Mô phỏng lũ bằng mô hình sóng động học (KW1D) trên lưu vực Sông Bến Hải – Trạm Gia Vòng

ư sau: 0 q t A x Q     (31) ASRQ 2/13/2 1   (32) Trong đó: Q là lưu lượng trên bãi dòng chảy trên mặt hoặc trong kênh; q là dòng chảy bổ sung ngang trên một đơn vị chiều dài của bãi dòng chảy (mưa vượt thấm đối với bãi dòng chảy trên mặt và đầu ra của dòng chảy trên mặt đối với kênh dẫn); A là diện tích dòng chảy trong bãi dòng chảy trên mặt hoặc trong kênh; x là khoảng cách theo hướng dòng chảy; t là thời gian; S là độ dốc đáy của bãi dòng chảy; R là bán kính thuỷ lực;  là hệ số nhám Manning 9. Việc khảo sát phương trình (32) đã được tiến hành trong nhiều công trình nghiên cứu và rút ra kết luận là thích hợp nhất đối với dòng chảy sườn dốc, với lòng dẫn có độ dốc tương đối lớn. Một trong các cách tiếp cận mô phỏng dòng chảy sườn dốc bằng mô hình sóng động học một chiều có nhiều triển vọng nhất là mô hình với phương pháp phần tử hữu hạn. 2.3.1. Giả thiết Để xấp xỉ lưu vực sông bằng các phần tử hữu hạn, lòng dẫn được chia thành các phần tử lòng dẫn và sườn dốc được chia thành các dải tương ứng với mỗi phần tử lòng dẫn sao cho: trong mỗi dải dòng chảy xảy ra độc lập với dải khác và có hướng vuông góc với hướng dòng chảy lòng dẫn trong phần tử lòng dẫn. Việc chia dải cho phép áp dụng mô hình dòng chảy một chiều cho từng dải sườn dốc. Trong mỗi dải lại chia ra thành các phần tử sườn dốc sao cho độ dốc sườn dốc trong mỗi phần tử tương đối đồng nhất. Mô hình sóng động học và phương pháp phần tử hữu hạn đánh giá tác động của việc sử dụng đất trên lưu vực đến dòng chảy và được xây dựng dựa trên hai phương pháp: phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp SCS.[10] 20 2.3.2. Phương pháp phần tử hữu hạn Dựa trên mô hình thuỷ động lực học của Ross B.B và nnk, Đại học Quốc gia Blacksburg, Mỹ dùng để dự báo ảnh hưởng của việc sử dụng đất đến quá trình lũ với mưa vượt thấm là đầu vào của mô hình. Phương pháp phần tử hữu hạn số kết hợp với phương pháp giảm dư của Galerkin được sử dụng để giải hệ phương trình sóng động học của dòng chảy một chiều. Việc áp dụng lý thuyết phần tử hữu hạn để tính toán dòng chảy được Zienkiewicz và Cheung (1965) khởi xướng. Các tác giả này đã sử dụng phương pháp này để phân tích vấn đề dòng chảy thấm. Nhiều nhà nghiên cứu khác cũng đã áp dụng áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết các vấn đề của dòng chảy Oden và Somogyi (1969), Tong (1971). Judah (1973) đã tiến hành việc phân tích dòng chảy mặt bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Tác giả đã sử dụng phương pháp giảm dư của Galerkin trong việc xây dựng mô hình diễn toán lũ và đã thu được kết quả thoả mãn khi mô hình được áp dụng cho lưu vực sông tự nhiên. Tác giả cho rằng mô hình phần tử hữu hạn dạng này gặp ít khó khăn khi lưu vực có hình học phức tạp, sử dụng đất đa dạng và phân bố mưa thay đổi. Phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp với phương pháp Galerkin còn được Al-Mashidani và Taylor (1974) áp dụng để giải hệ phương trình dòng chảy mặt ở dạng vô hướng. So với các phương pháp số khác, phương pháp phần tử hữu hạn được coi là ổn định hơn, hội tụ nhanh hơn và đòi hỏi ít thời gian chạy hơn. Cooley và Moin (1976) cũng áp dụng phương