Nghiên cứu ứng dụng mô hình mike từng bước hoàn thiện công nghệ dự báo lũ sông hồng thái bình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Đặng Thị Lan Phương

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE TỪNG BƯỚC
HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ DỰ BÁO LŨ
SƠNG HỒNG – THÁI BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI – 2012

i


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Đặng Thị Lan Phương

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE TỪNG BƯỚC
HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ DỰ BÁO LŨ
SƠNG HỒNG – THÁI BÌNH

Chuyên ngành: Thủy văn học
Mã số: 604490

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. LƯƠNG TUẤN ANH

HÀ NỘI - 2012

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC MƠ HÌNH VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
DỰ BÁO LŨ............................................................................................................... 4
1.1.Giới thiệu chung .................................................................................................... 4
1.2.Một số nghiên cứu dự báo lũ trên thế giới.............................................................. 4
1.3.Một số nghiên cứu dự báo lũ ở Việt Nam .............................................................. 6
1.4. Cơ sở lý thuyết của mơ hình ............................................................................... 12
1.4.1. Mơ hình MIKE NAM ..................................................................................... 12
1.4.2. Mơ hình thủy lực MIKE 11 – HD ................................................................... 19
1.4.3. Mơ hình Mike 21 ............................................................................................ 28
CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ LŨ LỤT HỆ THỐNG
SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH.................................................................................... 30
2.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên ............................................................................... 30
2.1.1. Vị trí địa lý ...................................................................................................... 30
2.1.2. Địa hình ........................................................................................................... 31
2.1.3. Địa chất ........................................................................................................... 34
2.1.4. Thổ nhưỡng ..................................................................................................... 36
2.1.5. Lớp phủ thực vật.............................................................................................. 38
2.2. Nguyên nhân hình thành và một số đặc điểm của chế độ mưa - lũ ...................... 36

2.2.1. Một số hình thế thời tiết chủ yếu gây mưa lớn ................................................. 36
2.2.2. Chế độ mưa ..................................................................................................... 38
2.2.3.Đặc điểm chung về chế độ dòng chảy ............................................................... 39
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE DỰ BÁO LŨ HỆ THỐNG SƠNG
HỒNG – THÁI BÌNH ............................................................................................... 48
3.1. Sơ đồ thủy văn thủy lực trên hệ thống sơng Hồng – Thái Bình ........................... 48
3.1.1. Sơ đồ thủy văn................................................................................................. 48
3.1.2. Sơ đồ thủy lực.................................................................................................. 52
3.2. Điều kiện biên và điều kiện ban đầu ................................................................... 57
iii


3.3. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mơ hình thủy văn .................................................... 58
3.4. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mơ hình thủy lực..................................................... 63
3.4.1. Kết quả với phương pháp kiểm tra chéo........................................................... 64
3.4.2. Kết quả với trường hợp phân cấp ..................................................................... 81
3.5. Kết nối mơ hình truyền triều và mơ hình thủy lực trong sông.............................. 87
3.6. Dự báo thử nghiệm ............................................................................................. 89
3.6.1. Quy trình tiến hành dự báo............................................................................... 90
3.6.2. Cơ sở đánh giá chất lượng dự báo .................................................................... 91
3.6.3. Cập nhật sai số tính tốn .................................................................................. 92
3.6.4. Kết quả dự báo thử nghiệm .............................................................................. 95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 104
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 106

iv


MỤC LỤC HÌNH

Hình 1. 1. Sơ đồ lưới trạm dự báo thượng lưu sơng Hồng........................................7
Hình 1. 2. Sơ đồ tính tốn thủy lực hệ thống sơng Hồng – Thái Bình.......................9
Hình 1. 3: Cấu trúc mơ hình MIKE........................................................................12
Hình 1. 4. Cấu trúc mơ hình NAM.........................................................................14
Hình 1. 5. Nhánh sơng với các điểm lưới xen kẽ....................................................21
Hình 1. 6. Hình dạng các điểm lưới xung quanh nút mà tại đó ba nhánh gặp nhau.21
Hình 1. 7. Hình dạng các điểm lưới và các nút trong một mơ hình hồn chỉnh.......22
Hình 1. 8. Ma trận nhánh trước khi khử .................................................................23
Hình 1. 9. Ma trận nhánh sau khi khử ....................................................................24
Hình 1. 10. Giao điểm của ba nhánh sơng.............................................................. 24
Hình 2. 1. Lưu vực sơng Hồng - Thái Bình – phần Việt Nam ................................ 31
Hình 2. 2. Địa hình lưu vực sơng Hồng - Thái Bình - phần Việt Nam....................32
Hình 2. 3. Bản đồ thổ nhưỡng phần thuộc lãnh thổ Việt Nam trên lưu vực sông
Hồng-Thái Bình.....................................................................................................38
Hình 2. 4. Bản đồ lượng mưa trung bình nhiều năm lưu vực sơng Hồng-Thái Bình
phần lãnh thổ Việt Nam.........................................................................................38
Hình 2. 5. Mạng lưới sơng ngịi và một số cơng trình trọng điểm trên sơng thuộc lưu
vực sơng Hồng - Thái Bình....................................................................................41
Hình 3. 1. Bản đồ phân chia các lưu vực bộ phận cho lưu vực sơng Hồng – Thái
Bình (sơ đồ cũ)......................................................................................................48
Hình 3. 2. Bản đồ phân chia các lưu vực bộ phận cho lưu vực sông Hồng – Thái
Bình (sơ đồ mới) ...................................................................................................51
Hình 3. 3. Sơ đồ tính tốn thủy văn trên hệ thống sơng Hồng – Thái Bình.............51
Hình 3. 4. Các nhánh sơng được cập nhật trong sơ đồ tính trên sơng Đà................53
Hình 3. 5. Các nhánh sơng được cập nhật trong sơ đồ tính trên sơng Hồng............53
Hình 3. 6. Các nhánh sơng được cập nhật trong sơ đồ tính khu vực Hải Phịng......54
Hình 3. 7. Sơ đồ tính tốn thủy lực hệ thống sơng Hồng-Thái Bình .......................55

v

Hình 3. 8. Thơng số các hồ chứa đã được cập nhật vào mơ hình thủy lực ..............56
Hình 3. 9. Đường q trình mực nước thực đo và tính tốn tại trạm Lai Châu, Tạ Bú
năm 2007...............................................................................................................60
Hình 3. 10. Đường q trình mực nước thực đo và tính tốn tại trạm Lai Châu, Tạ
Bú năm 2009 .........................................................................................................61
Hình 3. 11. Đường q trình lưu lượng thực đo và tính tốn đến hồ Sơn La, năm
2011 ......................................................................................................................61
Hình 3. 12. Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính tốn đến hồ Sơn La, năm
2010 ......................................................................................................................61
Hình 3. 13. Đường quá trình lưu thực đo và tính tốn đến hồ Hịa Bình, năm 201162
Hình 3. 14. Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính tốn đến hồ Hịa Bình, năm
2010 ......................................................................................................................62
Hình 3. 15. Đường q trình lưu lượng thực đo và tính tốn đến hồ Tuyên Quang,
năm 2011...............................................................................................................62
Hình 3. 16. Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính tốn đến hồ Tun Quang,
năm 2010...............................................................................................................63
Hình 3. 17. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2006)..69
Hình 3. 18. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-07) .69
Hình 3. 19. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-08) .70
Hình 3. 20. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-09) .70
Hình 3. 21. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-10) .70
Hình 3. 22. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ06-11) .71
Hình 3. 23. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2007)..71
Hình 3. 24. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ07-06) .71
Hình 3. 25. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ07-08) .72
Hình 3. 26. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ07-09) .72
Hình 3. 27. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ07-10) .72
Hình 3. 28. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ07-11) .73
Hình 3. 29. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2008)..73

