Xây dựng công cụ tính toán dòng chảy lũ phục vụ công tác dự báo, cảnh báo

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

PHẠM LÝ TRIỀU

C
C

R
L
T.

XÂY DỰNG CƠNG CỤ TÍNH TỐN DỊNG CHẢY LŨ
PHỤC VỤ CƠNG TÁC DỰ BÁO, CẢNH BÁO

DU

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY

Đà Nẵng – 2020


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

PHẠM LÝ TRIỀU

XÂY DỰNG CƠNG CỤ TÍNH TỐN DỊNG CHẢY LŨ

C
C

PHỤC VỤ CƠNG TÁC DỰ BÁO, CẢNH BÁO

R
L
T.

DU

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình thủy
Mã số: 8580202

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY

Người hướng dẫn khoa học: TS. VÕ NGỌC DƯƠNG

Đà Nẵng - 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Phạm Lý Triều, xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu riêng của tơi.
Các số liệu sử dụng trong luận văn là trung thực và kết quả tính tốn trong luận
văn này chưa từng được cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Phạm Lý Triều

C
C

DU

R
L
T.


LỜI CẢM ƠN

Học viên bày tỏ lịng kính trọng và lời cảm ơn sâu sắc nhất đến người
hướng dẫn khoa học, thầy giáo PGS.TS. Võ Ngọc Dương đã tận tình chỉ bảo để
học viên có thể hồn thành luận văn thạc sĩ này.
Học viên xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng, Ban Đào
tạo sau Đại học, Khoa Xây dựng Cơng trình thủy, q thầy cô đã tạo điều kiện thuận
lợi cho học viên trong thời gian học tập và hoàn thành luận văn.
Học viên xin cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè, các Thầy Cơ giáo đã đóng góp
nhiều ý kiến thiết thực cũng như cung cấp các tài liệu, dữ liệu để luận văn được hoàn
thiện hơn.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên và tạo điều kiện
thuận lợi để học viên hoàn thành luận văn của mình.

C
C

DU

R
L
T.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................1
2. Phương pháp tiếp cận ..............................................................................................4
3. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................4
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................4
5. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................4
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................4
7. Cấu trúc luận văn ....................................................................................................4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU .....................................6
1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .......................................................................6
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .........................................................................6
1.3. Tình hình nghiên cứu lưu vực Tam Kỳ ................................................................8

C
C

CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỦY VĂN. ..................................................11

R
L
T.

2.1. Phân tích lựa chọn mơ hình thủy văn .................................................................11
2.1.1. Giới thiệu sơ lượt một số mơ hình thủy văn ...............................................11

2.1.2. Giới thiệu mơ hình HEC-HMS [13] ...........................................................12
2.1.3. Cơ sở lý thuyết mơ hình HEC-HMS...........................................................13

DU

2.2. Xây dựng mơ hình cho lưu vực nghiên cứu .......................................................32
CHƯƠNG 3. PHÁT TRIỂN CÔNG CỤ HỖ TRỢ TỰ ĐỘNG MƠ PHỎNG DỊNG
CHẢY LŨ......................................................................................................................35
3.1. Sơ lược các ngơn ngữ lập trình thơng dụng .......................................................35
3.1.1. Visual Basic .NET ......................................................................................35
3.1.2. C-Sharp (C#) ...............................................................................................35
3.1.3. JavaScript ....................................................................................................36
3.1.4. C++ .............................................................................................................36
3.1.5. Python .........................................................................................................36
3.1.6. Java .............................................................................................................36
3.2. Giới thiệu ngơn ngữ lập trình Visual Basic .......................................................37
3.2.1. Sơ lược về Visual Basic.NET .....................................................................38
3.2.2. Sơ lược về .NET .........................................................................................38
3.2.3. .NET Servers ...............................................................................................39
3.2.4. NET Framework .........................................................................................39
3.3. Cơ sở dữ liệu và thuật tốn ................................................................................40
3.3.1. Phân tích dữ liệu đầu vào ............................................................................40
3.3.2. Phân tích lựa chọn các mơ-đun ...................................................................41
3.4. Xây dựng các mô đun của công cụ ....................................................................42


3.4.1. Xây dựng module 1 – Thu thập dữ liệu mưa tự động.................................42
3.4.2. Xây dựng module 2 – Đưa dữ liệu vào DSS file ........................................44
3.4.3. Xây dựng module 3 – Chạy mơ phỏng dịng chảy .....................................46
3.4.4. Xây dựng module 4 – Xuất kết quả mô phỏng ...........................................48

3.4.5. Xây dựng module 5 – Liên kết và tự động hóa ..........................................49
3.5. Phát triển giao diện của công cụ ........................................................................49
3.5.1. Tab Auto HEC-HMS ..................................................................................51
3.5.2. Tab Thiết lập ...............................................................................................52
3.5.3. Tab Auto Getting Rainfall Data ..................................................................54
3.6. Kiểm thử công cụ ...............................................................................................55
3.6.1. Chức năng lấy dữ liệu mưa .........................................................................55
3.6.2. Chức năng đưa dữ liệu vào file DSS ..........................................................55
3.6.3. Chức năng chạy mô phỏng .........................................................................56
3.6.4. Chức năng đọc kết quả................................................................................57
3.6.5. Chức năng Tự động hóa..............................................................................58

C
C

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. ......................................................................................60

R
L
T.

PHỤ LỤC ......................................................................................................................61