pháp Galerkin khi giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho dòng chảy trong kênh hở và thu được kết quả tốt. Ảnh hưởng của các kỹ thuật tổng hợp thời gian khác nhau cũng được đánh giá. Phương pháp phần tử hữu hạn đặc biệt được ứng dụng vào việc đánh giá ảnh hưởng của những thay đổi trong sử dụng đất đến dòng chảy lũ vì lưu vực có thể được chia thành một số hữu hạn các lưu vực con hay các phần tử. Những đặc tính thuỷ văn của một hoặc tất cả các phần tử có thể được thay đổi để tính toán các tác động đến phản ứng thủy văn của toàn bộ hệ thống lưu vực.[10] 2.3.3. Xây dựng mô hình Desai và Abel (1972) đã kể ra những bước cơ bản trong phương pháp phần tử hữu hạn như sau: 1. Rời rạc hoá khối liên tục. 21 2. Lựa chọn các mô hình biến số của trường. 3. Tìm các phương trình phần tử hữu hạn. 4. Tập hợp các phương trình đại số cho toàn bộ khối liên tục đã được rời rạc hoá. 5. Giải cho vector của các biến của trường tại nút. 6. Tính toán kết quả của từng phần tử từ biên độ của các biến của trường tại nút. 2.3.4. Chương trình diễn toán lũ Trong chương trình đưa vào các đặc trưng thuỷ văn như độ dốc, hệ số Manning, mưa vượt thấm trong từng phần tử. Các công trình chậm lũ hoặc hồ chứa cũng có thể được mô hình hoá. Đầu vào của quá trình diễn toán lũ là lượng mưa vượt thấm được tính theo phương pháp SCS. Hệ số Manning của từng phần tử cũng được xác định theo cách lấy trung bình có trọng số. Độ dốc của từng phần tử có thể xác định theo bản đồ địa hình của khu vực. Độ dốc của các lòng dẫn có thể tìm được theo cách tương tự. 2.3.5. Kiểm tra mô hình Số liệu đo đạc dòng chảy từ các bãi dòng chảy sườn dốc của Crawford và Linsley (1966), đã được sử dụng để kiểm tra tính đúng đắn của chương trình diễn toán lũ đối với dòng chảy sườn dốc. Phương pháp xấp xỉ bằng phần tử hữu hạn cho kết quả có thể thoả mãn mặc dù việc lấy hệ số Manning biến đổi theo độ sâu có thể còn cho kết quả tốt hơn nữa. Mô hình này còn có thể áp dụng cho cả lưu vực lớn trong tự nhiên. Các phép kiểm tra sự hội tụ, tính ổn định và ảnh hưởng của của việc phân bố các lưới ô khác nhau đến dòng chảy lũ cũng được xét đến. 2.3.6. Nhận xét về mô hình Khi chia lưu vực ra thành các phần tử chi tiết thì có thể tính toán mô phỏng dòng chảy sinh ra từ mưa ứng với từng phần tử của lưu vực, thông qua việc áp dụng mô hình sóng động học một chiều phương pháp phần tử hữu hạn. Mưa hiệu quả trên lưu vực được tính thông qua phương pháp SCS, phương pháp này có tính đến cả tổn thất ban đầu, cường độ thấm liên tục và độ ẩm trước lũ nên việc tính mưa hiệu quả theo phương pháp này là khá chính xác. Việc kết hợp mô hình sóng động học phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp SCS thu được kết quả mô phỏng lũ tương đối chính xác. Kết hợp với công nghệ GIS phát triển thì việc chia lưu vực thành các phần tử và việc xác định thông số lưu vực có nhiều thuận lợi. Tuy nhiên các bản đồ chuyên ngành chưa sử 22 dụng những tiêu chí theo phương pháp SCS do vậy việc xác định các thông số từ những phần tử còn gặp một số vướng mắc 15. 