vi


Hình 3. 30. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-10) .73
Hình 3. 31. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-07) .74
Hình 3. 32. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-09) .74
Hình 3. 33. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-10) .74
Hình 3. 34. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ08-11) .75
Hình 3. 35. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2009)..75
Hình 3. 36. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-06) .75
Hình 3. 37. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-07) .76
Hình 3. 38. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-08) .76
Hình 3. 39. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-10) .76
Hình 3. 40. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ09-11) .77
Hình 3. 41. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2010)..77
Hình 3. 42. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-06) .77
Hình 3. 43. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-07) .78
Hình 3. 44. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-08) .78
Hình 3. 45. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-09) .78
Hình 3. 46. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ10-11) .79
Hình 3. 47. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (HC2011)..79
Hình 3. 48. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-06) .79
Hình 3. 49. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-07) .80
Hình 3. 50. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-08) .80
Hình 3. 51. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-09) .80
Hình 3. 52. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại (KĐ11-09) .81
Hình 3. 53. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2007Trường hợp 1.........................................................................................................84
Hình 3. 54. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2009Trường hợp 1.........................................................................................................84
Hình 3. 55. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2010Trường hợp 1.........................................................................................................84

vii


Hình 3. 56. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2011Trường hợp 1.........................................................................................................85
Hình 3. 57. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2009Trường hợp 2.........................................................................................................85
Hình 3. 58. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2008Trường hợp 2.........................................................................................................85
Hình 3. 59. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2007Trường hợp 2.........................................................................................................86
Hình 3. 60. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2006Trường hợp 3.........................................................................................................86
Hình 3. 61. Kết quả kiểm định mực nước tại Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại, năm 2008Trường hợp 3.........................................................................................................86
Hình 3. 62. Địa hình khu vực Vịnh Bắc Bộ............................................................ 87
Hình 3. 63. Đường quá trình mực nước tính tốn và thực đo các trạm hạ lưu sơng
Hồng - Thái Bình trận lũ lớn năm 1996 .................................................................88
Hình 3. 64. Đường q trình mực nước tính tốn và thực đo các trạm hạ lưu sông
Hồng - Thái Bình trận lũ lớn năm 2002. ................................................................ 88
Hình 3. 65. Đường q trình mực nước tính tốn và thực đo các trạm hạ lưu sơng
Hồng - Thái Bình trận lũ lớn năm 2006. ................................................................ 88
Hình 3. 66. Sơ đồ quy trình dự báo lũ sơng Hồng Thái Bình..................................91
Hình 3. 67. Minh họa sai số biên và sai số pha.......................................................94
Hình 3. 68. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Sơn La năm 2011 và 2012 – thời
gian dự kiến 24 giờ................................................................................................ 97
Hình 3. 69. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Sơn La năm 2011 và 2012 – thời
gian dự kiến 48 giờ................................................................................................ 97
Hình 3. 70. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Sơn La năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 24 giờ.........................................................................................98
Hình 3. 71. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Sơn La năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 48 giờ.........................................................................................98

viii

Hình 3. 72. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Hịa Bình năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 24 giờ.........................................................................................98
Hình 3. 73. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Hịa Bình năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 48 giờ.........................................................................................99
Hình 3. 74. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Hòa Bình năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 24 giờ.........................................................................................99
Hình 3. 75. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Hịa Bình năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 48 giờ.........................................................................................99
Hình 3. 76. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Tuyên Quang năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 24 giờ....................................................................................... 100
Hình 3. 77. So sánh kết quả dự báo mực nước hồ Tuyên Quang năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 48 giờ....................................................................................... 100
Hình 3. 78. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Tuyên Quang năm 2011 và
2012 – thời gian dự kiến 24 giờ ...........................................................................100
Hình 3. 79. So sánh kết quả dự báo lưu lượng đến hồ Tuyên Quang năm 2011 và
2012 – thời gian dự kiến 48 giờ ...........................................................................101
Hình 3. 80. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Hà Nội năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 24 giờ....................................................................................... 101
Hình 3. 81. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Hà Nội năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 48 giờ....................................................................................... 101
Hình 3. 82. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Phả Lại năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 24 giờ....................................................................................... 102
Hình 3. 83. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Phả Lại năm 2011 và 2012 –
thời gian dự kiến 48 giờ....................................................................................... 102
Hình 3. 84. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Tuyên Quang năm 2011 và 2012
– thời gian dự kiến 24 giờ....................................................................................102
Hình 3. 85. So sánh kết quả dự báo mực nước trạm Tuyên Quang năm 2011 và 2012
– thời gian dự kiến 48 giờ....................................................................................103

ix


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2. 1. Các loại đất chính trên lưu vực sơng Hồng –Thái Bình .........................36
Bảng 2. 2. Bảng tổng hợp độ che phủ rừng các tỉnh nằm trong hệ thống sơng Hồng
–Thái Bình (Đơn vị: ha) ........................................................................................35
Bảng 2. 3. Đặc trưng hình thái các lưu vực sơng chính .........................................40
Bảng 3. 1. Các đặc trưng lưu vực phần thượng lưu hệ thống sơng Hồng-Thái Bình..48
Bảng 3. 2. Các lưu vực bộ phận và trạm mưa được sử dụng để tính tốn dự báo thủy
văn cho các trạm thượng nguồn hệ thống sơng Hồng – Thái Bình .........................49
Bảng 3. 3. Thơng số mơ hình NAM cho các lưu vực bộ phận ................................ 58
Bảng 3. 4. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mơ hình mưa - dịng chảy .............60
Bảng 3. 5. Các trường hợp hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11 .................64
Bảng 3. 6. Các trường hợp hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình MIKE 11 theo các
trường hợp mực nước tại Hà Nội ...........................................................................64
Bảng 3. 7. Kết quả xác định hệ số nhám trên các sông tương ứng với các năm ......65
Bảng 3. 8. Kết quả đánh giá chỉ số Nash-Sutcliffe tại các trạm trên hệ thống sơng
Hồng-Thái Bình theo phương pháp kiểm tra chéo..................................................68
Bảng 3. 9. Kết quả xác định hệ số nhám trên các sông ứng với các cấp mực nước.82
Bảng 3. 10. Kết quả đánh giá chỉ số Nash-Sutcliffe tại các trạm trên hệ thống sơng
Hồng-Thái Bình theo cấp mực nước......................................................................83
Bảng 3. 11. Kết quả đánh giá chỉ số NASH tại một số trạm trên hệ thống..............89
Bảng 3. 12. Tiêu chuẩn sai số dự báo cho phép tại một số vị trí............................. 92
Bảng 3. 13. Kết quả đánh giá ảnh hưởng sai số dự báo mưa đến dòng chảy...........93
Bảng 3. 14. Các tham số cập nhật sai số trong mơ hình MIKE 11..........................95
Bảng 3. 15. So sánh kết quả đánh giá dự báo mùa lũ năm 2011 và 2012................96

