LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG SO SÁNH ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY VĂN NAM VÀ FRASC ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC THÁC MƠ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---˜o™---

LÊ THANH TRANG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MƠI TRƯỜNG

SO SÁNH ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN
NAM VÀ FRASC ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN
NƯỚC
LƯU VỰC THÁC MƠ


TP. HỒ CHÍ MINH THÁNG 11 NĂM 2010
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---˜o™---

LÊ THANH TRANG

SO SÁNH ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN
NAM VÀ FRASC ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN
NƯỚC LƯU VỰC THÁC MƠ

CHUYÊN NGÀNH

: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

MÃ SỐ

: 65.02.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ VĂN NGHỊ


TP. HỒ CHÍ MINH THÁNG 11 NĂM 2010


i
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường

LỜI CẢM ƠN

Em chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn là TS Vũ Văn Nghị đã truyền đạt những
kiến thức, kinh nghiệm, chỉ dẫn tận tình và hỗ trợ mơ hình tốn cho em trong suốt
q trình học tập và thực hiện luận văn này.
Chân thành cảm ơn các thầy cô khoa môi trường trường Đại học Khoa Học Tự
Nhiên Tp. Hồ Chí Minh đã giúp em có những kiến thức bổ ích trong những năm
học tại Khoa Mơi trường - trường Đại học Khoa học Tự nhiên.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thân trong gia đình, bạn bè, các đồng
nghiệp Cơng ty Nước và Mơi Trường Bình Minh – những người ln ở bên cạnh,
tận tình giúp đỡ, động viên tác giả trong suốt q trình thực hiện luận văn này.
Ngồi ra, trong luận văn này tác giả đã sử dụng một số tư liệu và thành quả nghiên
cứu đã công bố của nhiều cơng trình khác nhau. Rất mong nhận được sự lượng thứ
từ các tác giả của các tài liệu tham khảo trong luận văn này, và cho phép được trích
dẫn tài liệu.
Xin chân thành cảm ơn!
Lê Thanh Trang

Tp. Hồ chí Minh
Tháng 11 năm 2010

Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”


ii
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường

TÓM TẮT
Nước là một tài nguyên cho sự sống và được xem là một nhân tố thiết yếu cho các hệ sinh
thái. Trong những năm gần đây, việc thiếu hụt nguồn nước ngày càng trở nên nghiên trọng
đối với quá trình phát triển kinh tế xã hội. Nguyên nhân sâu xa là do những bất cập trong
công tác quản lý (khai thác quá mức, phá rừng, ô nhiễm…), đánh giá trữ lượng tài nguyên
nước của từng lưu vực. Do đó, việc đánh giá tài nguyên nước trên lưu vực phục vụ cho
phát triển kinh tế xã hội là việc làm cấp bách hiện nay.
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học máy tính nhiều mơ hình tốn thủy văn đã ra
đời mô phỏng khá tốt nguồn nước trên các lưu vực sơng hai trong số đó là mơ hình NAM
và FRASC. Tuy nhiên, mơ hình tốn khơng phải lúc nào hay mơ hình nào cũng thích hợp
cho bất cứ vùng nào; hay nói một cách khác rằng khơng có mơ hình nào mang tính chất
tồn cầu. Việc lựa chọn mơ hình ứng dụng cho mỗi điều kiện nhất định cũng là một vấn đề
khó khăn đối với các chuyên gia thuỷ văn. Do đó, trong luận văn này, tác giả đã so sánh
ứng dụng hai mơ hình thủy văn NAM và FRASC cho lưu vực Thác Mơ. Dựa trên các tiêu
chí đánh giá như hệ số thặng dư (Bias), hệ số hiệu quả mơ hình (R2), và hệ số tương quan
(r). Kết mô phỏng cho thấy, cả hai mơ hình mơ phỏng rất tốt, lưu lượng tính tốn bằng mơ
hình phù hợp với số liệu thực đo cho lưu vực Thác Mơ. Tuy nhiên, mơ hình FRASC đưa ra
được thông tin về tài nguyên nước tại từng điểm trên lưu vực; đặc biệt, đối với mơ hình
FARSC từ kết quả mơ phỏng lũ với mơ hình cao độ số (DEM) có thể xây dựng được bản
đồ ngập lụt. Vì vậy, mơ hình FRASC có thể được xem như là một cơng cụ hữu ích cho

việc kiễm sốt lũ và quản lý tài nguyên nước tổng hợp cho lưu vực Thác Mơ.
Dựa vào kết quả mô phỏng của mô hình FRASC, tác giả đã tính tốn tài ngun nước lưu
vực Thác Mơ theo các tần suất thiết kế (P = 5% năm nhiều nước; P = 50% năm nước trung
bình; và P = 90% năm ít nước) làm cơ sở phục vụ phát triển bền vững kinh tế xã hội lưu
vực Thác Mơ và các vùng hưởng lợi.
Từ khóa: mơ hình NAM, mơ hình FRASC, so sánh mơ hình, tài ngun nước.

Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”


iii
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường

ABSTRACT
Water is an invaluable resource and is considered an essential factor for the ecosystem. In
recent years, the issue of inadequate water is becoming more and more important to the
social and economic development process. Deep causes are due to short of the
management (overexploitation, deforestation, pollution ...), assessment of water resources
reserves of each basin…. Therefore, the assessment of water resources of the catchment for
socio-economic development is an imperative need now.
Nowadays along with the development of computer science, many mathematics hydrologic
(hydrographic mathematical) models imitated pretty well water sources in watersheds, two
of those are NAM and FRASC model. However, mathematical models are not always
correct or any model is also suitable for any region, or in other words there is not any
model which does not have a global characteristic. The choice of model for each
application under certain conditions is a difficult problem for hydrology experts.
Consequently, in this thesis, the author compares the application the hydrological NAM
and FRASC model for Thac Mo catchment. Based on the evaluation criteria such as water
balance error (Bias), Nash-Sutcliffe (R2) and Pearson correlation coefficient (r)

demonstrate that both models imitated very well, the flow calculated by the model fit the
data measured for Thac Mo basin. However, the information on water resources at each
point in the basin was given by FRASC model, especially; with the simulation results of
FARSC model and digital elevation model (DEM), we can establish inundation maps. So
FRASC model can be viewed as a useful tool for flood control and integrated management
water resource in Thac Mo basin.
Based on the simulation results of FRASC model, the authors calculated the water
resources in the Thac Mo basin with design frequency (P = 5% wet year; P = 50% average
water year, and P = 90% less water year); It will be the basis for the socio-economic
sustainable development of Thac Mo catchment and beneficiaries areas.
Keywords: NAM model, FRASC model, model comparison, water resource.

Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”


iv
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................ i
TÓM TẮT ............................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ........................................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT............................................. vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ................................................................................ ix
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề .................................................................................................................. 1
2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu ............................................................................... 2
2.1 Thế gới ................................................................................................................. 2

2.2 Trong nước .......................................................................................................... 3
2.3 Thảo luận về mơ hình tốn trong nghiên cứu tài ngun nước ........................... 5
2.4 Đánh giá nhận xét ................................................................................................ 7
3. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu ....................................................... 7
3.1 Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 7
3.2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu ........................................................................ 8
3.3 Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 8
3.4 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 9
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................... 9
4.1 Ý nghĩa khoa học ................................................................................................. 9
4.2 Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................... 10
CHƯƠNG 1: MÔ TẢ KHU VỰC NGHIÊN CỨU ......................................................... 11
1.1 Đặc điểm tự nhiên ................................................................................................. 11
1.1.1
Vị trí địa lý ..................................................................................................... 11
1.1.2
Địa hình.......................................................................................................... 11
1.1.3
Thổ nhưỡng .................................................................................................... 12
1.1.4
Thảm thực vật ................................................................................................ 12
1.1.5
Hệ thống sơng ................................................................................................ 12
1.1.6
Khí hậu ........................................................................................................... 13
1.1.6.1
Nhiệt độ khơng khí ................................................................................. 13
1.1.6.2
Độ ẩm ..................................................................................................... 13
1.1.6.3

Số giờ nắng ............................................................................................. 14
1.1.6.4
Gió .......................................................................................................... 14
1.1.6.5
Bốc hơi ................................................................................................... 15
1.1.6.6
Mưa......................................................................................................... 15

Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”


v
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường
1.2 Nhận xét, đánh giá các đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu ................................. 16
1.2.1
Thuận lợi ........................................................................................................ 16
1.2.2
Khó khăn ........................................................................................................ 17
1.3 Điều kiện kinh tế xã hội trên lưu vực .................................................................... 17
1.3.1
Đặc điểm dân số ............................................................................................. 17
1.3.2
Tình hình kinh tế trong khu vực .................................................................... 18
1.3.3
Phương hướng phát triển kinh tế xã hội theo các giai đoạn phát triển .......... 18
CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH THỦY VĂN ............................................................................. 20
2.1 Tổng quan về mơ hình thủy văn ............................................................................ 20
2.2 Phân loại mơ hình thủy văn ................................................................................... 21
2.2.1