DU

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................68


XÂY DỰNG CƠNG CỤ TÍNH TỐN DỊNG CHẢY LŨ PHỤC VỤ
CÔNG TÁC DỰ BÁO, CẢNH BÁO

Học viên: Phạm Lý Triều
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình thủy
Mã ngành: 8580202 Khóa: K37.CTT; Trường: Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng
Tóm tắt:
Ngày nay, các mơ hình mơ phỏng thủy văn được sử dụng một cách rộng rãi. Các mô hình máy
tính đã trở thành cơng cụ thiết yếu để hiểu những ảnh hưởng của con người đến dòng chảy của sơng và
dự báo lũ lụt. Trong đó HEC-HMS là một mơ hình do Lục qn Hoa Kỳ phát triển có thể được sử
dụng cho nhiều mơ phỏng thủy văn. Tuy nhiên, việc thiết lập và chạy mơ hình theo cách thủ cơng mất
rất nhiều thời gian, do đó khó có thể phản ứng nhanh trong các tình huống khẩn cấp. Vì vậy, để chủ
động trong cơng tác phịng chống thiên tai và vận hành hồ chứa, một công cụ có thể tự động hóa dự
báo dịng chảy dựa trên dữ liệu khí tượng thủy văn là rất cần thiết. Với mục tiêu xây dựng công cụ tự
động cập nhật dữ liệu và mơ phỏng q trình mưa - dịng chảy cho cho một lưu vực trong mơ hình
HEC-HMS, tác giả đã nghiên cứu xây dựng công cụ HEC-WREF. Công cụ này được viết bằng ngôn
ngữ Visual Basic trên nền tảng .NET. Theo đó, HEC-WREF có chức năng tự động cập nhật dữ liệu từ
các nguồn (mơ hình dự báo ECMWF, GFS, METEOBLUE, tập tin dữ liệu,…) và kích hoạt mơ hình
thủy văn để cung cấp thơng tin về dịng chảy của lưu vực tự động. Hiện nay, nhiều mô hình thủy văn
được sử dụng nhưng hầu hết các cơng đoạn đều thủ cơng, chưa hồn tồn tự động. Điều này có thể dẫn
đến lỗi chủ quan của người dùng trong vấn đề thiết lập dữ liệu. Công cụ này góp phần nâng cao chất
lượng dự báo, giảm thiểu sự khơng chắc chắn khi có thể chạy và so sánh nhiều kịch bản mô phỏng
cùng một lúc, cũng như cung cấp nền tảng cơ bản cho dự báo dòng chảy thời gian thực. Điều này rất
có ý nghĩa trong giai đoạn hiện nay, khi thời tiết cực đoan xuất hiện ngày càng nhiều, mạng lưới đo
mưa tự động ngày càng phổ biến cũng như việc truyền dữ liệu ngày một đơn giản hơn.
Từ khóa: Mơ phỏng thủy văn; lũ lụt; HEC-HMS; dự báo; HEC-WREF
DEVELOPING AN AUTO-SIMULATION TOOL FOR FORECASTING
AND WARNING FLOOD
Abstract:
Computational Hydrological simulation models have been widely used, recently. These models
have become essential tools for understanding human influences on river flows and flood forecasting.
The HEC-HMS, a model developed by the US Army Corps of Engineers, that could be used for many
hydrological simulations. However, manually setup the model is time consuming process therefore it

is difficult to response rapidly in emergency situations during forcasting flow genenration . Thus, in
order to be proactively response to disaster prevention and reservoir operation, a tool which can
automatically forecast flow based on hydrometeorological data is necessary.
Therefore, the author has developed a tool, namely as HEC-WREF, which can update input
data and simulate the rainfall-runoff processes for the a basin, automatically. This tool is developed on
Visual Basic programing language on the .NET platform. Accordingly, HEC-WRED has the function
to updating input data from various sources sources,such as forecasting models ECMWF, GFS,
NEMS, data file,… and activating the hydrological model which can present projected flow
information a of the basin automatically.
The product is expected to reduce potential errors of users in data setting for the modes. This
tool could contributes to improving the quality of forecasting, minimizing uncertainty when it is
possible to run and compare many scenarios at the same time, as well as provide the basic foundation
for real-time flow forecasting. The tool is significant in the term of climate change lead to increase in
occurrence of extreme weather in both magnitude and frequently, automatic rain gauges network is
becoming popular as well as the data transmission is simpler day by day.
Keywords: Hydrologic simulation; Flood, HEC-HMS; Simulate; HEC-WREF

C
C

DU

R
L
T.


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1. Tọa độ các trạm thủy văn được sử dụng ..............................................33

C
C

DU

R
L
T.


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 0-1. Bản đồ Hành chính thành phố Tam Kỳ. .................................................3
Hình 0-2. Lưu vực tính tốn. ..................................................................................3
Hình 1-1. Hình ảnh ngập lụt tại Việt Nam..............................................................7
Hình 1-2. Bản đồ hành chính thành phố Tam Kỳ ...................................................9
Hình 1-3. Ngập lụt tại thành phố Tam Kỳ ............................................................10
Hình 1-4. QL1A qua địa bàn tỉnh Quảng Nam ngập sâu .....................................10
Hình 2-1. Biểu đồ mưa .........................................................................................14
Hình 2-2. Các biến số trong phương pháp thấm Green- Ampt ............................17
Hình 2-3. Sơ đồ tính thấm theo độ ẩm đất ............................................................19
Hình 2-4. Các phương pháp cắt nước ngầm .........................................................24
Hình 2-5. Mơ hình hóa lưu vực trong HEC-HMS ................................................34
Hình 3-1. Các bước trong mơ phỏng dịng chảy với HEC-HMS .........................41
Hình 3-2. Giao diện website Windy khi tra cứu dữ liệu mưa ...............................42
Hình 3-3. Một phần mã nguồn website để trích xuất dữ liệu ...............................43
Hình 3-4. Nội dung một tập tin truyền về từ trạm đo mưa tự động......................44
Hình 3-5. Một đoạn code Jython được tự động sinh ra ........................................45
Hình 3-6. Nội dung tập tin control ........................................................................46
Hình 3-7. Cửa sổ xác định các simulation trong HEC-HMS ...............................46
Hình 3-8. Nội dung tập tin script để thực hiện mơ phỏng ....................................47

Hình 3-9. Màn hình thơng báo lỗi khơng tìm thấy thư viện .................................47
Hình 3-10. Màn hình thơng báo chạy mơ phỏng thành cơng ...............................48
Hình 3-11. Một ví dụ về đồ thị mưa – dịng chảy.................................................48
Hình 3-12. Sơ đồ thuật tốn của các module ........................................................49
Hình 3-13. Giao diện tab Auto HEC-HMS ..........................................................50
Hình 3-14. Giao diện tab Thiết lập .......................................................................50
Hình 3-15. Giao diện tab Auto Getting Rainfall Data ..........................................51
Hình 3-16. Các vùng làm việc của tab Auto HEC-HMS......................................52
Hình 3-17 a, b. Các vùng làm việc của tab Thiết lập ...........................................53
Hình 3-18. Các vùng làm việc tab Auto Getting Rainfall Data ............................54
Hình 3-19. Dữ liệu mưa được đưa vào bảng ........................................................55
Hình 3-20. Dữ liệu mưa các trạm trước và sau khi thêm dữ liệu .........................56
Hình 3-21. Nội dung tập tin control sau khi được cập nhật..................................56
Hình 3-22. Cửa sổ mơ phỏng đang hoạt động ......................................................57
Hình 3-23. Thơng báo kết quả q trình mơ phỏng..............................................57
Hình 3-24. Kết quả mô phỏng được hiển thị ở dạng đồ thị và dạng bảng............58
Hình 3-25. Giao diện tính năng tự động ...............................................................59

C
C

DU

R
L
T.