x

MỞ ĐẦU
Lũ lụt là thiên tai lớn nhất đe dọa nước Việt Nam ta, nhất là ở miền Bắc vì tổn
thất nhân mạng có thể đến mức độ khủng khiếp. Trong vịng 100 năm qua, đồng bằng
sơng Hồng – Thái Bình đã có 26 trận lũ lớn. Các trận lũ lớn này đa số xảy ra vào tháng
8, nhằm vào cao điểm của mùa mưa bão. Đặc biệt cơn lũ vào tháng 8 năm 1971 đã làm
vỡ đê Sông Hồng và 100,000 người đã bị thiệt mạng. Đây là cơn lũ lớn nhất trong
vòng 250 năm nay ở miền Bắc, và số tổn thất nhân mạng vượt quá sức tưởng tượng so
với tổn thất chừng 1000 người trong các cơn lũ lịch sử vào năm 1999 ở miền Trung và
năm 2000 ở miền Nam. Trận lũ năm 1971 được liệt kê trong danh sách các trận lụt
lớn nhất thế kỷ 20. Mưa lớn tập trung vào ngày 20-23/7/1986, tâm mưa lớn
300¸400mm ở trung, hạ lưu sơng Lơ, Thương và Lục Nam; lũ đặc biệt lớn đã xảy ra
trên sông Cầu, Thương và Thái Bình; lũ lịch sử trên sơng Lục Nam; lũ lớn trên sông
Hồng, gây sạt lở, tràn, vỡ nhiều đê bối, đê địa phương thuộc các tỉnh Phú Thọ, Vĩnh
Phúc, Hà Tây, Hà Nội, Bắc Ninh, Bắc Giang, Hải Dương, Hưng Yên,... Năm 1996 lũ
đặc biệt lớn xảy ra ở hạ lưu sơng Hồng, Thái Bình và Hồng Long. Đỉnh lũ thực đo tại
Hà Nội là 12,43m (hoàn nguyên là 13.30m) lúc 19 giờ ngày 21, vượt BĐ 3 là 0.93m,
kéo dài 6 ngày trên BĐ 3; tại Phả Lại là 6,52m (7h/22), vượt BĐ 3 là 1.02m, duy trì
trên BĐ 3 trong 7 ngày. Năm 2002: lụt ở Hà Nội, mưa lớn nhiều ngày trong khoảng
tháng 8, hệ thống cống thoát đang cải tạo dở dang nên càng khơng thốt nước nổi, gây
ngập úng trong nội thành suốt nhiều ngày liên tục. Năm 2008: ngập trên diện rộng, rất
sâu do mưa liên tục với cường độ lớn từ đêm 30/10/2008 trở đi. Năm 2010: Mưa và lũ
lớn làm ít nhất 46 người chết và 21 người bị mất tích.
Phịng tránh lũ lụt là các biện pháp được lựa chọn nhằm hạn chế lũ lụt hoặc
những thiệt hại do lũ lụt gây ra. Trong đó quan trọng nhất vẫn là vấn đề cảnh báo, dự
báo lũ từ xa nhằm tránh tổn thất to lớn do lũ gây nên. Trải qua nhiều thời kỳ phát triển,
cùng với sự lớn mạnh không ngừng của khoa học công nghệ thông tin nên cơng tác
cảnh báo, dự báo lũ cũng có nhiều phát triển. Hiện nay trong thủy văn học đang tồn tại
nhiều mơ hình dự báo lũ khác nhau được áp dụng trong các công tác giảng dạy, nghiên
cứu và dự báo cho các bộ ngành, địa phương ... Ở Việt Nam, nhiều mơ hình đã được

1


xây dựng và áp dụng cho dự báo lũ cho hệ thống sơng, có thể kể đến một số mơ hình
được sử dụng phổ biến như MIKE, SSARR, TANK, NAM, ANN, HEC1, HMS...
Đối với lưu vực sông lớn như lưu vực sơng Hồng – Thái Bình đã có rất nhiều
đề tài nghiên cứu xây dựng cơng cụ tính tốn và dự báo lũ tuy nhiên các đề tài này
chưa thành một cơng nghệ hồn chỉnh dùng để dự báo tác nghiệp. Còn nhiều vấn đề
tồn tại chưa được giải quyết như biên đầu vào của mơ hình bị ảnh hưởng bởi các hồ
chứa trên các lưu vực bộ phận thuộc Trung Quốc, chưa cập nhật quy trình vận hành
liên hồ mới, dự báo biên triều ở các cửa sông ... và vấn đề cập nhật sai số để áp dụng
trong dự báo còn chưa được xem xét. Việc gắn kết với các mơ hình thủy lực với các
mơ hình thuỷ văn phía thượng lưu để trở thành một cơng nghệ dự báo cho tồn hệ
thống sơng cũng cịn là một vấn đề quan trọng trong công tác dự báo.
Hiện nay, công tác dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng – Thái Bình được thực
hiện bởi nhiều cơ quan khác nhau như Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung
Ương (TT DBKTTV TW), Viện Cơ học, Viện Quy hoạch Thủy lợi, Viện Khoa học
Thủy lợi, Trường Đại học Thủy lợi... Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Mơi
trường cũng là đơn vị tham gia dự báo lũ hệ thống sơng Hồng – Thái Bình. Trong q
trình cơng tác tại Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Mơi trường, học viên đã
tham gia vào công tác dự báo thủy văn tác nghiệp trên hệ thống sông Hồng – Thái
Bình. Qua q trình dự báo hàng năm, có thể nhận thấy cơng tác dự báo tác nghiệp cịn
tồn tại nhiều vấn đề cần giải quyết như dòng chảy khu giữa tính tốn có độ chính xác
chưa cao, mạng tính chưa được cập nhật thêm các hồ thủy điện mới xây, dữ liệu mặt
cắt sông từ các hồ chứa ngược lên thượng lưu khơng có.
Trước vấn đề thực tế như vậy, luận văn “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình Mike
từng bước hồn thiện cơng nghệ dự báo lũ sơng Hồng – Thái Bình” đã được hình
thành với mục tiêu: Từng bước nâng cao chất lượng dự báo lũ bằng mô hình MIKE 11
cho hệ thống sơng Hồng-Thái Bình nhằm bảo đảm độ tin cậy, đáp ứng yêu cầu dự báo
tác nghiệp.