2.4. PHƯƠNG PHÁP SCS VÀ PHÁT TRIỂN 2.4.1.Phương pháp SCS Cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ (1972) đã phát triển một phương pháp để tính tổn thất dòng chảy từ mưa rào (gọi là phương pháp SCS) 11, 17. Ta đã thấy, trong một trận mưa rào, độ sâu mưa hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy trực tiếp Pe không bao giờ vượt quá độ sâu mưa P. Tương tự như vậy, sau khi quá trình dòng chảy bắt đầu, độ sâu nước bị cầm giữ có thực trong lưu vực, Fa bao giờ cũng nhỏ hơn hoặc bằng một độ sâu nước cầm giữ tiềm năng tối đa nào đó, S (hình 6). Ta còn có một lượng mưa Ia bị tổn thất hết nên không sinh dòng chảy, đó là lượng tổn thất ban đầu trước thời điểm sinh nước đọng trên bề mặt lưu vực. Do đó, ta có lượng dòng chảy tiềm năng là P - Ia. Trong phương pháp SCS, người ta giả thiết rằng tỉ số giữa hai đại lượng có thực Pe và Fa bằng với tỉ số giữa hai đại lượng tiềm năng P - Ia và S. Vậy ta có: a ea IP P S F   (33) Từ nguyên lý liên tục, ta có: aae FIPP  (34) Kết hợp (33) và (34) để giải Pe:   SIP IP P a a e    2 (35) 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 rào Ia là độ sâu tổn thất ban đầu, Pe là độ sâu mưa hiệu dụng, Fa là độ sâu thấm liên tục, P là tổng độ sâu mưa. Qua nghiên cứu các kết quả thực nghiệm trên nhiều lưu vực nhỏ, người ta đã xây dựng được quan hệ kinh nghiệm 11] Ia = 0.2S (36) Trên cơ sở này, ta có:   SP SP Pe 8.0 2.0 2    (37) 23 Lập đồ thị quan hệ giữa P và Pe bằng các số liệu của nhiều lưu vực, người ta đã tìm ra được họ các đường cong. Để tiêu chuẩn hoá các đường cong này, người ta sử dụng số liệu của đường cong, CN làm thông số. Đó là một số không thứ nguyên, lấy giá trị trong khoảng 100CN0  16. Đối với các mặt không thấm hoặc mặt nước, CN = 100; đối với các mặt tự nhiên, CN < 100. Số hiệu của đường cong và S liên hệ với nhau qua phương trình: 10 1000  CN S (inche) hay        10 1000 4.25 CN S (mm) (38) Hình 6: Các biến số có tổn thất dòng chảy trong phương pháp SCS 2.4.2.Phát triển phương pháp SCS Phương pháp SCS đã được sử dụng rộng rãi để đánh giá tổng lượng dòng chảy và lưu lượng lớn nhất ở những khu vực không đo đạc được như khu vực thành thị hoặc nông thôn. Cho dù sự phát triển khởi đầu với ý định chủ yếu là bảo vệ thổ nhưỡng, nhưng phương pháp SCS đã tiến xa hơn so với mục tiêu ban đầu của nó, được chấp nhận ở những lưu vực có rừng và trở thành một phần không thể thiếu trong các mô hình tổng hợp như mô hình SWRRB (Williams, 1985) và mô hình PERFECT (Littleboy, 1992). Mặc dù hiện nay việc áp dụng phương pháp SCS cho đánh giá dòng chảy đã khác so với những năm 1960, nhưng tính phổ biến của nó vẫn được duy trì qua nhiều năm bởi vì nó dễ áp dụng, ta có thể lựa chọn các giá trị thông số theo những đặc trưng tự nhiên của lưu vực. Hiện nay, phương pháp SCS có những hướng phát triển: 1. Chứng minh tính lý luận của phương pháp SCS (Trong nghiên cứu của Bofu Yu: Đối với lưu vực không thấm với khả năng thấm bằng không, dòng chảy mưa rào cân bằng với lượng mưa hiệu quả. Khi cường độ mưa tăng dần, dòng chảy mưa rào cũng tăng với khả năng thấm bình quân nhất định). 24 2. Hiệu chỉnh công thức tính thấm Ia = 0.2S (Trong nghiên cứu của Lashman Nandagiri với công thức Ia = 0.3S cho lưu vực Karso ở Ấn Độ). 3. Lập lại bảng CN (Trong công trình của Lê Văn Ước: tiến hành phân loại đất đá ở Lai Châu và thiết lập lại bảng CN ứng với từng loại đất). 