1
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam nằm ở khu vực nhiệt đới gió mùa Đơng Nam châu Á, hàng năm gánh
chịu rất nhiều thiên tai tự nhiên, trong đó lũ lụt được đánh giá là loại hình thiên tai
nguy hiểm nhất và tác động sâu rộng nhất đối với xã hội Việt Nam. Trong lịch sử, loại
hình thiên tai này đã có những ảnh hưởng lớn đến sự phát triển kinh tế xã hội của quốc
gia, như trận lụt lớn năm 1945 đã dẫn tới nạn đói trong một thời gian dài và gây ra cái
chết cho hơn hai triệu người. Trận lũ năm 1964 gây ngập lụt khu vực rộng lớn ở miền
Trung Việt Nam từ Quảng Bình đến Phú Yên. Trận lụt 1999 năm đã gây thiệt hại đáng
kể về người và tài sản cho nhiều tỉnh khu vực duyên hải miền Trung. Ngoài ra, Việt
Nam vẫn là một nước đang phát triển, cơ sở hạ tầng còn yếu kém, nhận thức của người
dân với thảm họa tự nhiên chưa cao. Do đó, Việt Nam được đánh giá là một trong
những nước dễ bị tổn thương đối với thảm họa thiên nhiên.
Vấn đề nghiêm trọng hơn, khi mà dưới tác động của biến đổi khí hậu, thiệt hại do
thiên tai tự nhiên ở Việt Nam được dự báo sẽ tăng nhanh trong các năm sắp tới. Bên
cạnh đó, với đường bờ biển dài khoảng 3440 km, dân số phần lớn tập trung tại các khu
vực ven biển và sống chủ yếu dựa vào nông nghiệp, Việt Nam là một trong những
nước sẽ bị ảnh hưởng nặng nề nhất bởi những hậu quả của biến đổi khí hậu. Báo cáo
mới nhất của ngân hàng phát triển châu Á về kinh tế biến đổi khí hậu ở các nước Đơng
Nam Á dự báo rằng Việt Nam có khả năng sẽ chịu tác động nhiều hơn từ biến đổi khí
hậu so với mức trung bình chung tồn cầu. Dự báo cho rằng vào cuối thế kỷ này, dưới
tác động của hiện tượng ấm lên toàn cầu, nền kinh tế Việt Nam có thể chịu một tổn
thất tương đương với hơn 6% GDP hàng năm (ADB, 2019). Và theo đánh giá mới nhất
của chính phủ Việt Nam, vào cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình hàng năm của Việt
Nam sẽ tăng từ 2°C đến 3°C so với hiện nay, tổng lượng mưa hàng năm và theo mùa
sẽ tăng trong khi lượng mưa trong mùa khô sẽ giảm, mực nước biển có thể tăng 0.75m
đến 1m so với giai đoạn 1980-1999. Khoảng 10% đến 12% dân số Việt Nam sẽ bị ảnh
hưởng trực tiếp và kinh tế Việt Nam có thể mất khoảng 10% GDP (chính phủ Việt
Nam, 2011). Những thách thức này thúc giục Việt Nam cần phải có chính sách phù
hợp và các biện pháp cụ thể để nâng cao nhận thức cộng đồng, cũng như tăng cường
năng lực ứng phó với biến đổi khí hậu.

Hiện nay, quy trình dự báo dịng chảy đến hầu hết là công việc thủ công. Từ giai
đoạn thu thập số liệu, nhập dữ liệu vào mơ hình, chạy mơ hình và xuất ra kết quả. Quy
trình này tiêu tốn nhiều thời gian và nguồn lực con người, bên cạnh đó cịn tiềm ẩn
nhiều nguy cơ về sai sót chủ quan.
Nằm ở duyên hải Miền Trung của Việt Nam, Thành phố Tam Kỳ là trung tâm
hành chính và kinh tế của tỉnh Quảng Nam với 13 đơn vị hành chính (Hình 0-1). Tổng

C
C

DU

R
L
T.


2
diện tích tự nhiên khoảng 9.280 ha và tổng dân số vào khoảng 111.807 người (2013).
Địa hình của thành phố Tam Kỳ khá bằng phẳng, có xu hướng thấp dần từ Tây sang
Đông. Hệ thống sông chảy qua địa phận thành phố gồm: sông Bàn Thạch; sông Tam
Kỳ và sông Trường Giang. Sông Bàn Thạch chảy qua trung tâm thành phố và chia
thành phố thành 2 phần, phía bờ Tây của sông Bàn Thạch giáp với khu trung tâm
thành phố và phía bờ Đơng sơng Bàn Thạch giáp với các xã Tam Thắng, Tam Phú và
phường An Phú. Phía Đơng thành phố có sơng Trường Giang chảy qua xã Tam Thanh.
Phía Tây Nam có sơng Tam Kỳ bắt nguồn từ hạ lưu của hồ Phú Ninh đổ về và hợp lưu
với sông Bàn Thạch tại thôn Phú Tân tỉnh Quảng Nam.
Theo báo cáo của UBND thành phố Tam Kỳ ngày 21 tháng 12 năm 2018, trận
mưa kéo dài từ ngày 9 đến ngày 13 tháng 12 năm 2018 kết hợp với mực nước sông
Tam Kỳ trên mức báo động III đã gây ra ngập lụt trên diện rộng cho thành phố Tam