Với mục tiêu đã đặt ra, luận văn tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:

2


(1) Cập nhật, bổ sung dữ liệu địa hình phục vụ cho việc thiết lập sơ đồ thủy lực cho
toàn hệ thống sông, cập nhật các thông tin hồ chứa có tính đến quy trình hoạt
động liên hồ chứa đã được ban hành
(2) Phân chia lại lưu vực bộ phận trong mơ hình thủy văn nhằm tăng độ chính xác
trong quá trình dự báo lưu lượng đến các hồ.
(3) Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mơ hình thủy lực để chọn các bộ tham số phù hợp
với điều kiện dự báo tác nghiệp.
(4) Cập nhật sai số dự báo trong quá trình dự báo
(5) Cập nhật, kết nối mơ hình truyền triều vào các cửa sông phục vụ tăng cường
chất lượng dự báo biên triều.
Phạm vi nghiên cứu:
-

Về thời gian là mùa lũ (15/06-15/09) từ năm 2006 - 2012

-

Về không gian: Mạng sơng Hồng-Thái bình cùng với các hồ thủy điện lớn
Trên cơ sở nội dung thực hiện luận văn ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu

tham khảo được bố cục thành 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về các mơ hình và tình hình nghiên cứu dự báo lũ
Chương 2: Đặc điểm điều kiện tự nhiên và lũ lụt hệ thống sơng Hồng – Thái
Bình
Chương 3: Ứng dụng mơ hình Mike dự báo lũ hệ thống sơng Hồng – Thái Bình

Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do
giới hạn về mặt thời gian luận văn khơng tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các
thầy cơ cùng đồng nghiệp góp ý để luận văn ngày càng có ý nghĩa hơn.

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC MƠ HÌNH VÀ TÌNH HÌNH
NGHIÊN CỨU DỰ BÁO LŨ

1.1.Giới thiệu chung
Việc nghiên cứu và dự báo mưa, lũ, lụt là vấn đề đã được rất nhiều cơ quan và
tác giả trong cũng như ngoài nước quan tâm. Các kết quả nghiên cứu đã đạt được là
những nền tảng cho công tác qui hoạch lũ và phát triển kinh tế xã hội. Tuy nhiên do
những nhu cầu thực tế, đối tượng tiến hành nghiên cứu dự báo của các nghiên cứu có
những đặc thù khác nhau như nghiên cứu dự báo lũ cho hệ thống sơng chính, nghiên
cứu dự báo lũ cho hồ chứa, cho vùng hạ du và nghiên cứu dự báo lũ cho việc quản lý
và qui hoạch lưu vực...
Những năm gần đây, Nhà nước đã dành sự quan tâm, đầu tư thích đáng đúng
với tầm quan trọng của khu vực đồng bằng Bắc Bộ. Kinh tế xã hội phát triển cũng tạo
ra nguy cơ thiệt hại do lũ lụt càng lớn. Do đó, việc cảnh báo, dự báo lũ lụt kịp thời và
chính xác sẽ góp phần rất quan trọng để giảm thiệt hại về người và tài sản. Mặt khác,
việc phát triển kinh tế xã hội cần gắn liền với công tác quy hoạch phịng chống lũ lụt
thì sự phát triển đó mới bền vừng và có hiệu quả.
1.2. Một số nghiên cứu dự báo lũ trên thế giới
Trên thế giới việc nghiên cứu, áp dụng các mơ hình thủy văn, thủy lực cho các
mục đích trên đã được sử dụng khá phổ biến; nhiều mơ hình đã được xây dựng và áp
dụng cho dự báo hồ chứa, dự báo lũ cho hệ thống sơng, cho cơng tác qui hoạch phịng
lũ. Một số mơ hình đã được ứng dụng thực tế trong cơng tác mơ phỏng và dự báo dịng
chảy cho các lưu vực sơng có thể được liệt kê ra như sau:

Viện Thủy lực Đan Mạch (Danish Hydraulics Institute, DHI) xây dựng phần
mềm dự báo lũ bao gồm: Mơ hình NAM tính tốn và dự báo dịng chảy từ mưa; Mơ
hình Mike 11 tính tốn thủy lực, dự báo dịng chảy trong sông và cảnh báo ngập lụt.
Phần mềm này đã được áp dụng rất rộng rãi và rất thành công ở nhiều nước trên thế
giới. Trong khu vực Châu Á, mơ hình đã được áp dụng để dự báo lũ lưu vực sông
Mun-Chi và Songkla ở Thái Lan, lưu vực sông ở Bangladesh, và Indonesia. Hiện nay,
4


công ty tư vấn CTI của Nhật Bản đã mua bản quyền của mơ hình, thực hiện những cải
tiến để mơ hình có thể phù hợp với điều kiện thuỷ văn của Nhật Bản.
Wallingford kết hợp với Hacrow đã xây dựng phần mềm iSIS cho tính tốn dự
báo lũ và ngập lụt. Phần mềm bao gồm các mơđun: Mơ hình đường đơn vị tính tốn và
dự báo dịng chảy từ mưa; mơ hình iSIS tính tốn thủy lực, dự báo dịng chảy trong
sơng và cảnh báo ngập lụt. Phần mềm này đã được áp dụng khá rộng rãi ở nhiều nước
trên thế giới, đã được áp dụng cho sông Mê Kơng trong chương trình Sử dụng Nước
do ủy hội Mê Kơng Quốc tế chủ trì thực hiện. ở Việt Nam, mơ hình iSIS được sử dụng
để tính tốn trong dự án phân lũ và phát triển thủy lợi lưu vực sông Đáy do Hà Lan tài
trợ.
Trung tâm khu vực, START Đông Nam á (Southeast Asia START Regional
Center) đang xây dựng "Hệ thống dự báo lũ thời gian thực cho lưu vực sông Mê
Kông". Hệ thống này được xây dựng dựa trên mơ hình thủy văn khu vực có thơng số
phân bố, tính tốn dịng chảy từ mưa. Hệ thống dự báo được phân thành 3 phần: thu
nhận số liệu từ vệ tinh và các trạm tự động, dự báo thủy văn và dự báo ngập lụt. Thời
gian dự kiến dự báo là 1 hoặc 2 ngày.
Viện Điện lực (EDF) của Pháp đã xây dựng phần mềm TELEMAC tính các bài
tốn thuỷ lực 1 và 2 chiều. TELEMAC-2D là phần mềm tính tốn thủy lực 2 chiều,
nằm trong hệ thống phần mềm TELEMAC. TELEMAC-2D đã được kiểm nghiệm
theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của Châu Âu về độ tin cậy; mô hình này đã được áp
dụng tính tốn rất nhiều nơi ở Cộng hòa Pháp và trên thế giới. Ở Việt Nam, mơ hình

