Ứng dụng mô hình thủy văn mô phỏng dòng chảy lũ về hồ thủy lợi phú vinh tỉnh quảng bình

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN HỒNG QUẢNG

ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN
MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY LŨ VỀ HỒ THỦY LỢI
PHÚ VINH, TỈNH QUẢNG BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY

Đà Nẵng - Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN HỒNG QUẢNG

ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN
MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY LŨ VỀ HỒ THỦY LỢI
PHÚ VINH, TỈNH QUẢNG BÌNH
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy
Mã ngành: 60.58.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Tô Thúy Nga

Đà Nẵng - Năm 2018


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Trần Hồng Quảng. Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng
tơi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Trần Hồng Quảng


ii

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu, đến nay luận văn thạc sĩ với đề tài " Ứng dụng
mô hình thủy văn mơ phỏng dịng chảy lũ về hồ thủy lợi Phú Vinh - tỉnh Quảng
Bình” đã được hồn thành tại Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng với sự
nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn nhiệt tình của các thầy giáo, cơ
giáo, sự động viên của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Để hoàn thành được luận văn,
tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và trân trọng tới Cô giáo: TS.Tô Thúy Nga công
tác tại Khoa Xây dựng Thủy Lợi - Thủy điện, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã
chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tác giả rất tận tình trong suốt thời gian thực hiện và
hoàn thành luận văn.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, Đại học Đà

Nẵng và toàn thể các thầy cô đã giảng dạy, giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập
cũng như thực hiện luận văn.
Do thời gian nghiên cứu khơng dài, trình độ và kinh nghiệm thực tiễn chưa nhiều
nên luận văn chắc chắn không thể tránh được những hạn chế và thiếu sót. Tác giả kính
mong các thầy, cơ giáo, đồng nghiệp đóng góp ý kiến để kết quả nghiên cứu được
hoàn thiện hơn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!


iii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: .............................................................................2
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU: .......................................................................................3
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: ........................................................... 3
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: ..............................................................................3
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: .........................................4
6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN. .......................................................................................... 4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ......................................................................................... 5
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MƠ HÌNH DỰ BÁO LŨ ..............................................5
1.2. TINH HINH NGHIEN CỨU DỰ BAO LU LỤT TREN THẾ GIỚI. .....................9
1.2.1. Mơ hình TANK:.................................................................................................9
1.2.2. Mơ hình NAM (Nedbor-Afstromnings-Model hay Precipitation-RunoffModel): ......................................................................................................................... 9
1.2.3. Mơ hình SSARR (Stream flow synthesis and Reservoir Regulation): ............10
1.2.4. Mơ hình HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center - Hydrologic Modeling
System): .....................................................................................................................10
1.2.5. Mơ hình RRLM (Road Research Laboratory Model): ....................................11
1.2.6. Mơ hình SHEM (Systeme Hydrologique Europeen Model): .......................... 11
1.2.7. Mơ hình TR-20 (Technical Realease Model): .................................................11
1.2.8. Mơ hình HYDRO: ........................................................................................... 12

1.2.9. Mơ hình MARINE: .......................................................................................... 12
1.2.10. Mơ hình DIMOSOP ....................................................................................... 13
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DỰ BÁO LŨ LỤT Ở VIỆT NAM. ........................ 14
1.4. SỰ CẦN THIẾT DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ TRÊN LƯU VỰC HỒ CHỨA
THỦY LỢI PHÚ VINH. ............................................................................................... 15
1.4.1. Hiện trạng lũ lụt và cơng tác dự báo tại cơng trình thủy lợi Phú Vinh. ...........15
1.4.2. Lựa chọn mơ hình MIKE NAM để tính tốn dịng chảy lũ. ............................ 19
1.4.3.Vấn đề luận văn tập trung giải quyết. ............................................................... 20
1.5. ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ LŨ LỤT TRÊN LƯU VỰC HỒ
CHỨA THỦY LỢI PHÚ VINH ....................................................................................20
1.5.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sơng Phú Vinh. ...........................................20
1.5.2. Đặc điểm khí hậu lưu vực ................................................................................25
1.5.2.1. Chế độ nhiệt .............................................................................................. 25
1.5.2.2. Chế độ ẩm .................................................................................................25
.


iv
1.5.2.3. Chế độ gió .................................................................................................25
1.5.2.4. Chế độ bốc hơi .......................................................................................... 26
1.5.2.5. Chế độ mưa ............................................................................................... 27
1.5.3. Đặc điểm thủy văn. .......................................................................................... 28
1.5.3.1. Dòng chảy năm tại các trạm thủy văn lân cận lưu vực. ............................ 28
1.5.3.2. Dòng chảy năm tại tuyến cơng trình. ........................................................ 28
1.5.4. Đặc điểm lũ lụt sơng Phú Vinh ........................................................................29
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH NAM ...........................................30
2.1

GIỚI THIỆU ........................................................................................................30

2.2. YÊU CẦU VỀ DỮ LIỆU .....................................................................................30
2.2.1 Dữ liệu khí tượng ............................................................................................. 31
2.2.2 Dữ liệu thuỷ văn ............................................................................................... 32
2.3

CẤU TRÚC MƠ HÌNH ....................................................................................... 33

2.4 THÀNH PHẦN LẬP MƠ HÌNH CƠ BẢN ......................................................... 34
2.4.1 Lưu trữ bề mặt ..................................................................................................34
2.4.2 Lưu trữ tầng đáy và tầng thấp hơn ...................................................................34
2.4.3 Sự bốc hơi nước ................................................................................................ 34
2.4.4 Dòng chảy tràn .................................................................................................34
2.4.5 Dịng chảy hội lưu ............................................................................................ 35
2.4.6 Lộ trình dịng chảy tràn và dòng chảy hội lưu .................................................35
2.4.7 Nạp (bổ cập) nước ngầm ..................................................................................36
2.4.8 Hàm lượng độ ẩm của đất ................................................................................36
2.4.9 Dòng chảy cơ bản ............................................................................................. 36
2.5 THÀNH PHẦN NƯỚC NGẦM MỞ RỘNG.......................................................... 36
2.5.1 Thoát nước đến hoặc từ những lưu vực kề cận ................................................36
2.5.2 Lưu trữ nước ngầm thấp hơn ............................................................................36
2.5.3 Mô tả hồ chứa nhân tạo nước ngầm nông ........................................................ 36
2.5.4 Dịng chảy mao dẫn .......................................................................................... 37
2.6

MƠ HÌNH THƠNG SỐ ....................................................................................... 37

2.6.1 Các thông số bề mặt và tầng đáy ......................................................................37
2.6.2 Các thông số nước ngầm ..................................................................................40
2.7

CÁC ĐIỀU KIỆN BAN ĐẦU .............................................................................41

2.8

THẨM ĐỊNH MƠ HÌNH ....................................................................................42

2.8.1 Mục tiêu thẩm định và các biện pháp đánh giá ................................................42
.


v
2.8.2 Thẩm định thủ cơng .......................................................................................... 43
2.8.3 Lộ trình thẩm định tự động...............................................................................44
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG BỘ THÔNG SỐ MÔ HÌNH NAM MƠ PHỎNG
DỊNG CHẢY LŨ VỀ HỒ CHỨA THỦY LỢI PHÚ VINH ...................................49
3.1 DỮ LIỆU ĐẦU VÀO .............................................................................................. 49
3.2 HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH .......................................................... 53
3.3 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ........................................................................................... 57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 59
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO)