Kỳ. Với tổng thiệt hại ước tính khoảng 150 tỷ đồng, làm bị thương 6 người và chết 1
người. Trong đó, các tuyến đường huyết mạch trong nội thành như Nguyễn Văn Trỗi;
Phan Bội Châu; Phan Châu Trinh; Tôn Đức Thắng; Duy Tân; Bạch Đằng và Nguyễn
Thái Học hoàn toàn bị tê liệt do nước ngập sâu từ 0,5 m đến 1,5 m. Vùng ngoại ô,
Tuyến đường DT615 từ thơn Vĩnh Bình đến thơn Thăng Tân có nơi ngập sâu đến 2 m.
Các khu dân cư trong nội thành cũng bị ngập nặng như: khu dân cư số 6, 7 và 10; khối
phố 6 phường Phước Hòa; khối phố 11 phường Hịa thuận. Khu vực ven đơ như xã
Tam Thăng, xã Tam Phú, phường An Phú diện ngập trên 60%.
Từ những phân tích ở trên, có thể thấy rằng việc dự báo dòng chảy được xem là
một trong những chìa khóa góp phần giảm thiểu tác động của thảm họa thiên nhiên đối
với Việt Nam nói chung và thành phố Tam Kỳ nói riêng. Do đó, để có thể chủ động
trong cơng tác phịng chống thiên tai, vận hành hồ chứa, một cơng cụ có thể tự động
hóa việc tính tốn, dự báo dịng chảy về hồ là hết sức cần thiết, từ việc cập nhật số
liệu, xuất kết quả nhanh cho người sử dụng cũng như các tiện ích mà các phương pháp
thủ công trước đây chưa thực hiện được. Ở đây, lưu vực Tam Kỳ được sử dụng để
kiểm chứng tính chính xác và ổn định của chương trình (Hình 0-2). Kịp thời cung cấp
thơng tin cho chủ hồ, cũng như là cơ quan quản lý thiên tai để đưa ra quyết định một
cách nhanh chóng, góp phần giảm nhẹ thiên tai cũng như chủ động thích ứng với biến
đổi khí hậu. Từ những cơ sở trên, học viên đề xuất đề tài “Xây dựng công cụ tính
tốn dịng chảy lũ phục vụ cơng tác dự báo, cảnh báo”.

C
C

DU

R
L
T.

3

C
C

Hình 0-1. Bản đồ Hành chính thành phố Tam Kỳ.

R
L
T.

DU

Hình 0-2. Lưu vực tính tốn.


4
2. Phương pháp tiếp cận
Việc mô phỏng chế độ thủy văn của lưu vực có thể thực hiện bằng nhiều cách
khác nhau, tuy nhiên với các cách tiếp cận truyền thống chưa thể miêu tả hết được các
đặt tính của chế độ thủy văn của lưu vực. Do đó sẽ dẫn đến một sự không chắc chắn
lớn trong miêu tả tính chất dịng chảy của lưu vực và đưa ra những dự đốn khơng
chính xác về dịng chảy. Bằng việc ứng dụng cơng nghệ thơng tin và mơ hình tốn
học, nghiên cứu này xây dựng một cơng cụ tính dựa trên phần mềm HEC-HMS, theo
đó tự động hóa q trình mơ phỏng và cập nhật dữ liệu dịng chảy dựa trên các số liệu
được thu thập theo thời gian thực (real-time) hoặc gần với thời gian thực (near realtime).
3. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng một bộ công cụ tự động hóa việc mơ phỏng dịng chảy lũ.
- Sử dụng các nguồn dữ liệu mưa dự báo, tính tốn, dự báo dòng chảy về hồ

trong 24h - 48h.

C
C

R
L
T.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

DU

- Đối tượng nghiên cứu: Dòng chảy và các đặc trưng thủy văn ở lưu vực sông
Tam Kỳ.
- Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông Tam Kỳ.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Mô phỏng chế độ thủy văn lưu vực sông Tam Kỳ bằng phần mềm HEC-HMS;
- Xây dựng cơng cụ tự động hóa q trình mơ phỏng dòng chảy trên phần mềm
HEC-HMS.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Cung cấp thông tin và đưa ra các khuyến nghị cần thiết cho các cơ quan quản lý
nhà nước và phòng chống thiên tai giúp ứng phó kịp thời và giảm nhẹ thiệt hại trong
các tình huống nêu trên. Giảm thiểu nguồn nhân lực và hiệu quả công việc.
7. Cấu trúc luận văn
Luận văn gồm phần Mở đầu, 03 chương chính, Kết luận và kiến nghị, Phụ lục,
Tài liệu tham khảo.
Phần Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu
1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước

5
1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
1.3. Tình hình nghiên cứu lưu vực Tam Kỳ
Chương 2: Xây dựng mô hình thủy văn.
2.1. Phân tích lựa chọn mơ hình thủy văn
2.2. Xây dựng mơ hình cho lưu vực nghiên cứu
Chương 3: Phát triển công cụ hỗ trợ tự động mô phỏng dịng chảy lũ
3.1. Sơ lược các ngơn ngữ lập trình thơng dụng
3.2. Giới thiệu ngơn ngữ lập trình Visual Basic
3.3. Cơ sở dữ liệu và thuật toán
3.4. Xây dựng các mô đun của công cụ
3.5. Phát triển giao diện của công cụ
3.6. Kiểm thử công cụ
Kết luận và kiến nghị.
Phụ lục
Tài liệu tham khảo

C
C

DU

R
L
T.


6

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Ngập lụt là hiện tượng nước trong sông, hồ tràn ngập một vùng đất hoặc do thủy
triều, nước biển dâng do bão, mưa lớn làm mực nước dâng cao trong một thời gian
nhất định. Khi ngập lụt xảy ra, nước tràn qua cơng trình bảo vệ như đê, kè gây vỡ, tràn
vào các vùng đất được bảo vệ phá hủy cơng trình, nhà cửa và nguy hại đến con người,
mùa màng,… Các nước trên thế giới đang rất đau đầu khi phải đối mặt với tình trạng
lũ lụt. Theo IPCC (2013), dự báo rằng nhiệt độ trung bình tồn cầu sẽ tăng khoảng 1,1
đến 2,6°C vào cuối thế kỷ 21 so với giai đoạn cơ sở 1986-2005. lượng mưa cực lớn
được dự đoán sẽ tăng khoảng 5,3% lượng mưa một ngày max vào năm 2100, tần suất
xuất hiện của các trận mưa đặc biệc lớn cũng được dữ báo gia tăng trong những thập
kỷ tới. Điều này đặt ra thách thức cho tất cả các quốc gia đặc biệt là các quốc gia ở khu
vực nhiệt đới gió mùa. Các quốc gia cũng triển khai nhiều biện pháp ứng phó với lũ

C
C

lụt, ví dụ như:
+ Thủ đô Tokyo – Nhật Bản cho xây dựng một hệ thống đường hầm dài 6,3 km
cùng những căn buồng hình trụ cao chót vót, có thể chứa lượng nước khổng lồ. Hệ
thống này hút nước từ những con sông nhỏ và trung bình ở khu vực phía bắc Tokyo rồi

R
L
T.