đã được cài đặt tại Viện Cơ học Hà Nội và Khoa Xây dựng - Thuỷ lợi - Thuỷ điện,
Trường Đại học Kỹ thuật Đà nẵng và đã được áp dụng thử nghiệm để tính tốn dịng
chảy tràn vùng Vân Cốc- Đập Đáy, lưu vực sông Hồng đoạn trước Hà Nội, và tính
tốn ngập lụt khu vực thành phố Đà Nẵng.
Trung tâm kỹ thuật thủy văn (Mỹ) đã xây dựng bộ mơ hình HEC-1 để tính tốn
thủy văn, trong đó có HEC-1F là chương trình dự báo lũ từ mưa và diễn tốn lũ trong
sơng. Mơ hình đã được áp dụng rất rộng rãi trên thế giới. ở Châu Á, mơ hình đã được
áp dụng ở Indonesia, Thái Lan. Mơ hình cũng đã được áp dụng để tính toán lũ hệ
5


thống sông Thu Bồn ở Việt Nam. Gần đây, mô hình được cải tiến và phát triển thành
HMS có giao diện đồ hoạ thuận lợi cho người sử dụng.
Trong một nghiên cứu về hệ thống dự báo lũ cho sông Maritsa và Tundzha,
Roelevink và cộng sự đã kết hợp sử dụng mơ đun mưa - dịng chảy Mike 11-NAM và
mơ đun thủy lực Mike 11-HD để tiến hành dự báo. Các mơ hình này đã được hiệu
chỉnh sử dụng số liệu các trận lũ năm 2005 và 2006. Kết quả từ hai mơ hình này được
kết hợp sử dụng với phần mềm FloodWatch để kết xuất ra mực nước dự báo và các
cảnh báo tại các điểm xác định. Kết quả cho thấy rằng, số liệu đầu vào quyết định độ
lớn của thời gian dự kiến. Kết quả sẽ chính xác hơn nếu thời gian dự kiến ngắn và
ngược lại. Trong nghiên cứu này cũng đã sử dụng chức năng cập nhật mực nước và
lưu lượng tính tốn theo mực nước và lưu lượng thực đo tại các vị trí biên đầu vào.
1.3. Một số nghiên cứu dự báo lũ ở Việt Nam
Một số mơ hình thủy lực đã được áp dụng có hiệu quả để diễn tốn dịng chảy
trong hệ thống sông và vùng ngập lụt ở nước ta. Mơ hình SOGREAH đã được áp dụng
thành cơng trong cơng tác khai thác, tính tốn dịng chảy tràn trong hệ thống kênh rạch
và các ơ trũng; Mơ hình MASTER MODEL ứng dụng trong nghiên cứu qui hoạch cho
vùng hạ lưu sơng Cửu Long vào năm 1988; Mơ hình MEKSAL được xây dựng vào
năm 1974 để tính tốn sự phân bố dòng chảy mùa cạn và xâm nhập mặn trong vùng hạ
lưu các sơng; Mơ hình VRSAP đã được áp dụng cho việc tính tốn dịng chảy lũ và

dịng chảy mùa cạn cho vùng đồng bằng; Mơ hình SAL và mơ hình KOD đã có những
đóng góp đáng kể trong việc tính tốn lũ và xâm nhập mặn đồng bằng cửa sơng; Mơ
hình DHM đã được áp dụng thành cơng trong tính tốn nguy cơ ngập lụt hạ lưu lưu
vực Thu Bồn - Vũ Gia, và nghiên cứu thủy lực hạ lưu sơng Hồng trong trường hợp giả
sử vỡ đập Hồ Bình, Sơn La v.v.
Đối với lưu vực sơng Hồng-Thái Bình đã có một số nghiên cứu dự báo lũ tiêu
biểu như:
-

Đề tài "Nghiên cứu xây dựng cơng cụ tính tốn và dự báo dịng chảy lũ thượng
lưu hệ thống sơng Hồng" (Lê Bắc Huỳnh, TT DBKTTVTƯ)

6


Hình 1. 1. Sơ đồ lưới trạm dự báo thượng lưu sông Hồng
(Nguồn:TTQGDBKTTVTW)
Thành quả: Đã xây dựng được hệ thống dự báo thủy văn cho các lưu vực sông
Đà, Thao, Lơ, vận hành hồ chứa Hồ Bình và diễn tốn lũ về hạ lưu đến trạm Sơn Tây,
Hà Nội. Đề tài đã tạo dựng được nền tảng cho việc áp dụng mơ hình thủy văn để dự
báo lũ, kết quả tính tốn của đề tài khá tốt và đã được TTDBKTTVTƯ bổ sung và đưa
vào dự báo tác nghiệp.
Cần nghiên cứu tiếp: (1) Đề tài có tính nghiên cứu cơ bản, chưa thành một cơng
nghệ hồn chỉnh để dùng vào dự báo tác nghiệp; (2) vì thiếu số liệu phía Trung Quốc
cho nên đã phải xử lý biên trên bằng phương pháp hồi qui, vì thế có hạn chế về độ
chính xác; (3) số liệu dùng trong tính tốn và hiệu chỉnh mơ hình là đến năm 1996, cần
được cập nhật số liệu; (4) hơn nữa, nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở dự báo thủy văn đến
các trạm Sơn Tây và Hà Nội chưa có khả năng áp dụng cho cả hệ thống sơng HồngThái Bình.
-

Đề tài "Ứng dụng một số mơ hình thích hợp để dự báo lũ thượng lưu hệ thống
sơng Thái Bình" (Nguyễn Lan Châu, TT DBKTTVTƯ).
7


Thành quả: Trên cơ sở phân tích các hình thế thời tiết gây mưa và chế độ nước
lũ ở thượng lưu sơng Thái Bình (sơng Cầu, sơng Thương, sơng Lục Nam), đã nghiên
cứu ứng dụng các mơ hình TANK, NAM và phương pháp hồi quy bội để tính tốn, dự
báo q trình dịng chảy lũ tại Thái Ngun trên sơng Cầu, Phủ Lạng Thương trên
sông Thương và Lục Nam trên sông Lục Nam. Kết quả nghiên cứu cho thấy kết quả
tính tốn và dự báo dịng chảy lũ theo 3 mơ hình nêu trên đều cho kết quả tốt. Mơ hình
đã được TT DBKTTVTƯ bổ sung và đưa vào dự báo tác nghiệp thử nghiệm từ năm
2000.
Cần nghiên cứu tiếp: Cũng tương tự như đề tài ở trên, (1) Đề tài có tính nghiên
cứu cơ bản, chưa thành một cơng nghệ hoàn chỉnh để dùng vào dự báo tác nghiệp; (2)
gặp khó khăn trong giải quyết nước vật tại trạm Chũ, và chưa xét hết lượng gia nhập
khu giữa, hạ lưu của các trạm tính tốn; (3) nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở dự báo thủy
văn đến các trạm Thác Bưởi, Cầu Sơn, Chũ và Phả Lại, chưa có khả năng áp dụng cho
cả hệ thống sơng Hồng-Thái Bình.
-

Đề tài "Đánh giá khả năng phân lũ sông Đáy và sử dụng lại các khu phân chậm
lũ" do 3 cơ quan cùng thực hiện đồng thời (Viện Khí tượng Thủy văn, Trường
Đại học Thuỷ lợi, Viện Quy hoạch Thủy lợi).
Thành quả: Đề tài đã giải quyết được phần thủy lực hạ lưu của hệ thống sơng

Hồng - Thái Bình. Xét đến trường hợp vận hành hồ Hồ Bình, Thác Bà, phân lũ sông
Đáy và chậm lũ Tam Thanh, Lương Phú, Lương Phú - Quảng Oai. Đã có tiến hành dự
báo thử nghiệm tại Viện Khí tượng Thủy văn, Trường Đại học Thuỷ lợi, Viện Quy
hoạch Thủy lợi, tuy nhiên kết quả chưa được đánh giá.