.


vi

PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Số liệu đo mưa và dòng chảy trận lũ tháng 10/2015 ....................................60
Phụ lục 1: Số liệu đo mưa và dòng chảy trận lũ tháng 10/2015 (tt) .............................. 61

Phụ lục 1: Số liệu đo mưa và dòng chảy trận lũ tháng 10/2015 (tt) .............................. 62
Phụ lục 2: Số liệu đo mưa và dòng chảy trận lũ tháng 10/2016 ....................................63
Phụ lục 2: Số liệu đo mưa và dòng chảy trận lũ tháng 10/2016 (tt) .............................. 64
Phụ lục 2: Số liệu đo mưa và dòng chảy trận lũ tháng 10/2016 (tt) .............................. 65
Phụ lục 3: Biểu đồ trận lũ tháng 10/2015 .....................................................................66
Phụ lục 4: Biểu đồ trận lũ tháng 10/2016…………………………………………….66

.


vii
ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY LŨ VỀ
HỒ THỦY LỢI PHÚ VINH, TỈNH QUẢNG BÌNH

Học viên: Trần Hồng Quảng; Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
Mã số: 60.58.02.02; Khóa: 2016 - 2018; Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt: Những năm gần đây, lũ lụt xảy ra ngày một nghiêm trọng và khó kiểm sốt.
Nghiên cứu và mơ phỏng chính xác q trình lũ đến hồ chứa thủy lợi Phú Vinh sẽ
góp phần đáng kể trong việc đưa ra các giải pháp thích hợp để điều tiết vận hành hồ
chứa hợp lý nhằm giảm nhẹ thiệt hại do lũ gây ra là rất cần thiết. Trong nghiên cứu
này, tác giả dựa vào tài liệu thực đo áp dụng mơ hình NAM tìm bộ thơng số mơ
hình để có thể dự báo dịng chảy lũ đến lưu vực hồ chứa thủy lợi Phú Vinh. Tác giả
sử dụng số liệu thực đo của trận lũ tháng 10/2015 để hiệu chỉnh tìm bộ thơng số mơ
hình, sau đó dùng bộ thơng số này kiểm định với số liệu thực đo trận lũ tháng 10/2016.
Với kết quả hiệu chỉnh, kiểm định, đường q trình lũ mơ phỏng từ mơ hình và thực
đo có chỉ số Nash trên 0,767, hình dạng lũ cũng tương đối phù hợp, từ đó ta có thể
thấy bộ thơng số của mơ hình NAM là đủ tin cậy khi mô phỏng dự báo lũ trên lưu vực
hồ chứa thủy lợi Phú Vinh.
Từ khóa: Thủy lợi Phú Vinh, mơ hình NAM, dịng chảy lũ, bộ thơng số mơ hình, mơ
hình thủy văn.

Applying hydrological model to simulate flooding flow into
the Phu Vinh irrigation reservoir, Quang Binh Province.
Student: Tran Hong Quang;

Speciality: Civil Hydraulic Engineering Construction

Code: 60.58.02.02; Course: 2016 - 2018. Polytechnic University - Da Nang University
Abstract: In recent years, flooding has appeared to be more and more serious and
difficult to control. The exact study and simulation of the process of flooding flow into
the Phu Vinh irrigation reservoir which will contribute significantly to give the
appropriate solutions to regulate the operation of the reservoir and to mitigate damage
caused by the flood is necessary. In this study, the author based on the actual
measuring data which applied the NAM model to find the model parameters and
predict the flood flow into the Phu Vinh reservoir. The author used the actual data of
the flood in 10/2015 to calibrate the model parameters, then used these parameters to
verify the data of flood in 10/2016 flood. With calibration and comparing results, the
flood curves simulated from the model and actual measuring have Nash value of above
0,767. The flood shape in the model was relatively consistent with the actual
measuring’s. The findings suggested that the parameters of the NAM model are
reliable enough to simulate flood forecast in the Phu Vinh irrigation reservoir area.
Key words: Phu Vinh irrigation, the NAM model, the flooding flow, the model data
set, hydrological model.
.


1
MỞ ĐẦU
Quảng Bình trải dài từ 16°55’ đến 18°05’ vĩ Bắc và từ 105°37’ đến 107°00’ kinh
Đông, tựa vào dãy núi Trường Sơn hướng ra Biển Đông với chiều dài bờ biển 116 km,
phía bắc giáp tỉnh Hà Tỉnh, phía nam giáp tỉnh Quảng Trị, phía tây giáp tỉnh Lào và

phía đơng giáp biển Đơng, là một tỉnh dun hải miền Trung với tổng diện tích tự
nhiên là 8.065 km2.
Quảng Bình có hệ thống sơng suối khá lớn với mật độ 0,8 - 1,1 km/km², sông
suối phân bố tương đối đều. Các sơng có một số đặc điểm như: Do địa hình có đặc
trưng chủ yếu là hẹp và dốc, nghiêng từ tây sang đông, đồi núi chiếm 85% diện tích
tồn tỉnh và bị chia cắt mạnh, nên các sơng đều bắt nguồn từ phía đơng dãy Trường
Sơn và đổ ra biển Đơng, sơng chảy trên hai địa hình (đồi núi phức tạp và đồng bằng
hẹp), sông ngắn và độ dốc lịng sơng lớn.
Tính từ Bắc vào Nam, Quảng Bình có 5 hệ thống sơng chính đổ ra các cửa biển,
bao gồm: sơng Rn, sơng Gianh, sơng Lý Hồ, sơng Dinh và sơng Nhật Lệ.
- Sơng Rn
Sơng Rn dài 30km bắt nguồn từ Thượng Thọ, có tọa độ 1753’00” vĩ độ Bắc,
10616’00” kinh độ Đông với độ cao 100m, diện tích lưu vực là 275km2 và chảy ra
biển Đơng ở cửa Bắc Hà, sơng có 3 phụ lưu cấp 1 đều ngắn và nhỏ.
- Sông Gianh
Sông Gianh bắt nguồn từ Phu Cơ Pi có tọa độ 1749’20” vĩ độ Bắc và
10541’30” độ kinh Đông với độ cao 1.350m. Đây là hệ thống sơng lớn nhất tỉnh
Quảng Bình. Nó là hợp lưu của 3 con sơng vào loại trung bình của tỉnh: sơng Rào Nậy,
sơng Rào Nan và sơng Son (cịn gọi là sơng Trc).
Sơng có chiều dài 158km, chiều rộng bình quân lưu vực 38,8km, chiều dài lưu
vực 121km, lưu vực sơng rộng 4.680km2, bao gồm hầu hết diện tích các huyện Tun
Hóa, Minh Hố, Quảng Trạch và một phần của huyện Bố Trạch. Thuỷ chế của dịng
sơng thất thường, nhất là thượng nguồn. Mùa nước cạn vào khoảng tháng XII đến
tháng VIII, mùa nước lớn vào các tháng IX, X, XI, đây cũng là mùa lũ lụt.
- Sông Lý Hịa
Đây là con sơng ngắn nhất tỉnh, chỉ dài 22km, bắt nguồn từ tọa độ 1731’30” vĩ
độ Bắc, 10626’50” kinh độ Đơng (rìa núi phía Tây của huyện Bố Trạch) với độ cao
400m, chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc về đến xóm Rẫy, sau đó uốn khúc chạy
2

theo hướng Đơng ra cửa Lý Hồ, lưu vực sơng có diện tích 177km .
- Sơng Dinh
.