DU

lưu chuyển chúng tới con sông Edo lớn hơn. Khi một trong những con sông này bị tràn
bờ, nước sẽ thoát xuống một trong 5 bể trụ khổng lồ cao 70 m nằm dọc kênh. Mỗi bể

ngầm đủ lớn để chứa một tàu con thoi hay tượng Nữ thần Tự do và chúng được kết nối
thông qua hệ thống đường hầm.
+ Singapore đã xây nhiều hồ trữ nước để vừa có thể chống lụt, chống nước dâng,
vừa có nguồn nước ngọt cho người dân. Cơng trình tiêu biểu là hồ chứa và đập Marina
Barrage dài 350 m. Các cổng đập sẽ được nâng lên và hạ xuống để giải phóng hay tích
trữ lượng nước phục vụ nhu cầu sử dụng của người dân.
Với những biện pháp cơng trình và phi cơng trình để giải quyết vấn đề ngập lụt,
các quốc gia đã đầu tư rất nhiều tiền cho vấn đề này. Tuy nhiên như đã nói ở trên, việc
dự báo sẽ nâng thêm mức độ chủ động khi có ngập lụt xảy ra, tránh tình trạng bị động
trong cơng tác ứng phó và phải xử lý những hậu quả để lại của lũ lụt.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Ngập lụt là vấn đề đang có sự quan tâm rất lớn bởi các cơ quan chức năng. Bởi
nó gây ra nhiều vấn đề như vấn đề môi trường, thiệt hại về người và của, ảnh hưởng
đến an sinh xã hội của một vùng hay thậm chí của cả đất nước. Các tỉnh thành ở Việt
Nam đã đầu tư rất nhiều về tiền bạc cho các giải pháp cơng trình và phi cơng trình để


7
giảm thiểu những ảnh hưởng như: Xây dựng thêm các đập, hồ chứa, cơng trình chống
ngập, xây dựng đê, kè, xây dựng các kịch bản,… Tuy nhiên trước diễn biến ngày càng
phức tạp của sự biến đổi khí hậu, ngập lụt vẫn xảy ra thường xuyên và gây thiệt hại
lớn cho nền kinh tế (Hình 1-1). Vấn đề đặt ra là khi ngập lụt đã xảy ra rồi thì các
phương án đối phó chỉ là mang tính giải quyết tình thế. Chính vì vậy, việc dự báo,
cảnh báo sớm sẽ giúp các cơ quan chức năng chủ động hơn trong các cơng tác ứng phó
như chủ động di dời dân cư, tài sản đến nơi an tồn.
Việt Nam có địa hình dốc dần từ Đơng sang Tây, độ chênh cao lớn. Các sơng
ngịi thường ngắn và dốc. Bên cạnh đó các khu đông dân cư, đô thị hầu hết tập trung ở
hạ lưu các lưu vực sông, gần sông hoặc sát biển. Điều này tiềm ẩn nhiều nguy cơ ảnh
hưởng nặng nề của lũ lụt từ các con sông, suối. Do vậy, cảnh báo sớm ngập lụt là một
trong những mối quan tâm của rất nhiều chính quyền tại các thành phố và ngày càng

trở nên cấp bách trong bối cảnh biến đổi khí hậu như hiện nay.

C
C

R
L
T.

DU

a) Ngập lụt ở Quảng Ngãi năm 2008

c) Ngập lụt ở Quảng Trị năm 2019

b) Ngập lụt ở Huế năm 2016

d) Ngập lụt ở Đà Nẵng năm 2018
Nguồn: Internet

Hình 1-1. Hình ảnh ngập lụt tại Việt Nam
Có rất nhiều cơng trình, bài báo khoa học nghiên cứu trong nước đã ứng dụng
các mô hình thủy văn thủy lực để mơ phỏng dịng chảy và đem lại kết quả cao. Tuy
nhiên hầu hết các đề tài chỉ dừng lại ở việc đưa ra bộ tham số tối ưu cho mơ hình của


8
lưu vực đó hoặc đưa ra các kịch bản có sẵn dựa trên các tần số lũ thiết kế. Điều này có
thể mang lại sự chủ động trong cơng tác ứng phó tuy nhiên nó có thể khơng thật sự sát
với thực tế tình hình đang diễn ra. Với xu thế ứng dụng công nghệ thông tin đang diễn

ra mạnh mẽ, việc có thể đưa ra các kịch bản tương ứng theo thời gian thực hồn tồn
có thể thực hiện được nếu chủ động được nguồn dữ liệu đầu vào trong cơng tác dự
báo.
1.3. Tình hình nghiên cứu lưu vực Tam Kỳ
Thành phố Tam Kỳ là trung tâm hành chính và kinh tế của tỉnh Quảng Nam với
13 đơn vị hành chính, 09 phường và 04 xã. Phía Bắc giáp huyện Thăng Bình; Phía
Nam giáp huyện Núi Thành; Phía Đơng giáp biển Đơng; Phía Tây giáp huyện Phú
Ninh (Hình 1-2). Tổng diện tích tự nhiên khoảng 100,26km2 và tổng dân số vào
khoảng 112.374 người (theo thống kê 01/4/2019) trong đó thành thị có 91.450 người
và nơng thơn có 30.924 người. Mật độ dân số là 1.221 người/km2. Năm 2006, Tam Kỳ

C
C

R
L
T.

chính thức trở thành thành phố loại III trực thuộc tỉnh Quảng Nam. Ngày 15 tháng 2
năm 2016, thành phố Tam Kỳ được công nhận đạt chuẩn đô thị loại II. Địa hình của
thành phố Tam Kỳ khá bằng phẳng, có xu hướng thấp dần từ Tây sang Đơng. Hệ
thống sông chảy qua địa phận thành phố gồm: sông Bàn Thạch; sông Tam Kỳ và sông

DU

Trường Giang.
Sông Bàn Thạch chảy qua trung tâm thành phố và chia thành phố thành 2 phần,
phía bờ Tây của sơng Bàn Thạch giáp với khu trung tâm thành phố và phía bờ Đơng
sơng Bàn Thạch giáp với các xã Tam Thắng, Tam Phú và phường An Phú. Phía Đơng
thành phố có sơng Trường Giang chảy qua xã Tam Thanh. Phía Tây Nam có sơng Tam