Cần nghiên cứu tiếp: (1) Mục tiêu của các đề tài chú trọng vào tính tốn mơ
phỏng lũ để áp dụng cho quy hoạch phịng chống lũ, khơng chú trọng đến dự báo lũ;
(2) Vì đây là mơ hình thủy lực khơng cập nhật được sai số do sự thay đổi địa hình,
thay đổi độ nhám lịng sơng, cho nên kết quả chưa thể hịên được khả năng dự báo; (3)
Không gắn kết với các mô hình thủy văn phía thượng lưu để trở thành một cơng nghệ
dự báo cho tồn hệ thống sơng Hồng-Thái Bình.

8


m
M
ắ
B
ến
8
78

ên
h

28

30

31

Sơn Tây

2

45

394

365
42

395

367

424

367

399

415

368

368

5

414

366

366

3

364

400

416

400
402
40

397

369
7

428

418

432
43

4

433

419

440
441

404

201

202

202

sông Đuống

265

477
478

Phú Lương
579
594
595
Cầu Lai Vu
596

480

Cầu
597

248

247

249

248

64
488

65

250

249

251

250

Bá Nha

67

295
296

71

72

252

Hưng
Yên

251

73

298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311

203

74

204

204

75
76

78

312
318

Phủ Lý
337

Ninh Bình
392

394

sông Luộc

232
233

83

497

224

679

513

230

229

234

512

498
499

sô n
gM
514

Tiền Tiến

ới

615

515

Thái Bình

688

sông Hoá

689

Kinh Khê

503
504

505
690

691

695

Cầu Niệm

622

506
507

Thái Bình
508

618

623

Văn úc
624

84
85
86

Ba Lạt
87

ti "Xây dựng công cụ mô phỏng số phục vụ cho đề xuất, đánh giá và điều
hành các phương án phòng chống lũ sơng Hồng - Thái Bình" (Viện Cơ học)
Thành quả: Đã áp dụng một số các mơ hình thủy lực như VRSAP, TL1, TL2,

TELEMAC2-D để tính tốn thuỷ lực cho hạ lưu hệ thống sơng Hồng - Thái Bình, phân
lũ sông Đáy và chậm lũ Tam Thanh, Lương Phú, Lương Phú - Quảng Oai. Đề tài đã
thử nghiệm các mơ hình rất cơng phu bằng các bài tốn mẫu (test cases) để đảm bảo
được khả năng áp dụng của các mơ hình.
Cần nghiên cứu tiếp: Tương tự như trường hợp ở trên, (1) như tên của đề tài đã
nêu rõ, đề tài chỉ chú trọng vào tính tốn mơ phỏng lũ để áp dụng cho quy hoạch
phòng chống lũ, khơng phải là mơ hình dự báo lũ; (2) vì đây là mơ hình thủy lực, do
đó khơng cập nhật được sai số do sự thay đổi địa hình, thay đổi độ nhám lịng sơng,
cho nên kết quả chưa thể hiện được khả năng dự báo; (3) không gắn kết với các mơ
hình thủy văn phía thượng lưu để trở thành một cơng nghệ dự báo cho tồn hệ thống
sơng Hồng-Thái Bình.
9

KiÕn An

617

Hình 1. 2. Sơ đồ tính tốn thủy lực hệ thống sơng Hồng – Thái Bình
(Nguồn: Viện KH KTTV&MT)
-

626

612
Cầu Tiên Cựu
613

86

242

Ninh Cơ
243

Liễu Đề

sông Hồng

241

242

sông Ninh Cơ

363

sông Đáy

358

241
kênh Quần Liêu

625

616

Trà Lý
238

238

239

396

511

496
229

223

237

393

83

395

223

222

680

237
81

608
609

611

TX Thái Bình

80

Trực Phương
239

240

355

Chanh Chữ
222

211

207

79

80

353

385

Trung Trang

495

Nhâm
Lang

Triều
Dương
205

236
386

386

607

sông Mía

235

Nam Định

391

sông Đào

510

494

231

231

sông Trà Lý

Bến Bình

606
509

sông Gùa

Quyết Chiến
230

77

602
603
604
605

489
490
491
492
493

69

Ba Thá

Như Tân
362

523

Cầu ĐS Phú Lương

290
292

294

356

522

Cầu Phú Lương

Cầu Ninh Bình

357

520

Bến Bình

479

342

361

517

Cát Khê

Cầu Hoà Lạc

279
280

281
282
284
287

351

sông Kinh Thày
516
468

470

343

452

467

203

52
53
54

384

352

453

466

sông Văn úc

383

Phả Lại

sông Thái Bình

382

463

188

sông Trà Lý

381

187

Bến Hồ

233

410

385

sông Hoàng Long

176

464
450

425
465

417

79

409

449

408

448

447

446

407

380

424

Cầu Chương Dương

sông Hồng

445
421

405

Tân Lang
Gián Khẩu
379

175

sông Cầu

418

Cầu Đáp Cầu

Thượng Cát

sông Lục Nam

448
449

469

77

420

44
2
44 44
4 3

373

378

672

232

372

Bến Đế

49

Cầu Bắc Giang
443

671

50
51

sông Đáy

5
43
436
437
438
43
9

406

371

173

48

Cầu Triều Dương

7

9
42
430
431

402

403

376

670

429

432

442

261

289

370

42

41

Khu
Chương Mỹ - Mỹ Đức
Hưng Thi
370

3

410
411
41
2

369

401

172
47

Hà Nội

273
Cầu Mai Lĩnh
274
275
276

460
399

5
40

2

4
60

365

42

398

459

416

454

396
8
39

42

364

40
9

363

39 7

4
40

Chí Thuỷ

458

415

453

401
40
7

40
8

26

87

731

457

41
3

Tràn đê bối

thượng lưu
Mai Lĩnh

730

hồ Hoà Bình
88

428

267
268
269
270
271
272

456

414

88

89

455

44 47

Cầu Long Biên

260

266

412

413

4

sông Đà

1
45

sông Tích

720

411

Đập Đáy
262

Cống
Chuốc

43
43

450

261

718

sông Hồng

32

258
Vân Cốc
259

732

K

136

75

Tr 4
un
gH
à

Cầu Đuống

29

tr
inh à n

48

Việt Trì

711 712

427

677
678

Cầu Thăng Long

Bến Mắm

27

752

91
90

tràn
Lương Phú

khu
Lương Phú +
Quảng Oai
698

3
75

N
ĩnh
nV
tr à

719

127

89

Cường

128

749

tràn
Phú

129

Bối Vĩnh Tường
700

26

137
133

Phú Cường
426

Hát Môn Hạ

19 20

698

756

702

sông Cà Lồ

709

710

áy

703

Cống Vân Cốc

7 65

171

sông Hồng
20
22 23 24
25

Đ7
ó 75

Ph

ong
ao Ph

Hát Môn Thượng

sông Thao

170

19

C

4
76

g
sôn

Lập Thạch
699

257

tràn

165

21

Tam Thanh
697

256

751

18

Trung Hà

255

263

669

Vu

152
158

161

5

7
8

Quảng Cư
701

La
i

146

147

Vụ Quang

246

247

255

ng

139

140

431

sông Thương

138

254

Cầu Sơn
430

656

trong trường hợp Sử dụng hệ thống khu phân chậm lũ

254

sông Cầu

139

145

461

6

253
253

Thác Huống
655

sơ đồ tính toán thuỷ lực
Hệ thống sông Hồng - Thái bình

Hình

252

144

145

245

137

sông Chảy

5

246

sông Lô

2

4
244

245

140

1

142

Thác Bà
138

3

sô

Tuyên Quang
141

2

75

Yên B¸i
1
243

244


-

Đề tài "Đánh giá các hình thế thời tiết sinh lũ lớn phục vụ dự báo và cảnh báo
trước khả năng có lũ lớn, lũ cực hạn trên hệ thống sơng Hồng - Thái Bình"
(Nguyễn Ngọc Thục, TT DBKTTVTƯ)
Thành quả: Đề tài đã xây dựng công nghệ dự báo sớm lũ lớn; bước đầu sử dụng