2
Đây là con sông hẹp nhất trong 5 con sông chính của tỉnh, sơng có chiều dài
37,5km, có 3 phụ lưu nhỏ.
Sông phát nguyên từ vùng núi Ba Rền - Bố Trạch, có tọa độ 1731’30” vĩ độ
Bắc, 10625’20” kinh độ Đông, ở độ cao 200m, chảy theo hướng Tây Bắc - Đơng
Nam. Sơng có lưu vực 212km2, bề rộng trung bình của lưu vực 8,5km, sơng ngắn, dốc,
nên ít nước cả mùa đơng và mùa hè (chỉ có một số ngày có lũ lụt mới có lượng nước
đáng kể).
- Sông Nhật Lệ
Đây là hệ thống sông lớn thứ 2 của tỉnh Quảng Bình, sau hệ thống sơng Gianh.
Sơng Nhật Lệ nhận nước từ 2 con sơng chính là sơng Kiến Giang và sông Long Đại.
Đoạn sông mang tên Nhật Lệ được tính từ ngã 3 sơng Long Đại (cách cầu Long Đại
1,5km) về đến cửa Nhật Lệ (Đồng Hới) dài 17km. Nếu tính từ nguồn Kiến Giang về
đến cửa Nhật Lệ có chiều dài 96km. Hệ thống sơng Nhật Lệ có lưu vực rộng
2.647km2, bao gồm 24 phụ lưu lớn nhỏ, độ rộng bình quân của lưu vực 45km2 .
Ngồi ra, cịn có một số con sơng nhỏ, các chi lưu sông. Đặc biệt, ở miền núi
(chiếm 2/3 diện tích tồn tỉnh) có rất nhiều suối lớn nhỏ, là nguồn nước dồi dào cho
các hoạt động kinh tế và sinh hoạt
Lưu vực sông ngắn, hẹp nên độ dốc lưu vực và độ dốc lịng sơng rất lớn. Hệ
thống sơng phần thượng lưu có độ cao lớn, trung lưu ngắn, phần đồng bằng thấp trũng,
mạng lưới sơng có hình nan quạt nên nước lũ tập trung rất nhanh. Lưu vực sông
thường xuyên chịu ảnh hưởng của nhiều cơn bão, áp thấp nhiệt đới đổ bộ và bị chi
phối mạnh mẽ bởi các hình thế thời tiết gây mưa lớn như hội tụ nhiệt đới, khơng khí
lạnh nên hàng năm thường xảy ra nhiều trận lũ lớn, mức độ thiệt hại về kinh tế xã hội vô
cùng nghiêm trọng, gây thiệt hại cho tỉnh Quảng Bình khoảng 1.000 tỷ đồng mỗi năm.

1. Tính cấp thiết của đề tài:
Cơng trình thủy lợi Phú Vinh được xây dựng ở vị trí 106017’ kinh độ Đông và
17006’ vĩ độ Bắc. Lưu vực bắt nguồn từ Đông dãy Trường Sơn chảy theo hướng Tây
Bắc - Đông Nam chảy vào sông Phú Vinh rồi nhập vào lưu vực sông Lệ Kỳ và đổ ra
biển Đông. Vị trí cơng trình nằm phía Tây đường Hồ Chí Minh nhánh Đông, cách
trung tâm thành phố Đồng Hới khoảng 7,0km về phía tây, có địa hình tương đối dốc
về phía Đơng, càng về phía Đơng địa hình thấp dần, nhưng do hẹp chiều ngang nên độ
dốc tương đối lớn. Vùng hồ được bao bọc bở nhiều ngọn núi thuộc dãy Trường Sơn,
diện tích lưu vực tính đến tuyến đập chính là 38km2, dung tích tồn bộ 22,364 triệu
m3, dung tích hữu ích 19,164 triệu m3, hồ Phú Vinh có nhiệm vụ cấp nước tưới cho
780ha lúa và hoa màu 2 vụ thuộc thành phố Đồng Hới, tạo nguồn cho 360ha khu vực
hạ du hồ chứa, cấp nước sinh hoạt cho thành phố Đồng Hới và các khu công nghiệp
.


3
trên 5 triệu m3/năm, cắt giảm lũ cho hạ du, kết hợp nuôi trồng thủy sản và tạo cảnh
quan, môi trường sinh thái khu vực.
Những năm gần đây do biến đổi khí hậu nên lượng mưa và tần suất các đợt mưa
lớn xẩy ra liên tục gây thiệt hại rất lớn về tài sản của nhân dân trên địa bàn. Điển hình
năm 2016 xẩy ra hai đợt mưa lớn, liền kề làm mực nước sông Phú Vinh dâng cao, các
hồ chứa đồng thời vận hành tháo lũ để đảm bảo an tồn cơng trình đầu mối. Nước sơng
dâng cao đã gây tràn và vỡ các tuyến đê gây ngập lụt toàn thành phố Đồng Hới, làm tê
liệt các hoạt động giao thông, thiệt hại về tài sản của nhân dân là rất lớn. Mặt khác do
yêu cầu phát triển kinh tế xã hội, mật độ dân cư và các khu công nghiệp tăng nhanh,
các tuyến đường giao thông được nâng cấp hồn chỉnh nên ảnh hưởng đến việc tiêu
thốt lũ, gây ngập lụt trên diện rộng. Các hồ chứa thủy lợi trên địa bàn thường khơng
có dung tích phịng lũ để cắt lũ cho hạ du mỗi khi xẩy ra lũ lớn.
Năm 2012, UBND tỉnh Quảng Bình ban hành tại Quyết định số 2340/QĐ-UBND
ngày 05/10/2012 về việc phê duyệt Quy trình vận hành điều tiết hồ thủy lợi Phú Vinh,

tỉnh Quảng Bình.
Với mong muốn xây dựng được bộ thơng số mơ hình thủy văn dự báo dịng chảy
lũ đến hồ, áp dụng tại lưu vực nghiên cứu để có thể tính tốn được q trình lưu lượng
lũ đến phục vụ đắc lực cho công tác vận hành hồ chứa thủy lợi, giúp cơ quan quản lý,
đơn vị điều hành, khai thác đạt được hiệu quả công việc cao nhất nhằm đảm bảo an
tồn cho cụm cơng trình đầu mối; cắt giảm lũ cho hạ du và tích đủ nước phục vụ sản
xuất nông nghiệp, cấp nước sinh hoạt, công nghiệp trên địa bàn tỉnh. Do đó tác giả
chọn đề tài: " Ứng dụng mơ hình thủy văn mơ phỏng dịng chảy lũ về hồ thủy lợi
Phú Vinh - tỉnh Quảng Bình”
2. Mục tiêu nghiên cứu:
- Xây dựng bộ thơng số mơ hình NAM cho lưu vực hồ chứa thủy lợi Phú Vinh
nhằm phục vụ tính tốn dịng chảy lũ đến hồ, cung cấp số liệu cho bài toán vận hành
điều tiết hợp lý hồ chứa.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng: Nghiên cứu mơ hình thủy văn để tính tốn dịng chảy về hồ chứa
thủy lợi Phú Vinh.
- Phạm vi nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu mô phỏng dòng chảy lũ, lưu vực thượng
nguồn hồ chứa thủy lợi Phú Vinh.
4. Phương 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.
.