Kỳ bắt nguồn từ hạ lưu của hồ Phú Ninh đổ về và hợp lưu với sông Bàn Thạch tại thơn
Phú Tân tỉnh Quảng Nam.
Sơng Trường Giang có hướng chảy song song và sát với bờ biển, nối cửa Lở, cửa
An Hịa với cửa Đại. Sơng Tam Kỳ với thượng nguồn là Hồ Phú Ninh có lượng nước
lớn, ảnh hưởng rất lớn khi hồ này xả lũ.
Với những điều kiện địa lý như vậy, thành phố Tam Kỳ đã phải hứng chịu nhiều
trận lũ trong lịch sử. Gần đây nhất, một trận mưa lớn kéo dài từ đêm ngày 8 tháng 12
năm 2018 đã khiến cho nước dâng cao nhấn chìm nhiều khu vực cùng hàng ngàn nhà
cửa của người dân trong thành phố (Hình 1-3). Những tuyến đường nước ngập sâu ở
Tam kỳ như Trần Cao Vân, Phan Bộ Châu, Nguyễn Hoàng, Nguyễn Văn Trỗi, Huỳnh
Thúc Kháng, Phan Châu Trinh (Hình 1-4). Trong đó, tại đường Trần Cao Vân và
Nguyễn Văn Trỗi, nhiều chỗ nước ngập đến cổ người lớn, giao thơng hồn tồn tê liệt.


9
Người dân sống dọc những tuyến đường này phải sử dụng thuyền để đi lại và chuyển
đồ đạc.
Đã có nhiều nghiên cứu, mơ phỏng về tình hình ngập lụt ở Quảng Nam nói chung
và thành phố Tam Kỳ nói riêng, tuy nhiên những nghiên cứu này mới chỉ xây dựng
được bộ thông số phù hợp cho lưu vực chứ không thể chạy mơ hình một cách liên tục
để cung cấp các số liệu theo thời gian thực (realtime) hoặc gần thực (near-realtime).
Chính vì vậy, việc xây dựng một bộ cơng cụ có thể dự báo sớm về dịng chảy, phục vụ
công tác cảnh báo lũ lụt là hết sức cần thiết và cấp bách, nhất là cho khu vực thành phố
Tam Kỳ, đáp ứng được định hướng phát triển bền vững của thành phố trong thời gian
tới.

C
C

R

L
T.

DU

Nguồn: Internet
Hình 1-2. Bản đồ hành chính thành phố Tam Kỳ


10

C
C

R
L
T.

DU

Nguồn: Internet

Hình 1-3. Ngập lụt tại thành phố Tam Kỳ

Nguồn: Internet
Hình 1-4. QL1A qua địa bàn tỉnh Quảng Nam ngập sâu


11
CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỦY VĂN.

2.1. Phân tích lựa chọn mơ hình thủy văn
2.1.1. Giới thiệu sơ lượt một số mơ hình thủy văn
2.1.1.1. Mơ hình HEC-HMS
Mơ hình HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center -Hydrologic Modeling
System) được phát triển từ mơ hình HEC-1, do tập thể các kỹ sư thuỷ văn thuộc quân
đội Hoa Kỳ nghiên cứu.
Về lý thuyết, mô hình HEC- HMS cũng dựa trên cơ sở lý luận của mơ hình HEC1: nhằm mơ phỏng q trình mưa- dịng chảy. Mơ hình bao gồm hầu hết các phương
pháp tính dịng chảy lưu vực và diễn tốn, phân tích đường tần suất lưu lượng, cơng
trình xả của hồ chứa và vỡ đập của mơ hình HEC-1.
Những phương pháp tính tốn mới được đề cập trong mơ hình HEC-HMS: tính
tốn đường quá trình liên tục trong thời đoạn dài và tính tốn dịng chảy phân bố trên
cơ sở các ơ lưới của lưu vực. Việc tính tốn liên tục có thể dùng một bể chứa đơn giản
biểu thị độ ẩm của đất hay phức tạp hơn là mơ hình 5 bể chứa, bao gồm sự trữ nước
tầng trên cùng, sự trữ nước trên bề mặt, trong lớp đất và trong hai tầng ngầm. Dịng

C
C

R
L
T.

DU

chảy phân bố theo khơng gian có thể được tính tốn theo sự chuyển đổi phân bố phi
tuyến (Mod Clak) của mưa và thấm cơ bản.
Mơ hình HEC-HMS hỗ trợ cho việc lập trình các mơđun mở rộng bằng ngôn ngữ
Python cộng với thực thi các tác vụ tự động bằng các script. Do đó việc sử dụng mơ
hình này rất phù hợp cho việc phát triển các công cụ tự động, cụ thể hơn là việc tự
động hóa q trình mơ phỏng dịng chảy. Đây là lợi thế rất lớn mà các mơ hình khác

khơng có hoặc hỗ trợ rất ít. Do đó tác giả sử dụng mơ hình này để làm nền nghiên cứu
quy trình mơ phỏng và lập trình tự động hóa cho mơ hình.
2.1.1.2. Mơ hình HEC-5
Mơ hình HEC-5 được xây dựng tại trung tâm thủy văn cơng trình qn đội Hoa
Kỳ (Hydrologic Enginneering Center) bởi Bill S.Eichert. Phiên bản đầu tiên được viết
để vận hành kiểm soát lũ cho một trận lũ đơn năm 1973. Chương trình sau đó mở rộng
thêm bao gồm vận hành cho các mục tiêu duy trì và diễn toán theo thời gian.
Hệ thống hồ chứa được vận hành để thỏa mãn các ràng buộc tại từng hồ riêng lẻ,
để duy trì dịng chảy đã xác định trước tại điểm kiểm soát hạ lưu và giữ cho hệ thống
trong trạng thái cân bằng. Quá trình bắt đầu với trạng thái hiện thời của hồ và các yêu
cầu của nó. Sau đó hồ kiểm tra các điểm kiểm sốt hạ lưu rồi tính tốn các u cầu và
ràng buộc của chúng. Nếu có nhiều hồ chứa cùng vận hành tới một điểm kiểm sốt thì


12
các mức tương đương của hồ chứa được tính tốn để xác định hồ chứa nào được ưu
tiên cao hơn. Nếu có thể, quyết định lượng xả để cân bằng các mực của vận hành hồ
cho một điểm kiểm soát và mức cân bằng trong hệ thống bậc thang.
2.1.1.3. Mô hình HEC-RESSIM
Mơ hình HEC-RESSIM (Reservoir System Simulation) được Trung tâm Thuỷ
văn cơng trình Hoa kỳ (Hydrologic Engineering Center, U.S. Army Corps of
engineering) phát triển lên từ mơ hình Hec-5. Mơ hình này rất thành cơng trong việc
mơ phỏng các chương trình kiểm sốt lũ và điều tiết hệ thống. HEC-RESSIM bao gồm
các giao diện đồ hoạ đẹp, các chương trình tính tốn vận hành hồ chứa, và các khả
năng lưu trữ và quản lý số liệu. Vì được phát triển lên từ Hec-5 nên tính tốn về cơ bản
là có nét tương đồng.
2.1.2. Giới thiệu mơ hình HEC-HMS [13]
Mơ hình HEC là sản phẩm của tập thể các kỹ sư thuỷ văn thuộc quân đội Hoa
Kỳ. HEC-1 đã góp phần quan trọng trong việc tính tốn dịng chảy lũ tại những con
sơng nhỏ khơng có trạm đo lưu lượng. Tính cho đến thời điểm này, đã có khơng ít đề

tài nghiên cứu khả năng ứng dụng thực tế. Tuy nhiên, HEC-1 được viết từ những năm
1968, chạy trong môi trường DOS, số liệu nhập không thuận tiện, kết quả in ra khó

C
C

R
L
T.