thông tin vệ tinh địa tĩnh xác định trường mưa trên lưu vực sông Hồng-Thái Bình phục
vụ dự báo lũ trên hệ thống sơng Hồng-Thái Bình; ứng dụng các thơng tin Sinốp trong
dự báo định lượng mưa và dự báo dòng chảy lũ thượng nguồn sơng Hồng-Thái Bình.
Đề tài đã có đóng góp lớn trong dự báo KTTV, đã đúc kết những kinh nghiệm tích lũy
được trong công tác dự báo để thành một qui trình dự báo tương đối hồn chỉnh. Kết
quả của đề tài có thể áp dụng để tính tốn cảnh báo mưa lớn áp dụng cho công nghệ dự
báo lũ lớn hệ thống sơng Hồng-Thái Bình.
-

Đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu cơng nghệ tính tốn kiểm sốt lũ đồng bằng
Bắc Bộ” (Viện Khoa học Thủy lợi)
Đề tài này đang được thực hiện với các nội dung và đặc điểm sau: Xây dựng sơ

đồ bố trí mạng lới thu thập thơng tin, truyền tin phục vụ kiểm soát lũ; Xây dựng công
nghệ truyền tin từ các điểm đo về trung tâm tính tốn dự báo, giải mã, tính tốn dự báo
cho các trạm thượng nguồn; Tính tốn thủy lực hạ lưu sơng Hồng - Thái Bình.
-

Đề tài cấp Bộ “Xây dựng cơng nghệ tính tốn dự báo lũ lớn hệ thống sơng
Hồng – Thái Bình” do PGS. TS. Trần Thục (Viện Khoa học Khí tượng Thủy
văn và Mơi trường) làm chủ nhiệm.
Đề tài bước đầu đã xây dựng cơng nghệ hồn chỉnh cho tính tốn dự báo lũ tác

nghiệp cho tồn hệ thống sơng Hồng - Thái Bình. Mơ hình MIKE 11 được nghiên cứu
áp dụng để tính tốn dự báo lũ lớn cho hệ thống sơng Hồng-Thái Bình với 25 sơng
chính và chia thành 52 nhánh sơng bao gồm 792 mặt cắt.
Một số tồn tại khi ứng dụng các kết quả của đề tài trong dự báo lũ trên hệ thống
sơng Hồng – Thái Bình:
•

Hiện tại trên hệ thống sơng Hồng – Thái Bình đã có thêm một số hồ chứa đi vào
hoạt động như hồ Tuyên Quang (2007) và hồ chứa Sơn La (2011), sơ đồ mô
phỏng mạng sông trong hầu hết các đề tài đã thực hiện không còn phù hợp. Do
10


đó cần cập nhật, bổ sung mạng sơ đồ thủy lực, mặt cắt sông cho đúng với thực
tế. Khi hồ Sơn La bước vào hoạt động mực nước tại Lai Châu bị ảnh hưởng vật,
quan hệ Q=f(H) trước đây không cịn sử dụng được nữa dẫn tới việc tính truyền
lũ trong sông đoạn từ Mường Tè tới thủy điện Sơn La khó khăn. Việc dự báo
lưu lượng đến hồ Hịa Bình khi thủy điện Sơn La mở nhiều cửa cũng chưa được
kiểm định.
•

Các biên trên vùng thượng lưu đều bị ảnh hưởng của hoạt động của các hồ chứa
bên Trung Quốc. Các thông tin hoạt động của các hồ chứa phần lưu vực bên
Trung Quốc khơng có.

•

Số liệu khí tượng thủy văn nhận được từ Cục Quản lý Đê điều và Phòng chống
lụt bão để làm dự báo tác nghiệp khơng có định dạng chuẩn nên việc trích xuất
dữ liệu mất nhiều thời gian và cơng sức

•

Tài liệu địa hình, mặt cắt chỉ có đến năm 2000 nay sử dụng trong mơ hình cần
phải cập nhật.
Như vậy, đã có rất nhiều nghiên cứu và nhiều mơ hình tính tốn dự báo lũ và

diễn tốn lũ cho hệ thống sơng Hồng - Thái Bình và đã giải quyết được từng mục tiêu
cụ thể trong nghiên cứu lũ và phòng chống thủy tai đồng bằng sơng Hồng - Thái Bình,
các kết quả của các nghiên cứu này là nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo. Tuy
nhiên mỗi nghiên cứu chỉ chú trọng đến một lĩnh vực, một phạm vi nhất định và chưa
có một cơng nghệ hồn chỉnh cho tính tốn dự báo lũ cho tồn hệ thống sơng Hồng Thái Bình.
Chính vì vậy, trên cơ sở kế thừa những nghiên cứu dự báo lũ hệ thống sơng
Hồng – Thái Bình như hệ thống mặt cắt cũ, cơ sở dữ liệu khí tượng thủy văn, luận văn
đã sử dụng mơ hình thủy văn thủy lực MIKE để xây dựng công nghệ tính tốn lũ hệ
thống sơng Hồng – Thái Bình nhằm nâng cao độ chính xác và thời gian dự kiến của dự
báo tác nghiệp, tính tốn dự báo lũ và vận hành các hệ thống phòng chống lũ trong
trường hợp khẩn cấp.

11

1.4. Cơ sở lý thuyết của mơ hình
Mơ hình MIKE 11 với những mơ đun riêng biệt trong đó có mô đun dự báo với
chức năng hiệu chỉnh số liệu dự báo, cập nhật sai số. Mơ hình MIKE cũng có các ứng
dụng vận hành hồ chứa, điều khiển cơng trình, kiểm sốt lũ và mơ hình thuỷ văn
(NAM). Mơ đun thủy động lực học (HD) là mô đun trung tâm của bộ mơ hình Mike
11. Mơ đun này được dùng kết hợp với các mô đun khác như FF (Flood Forecasting),
AD (Advection-Dispersion), WQ (Water Quality) và ST (Sediment Transport) để phục
vụ cho bài toán dự báo lũ và vận hành hồ chứa, mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm,
chất lượng nước và vận chuyển bùn cát.
Mơ hình MIKE – NAM là mơ hình cải tiến của mơ hình Nielsen – Hánen, được
cơng bố trong tạp chí “ Nordic Hydrology” năm 1973 và sau này được viện thủy lực
Đan Mạch phát triển và đổi thành NAM.
Cấu trúc của mơ hình :