4
- Phương pháp mơ hình tốn: Dựa trên khả năng ứng dụng và sự phổ cập của các
mơ hình, trong luận văn, học viên sử dụng mơ hình MIKE NAM.
- Phương pháp kế thừa nghiên cứu: Trong quá trình thực hiện, luận văn có tham
khảo và kế thừa một số tài liệu, kết quả có liên quan đã được nghiên cứu trước đây của

các tác giả, cơ quan và tổ chức khác. Những tài liệu và kết quả này là đặc biệt quan
trọng trong việc định hướng, hiệu chỉnh và đánh giá trong quá trình nghiên cứu.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
- Đối với tác giả và các cơ sở ứng dụng kết quả nghiên cứu: Nâng cao trình độ
chun mơn cho bản thân kỹ sư tham gia thực hiện. Xây dựng bộ thông số mơ hình
phù hợp với lưu vực nghiên cứu làm cơ sở giúp cho cán bộ làm công tác theo dõi,
quản lý điều hành có thể mơ phỏng được q trình lưu lượng lũ đến phục vụ kịp thời
công tác vận hành hồ chứa trong mùa lũ.
- Đối với kinh tế, xã hội và môi trường: Số liệu mô phỏng của luận văn giúp cho
đơn vị quản lý, vận hành hồ chứa thủy lợi Phú Vinh hợp lý, vừa đảm bảo an tồn cho
cơng trình, tạo tiền đề cho việc chủ động vận hành điều tiết lũ nhằm giảm ngập lụt ở
hạ du, góp phần đảm bảo an sinh xã hội trong khu vực. Do vậy kết quả của đề tài sẽ là
tài liệu tham khảo quan trọng trong công tác vận hành hồ chứa thủy lợi Phú Vinh.
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.
Chương II. Cơ sở lý thuyết mơ hình NAM.
Chương III. Xây dựng bộ thơng số mơ hình NAM mơ phỏng dòng chảy lũ về
hồ thủy lợi Phú Vinh.
Kết luận và kiến nghị.
Tài liệu tham khảo.

.


5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về mơ hình dự báo lũ

Mô phỏng, dự báo thuỷ văn là công việc rất khó, để có giá trị dự báo đảm bảo tin
cậy đòi hỏi phải vận dụng các kiến thức liên quan đến khí tượng, thuỷ văn, thuỷ lực,
máy tính và phần mềm tính tốn. Kết quả dự báo chính xác sẽ mang lại hiệu quả về
kinh tế, xã hội, an tồn cơng trình. Bản tin dự báo thuỷ văn chỉ có giá trị sử dụng khi
nó được chuyển đến người sử dụng kịp thời.
Để mô phỏng, dự báo các q trình ngẫu nhiên nghiên cứu có khả năng xảy ra
trong tương lai trên cơ sở phân tích khoa học các dữ liệu đã thu thập được. Khi tiến
hành mô phỏng, dự báo cần căn cứ vào việc thu thập, xử lý số liệu trong quá khứ và
hiện tại để xác định xu hướng vận động các hiện tượng trong tương lai nhờ vào một số
mơ hình tốn học.
Trước tình hình biến đổi khí hậu như hiện nay, các trận mưa lớn gây lũ có xu thế
ngày càng gia tăng đã gây ra những thiệt hại nghiêm trọng cho nhiều hồ chứa và đe
dọa sự an tồn cho các cơng trình, gây ngập lụt ở hạ du. Do đó việc áp dụng bài tốn
dự báo thủy văn trong cơng tác mơ phỏng, dự báo, cảnh báo dịng chảy lũ là rất cần
thiết, đáp ứng yêu cầu thực tiễn hiện nay. Trong thực tế việc mô phỏng, dự báo lũ cho
nhiều đối tượng theo những đặc thù khác nhau, cụ thể: Mơ phỏng, dự báo lũ cho hệ
thống sơng chính; cho hồ chứa đảm bảo an tồn cơng trình và vận hành điều tiết hợp
lý; cho việc nghiên cứu ảnh hưởng ngập lụt vùng hạ du và cho việc quản lý và quy
hoạch lưu vực.
Kết quả nghiên cứu, tính tốn dự báo lũ giúp cho các Chủ đập cũng như nhân dân
chủ động ứng phó, nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại về con người và tài sản,
đồng thời nó cũng là một trong những nền tảng cho cơng tác quy hoạch lũ và định
hướng phát triển kinh tế xã hội bền vững hơn.
Trong giai đoạn hiện nay, khoa học dự báo đã phát triển mạnh mẽ trên thế giới
cũng như tại Việt Nam. Với sự phát triển của máy tính điện tử và phương pháp tính đã
tạo ra điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của mô hình tốn, cấu trúc mơ hình ngày
càng đa dạng, phức tạp, mô tả sát thực hiện tượng thủy văn nên việc giải quyết bài
tốn mơ phỏng, dự báo ngày một chính xác hơn. Xu thế hiện nay là sử dụng các
phương pháp dự báo số trị thông qua các mô hình để giải bài tốn thủy động lực một
cách nhanh chóng với độ chính xác cao.

1.1.1. Mơ hình tốn thủy văn [1]
a) Khái niệm:
Thủy văn là một quá trình tự nhiên phức tạp, chịu tác động của rất nhiều yếu tố.
thủy văn học là khoa học nghiên cứu về nước trên trái đất, cũng giống như nhiều

.


6
ngành khoa học tự nhiên khác, quá trình nghiên cứu, phát triển của nó thường trải qua
các giai đoạn:
- Quan sát hiện tượng, mô tả, ghi chép thời điểm xuất hiện.
- Thực nghiệm: lặp lại những điều đã xảy ra trong tự nhiên với quy mơ thu nhỏ.
- Giải thích hiện tượng, phân tích rút ra quy luật, Kiểm tra mức độ phù hợp của
quy luật với điều kiện thực tế, ứng dụng phục vụ lợi ích của con người.
Hiện nay mơ hình tốn thủy văn đang phát triển rất nhanh chóng vì có các ưu
điểm sau:
- Phạm vi ứng dụng rộng rãi, đa dạng với rất nhiều loại mô hình. Mơ hình tốn rất
phù hợp với khơng gian nghiên cứu rộng lớn như quy hoạch thoát lũ cho lưu vực sơng,
hệ thống sơng, điều hành hệ thống cơng trình thủy lợi, quản lý khai thác nguồn nước
lưu vực sông, …
- Ứng dụng tốn trong mơ hình thủy văn giá thành rẻ hơn và cho kết quả nhanh
hơn mơ hình vật lý.
- Việc thay đổi phương án trong mơ hình tốn thực hiện rất nhanh.
b) Phân loại mơ hình tốn:
Việc phân loại các mơ hình tốn thủy văn khơng thống nhất vì các mơ hình ln
phát triển đa dạng, khi xây dựng mơ hình người ta chú ý nhiều tới khả năng áp dụng
thuận tiện để giải quyết bài toán thực tế đặt ra chứ không chú ý tới xếp loại. Cụ thể có
các loại mơ hình tốn thủy văn như sau:
+ Mơ hình tốn thủy văn ngẫu nhiên.