25 Chương 3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SÓNG ĐỘNG HỌC MỘT CHIỀU (KW1D) MÔ PHỎNG LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG BẾN HẢI – TRẠM GIA VÒNG 3.1.TÌNH HÌNH SỐ LIỆU Tài liệu mưa: Tài liệu thu thập là mưa ngày và mưa giờ với thời đoạn là 6 giờ trên lưu vực sông Bến Hải - trạm Gia Vòng. Gồm có 4 trận mưa gây lũ tiêu biểu của các năm 2005, 2007 và 2010 để xây dựng bộ thông số mô hình sóng động học một chiều. Hai trận lũ độc lập được sử dụng để kiểm tra bộ thông số sau khi đã xây dựng được là các trận mưa gây lũ trong năm 2007 và 2009. Thời gian của các trận lũ như sau: Bảng 5. Thời gian của các trận mưa gây lũ STT Thời gian Ghi chú 1 19h/17/IX – 19h/19/IX/2005 Xây dựng bộ thông số 2 13h/07/X/2005 - 07h/X/10/2005 - 3 01h/11/XI/2007 - 01h/14/XI/2007 - 4 07h/10/X/2007 - 13h/12/X/2007 - 5 01h/29/IX/2009 - 19h/01/X/2009 Kiểm định bộ thông số 6 13h/02/X/2010 - 01h/05/X/2010 - Thời gian của các trận lũ đơn trung bình khoảng 2 đến 4 ngày đo tại trạm đo mưa Gia Vòng. Tài liệu này do Trung tâm Tư liệu KTTV, Bộ Tài nguyên và Môi trường cung cấp. Số liệu dòng chảy: là giá trị dòng chảy tại cửa ra (trạm Gia Vòng) theo ngày và giờ tương ứng với thời gian từng trận mưa gây lũ được cung cấp bởi Trung tâm Tư liệu KTTV. Số liệu mặt đệm: Bao gồm bản đồ địa hình, bản đồ rừng, bản đồ sử dụng đất, bản đồ độ dốc và bản đồ mạng lưới thuỷ văn. - Bản đồ địa hình: Là bản đồ các đường đồng mức tỷ lệ 1:100.000, được sử dụng để xét độ dốc và hướng dòng chảy phục vụ việc phân chia các đoạn sông, dải và phần tử. Ngoài ra bản đồ địa hình còn được dùng trong việc tính độ dốc các phần tử, các lòng dẫn. 26 - Bản đồ rừng tỷ lệ 1:100.000 mô tả hiện trạng các loại cây trồng và rừng tự nhiên trên lưu vực, được sử dụng để tính thông số CN của mô hình, hệ số nhám của phần tử. - Bản đồ hiện trạng sử dụng đất sử dụng đất: Trong bản đồ này mô tả tình hình sử dụng đất tại từng khu vực trên lưu vực, được sử dụng để lấy hệ số CN theo phương pháp SCS, hệ số nhám phần tử. - Bản đồ mạng lưới thuỷ văn dùng để phân chia lưu vực thành các đoạn sông, dải và phần tử. Bản đồ còn được dùng để tính chiều dài lòng dẫn, độ dốc lòng dẫn của dải, diện tích phần tử, chiều dài, chiều rộng của phần tử. - Bản đồ độ dốc để phân chia phần tử và tính độ dốc trung bình phần tử, tính độ dốc lòng dẫn của dải. Các loại bản đồ trên đều đã được số hoá và có thể truy xuất dễ dàng qua các phần mềm GIS thông dụng. Trong khoá luận này sử dụng phần mềm MAPINFO 3.2. XÂY DỰNG BỘ THÔNG SỐ MÔ HÌNH SÓNG ĐỘNG HỌC MỘT CHIỀU TRÊN LƯU VỰC SÔNG BẾN HẢI – TRẠM GIA VÒNG - Tài liệu mưa: Mưa ban đầu được cung cấp là giá trị mưa theo từng ngày và mưa thời đoạn 6 giờ của trạm Gia Vòng. Và theo yêu cầu số liệu đầu vào là mưa tích luỹ theo giờ, nên từ số liệu mưa đo được ta có số liệu mưa tích luỹ tương ứng của các trận lũ như trong bảng 6. - Tài liệu về dòng chảy: Dòng chảy tại trạm Gia Vòng tương ứng với từng trận lũ được dùng để so sánh với giá trị dòng chảy mô phỏng lũ sau khi chạy mô hình. - Tài liệu mặt đệm: Lưu vực sông Bến Hải được chia thành một lưới tính gồm các đoạn sông, dải lưu vực và các phần tử trên nguyên tắc phân tích tính đồng nhất về độ dốc sườn và hướng dòng chảy qua bản đồ địa hình, bản đồ độ dốc và bản đồ mạng lưới thuỷ văn