Mơ hình tất định (Deterministic model) ........................................................ 22
2.2.2
Mơ hình ngẫu nhiên (Stochastic model) ........................................................ 23
2.3 Tiêu chuẩn lựa chọn mơ hình ................................................................................ 24
2.4 Tiêu chuẩn đánh giá mơ hình mơ phỏng ............................................................... 25
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN THỦY VĂN THÍCH
HỢP CHO LƯU VỰC THÁC MƠ................................................................................... 27
3.1 Tổng quan.............................................................................................................. 27
3.2 Mơ hình NAM ....................................................................................................... 28
3.2.1
Khái qt về mơ hình NAM .......................................................................... 28
3.2.2
Cấu trúc mơ hình............................................................................................ 28
3.2.2.1
Bể tuyết (áp dụng cho vùng có tuyết) ..................................................... 30
3.2.2.2
Bể chứa mặt ............................................................................................ 30
3.2.2.3
Bể sát mặt và bể tầng rễ cây ................................................................... 30
3.2.2.4
Bốc thốt hơi .......................................................................................... 30
3.2.2.5
Dịng chảy mặt. ....................................................................................... 30
3.2.2.6
Dòng chảy sát mặt .................................................................................. 31
3.2.2.7
Bổ sung dòng chảy ngầm ....................................................................... 31
3.2.2.8
Lượng ẩm của đất ................................................................................... 31
3.2.3

Hiệu chỉnh các thơng số của mơ hình ............................................................ 32
3.2.4
Những điều kiện ban đầu ............................................................................... 33
3.3 Mơ hình FRASC ................................................................................................... 33
3.3.1
Khái qt về mơ hình FRASC ....................................................................... 33
3.3.2
Cấu trúc mơ hình FRASC .............................................................................. 34
3.3.3
Cơ sở lý thuyết và các phương pháp tính ...................................................... 37
3.3.3.1
Bốc thốt hơi nước ................................................................................. 37
3.3.3.2
Hình thành dịng chảy ............................................................................. 37
3.3.3.3
Sự phân chia các thành phần dòng chảy trong mỗi ô lưới...................... 41

Đề tài: “So sánh ứng dụng mô hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”


vi
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường
3.3.3.4
Tập trung dịng chảy ............................................................................... 43
3.3.3.5
Diễn tốn dịng chảy từ ô lưới đến ô lưới ............................................... 44
3.3.4
Thảo luận về các thơng số.............................................................................. 45
3.3.4.1

Các thơng số bốc thốt hơi nước ............................................................ 46
3.3.4.2
Các thơng số hình thành dịng chảy ........................................................ 47
3.3.4.3
Các thơng số phân chia dịng chảy ......................................................... 47
3.3.4.4
Các thơng số tập trung dịng chảy .......................................................... 48
3.4 Mơ hình hóa cho khu vực nghiên cứu ................................................................... 48
3.4.1
Sơ đồ mạng lưới hóa cho khu vực nghiên cứu .............................................. 48
3.4.2
Tài liệu đầu vào.............................................................................................. 49
3.4.2.1 . Tài liệu thảm thực vật (land cover) và các thông số liên quan đến thảm thực
vật............................................................................................................................. 49
3.4.2.2
Tài liệu mưa ............................................................................................ 51
3.4.2.3
Tài liệu bốc hơi ....................................................................................... 52
3.4.2.4
Tài liệu lưu lượng ................................................................................... 52
3.4.2.5
Dữ liệu GIS ............................................................................................. 52
3.5 Kết quả mô phỏng ................................................................................................. 55
3.5.1
Mơ hình NAM ............................................................................................... 56
3.5.2
Mơ hình FRASC ............................................................................................ 57
3.6 So sánh .................................................................................................................. 59
3.7 Kết luận ................................................................................................................. 63
CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC THÁC MƠ .................. 64

4.1 Tổng quan.............................................................................................................. 64
4.2 Kết quả mơ phỏng dịng chảy................................................................................ 65
4.3 Phân tích và đánh giá kết quả tính tốn................................................................. 65
4.3.1
Tính tốn đặc trưng dịng chảy ...................................................................... 65
4.3.2
Dịng chảy năm .............................................................................................. 67
4.3.3
Dịng chảy theo mùa ...................................................................................... 68
4.3.4
Tính tốn dịng chảy năm, mùa thiết kế ......................................................... 70
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 74
PHỤ LỤC............................................................................................................................ 77

Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”


vii
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DEM
DHI
GIS
KCN
KHCN
KHTL

KT-XH
LVS
MIKE BASIN
NAM
QHTL
TB
TCVN
TV

:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
VKTTĐPN
:
XINANJIANG :
FRASC
:

Mơ hình cao độ số

Viện Thuỷ lực Đan Mạch

Hệ thống thông tin địa lý
Khu Công nghiệp
Khoa học công nghệ
Khoa học thủy lợi
Kinh tế – xã hội
Lưu vực sơng
Mơ hình tính tốn cân bằng nước (DHI)
Mơ hình mưa rào - dịng chảy (DHI)
Quy hoạch thủy lợi
Trung bình
Tiêu chuẩn Việt Nam
Thủy văn
Vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam
Mơ hình thủy văn
Mơ hình diễn tốn lũy tích dịng chảy lưu vực

Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”


viii
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Nhiệt độ trung bình hang tháng và cả năm của trạm Phước Long ....................... 13
Bảng 1.2 Độ ẩm khơng khí bình qn nhiều năm trạm Phước Long .................................. 14
Bảng 1.3 Các đặc trưng khí tượng trung bình tháng vùng nghiên cứu ................................ 15

Bảng 1.4 Phân bố lượng bốc hơi hàng năm bằng phương pháp Penman Monteith............. 15
Bảng 1.5 Lượng mưa trung bình tháng tại các trạm đo và trung bình lưu vực (mm) .......... 16
Bảng 1.6 Hiện trạng dân số vùng nghiên cứu[13][14] ............................................................. 17
Bảng 1.7 Phân bố diện tích đất trong khu vực nghiên cứu[13][14] ......................................... 18
Bảng 1.8 Quy hoạch sử dụng đất trong khu vực nghiên cứu ............................................... 19
Bảng 3.1 Bảng tổng hợp các thơng số chính trong hiệu chỉnh mơ hình NAM .................... 32
Bảng 3.2 Các thơng số của mơ hình FRASC ....................................................................... 36
Bảng 3.3 Các thông số liên quan từng loại thảm phủ lưu vực Thác Mơ ............................. 50
Bảng 3.4 Trọng số thiessen tính mưa trung bình các tiểu lưu vực ...................................... 52
Bảng 3.5 Bộ thơng số mơ hình NAM từ hiệu chỉnh mơ hình cho lưu vực Thác Mơ .......... 57
Bảng 3.6 Bộ thơng số mơ hình FRASC từ hiệu chỉnh mơ hình cho lưu vực Thác Mơ ....... 58
Bảng 3.7 Tiêu chuẩn đánh giá hai mơ hình NAM và FRASC thời kì hiệu chuẩn (1982 –
1984) và kiểm định (1985 – 1987) cho lưu vực Thác Mơ ................................................... 60
Bảng 4.1 Đặc trưng dịng chảy trung bình nhiều năm lưu vực nghiên cứu ......................... 66
Bảng 4.2 Lưu lượng dòng chảy TB năm tại Thác Mơ theo các tần suất thiết kế ................ 71
Bảng 4.3 Lưu lượng dòng chảy TB mùa lũ tại Thác Mơ theo các tần suất thiết kế ............ 71
Bảng 4.4 Lưu lượng dòng chảy TB mùa kiệt tại Thác Mơ theo các tần suất thiết kế ......... 71

Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”


ix
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1 Phạm vi khơng gian vùng nghiên cứu........................................................................ 8
Hình 1.1 Phân phối lượng mưa trung bình tháng lưu vực Thác Mơ thời kì 1981-2007 ...... 16
Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc của mơ hình NAM ........................................................................ 29

Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc mơ hình FRASC ........................................................................... 35
Hình 3.3 Phân bố sức chứa nước ứng suất trong lưu vực .................................................... 38
Hình 3.4 The free water storage capacity distribution curve ............................................... 42
Hình 3.5 Bản đồ thảm phủ đất UMD 1 km .......................................................................... 50
Hình 3.6 Đa giác Thiessen được xác định bằng phần mềm MIKE BASIN ........................ 51
Hình 3.7 (a) Ảnh DEM gốc, và (b) DEM được lấp đầy của lưu vực Thác Mơ ................... 53
Hình 3.8 (a) Hướng dịng chảy, và (b) Lũy tích dịng chảy tại lưu vực Thác Mơ ............... 54
Hình 3.9 (a) Lưu vực, và (b) Mạng lưới sông của lưu vực Thác Mơ .................................. 55
Hình 3.10 Q trình lũy tích dịng chảy thực đo và mô phỏng tại Thác Mơ thời kỳ hiệu
chỉnh mơ hình NAM ............................................................................................................ 57
Hình 3.11 Q trình lũy tích dịng chảy thực đo và mơ phỏng tại Thác Mơ thời kỳ hiệu
chỉnh mơ hình FRASC ......................................................................................................... 59
Hình 4.1 Q trình lưu lượng ngày mơ phỏng cửa ra Thác Mơ .......................................... 65
Hình 4.2 Lưu lượng dịng chảy trung bình tháng tại lưu vực thác Mơ ................................ 67
Hình 4.3 Lưu lượng trung bình năm tại Thác Mơ thời kì 1981-2007.................................. 67
Hình 4.4 Lưu lượng trung bình mùa lũ tại Thác Mơ thời kì 1981-2007 ............................. 68
Hình 4.5 Lưu lượng trung bình mùa kiệt tại Thác Mơ thời kì 1981-2007........................... 69

Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”


1
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Nước là yếu tố quyết định đến sự tồn tại và phát triển môi trường sống. Nước là một
loại tài nguyên thiên nhiên quý giá và có hạn, là động lực chủ yếu chi phối mọi hoạt
động dân sinh kinh tế của con người. Nước được sử dụng cho nông nghiệp, phát