+ Mơ hình tốn thủy văn tất định.
+ Mơ hình tốn thủy văn ngẫu nhiên - tất định.

.


7

Hình 1.1: Sơ đồ phân loại mơ hình tốn thủy văn
c) Q trình ứng dụng mơ hình tốn:
Để ứng dụng một mơ hình tốn vào bài tốn thực tế ta cần thực hiện theo các
bước sau:
- Lựa chọn mơ hình ứng dụng,
- Thu thập và phân tích chuẩn bị số liệu đầu vào của mơ hình,
.


8
- Hiệu chỉnh xác định thơng số mơ hình,
- Kiểm định mơ hình,
- Ứng dụng mơ hình,
- Đánh giá và kiểm tra tính hợp lý kết quả ứng dụng mơ hình.
1.1.2. Mơ hình Mưa - dịng chảy (mơ hình tất định) [1]
1.1.2.1. Q trình hình thành dịng chảy:
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 dịng chảy ở mặt cắt cửa ra đã xảy ra
các quá trình (xem hình 1.2):

Hình 1-2: Nguyên lý chung của mơ hình mưa dịng chảy

Q trình mưa: Mưa là một q trình quan trọng đóng vai trị chính trong sự hình
thành dịng chảy trên lưu vực. Lượng mưa và quá trình mưa quyết định lưu lượng và
quá trình dịng chảy.
Q trình tổn thất:
Tổn thất cũng là một q 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.
.


9
- Các mơ hình phát triển cơng thức căn ngun dịng chảy như mơ hình quan hệ
(Ratinal model), tỷ lệ thời gian và diện tích (Time-Area model).
- Các mơ hình kiểu lũ đơn vị: mơ hình HEC-HMS.
- Các mơ hình kiểu bể chứa : mơ hình TANK, SSARR, NAM, …
Các mơ hình tính dịng chảy từ số liệu mưa thường được dùng để khơi phục, bổ
sung số liệu dịng chảy khi biết số liệu mưa, phục vụ thiết kế các cơng trình trên sơng,
tính tốn nguồn nước phục vụ quy hoạch thủy lợi và tính tốn dự báo dịng chảy lũ.
1.2. Tình hình nghiên cứu dự báo lũ lụt trên thế giới.
Hiện nay, trên thế giới, việc nghiên cứu áp dụng các mơ hình tốn thủy văn, thủy
lực để mơ phỏng và giải các bài toán thủy động lực nhằm phục vụ cho công tác dự báo
lũ là rất phổ biến và ngày càng đạt đến trình độ cao, cụ thể như số liệu đầu vào được
đo đạc liên tục, truyền đi, cập nhật vào mơ hình dự báo hồn tồn bằng tự động hóa đạt
độ chính xác cao, nhanh chóng, kịp thời.
Các mơ hình phổ biến hiện nay các nước trên thế giới đang áp dụng để dự báo lũ:
1.2.1. Mơ hình TANK:
Là dạng mơ hình bể chứa, tổng hợp dòng chảy trên lưu vực do M.Sugawara xây
dựng năm 1956 và đã qua nhiều lần hoàn thiện tại Trung tâm Nghiên cứu Quốc gia
phòng chống thiên tai tại Tokyo. Mơ hình này thuộc loại mơ hình thơng số tập trung,

đã được ứng dụng để tính tốn dịng chảy từ mưa ở nhiều nước trên thế giới và nước
ta. Trong mơ hình TANK, lưu vực được mơ phỏng như một chuỗi các bể chứa được
xếp theo hai phương thẳng đứng và nằm ngang. Giả thiết cơ bản là dòng chảy và quá
trình truyền ẩm là các hàm số của lượng trữ nước trong các tầng đất. Mơ hình TANK
có 2 dạng cấu trúc đơn và kép. Mơ hình TANK đơn không xét đến sự biến đổi của độ
ẩm đất theo khơng gian. Mơ hình TANK kép có xét sự biến đổi của độ ẩm đất theo
không gian, lưu vực được chia ra thành các vành đai có độ ẩm khác nhau, mỗi vành
đai được mơ phỏng bằng mơ hình TANK đơn.
Hiện nay nhiều cơ quan ứng dụng mơ hình LTANK (được cải tiến từ mơ hình
TANK do PGS Nguyễn Văn Lai và Thạc sĩ Nghiêm Tiến Lam viết bằng ngôn ngữ
VISUALBASIC chạy trên môi trường EXCEL7.0 với giao diện rất tiện ích đối với
người sử dụng).
Tuy nhiên do mơ hình có khá nhiều thơng số, việc xác định các thơng số đòi hỏi
nhiều kinh nghiệm và yêu cầu các tài liệu khí tượng thuỷ văn và lưu vực khá chi tiết.
1.2.2. Mơ hình NAM (Nedbor-Afstromnings-Model hay Precipitation-RunoffModel):
Mơ hình mưa rào - dịng chảy NAM thuộc loại mơ hình nhận thức tất định, thông
số tập trung của Viện Thuỷ lực Đan Mạch đã được ứng dụng ở rất nhiều nước trong
.


10
khu vực châu Á như Thái Lan, Malaysia, Philippin, Ấn Độ, Srilanka…và Việt Nam.
Mơ hình này có thể được dùng trong bài tốn phân tích thuỷ văn, dự báo dịng chảy lũ
và dịng chảy kiệt, khơi phục chuỗi số liệu dịng chảy. Về cấu trúc mơ hình NAM cũng
là mơ hình dạng bể chứa giống mơ hình TANK, tuy nhiên thơng số hiệu chỉnh mơ hình
ít hơn.
1.2.3. Mơ hình SSARR (Stream flow synthesis and Reservoir Regulation):
Là mơ hình tổng hợp dòng chảy và điều hành hồ chứa do Hiệp hội kỹ sư Hoa Kỳ
xây dựng từ năm 1958 và đã qua nhiều lần cải tiến, phát triển. Đây là mô hình nhận
thức thơng số tập trung gồm ba thành phần:

Mơ hình lưu vực: Mơ phỏng q trình biến đổi mưa hoặc tuyết rơi trên lưu vực
thành q trình dịng chảy tại cửa ra lưu vực.
Mơ hình hệ thống sơng: Mơ phỏng q trình chuyển động của nước trong lịng
dẫn trên từng đoạn sơng.
Mơ hình điều tiết hồ chứa: Mơ phỏng q trình điều tiết hồ chứa trên hệ thống có
các hồ chứa.
Đây là một mơ hình tương đối hồn chỉnh nên được nhiều nước trên thế giới ứng
dụng để dự báo ngắn hạn cho vùng sông không ảnh hưởng triều, khơng có nước vật.
Về lý thuyết, phạm vi sử dụng mơ hình này là khơng hạn chế về diện tích lưu vực
nhưng thực tế thường được sử dụng cho các lưu vực vừa và nhỏ. Mơ hình cho phép
xác định được nhiều đặc trưng lưu vực và ảnh hưởng của các hồ chứa trên lưu vực.
Dựa vào thuật toán thử sai, mơ hình này cho phép xác định các thơng số của mơ
hình theo kiểu phân tích hệ thống địa hình địa mạo và khí tượng thuỷ văn lưu vực. Sau
đó tổng hợp dịng chảy bằng việc điều chỉnh thơng số khác nhau cho mỗi lưu vực như
lượng mưa, độ ẩm, bốc hơi, điền trũng, trữ mặt, sát mặt, trữ ngầm, thấm tới mỗi
tầng…, biểu thị bằng quan hệ giữa lượng trữ và lưu lượng trong mỗi vùng và tác dụng
trữ của lịng sơng.
Tuy nhiên mơ hình chưa mơ tả được hiện tượng phức tạp và có tác động tương
hỗ lẫn nhau như nước vật, chảy tràn bờ, điều tiết của các bãi sông, chuyển động của
nước trên các khu ngập rộng lớn. Đồng thời yêu cầu tài liệu rất chi tiết và việc kiểm
định mơ hình địi hỏi người sử dụng phải có nhiều kinh nghiệm trong xử lý.
Mơ hình được ứng dụng dự báo cho Hệ thống sơng Hồng và Thái Bình từ năm
1979.
1.2.4. Mơ hình HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center - Hydrologic
Modeling System):
Đây là mơ hình thuỷ văn mưa - dòng chảy của Hiệp hội các kỹ sư qn sự Hoa
Kỳ, là một hệ thống mơ hình tương đối hoàn chỉnh tổng hợp và rất phổ biến ở nước ta,
.

11
có thể ứng dụng cho nhiều vùng địa lý khác nhau nhằm giải quyết bài tốn trên phạm
vi rộng. Nó bao gồm cung cấp nước ở lưu vực sông lớn, dịng chảy lũ, dịng chảy ở đơ
thị nhỏ hoặc dịng chảy lưu vực tự nhiên. Mơ hình được xây dựng để mơ phỏng q
trình mưa-lũ của hệ thống lưu vực (chia lưu vực thành các lưu vực con) dựa trên hệ
thống thông tin địa lý (GIS) - Kỹ thuật GIS được sử dụng trong các số hoá cơ sở dữ
liệu như bản đồ địa hình, địa mạo dạng đất đai của lưu vực, sơng suối, toạ độ kích
thước của các lưu vực con và chiều dài của nó đến mặt cắt cửa ra…
Mơ hình chuyển hố q trình mưa thành q trình dịng chảy trên từng lưu vực
bộ phận, sau đó là q trình diễn tốn lũ trong sơng thiên nhiên và hồ chứa…
Mơ hình sử dụng các tham số trung bình về thời gian và khơng gian để mơ phỏng
q trình dịng chảy. Tuỳ theo đặc điểm địa vật lý của từng lưu vực, số liệu mưa,
lượng nước có sẵn trong đất, sông để ứng dụng các phương pháp (phương pháp tính
tổn thất, phương pháp diễn tốn) thích hợp. Với phiên bản của mơ hình đang nghiên
cứu (Version 3.01 - năm 2006) có tính năng mạnh hơn so với các mơ hình trước là có
nhiều phương pháp tính lượng mưa hiệu quả từ lưu vực ít số liệu cho đến lưu vực đầy
đủ số liệu, đồng thời cũng có nhiều phương pháp diễn tốn dịng chảy trong sơng vì
vậy, khả năng ứng dụng có nó rộng rãi hơn các mơ hình ở phiên bản trước. Ngồi ra
mơ hình cịn cho phép ứng dụng thử dần để người dự báo có thể chọn được bộ thơng
số thích hợp đối với từng lưu vực.
1.2.5. Mơ hình RRLM (Road Research Laboratory Model):
Mơ hình được Watkins xây dựng năm 1962, sau đó Stall và Tersriep cải tiến năm
1972. Mơ hình này đơn giản do các thông số của bề mặt thấm được xem là đồng nhất
và việc tính tốn dịng chảy mặt được thực hiện theo phương pháp đường đẳng thời.
Giai đoạn biến đổi sóng lũ trong sơng được mơ tả theo quan hệ tuyến tính. Ưu điểm
của mơ hình là đơn giản có thể thực hiện trên các máy tính nhỏ.
1.2.6. Mơ hình SHEM (Systeme Hydrologique Europeen Model):
Đây là mơ hình liên kết dựa trên các quy luật vật lý do Jonch-Clausen xây dựng
năm 1979. Mơ hình có khả năng mơ tả đồng thời dòng chảy trong hệ thống, dòng chảy
trong lớp đất sát mặt và phân bố thế hút nước của đất ở trạng thái chưa bão hồ. Q

trình hình thành dịng chảy được mơ tả theo ngun tắc chồng chập q trình tích và
truyền tải. Việc tính tốn q trình tích theo phương pháp Kalinin – Miljukov và tính
q trình truyền tải theo tốc độ dịng chảy mặt. Mơ hình có ưu điểm là giải quyết được
căn ngun dịng chảy, nhưng do cấu trúc phức tạp và yêu cầu số liệu đầu vào nhiều
nên chi phí lớn.
1.2.7. Mơ hình TR-20 (Technical Realease Model):
Mơ hình do Cục bảo vệ đất Hoa Kỳ xây dựng năm 1966 và cải tiến năm 1975.
Đây là một trong những mơ hình được áp dụng phổ biến ở Mỹ. TR-20 gồm 4 mơ hình
.


12
bộ phận để tính tốn dịng chảy.
- Xác định mưa hiệu quả.
- Tính tốn q trình dịng chảy từ lưu vực bộ phận.
- Xác định thời gian tập trung dòng chảy từ các thơng số của lưu vực.
- Diễn tốn dịng chảy trong sơng.
- Tính tốn tổng hợp.
1.2.8. Mơ hình HYDRO:
Mơ hình thuộc loại mơ hình thuỷ văn tất định, mơ phỏng tổng hợp q trình mưa
– dịng chảy từ lúc bắt đầu mưa đến khi kết thúc quá trình dịng chảy tại mặt cắt khống
chế. Mơ hình do W.K.Geiger và A.Roedder xây dựng từ năm 1986 theo đơn đặt hàng
của Viện Môi trường nước đô thị - Đại học tổng hợp Essen (CHLB Đức). Qua thực tế
áp dụng ở Châu Âu, mơ hình được cải tiến nhiều lần. Phiên bản mới nhất được áp
dụng là HYDRO Mơ hình này cũng được áp dụng ở một số lưu vực của hệ thống sơng
Hồng.
1.2.9. Mơ hình MARINE:
Mơ hình thuỷ văn MARINE (Modélisation de l'Anticipation du Ruissellement et
des Inondations pour des évé Nements Extrêmes) do Viện Cơ học chất lỏng Toulouse
(Pháp) xây dựng và được chuyển giao cho Viện Cơ học. Sau đó, Viện Cơ học chuyển