DU

theo dõi. Hơn nữa, đối với những người khơng hiểu sâu về chương trình kiểu Format
thường rất lúng túng trong việc truy xuất kết quả mơ hình nếu khơng muốn làm thủ
công. Do vậy, HEC-HMS là một giải pháp, nó được viết để “chạy” trong mơi trường
Windows, hệ điều hành rất quen thuộc với mọi người. Phiên bản đầu tiên của HECHMS là version 2.0, hiện nay phiên bản mới nhất của HEC- HMS là version 3.4.
Mô phỏng các thành phần lưu vực
Các đặc trưng vật lý của khu vực và của sơng được miêu tả trong mơ hình lưu
vực. Các yếu tố thủy văn như: lưu vực bộ phận, đoạn sông, hợp lưu, phân lưu, hồ
chứa, nguồn, hồ, đầm được gắn kết trong một hệ thống mạng lưới để tính tốn q
trình dịng chảy. Các q trình tính toán được bắt đầu từ thượng lưu đến hạ lưu.
* Mưa
Mưa là yếu tố đầu vào của quá trình mưa - dịng chảy. Số liệu mưa để đưa vào
mơ hình có thể được lấy từ các trạm đo mưa trên lưu vực, từ số liệu rađa hoặc được
tính tốn thu phóng theo các trận mưa trong q khứ.
Mơ hình HEC-HMS tính mưa trung bình lưu vực theo 3 cách; phương pháp trung
bình số học, phương pháp đa giác Thiessen, phương pháp đường đẳng trị.
* Tổn thất

13
Tập hợp các phương pháp khác nhau có sẵn trong mơ hình để tính tốn tổn thất.
Có thể lựa chọn một phương pháp tính tốn tổn thất trong số các phương pháp:
Phương pháp tính thấm theo hai giai đoạn - thấm ban đầu và thấm hằng số
(Initial and Constant), thấm theo số đường cong thấm của cơ quan bảo vệ đất Hoa
Kỳ(SCS Curve Number) và thấm theo hàm Green and Ampt. Phương pháp tính độ ẩm
đất bao gồm 5 lớp được áp dụng cho các mơ hình mơ phỏng q trình thấm phức tạp
và bao gồm cả bốc hơi.
* Chuyển đổi dịng chảy
Có nhiều phương pháp để chuyển lượng mưa hiệu quả thành dòng chảy trên bề
mặt của lưu vực. Các phương pháp đường đơn vị bao gồm: đường đơn vị tổng hợp
Clack, Snyder và đường đơn vị không thứ nguyên của cơ quan bảo vệ đất Hoa Kỳ.
Ngoài ra phương pháp tung độ đường đơn vị xác định bởi người sử dụng cũng có thể
được dùng. Phương pháp Clark sửa đổi (Mod Clark) là một phương pháp đường đơn

C
C

vị khơng phân bố tuyến tính được dùng với lưới mưa, mơ hình cịn bao gồm cả phương
pháp sóng động học.
* Diễn toán kênh hở

R
L
T.

DU

Một số phương pháp diễn toán thủy văn được bao gồm để tính tốn dịng chảy
trong các kênh hở. Diễn tốn mà khơng tính đến sự suy giảm có thể được mơ phỏng

trong phương pháp trễ. Mơ hình bao gồm cả phương pháp diễn tốn truyền thống
Muskingum. Phương pháp Puls sửa đổi cũng có thể được dùng để mô phỏng một đoạn
sông như là một chuỗi các thác nước, các bể chứa với quan hệ lượng trữ - dòng chảy ra
được xác định bởi người sử dụng. Các kênh có mặt cắt ngang hình thang, hình chữ
nhật, hình tam giác hay hình cong có thể được mơ phỏng với phương pháp sóng động
học hay Muskingum- Cunge. Các kênh có diện tích bãi được mơ phỏng với phương
pháp Muskingum- Cunge và phương pháp mặt cắt ngang 8 điểm.
2.1.3. Cơ sở lý thuyết mơ hình HEC-HMS
Mơ hình HEC-HMS được sử dụng để mơ phỏng q trình mưa- dịng chảy khi nó
xảy ra trên một lưu vực cụ thể. Ta có thể biểu thị mơ hình bằng sơ đồ sau:
Tổn thất(P)
Dòng chảy (Y)
Mưa (X) -------------> Dòng chảy (Y) -------------->
Đường quá trình lũ (Q~t)
Y=X-P
qp
Ta có thể hình dung bản chất của sự hình thành dịng chảy của một trận lũ như
sau: Khi mưa bắt đầu rơi cho đến một thời điểm ti nào đó, dịng chảy mặt chưa được
hình thành, lượng mưa ban đầu đó tập trung cho việc làm ướt bề mặt và thấm. Khi
cường độ mưa vượt quá cường độ thấm (mưa hiệu quả) thì trên bề mặt bắt đầu hình