điện, giao thông vận tải, chăn nuôi, thuỷ sản, cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, du
lịch, cải tạo môi trường… Bởi vậy, tài nguyên nước có giá trị kinh tế và được coi là
một hàng hoá[4].
Lưu vực Thác Mơ là một chi lưu của lưu vực sông Bé. Là vùng đồi núi trung du
nằm trong địa phận các tỉnh Đắc Nơng và Bình Phước có độ cao từ vài chục đến
hơn 1000 m (dữ liệu khai thác từ bản đồ cao độ số DEM 90 m x 90 m). Tài nguyên
nước lưu vực sông Bé có tiềm năng rất dồi dào, phân tích thống kê tài liệu khí
tượng thuỷ văn, lượng mưa trung bình lưu vực khoảng 2200 – 2700 mm/năm tăng
dần từ hạ lưu lên thượng lưu với hệ số dòng chảy α = 0.55[28], là nguồn cung cấp
nước chính cho phát triển kinh tế địa phương và cả khu vực hạ du.
Về khai thác tài nguyên nước, trên lưu vực Thác Mơ có hệ thống thuỷ lợi, thuỷ điện
Thác Mơ được thiết kế và đi vào vận hành từ năm 1994 trong tổng thể bốn bậc
thang trên dịng sơng Bé (từ thượng lưu tới hạ lưu): Thác Mơ, Cần Đơn,Srok Phu
Miêng và Phước Hoà. Hệ thống thuỷ điện, thuỷ lợi này đã và đang tạo một sản
lượng điện lớn cho lưới điện quốc gia; cung cấp nước tưới, sinh hoạt, công nghiệp,
cải tạo mơi trường và phịng chống lũ góp phần quan trọng vào sự phát triển bền
vững kinh tế xã hội khu vực Đông Nam Bộ, nơi được quy hoạch thành Vùng kinh tế
Trọng điểm phía Nam (Southern Focal Economic Area – SFEA). Ngồi ra cịn có
các hồ chứa nhỏ được xây dựng nhằm thoả mãn nhu cầu nước cục bộ. Do đó, dịng
chảy tự nhiên trên hệ thống sơng có sự thay đổi lớn.

Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”


2
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường

Đã có nhiều nghiên cứu về tài nguyên nước lưu vực sông Bé, đặc biệt trong những
năm gần đây[12], [13], [15]. Tuy nhiên, do việc khai thác nguồn nước như đã nêu ở trên

cũng như do sự biến đổi khí hậu toàn cầu và thay đổi mặt đệm (phá rừng, chuyển
đổi cơ cấu cây trồng) nên việc cập nhật nghiên cứu vẫn là vấn đề thời sự.
Ngày nay, cùng với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, nhiều mô hình tốn thuỷ văn
có thể mơ phỏng khá tốt nguồn nước trên các lưu vực sơng. Nhiều phần mềm tính
tốn đã được xây dựng, kiểm tra trên thực tế và hiệu chỉnh nên đã cho kết quả gần
phù hợp với thực tế. Sự ra đời của các phần mềm mô phỏng này đã mở ra một kỹ
nguyên mới cho việc dự báo và dự đốn nguồn nước. các mơ hình này đã trở thành
một công cụ đắc lực, hỗ trợ rất nhiều trong việc tính tốn nên việc đánh giá tài
nguyên nước trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn.
Tuy nhiên, mơ hình tốn khơng phải lúc nào hay mơ hình nào cũng thích hợp cho
bất cứ vùng nào; hay nói một cách khác rằng khơng có mơ hình nào mang tính chất
tồn cầu[27]. Việc lựa chọn mơ hình ứng dụng cho mỗi điều kiện nhất định cũng là
một vấn đề khó khăn đối với các chuyên gia thuỷ văn. Như vậy, việc nghiên cứu mơ
hình tốn thuỷ văn ứng dụng đầy về lưu vực Thác Mơ để phát huy hiệu quả việc
xây dựng cơng trình, tận dụng tối đa nguồn nước là việc làm cấp bách hiện nay.
Qua phân tích ở trên, đề tài “So sánh ứng dụng mơ hình thuỷ văn NAM và
FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” được đề xuất thực hiện.
2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
2.1 Thế gới
Cách mạng số hoá bắt đầu với sự ra đời của máy tính trong những năm 1960 của thế
kỷ 20. Khả năng của máy tính từ đó tăng lên rất nhanh. Cách mạng số cịn thúc đẩy
nhiều cuộc cách mạng khác, đó là mô phỏng số và mô phỏng thống kê. Do đó,
những thuận lợi về mơ hình lưu vực đã ra đời và khởi ngun là sự phát triển mơ
hình lưu vực Stanford (the Stanford Watershed Model – SWM) bởi Crawford và
Linsley vào năm 1966[19].