giao cho Trung tâm Dự báo Khí tượng Thuỷ văn Trung Ương trong khn khổ hợp tác
khoa học công nghệ và đề tài cấp Bộ. Mô hình thủy văn MARINE được viết bằng
ngơn ngữ Fortran 7.0 đang được xây dựng và hồn thiện. MARINE là mơ hình có
thơng số phân bố, tồn bộ lưu vực nghiên cứu được chia thành các ơ lưới vng có
kích cỡ bằng nhau. Mơ hình tính tốn dịng chảy dựa trên phương trình bảo tồn khối
lượng và phương thức thấm Green Ampt. Mỗi ơ lưới có thơng số riêng, nhận một giá
trị mưa và dịng chảy được hình thành trên từng ô. Cuối cùng, mô hình MARINE liên
kết các ô lưới lại với nhau theo hướng chảy tạo mạng sông và tính tốn dịng chảy tại
cửa ra của các lưu vực. Cấu trúc mơ hình MARINE chia thành hai phần:
Phần thứ nhất: tính tốn dịng chảy sườn dốc hay khu giữa từ mưa dựa trên
phương trình cân bằng nước và lý thuyết thấm Green Ampt;
Phần thứ hai : diễn toán lũ trong sơng bằng mơ hình thủy lực theo phương trình
Sain Vernant với lưới sai phân 4 điểm.
Mặt mạnh của mô hình MARINE là có khả nằng kết nối dễ dàng với các mơ hình
dự báo mưa số trị như HRM, ETA và BOLAM đang được vận hành tại Trung tâm Dự
báo Khí tượng Thủy văn Trung ương nhằm kéo dài thời gian dự kiến của mơ hình.

.


13
Mơ hình này dự báo tốt các cơn lũ sinh ra do mưa trên lưu vực nhỏ, nhưng đòi
hỏi phải có số liệu địa hình, thổ nhưỡng, lớp phủ, mạng lưới trạm khí tượng thủy văn
đủ dày, đặc biệt phải dự báo được mưa với độ phân giải cao.
1.2.10. Mô hình DIMOSOP
DIMOSOP (DIstributed hydrological MOdel for the Special Observing Period) là
mơ hình tốn thủy văn phân bố được sử dụng nhiều ở một số nước Châu Âu như Italia,
Pháp, Thụy Sĩ. Đặc điểm nổi bật của mơ hình này là có thể sử dụng dữ liệu dạng điểm
của các trạm đo mưa trong lưu vực hoặc sử dụng kết quả dự báo dưới dạng ô lưới
(grid) là đầu ra của các mơ hình dự báo thời tiết như MM5 và BOLAM để dự báo lũ. Ở

Việt Nam, mơ hình DIMOSOP được chuyển giao cho trường Đại học Thủy lợi trong
khuôn khổ dự án hợp tác song phương giữa Chính phủ Việt Nam và Chính phủ Italia
trong việc xây dựng mơ hình hỗ trợ dự báo lũ trung hạn cho hệ thống sơng Hồng và
sơng Thái Bình. Khi chuyển giao cho Việt Nam, Mơ hình mang tên mới là
DIMOSHONG.
Cấu trúc chính của mơ hình dựa trên quan điểm chia lưu vực tính tốn ra thành
một hệ thống các ơ lưới. Mỗi một ô lưới trên lưu vực đều được đặc trưng bởi một yếu tố
thủy văn nào đó, có thể là một phần tử của lưu vực, có thể là một phần tử của sông, hay là
một phần tử của hồ chứa..vv. Nếu ô lưới là một phần tử của lưu vực thì mơ hình sẽ tính
tốn ra dịng chảy từ mưa thơng qua mơ phỏng các q trình vật lý trên lưu vực như
mưa, tổn thất, tập trung dòng chảy trên sườn dốc cho ơ lưới đó, nếu ơ lưới là một phần
tử của đoạn sơng, mơ hình sẽ mơ phỏng q trình diễn tốn dịng chảy trên sơng cho ô
lưới, còn nếu ô lưới là một phần tử của hồ chứa, mơ hình sẽ mơ phỏng q trình diễn
tốn dịng chảy qua hồ chứa cho ơ lưới nàyPhương pháp tính dịng chảy từ mưa
trong DIMOSOP dựa trên các lý thuyết: Phương pháp tính tổn thất: SCS-CN; đường
q trình SCS tính mưa hiệu quả, diễn tốn trong sơng MUSKINGUM Kết quả tính
tốn của mơ hình chính là lưu lượng hay mực nước lũ tại bất kỳ một ô lưới nào (điểm)
trên lưu vực đã được đăng ký trước.
Cấu trúc chính của mơ hình dựa trên quan điểm chia lưu vực tính tốn ra thành
một hệ thống các ơ lưới. Kích thước của mỗi ô lưới phụ thuộc vào mức độ chi tiết của số
liệu thu thập cũng như yêu cầu tính tốn. Mỗi một ơ lưới trên lưu vực đều được đặc
trưng bởi một yếu tố thủy văn nào đó, có thể là một phần tử của lưu vực, có thể là một
phần tử của sông, hay là một phần tử của hồ chứa.
Đầu vào của mơ hình này ngồi lượng mưa cịn là bản đồ địa hình dưới dạng
DEM, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, loại đất dưới dạng ơ lưới Grid (vì đây là mơ hình
thủy văn phân bố), và các loại cơng trình cũng như quy trình vận hành của các cơng
trình.

.

14
Đầu ra của mơ hình chính là lưu lượng hay mực nước lũ tại bất kỳ một ô lưới nào
(điểm nào) trên lưu vực chứ không phải hạn chế chỉ tại một vị trí như các mơ hình thủy
văn thơng số gộp đưa ra.
Ưu điểm: Khả năng sử dụng thông tin toàn cầu như bản đồ đất, hiện trạng sử dụng
đất, ảnh vệ tinh để mô phỏng lưu vực đặc biệt hữu ích cho các lưu vực liên quốc gia,
khi mà thông tin về lưu vực ở phần quốc gia kia không thu thập được hoặc thu thập
được nhưng không chính xác vì đầu vào của mơ hình như đã nêu trên tồn ở dạng ơ
lưới.
Có khả năng kết nối với các mơ hình khí tượng BOLAM và MM5 để kéo dài thời
gian dự báo phục vụ vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa.
Một lần chạy mơ hình sẽ cho kết quả dự báo của nhiều trạm, nhiều vị trí khác
nhau với thời gian dự báo lên đến 5 ngày.
Hiện tại đang sử dụng dự báo lũ trung hạn cho hệ thống sơng Hồng và sơng Thái
Bình. Đây là mơ hình được đánh giá rất khả quan cần được nghiên cứu áp dụng cho các
lưu vực khác.
1.3. Tình hình nghiên cứu dự báo lũ lụt ở Việt Nam.
Các mô hình tốn thủy văn, thủy lực đã được nghiên cứu áp dụng có hiệu quả để
diễn tốn dịng chảy trong hệ thống sông và ngập lụt ở nước ta và đã thu được những
kết quả đáng kể, cụ thể có các mơ hình:
Mơ hình VRSAP là mơ hình thủy động lực học tiêu biểu của Việt Nam đã được
ứng dụng rộng rãi và thành cơng trong nước, do phó giáo sư Nguyễn Như Kh phát
triển. Đây là mơ hình một chiều (1D) dùng để tính tốn dịng chảy lũ và dòng chảy
mùa cạn cho vùng đồng bằng các hệ thống sông Hồng, sông Cửu Long, sông Cả, sông
Hương, sông Nhật Lệ... Ngồi ra, mơ hình cịn được sử dụng để tính tốn thuỷ lực tưới, tiêu các hệ thống thuỷ nông, quy hoạch và quản lý lưu vực, tài nguyên nước.
Mơ hình TELEMAC và SMS tính tốn ngập lụt vùng đồng bằng. Đây là mơ hình
được thiết lập theo phương pháp phần tử hữu hạn.
Mơ hình TANK được ứng dụng ở Việt Nam vào cuối những năm 1980. Mơ hình
tương đối đơn giản, có ý nghĩa vật lý trực quan, thích hợp với các lưu vực sơng suối