14
thành dòng chảy, chảy tràn trên bề mặt lưu vực, sau đó tập trung vào mạng lưới sơng
suối. Sau khi đổ vào sơng, dịng chảy chuyển động về hạ lưu, trong q trình chuyển
động này dịng chảy bị biến dạng do ảnh hưởng của đặc điểm hình thái và độ nhám
lịng sơng.
2.1.3.1. Mưa
Mưa được sử dụng là đầu vào cho q trình tính tốn dịng chảy ra của lưu vực.
Mơ hình HEC- HMS là mơ hình thơng số tập trung, mỗi lưu vực con có một trạm đo

mưa đại diện. Lượng mưa ở đây được xem là mưa bình quân lưu vực (phân bố đồng
đều trên toàn lưu vực). Dù mưa được tính theo cách nào đều tạo nên một biểu đồ mưa
như Hình 2-1. Biểu đồ mưa biểu thị chiều sâu lớp nước trung bình trong một thời đoạn
tính tốn.
Phương pháp tính lượng mưa trung bình trên diện tích tính tốn gồm có: phương
pháp trung bình số học và phương pháp trung bình có trọng số; phương pháp sau cịn
có thể chia ra: phương pháp đa giác Thiessen, phương pháp đường đẳng trị mưa.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 2-1. Biểu đồ mưa
* Mưa tính theo phương pháp trung bình số học:
Lớp nước mưa trung bình trên lưu vực là giá trị trung bình số học của lượng mưa
tại các trạm đo mưa nằm trên lưu vực.
n

X

X
i 1

(i )

n

Trong đó:
Xi : lượng mưa tại trạm thứ i
n : số trạm đo mưa trên lưu vực
* Mưa tính theo phương pháp trung bình có trọng số:

(2-1)


15
+ Phương pháp đa giác Thiessen: Trọng số là hệ số tỷ lệ giữa phần diện tích của
lưu vực do một trạm mưa nằm trong lưu vực hoặc bên cạnh lưu vực đại biểu với tồn
bộ diện tích lưu vực.
Lượng mưa trung bình trên lưu vực được tính theo cơng thức sau:
n

X

X
i 1
n

f
i 1

f

i i

(2-2)
i

Trong đó:
Xi : lượng mưa đo được tại trạm thứ i
fi : diện tích lưu vực bộ phận thứ i
n : số trạm đo mưa (cũng là số diện tích lưu vực bộ phận)

C
C

+ Phương pháp đường đẳng trị mưa: Trọng số là diện tích kẹp giữa hai đường
đẳng trị mưa và tính lượng mưa trung bình theo cơng thức (2-2). Trong đó: Xi là lượng
mưa trung bình của hai đường đẳng trị mưa kề nhau, fi là diện tích bộ phận nằm giữa
hai đường ấy.

R
L
T.

DU

2.1.3.2. Tổn thất
Nước mưa điền trũng và thấm được gọi là lượng tổn thất trong mơ hình HECHMS. Lượng điền trũng và thấm được biểu thị bằng lượng trữ nước trên bề mặt của lá
cây hay cỏ, lượng tích đọng cục bộ trên bề mặt đất, trong các vết nứt, kẽ hở hoặc trên
mặt đất ở đó nước khơng tự do di chuyển như dòng chảy trên mặt đất. Thấm biểu thị
sự di chuyển của nước xuống những vùng nằm dưới bề mặt đất.
Mơ hình HEC-HMS có 4 phương pháp được dùng để tính tốn tổn thất. Dùng bất
kỳ phương pháp nào ta đều tính được lượng tổn thất trung bình trong một thời đoạn
tính tốn. Một hệ số khơng thấm tính theo phần trăm được sử dụng với các phương

pháp để bảo đảm tại phần diện tích khơng thấm đó 100% mưa sẽ sinh dòng chảy.
a. Phương pháp Tốc độ thấm ban đầu và thấm ổn định (Intial and Constant Rate)
Khái niệm cơ bản của phương pháp này là: Tỷ lệ tiềm năng lớn nhất của tổn thất
mưa fc, nó không đổi trong suốt cả trận mưa. Do vậy, nếu pt là lượng mưa trong
khoảng thời gian từ t đến t + ∆t, lượng mưa hiệu quả pet trong thời đoạn đó được cho
bởi: pet = pt – fc
nếu pt > fc
(2.3)
pet = 0
nếu pt ≤ fc
Quá trình thấm bắt đầu từ một cường độ thấm Ia nào đó, sau đó giảm dần cho đến
khi đạt tới một giá trị không đổi fc. Tổn thất ban đầu được thêm vào mơ hình để biểu


16
thị hệ số trữ nước của lưu vực. Hệ số trữ là kết quả của sự giữ nước của thảm phủ thực
vật trên lưu vực, nước được trữ trong những chỗ lõm bị thấm hay bốc hơi gọi là tổn
thất điền trũng. Tổn thất này xảy ra trước khi hình thành dòng chảy trên lưu vực. Khi
lượng mưa rơi trên lưu vực chưa vượt quá lượng tổn thất ban đầu thì chưa sinh dịng
chảy.
Lượng mưa hiệu quả được tính theo công thức:
pet = 0
pet = pt - fc

nếu Σ pi < Ia
nếu Σ pi > Ia và pt > fc

pet = 0

nếu Σ pi > Ia và pt< fc

(2.4)

Những thông số của phương pháp này biểu thị các đặc trưng vật lý các lớp đất
của lưu vực, điều kiện ẩm kỳ trước.
Nếu lưu vực ở điều kiện bão hòa ẩm, tổn thất ban đầu sẽ tiến dần tới 0. Nếu lưu
vực khô hạn, tổn thất ban đầu sẽ lớn biểu thị lớp nước mưa lớn nhất rơi trên lưu vực

C
C

nhưng khơng sinh dịng chảy, điều này sẽ phụ thuộc vào địa hình lưu vực, việc sử
dụng đất, loại đất và việc xử lý đất.

R
L
T.

b. Phương pháp SCS Curve Number (Chỉ số CN)
Cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ (1972) đã phát triển một phương pháp để
tính tổn thất dịng chảy từ mưa gọi là phương pháp SCS. Phương pháp này phụ thuộc
vào lượng mưa tích lũy, độ che phủ đất, sử dụng đất và độ ẩm kỳ trước, được sử dụng
theo công thức:

DU

Pe 

 P  Ia 

2

P  Ia  S

(2-5)

Trong đó:
Pe: lượng mưa tích lũy hiệu quả
P: lớp nước mưa
Ia: Lượng tổn thất ban đầu
S: khả năng giữa nước lớn nhất của lưu vực
Đó là phương trình cơ bản của phương pháp SCS để tính độ sâu mưa hiệu dụng
hay dòng chảy trực tiếp từ một trận mưa.
Qua nghiên cứu các kết quả thực nghiệm trên nhiều lưu vực nhỏ, Cơ quan bảo vệ
thổ nhưỡng Hoa Kỳ đã xây dựng được quan hệ kinh nghiệm:
Ia = 0,2*S
(2-6)
Do đó:

Pe 

( P  0, 2S ) 2
P  0,8S

(2-7)