Hình 1. 3. Cấu trúc mơ hình MIKE
1.4.1. Mơ hình MIKE NAM
Cơ sở lý thuyết mơ hình MIKE – NAM
Là mơ hình thủy văn mơ phỏng q trình mưa dịng chảy trên bề mặt lưu vực
với 4 bể chứa được mơ phỏng và sử dụng phương trình cân bằng nước để giải bài tốn.
Mơ hình NAM là một mơ hình nhận thức, tất định, thông số tập trung.
12


Mơ hình mơ phỏng một cánh liên tục q trình mưa dịng chảy thơng qua việc
tính tốn cân bằng nước ở 4 bể chứa thẳng đứng, có tác dụng qua laik lẫn nhau để diễn
tả tính chất vật lý của lưu vực. Các bể chứa gồm:
+ Bể tuyết (chỉ áp dụng cho vùng có tuyết)
+ Bể mặt

+ Bể sát mặt hay tầng rễ cây
+ Bể ngầm
Cấu trúc của mơ hình
Mơ hình NAM được xây dựng tại Khoa Thuỷ văn Viện Kỹ thuật Thuỷ động lực
và Thuỷ lực thuộc Đại học Kỹ thuật Đan Mạch năm 1982. NAM là chữ viết tắt của
cụm từ tiếng Đan Mạch “Nedbør - Afstrømnings - Models” có nghĩa là mơ hình mưa
rào dịng chảy. Mơ hình NAM đã được sử dụng rộng rãi ở Đan Mạch và một số nước
nằm trong nhiều vùng khí hậu khác nhau như Srilanca, Thái Lan, Ấn Độ và Việt
Nam.v.v. Trong mơ hình NAM, mỗi lưu vực được xem là một đơn vị xử lý, do đó các
thơng số và các biến là đại diện cho các giá trị được trung bình hóa trên tồn lưu vực.
Mơ hình tính q trình mưa - dịng chảy theo cách tính liên tục hàm lượng ẩm trong
năm bể chứa riêng biệt có tương tác lẫn nhau.
Cấu trúc mơ hình NAM được xây dựng trên nguyên tắc các hồ chứa theo chiều
thẳng đứng và các hồ chứa tuyến tính, gồm có 5 bể chứa theo chiều thẳng đứng như
Hình 1. 4.
+ Bể chứa tuyết tan được kiểm soát bằng các điều kiện nhiệt độ. Đối với điều
kiện khí hậu nhiệt đới ở nước ta thì khơng xét đến bể chứa này.
+ Bể chứa mặt: lượng nước ở bể chứa này bao gồm lượng nước mưa do lớp phủ
thực vật chặn lại, lượng nước đọng lại trong các chỗ trũng và lượng nước trong tầng
sát mặt. Giới hạn trên của bể chứa này được ký hiệu bằng Umax.
+ Bể chứa tầng dưới: là vùng đất có rễ cây nên cây cối có thể hút nước cho bốc,
thoát hơi. Giới hạn trên của lượng nước trong bể chứa này được ký hiệu là Lmax,

13


lượng nước hiện tại được ký hiệu là L và tỷ số L/Lmax biểu thị trạng thái ẩm của bể
chứa.
+ Bể chứa nước ngầm tầng trên.
+ Bể chứa nước ngầm tầng dưới.

Mưa hoặc tuyết tan đều đi vào bể chứa mặt. Lượng nước (U) trong bể chứa mặt
liên tục cung cấp cho bốc hơi và thấm ngang thành dòng chảy sát mặt. Khi U đạt đến
Umax, lượng nước thừa là dịng chảy tràn trực tiếp ra sơng và một phần còn lại sẽ
thấm xuống các bể chứa tầng dưới và bể chứa ngầm.
Nước trong bể chứa tầng dưới liên tục cung cấp cho bốc thoát hơi và thấm
xuống bể chứa ngầm. Lượng cấp nước ngầm được phân chia thành hai bể chứa: tầng
trên và tầng dưới, hoạt động như các hồ chứa tuyến tính với các hằng số thời gian khác
nhau. Hai bể chứa này liên tục chảy ra sông tạo thành dòng chảy cơ bản.
Dòng chảy tràn và dòng chảy sát mặt được diễn toán qua một hồ chứa tuyến
tính thứ nhất, sau đó các thành phần dịng chảy được cộng lại và diễn tốn qua hồ chứa
tuyến tính thứ hai. Cuối cùng cũng thu được dòng chảy tổng cộng tại cửa ra.

Hình 1. 4. Cấu trúc mơ hình NAM.
14


Các thơng số cơ bản của mơ hình NAM
Mơ hình có các thơng số cơ bản sau:
CQOF: Hệ số dịng chảy tràn khơng có thứ ngun, có phạm vi biến đổi từ 0.0
đến 0.9. Nó phản ánh điều kiện thấm và cấp nước ngầm. Vì vậy nó ảnh hưởng nhiều
đến tổng lượng dòng chảy và đoạn cuối của đường rút. Thơng số này rất quan trọng vì
nó quyết định phần nước dư thừa để tạo thành dòng chảy tràn và lượng nước thấm.
Các lưu vực có địa hình bằng phẳng, cấu tạo bởi cát thơ thì giá trị CQOF tương đối
nhỏ, ở những lưu vực mà tính thấm nước của thổ nhưỡng kém như sét, đá tảng thì giá
trị của nó sẽ rất lớn.
CQIF: Hệ số dịng chảy sát mặt, có thứ ngun là thời gian (giờ)-1. Nó chính là
phần của lượng nước trong bể chứa mặt (U) chảy sinh ra dòng chảy sát mặt trong một
đơn vị thời gian. Thông số này ảnh hưởng không lớn đến tổng lượng lũ, đường rút
nước.
CBL: là thơng số dịng chảy ngầm, được dùng để chia dòng chảy ngầm ra làm

hai thành phần: BFU và BFL. Trường hợp dịng chảy ngầm khơng quan trọng thì có
thể chỉ dùng một trong 2 bể chứa nước ngầm, khi đó chỉ cần CBFL=0, tức là lượng
cấp nước ngầm đều đi vào bể chứa ngầm tầng trên.
CKOF, CKIF: Là các ngưỡng dưới của các bể chứa để sinh dòng chảy tràn,
dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm, các thơng số này khơng có thứ ngun và có
giá trị nhỏ hơn 1. Chúng có liên quan đến độ ẩm trong đất, khi các giá trị của ngưỡng
này nhỏ hơn L/Lmax thì sẽ khơng có dịng chảy tràn, dòng chảy sát mặt và dòng chảy
ngầm. Về ý nghĩa vật lý, các thông số này phản ánh mức độ biến đổi trong không gian
của các đặc trưng lưu vực sông. Do vậy, giá trị các ngưỡng của lưu vực nhỏ thường
lớn so với lưu vực lớn.
Umax, Lmax: Thông số biểu diễn khả năng chứa tối đa của các bể chứa tầng
trên và tầng dưới. Do vậy, Umax và Lmax chính là lượng tổn thất ban đầu lớn nhất,
phụ thuộc và điều kiện mặt đệm của lưu vực. Một đặc điểm của mơ hình là lượng chứa
Umax phải nằm trong sức chứa tối đa trước khi có lượng mưa vượt thấm, khi đó lượng

15