vừa và nhỏ.
Mơ hình SSARR là mơ hình tính dịng chảy sinh ra từ mưa, được cải biên để ứng
dụng cho hệ thống sông Hồng, sông Trà Khúc, sông Vệ và cho kết quả khá tốt trong
tính tốn và dự báo nghiệp vụ.
Bộ mơ hình MIKE đã được áp dụng tương đối thành cơng trong tính tốn dự báo
nguy cơ ngập lụt vùng hạ lưu lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn, và nghiên cứu thủy lực
hạ lưu sông Hồng trong trường hợp giả sử đập Hồ Bình bị vỡ...
.


15
Mơ hình HEC-HMS đã được ứng dụng trong tính tốn dự báo lũ lưu vực sông
Vu Gia - Thu Bồn, sông Túy Loan, sông Hương và sông Ba cho kết quả khả quan.
Đối với nước ta do đặc thù địa hình phức tạp nên hiện nay chưa có một phương
pháp dự báo lũ nào chiếm được ưu thế tuyệt đối. Nhìn chung đối với các sơng miền
Trung, các mơ hình toán thủy văn như TANK, NAM, HEC-HMS thường được áp
dụng.
Một số đề tài điển hình về nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thủy văn dự
báo lũ trên các lưu vực hệ thống sông lớn ở nước ta như:
- “Ứng dụng mơ hình MIKE-NAM diễn tốn q trình lũ đến các hồ chứa sông
Ba” của tác giả Nguyễn Hữu Khải và Bùi Văn Chiến với mục tiêu dự báo là cơ sở để
giảm mực nước trước lũ, nâng cao hiệu quả điều tiết lũ, giảm thiểu thiệt hại cho vùng
ngập lụt hạ lưu.[5].
- “Ứng dụng mơ hình tốn trong nghiên cứu dự báo, cảnh báo lũ và ngập lụt
cho đồng bằng các sông lớn ở miền Trung” của PGS.TS Lê Văn Nghinh.[7].
- “Nghiên cứu cơ sở khoa học cho các giải pháp tổng thể dự báo phòng tránh lũ
lụt ở miền Trung” do TS. Nguyễn Lập Dân thực hiện đã đánh giá thực trạng và làm
sáng tỏ các tác nhân gây lũ lụt miền Trung trong đó có lưu vực trọng điểm Vu Gia –
Thu Bồn.[3].
- “Áp dụng mơ hình NAM tính tốn dịng chảy lũ trên lưu vực trạm thủy văn

Nông Sơn” của tác giả Tô Thúy Nga đăng trên Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ Đại
học Đà Nẵng số 3 năm 2003 bước đầu đã dị tìm được bộ thông số lưu vực Nông sơn,
dùng làm số liệu biên cho nghiên cứu tiếp theo là xác định khả năng ngập lụt ở hạ lưu
sông Vu Gia – Thu Bồn.[6].
- “Nghiên cứu thiết lập cơ sở khoa học kỹ thuật phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai
lũ lụt các tỉnh Nam Trung bộ”, và “Nghiên cứu hiện trạng, xác định nguyên nhân lũ lụt
các tỉnh Nam Trung Bộ, bước đầu đề xuất các giải pháp khắc phục” của PGS.TSKH
Nguyễn Văn Cư đã bước đầu đi vào đánh giá các yếu tố mặt đệm (địa hình, địa mạo,
lớp thổ nhưỡng, lớp phủ thực vật...) nhằm đưa ra nguyên nhân gây lũ lụt các tỉnh Nam
Trung Bộ trong đó có Quảng Nam.[2].
1.4. Sự cần thiết dự báo dòng chảy lũ trên lưu vực hồ thủy lợi Phú Vinh.
1.4.1. Hiện trạng lũ lụt và cơng tác dự báo tại cơng trình thủy lợi Phú Vinh.
Sông Phú Vinh là một con sông thuộc hệ thống sơng Nhật Lệ có đặc điểm nổi bật
của chế độ mưa và dòng chảy là đường phân phối dịng chảy trong năm có hai đỉnh rõ
rệt. Đỉnh chính xuất hiện vào tháng IX, X; đỉnh phụ tiểu mãn xuất hiện vào tháng V,
VI; mùa lũ tập trung vào các tháng X, XI, XII và chiếm 60 - 80% tổng lượng dòng
chảy cả năm. Lượng mưa năm tại Đồng Hới từ 2.000-3.000mm, bình quân nhiều năm
.


16
là 2.175mm. Lượng mưa một ngày lớn nhất ứng với tần suất 5% biến đổi từ 250 350mm.Vào mùa này, sơng thường có lũ đột ngột gây úng lụt trầm trọng vùng cửa
sơng. Dịng chảy lũ trên sơng phần lớn lượng dịng chảy trong năm, vì vậy dịng chảy
lũ là đặc trưng quan trọng trong chế độ thuỷ văn công trình.
Cơng tác dự báo tại cơng trình thủy lợi Phú Vinh chủ yếu dựa vào các số liệu
quam trắc và cảnh báo của Trạm khí tượng thủy văn Đồng Hới, từ đó đơn vị quản lý
khai thác đưa ra những quyết định phù hợp trong quá trình vận hành hồ chứa.
Hồ chứa thủy lợi Phú Vinh hoàn thành đưa vào sử dụng, cung cấp nước cho sản
xuất nông nghiệp và các ngành dân sinh kinh tế trên địa bàn vào tháng 6/1996.
Bảng 1.1: Thống kê các trận lũ từ năm 2014 đến năm 2016:

Trận lũ

Lưu lượng đỉnh lũ (m3/s)

Tần suất (%)

06/10/2014

80,7

>10

03/11/2014

57,4

>10

14/09/2015

84,7

>10

15/10/2015

70,2

>10

21/09/2016

78,5

>10

14/10/2016

257,7

>10

31/10/2016

75,5

>10

Năm 2016 xảy ra một trận lũ lịch sử vào ngày 14/10/2016.
+ Đánh giá các trận lũ và tình hình vận hành điều tiết:
Đối với những trận lũ có lưu lượng đỉnh lũ nhỏ hơn 560,9 m3/s, việc vận hành
công trình theo quy trình được duyệt là giữ mực nước hồ ở MNDBT 22,0m và xả bằng
lượng lũ đến không gặp khó khăn và tác động nào.

.