thiết bị đo mực nước chưa hợp lý, chưa tính đến
nước dềnh khi lũ về nhanh nên gây ra sai số, chính vì vậy kết quả