Đề tài: “So sánh ứng dụng mô hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”

3
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường

Trong suốt những năm 1970 và 1980, một số mô hình tốn học đã được phát triển.
Quả thực có sự gia tăng đáng kể về mơ hình thuỷ văn từ đó, với việc đi sâu nghiên
cứu về mơ hình dựa trên quá trình vật lý như: SWMM (Storm Water Managerment
Model), NWS (Nation Weather Service River Forecast Systerm), NAM model
(Nedbor Afstromnings), TOP model, IHDM (Institute of Hydrology Distributed
Model),

Xinanjiang[27],

SSARR

(Streamflow

Synthesis

and

Reservoir

Regulation)[23]… tất cả những mơ hình này đã và đang được cải tiến đáng kể. SWM
được cải tiến thành HSPF (Hydrological Simulation Program-Fortran). Xinanjiang
được phát triểu thành FRASC (Flow-Routed Accumulation Sinmulation in a
Catchment)[27]. Ngày nay, sư phát triển các mơ hình mới hay cải tiến mơ hình trước
đây vẫ đang diễn ra.
Liên quan trực tiếp đến đề tài nghiên cứu, trên thế giới có một số nghiên cứu trong
thời gian gần đây, điển hình như:
1. Phát triển các mơ hình thuỷ văn – kinh tế để giải các bài toán về sự phân bố

tối ưu các kiểu sử dụng nước cũng như định ra các mức phí thích hợp đối với
khai thác sử dụng nước và gây ô nhiễm nước[21];
2. Ứng dụng MIKE BASIN xây dựng chiến lước quản lý tài nguyên nước lưu
vực sơng[17];
3. Nghiên cứu ứng dụng mơ hình MIKE 11 NAM đánh giá mưa – dịng chảy lưu
vực sơng Layang;
4. Các nguồn tài nguyên nước và ô nhiễm của sông Kok lưu vực ở miền bắc
Thái Lan và Myanmar đã được phân tích bằng cách sử dụng MIKE BASIN và
LOAD.
2.2 Trong nước
Ở Việt Nam, vấn đề ứng dụng mơ hình tốn trong quản lý tổng hợp lưu vực sơng
nói chung và quản lý tài nguyên nước nói riêng đã được nhiều tổ chức, nhiều cá
nhân quan tâm nghiên cứu từ những năm 60, qua việc uỷ ban sông Mekong ứng
dụng các mơ hình như SSARR[23] (Rokwood D.M Vol 1- 1968) và mơ hình tốn
triều của Hà Lan vào tính tốn, dự báo dịng chảy sơng Mekong. Song, chỉ sau
Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”


4
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường

ngày miền nam giải phóng (1975), đất nước thống nhất thì phương pháp này mới
ngày càng thực sự trở thanh cơng cụ quan trọng trong tính tốn, dự báo thuỷ văn ở
nước ta.
Liên quan trực tiếp đến đề tài nghiên cứu, trong nước có một số nghiên cứu trong
thời gian gần đây, điển hình như:
1. Đề tài cấp nhà nước KHCN.07.17 “Xây dựng một số cơ sở khoa học phục vụ
cho việc quản lý thống nhất và tổng hợp môi trường nước lưu vực sông Đồng
Nai”[8] do viện môi trường và tài nguyên chủ trì thực hiện giai đoạn 19992000.

2. Đề tài nghiên cứu thể nghiệm “Đánh giá tài nguyên nước mặt lưu vực sông
Lá Buông”[3] do viện Quy hoạch thuỷ lợi Nam bộ thực hiện từ tháng 3 năm
2006. Đề tài đã nghiên cứu một số vấn đề chính như sau:
• Sử dụng các cơng cụ nghiên cứu cần thiết (mơ hình tốn như mơ hình
mưa dịng chảy NAM, mơ hình tốn cân bằng nước MIKE BASIN, mơ
hình chất lượng nước MIKE BASIN – WQ, mơ hình thuỷ lực MIKE 11,
mơ hình lũ MIKE FLOOD) mơ phỏng, phân tích, đánh giá tài nguyên
nước mặt trên lưu vực;
• Dự báo nhu cầu sử dụng nước lưu vực theo các phương án phát triển;
• Xây dựng các giải pháp và phương án khai thác nguồn nước lưu vực;
• Xây dựng và đề xuất các giải pháp bảo vệ tài nguyên nước lưu vực.
3. Đề tài cấp Nhà nước KC.08.04 “Nghiên cứu xây dựng mơ hình quản lý tổng
hợp tài ngun và môi trường lưu vực sông Đà”[9] do Viện Khoa học Thủy lợi
chủ trì và TS. Nguyễn Quang Trung làm chủ nhiệm đề tài, thực hiện từ
10/2001 đến tháng 9/2004. Đề tài này đã xây dựng được bộ hồ sơ lưu vực
sông Đà, xây dựng phương pháp luận và đề xuất 2 mơ hình quản lý tổng hợp
lưu vực sơng Đà: Mở rộng mơ hình quản lý quy hoạch lưu vực sơng Hồng
(mơ hình pháp lý) và Mơ hình quản lý tổng hợp tài nguyên và môi trường lưu
vực sông Đà.

Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”


5
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường

4. Đề tài cấp Nhà nước KC.08.05 “Nghiên cứu xây dựng cơ sở khoa học và đề
xuất các giải pháp bảo vệ và sử dụng hợp lý tài nguyên nước vùng Tây
Nguyên”[2] do Trường Đại học Mỏ - Địa chất chủ trì và PGS.TS. Đồn Văn

Cánh làm chủ nhiệm đề tài, thực hiện từ 10/2001 đến tháng 9/2004. Những
kết quả chính của đề tài là đánh giá tiềm năng nước ở Tây Nguyên và đề xuất
các giải pháp khai thác hợp lý các nguồn nước để chống hạn như giải pháp
xây dựng các hồ chứa, giải pháp tăng cường trữ lượng tĩnh (bể chứa nước
ngầm nhân tạo).
5. Đề tài cấp nhà nước KC.08.18/06-10 “Quản lý tổng hợp lưu vực và sử dụng
hợp lý tài nguyên nước hệ thống sông Đồng Nai”[4] do PGS.TS. Đỗ Tiến
Lanh - Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam chủ trì triển khai thực hiện (2007 2010). Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng được cơ chế phù hợp nhằm chia
sẻ nguồn nước, giải quyết xung đột về sử dụng nguồn nước, vận hành hệ
thống hồ chứa tại lưu vực và đề xuất được các giải pháp khả thi nhằm sử dụng
hợp lý và kiểm sốt ơ nhiễm tài ngun nước lưu vực sơng Đồng Nai.
2.3 Thảo luận về mơ hình tốn trong nghiên cứu tài ngun nước
Các mơ hình tốn thuỷ văn ngày càng tỏ ra có nhiều ứng dụng hiệu quả trong các
lĩnh vực sản xuất và đời sống cùng với sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ
máy tính và phương pháp tính, các mơ hình ngày càng được hồn thiện hơn và nâng
cao độ chính xác, giải quyết hiệu quả các bài tốn tính tốn, dự báo, quy hoạch và
quản lý tài nguyên nước. Có thể phân làm hai lĩnh vực ứng dụng chính đó là ứng
dụng trong dự báo tính tốn thuỷ văn và trong tính tốn thuỷ lợi.
Mơ hình tốn được ứng dụng để giải quyết có hiệu quả các bài tốn của thực tế. Có
mấy nội dung chính như sau:
2.3.1 Về quy hoạch hệ thống nguồn nước
Các mơ hình cho phép mơ phỏng hệ thống lưu vực với các phương án khác nhau, và
từ đó rút ra các kết luận về số các cơng trình cần xây dựng, vị trí cơng trình cũng
như quy mơ kích thước của nó trong hệ thống. Hiệu quả mơ hình được cân nhắc

Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”


6

Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường

trên tác động tổng hợp của các nhân tố trên lưu vực. Mơ hình tốn cho phép xét đến
tác động tổng hợp này, đồng thời nó cung cấp đầu vào cho các bài toán quy hoạch
đáng tin cậy.
2.3.2 Về điều hành hệ thống
Các cơng trình hoạt động trên lưu vực có liên hệ với nhau, vì vậy điều hành hệ
thống nguồn nước là một bài toán tổng hợp phức tạp. Mơ hình tốn cho phép xem
xét đến các giải pháp cụ thể bằng cách phân tích chi tiết các khả năng nước đến, yêu
cầu nước dùng, lợi ích kinh tế xã hội và khả năng đảm bảo của cơng trình. Mơ hình
tốn cũng đảm bảo dự báo khả năng nước đến, một đầu vào đặc biệt quan trọng để
có thể điều chỉnh biểu đồ điều phối, nâng cao hiệu quả hoạt động của cơng trình.
Mơ hình tốn tất định cũng như ngẫu nhiên làm tăng độ chính xác dự báo phục vụ
vận hành các cơng trình thuỷ lợi. Nếu thực hiện việc nối mạng, thu thập và truy cập
thông tin nhanh chóng thì hiệu quả điều hành hệ thống càng được nâng cao.
2.3.3 Về quản lý lưu vực
Mơ hình tốn cho phép tính tốn các nguồn nước của các lưu vực trong các điều
kiện khai thác khác nhau, cũng như khi tác động của con người lên cảnh quan của
lưu vực. Về mặt này mơ hình tốn có thể thay thế cho mơ hình vật lý, thay thế cho
các bãi dòng chảy thực nghiệm tốn kém, làm sáng tỏ vai trò của các nhân tố địa vật
lý đến dòng chảy cũng như ảnh hưởng của dòng chảy đến các đặc trưng của lưu
vực. Từ các điều kiện khai thác của lưu vực, mơ hình tốn giúp cho việc dự báo tính
tốn các q trình xói trên lưu vực, khả năng bồi lấp hồ chứa. Từ đó xây dựng các
phương án phịng chống có hiệu quả, bảo vệ lưu vực và tăng tuổi thọ cơng trình.
Trên cơ sở phân tính bằng mơ hình tốn, đề xuất các biện pháp xây dựng cơng trình
đảm bảo khai thác lưu vực hợp lý và bền vững.
Một lưu vực không chỉ nằm trong một nước mà thường bao gồm nhiều quốc gia.
Việc khai thác sử dụng của một nước phụ thuộc rất nhiều vào chủ quan của con
người và các hoạt động của các quốc gia trên cùng lưu vực. mơ hình tốn giúp ta
tìm được lời giải tổng hợp cho việc lợi dụng nguồn nước chung, cũng như ảnh

Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”


7
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường

hưởng của từng hoạt động của từng quốc gia đến lưu vực. Từ đó có sự hợp tác liên
quốc gia lâu dài, có giải pháp phối hợp chung để khai thác lưu vực có lợi nhất,
khơng làm ảnh hưởng lẫn nhau.
Các mơ hình tốn cịn là một cơng cụ rất thuận tiện để nghiên cứu thuỷ văn, nhất là
đánh giá các nhân tố ảnh hưởng đến dịng chảy khơng thua kém gì các mơ hình vật
lý. Các lời giải từ mơ hình có thể định hướng cho những cơng trình nghiên cứu có
giá trị thực tế[7].
Tuy nhiên, như đã trình bày ở trên, mơ hình tốn khơng phải lúc nào hay mơ hình
nào cũng thích hợp cho bất cứ vùng nào. Hay nói đúng hơn khơng có mơ hình nào
mang tính chất tồn cầu. Như vậy, việc nghiên cứu thuỷ văn ứng dụng đầy đủ về
lưu vực Thác Mơ để phát huy hiệu quả việc xây dựng cơng trình, tận dụng tối đa
nguồn nước là việc làm cấp bách hiện nay.
2.4 Đánh giá nhận xét
Nhìn chung, những cơng trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã đạt được nhiều
kết quả to lớn cả về cơ sở khoa học và ứng dụng thực tiễn. Phương pháp mơ hình
tốn được xem như là một công cụ quan trọng trong các nghiên cứu, đánh giá, quản
lý, phân bố và phát triển nguồn nước. Tuy nhiên, ở Việt Nam việc ứng dụng mơ
hình tốn trong nghiên cứu thuỷ văn còn nhiều hạn chế do thiếu về kinh phí, tài liệu
đầu vào cho mơ hình thường không liên tục, đủ dài và đồng nhất… Do vậy, việc
ứng dụng mơ hình tốn thuỷ văn đối với điều kiện thực tế của Việt Nam cần được
mở rộng nghiên cứu ở các vùng địa lý khác nhau, để cung cấp công cụ trợ giúp cho
các nhà quản lý, người làm công tác quy hoạch, xây dựng phương án, kế hoạch

quản lý và sử dụng tài nguyên dễ dàng và hiệu quả hơn.
3. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
3.1 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng mơ hình thuỷ văn thích hợp cho lưu vực Thác Mơ, nơi mà tài
nguyên nước đang được khai thác mạnh mẽ theo không gian cho các lĩnh vực khác

Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”


8
Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường

nhau từ đó mơ phỏng dịng chảy và đánh giá tiềm năng nguồn nước phục vụ cho
phát triển bền vững kinh tế xã hội vùng hưởng lợi.
3.2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
-

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong lưu vực Thác Mơ có toạ độ 11035’ –
12017’ vỹ độ Bắc và 107000’ – 107030’ kinh độ Đông, diện tích tự nhiên
2,215 km2 (hình 1).

Hình 1 Phạm vi không gian vùng nghiên cứu
-

Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu cấu trúc, đặc điểm, chế độ thuỷ văn, tài
nguyên nước lưu vực Thác Mơ. Tiến hành nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn
thích hợp cho lưu vực Thác Mơ.

3.3 Nội dung nghiên cứu

-

Nghiên cứu tổng quan về điều kiện tự nhiên và KT – XH vùng nghiên cứu;

-

Tổng hợp, phân tích tài liệu liên quan như: địa hình, địa chất, thảm thực vật,
và đặc biệt là khí tượng thuỷ văn lưu vực (mưa, bốc hơi, dòng chảy…);

Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM và FRASC để đánh giá tài nguyên nước
lưu vực Thác Mơ”