trên lưu vực [1,2,5]. Phân đoạn sông: (hình 7) Từ bản đồ mạng lưới sông, bản đồ độ dốc và bản đồ địa hình ta phân chia lưu vực sông Bến Hải thành 7 đoạn sông (7 lưu vực nhỏ). Các lưu vực nhỏ được phân chia men theo biên của lưu vực sông Bến Hải, dựa theo các đường đồng mức, các dãy núi sao cho mỗi đoạn sông là một khu chứa nước độc lập, nó thể hiện khả năng tập trung nước từ biên của lưu vực và từ các điểm đầu mối của các lưu vực con khác. Các lưu vực con đảm bảo sao cho dòng chảy không chảy 27 tràn sang các lưu vực khác, chỉ có thể chảy qua lưu vực khác thông qua điểm đầu mối. Các lưu vực con được ký hiệu từ I đến XXII (bảng 7). Bảng 6. Số liệu mưa luỹ tích của các trận mưa gây lũ Trận 1 từ 19h/17/IX – 19h/19/IX/2005 Tgian 0 6 12 18 24 30 36 42 48 X 0 0.0 18.0 106.0 184.0 184.0 184.0 184.0 184.0 18.0 106.0 184.0 184.0 184.0 184.0 184.0 Tgian 54 X 184.0 Trận 2 từ 13h/07/X/2005 - 07h/X/10/2005 Tgian 0 6 12 18 24 30 36 42 48 X 0 12.0 57.0 114.0 158.0 309.0 405.0 57.0 57.0 114.0 158.0 309.0 405.0 409.0 409.0 Tgian 54 60 66 72 78 X 424.0 42 . 424.0 424.0 425.0 Trận 3 từ 01h/11/XI/2007 - 01h/14/XI/2007 Tgian 0 6 12 18 24 30 36 42 48 X 0 2.0 94.0 98.0 125.0 149.0 230.0 253.0 257.0 Tgian 54 60 66 72 78 X 258.0 262.0 274.0 275.0 292.0 275.0 292.0 Trận 4 từ 07h/10/X/2007 - 13h/12/X/2007 Tgian 0 6 12 18 24 30 36 42 48 X 0 50.2 108.2 114.6 117.6 117.6 120.5 121.2 124.7 Tgian 54 60 X 124.9 Trận 5 từ 01h/29/IX/2009 - 19h/01/X/2009 Tgian 0 6 12 18 24 30 36 42 48 X 0 14.0 95.0 136. 0 175. 0 241. 0 370. 0 373. 0 443. 0 443. 0 446. 0 464. 0 464. 0 465. 0 465. 95.0 95.0 136.0 175.0 241.0 370.0 373.0 443.0 443.0 446.0 464.0 464.0 465.0 465.0 136.0 175.0 175.0 175.0 241.0 370.0 373.0 95.0 136.0 175.0 241.0 370.0 373.0 443.0 443.0 446.0 464.0 464.0 465.0 465.0 443.0 95.0 136.0 175.0 241.0 370.0 373.0 443.0 443.0 446.0 464.0 464.0 465.0 465.0 Tgian 54 60 66 72 X 443.0 129.0 446.0 464.0 464.0 Trận 6 từ 13h/02/X/2010 - 01h/05/X/2010 Tgian 0 6 12 18 24 30 36 42 48 X 0 12.0 29.0 70.0 74.0 87.0 134. 0 29.0 70.0 74.0 87.0 134.0 70.0 70.0 74.0 87.0 134.0 74.0 70.0 74.0 87.0 134.0 87.0 70.0 74.0 87.0 134.0 134.0 142.0 248.0 Tgian 54 60 66 X 262.0 263.0 263.0 Phân dải dòng chảy: Sau khi đã phân chia lưu vực thành các đoạn sông ta tiến hành chia đoạn sông thành các dải, sao cho trong mỗi dải dòng chảy xảy ra độc lập với dải khác và có hướng vuông góc với hướng dòng chảy lòng dẫn. Lưu vực sông Thu Bồn được chia thành 17 dải (hình 7). Số thứ tự của các dải ký hiệu 1, 2, 3… tăng dần từ thượng lưu về phía hạ lưu của lưu vực. Sau khi phân dải dòng chảy ta được số dải tương ứng với các đoạn sông như trong bảng 7. Như vậy trên lưu vực phân chia thì đoạn sông I có số dải nhiều nhất là 5, đoạn sông V,VII có 1 dải, đoạn sông II, VI có 2 dải và đoạn sông III,IV có 3 dải sông. 28 Bảng 7. Số lưu vực con và số dải tương ứng Lưu vực Số dải Lưu vực Số dải Lưu vực Số dải I 5 IV 3 VII 1 II 2 V 1 III 3 VI 2 Phân chia các phần tử: Từ các dải của các đoạn sông như bảng trên ta tiến hành chia các dải ra thành các phần tử sườn dốc sao cho độ dốc sườn dốc trong mỗi phần tử tương đối đồng nhất, dòng chảy trong mỗi phần tử chảy độc lập với các phần tử khác. Xác định rõ các sông chính trong các dải sông rồi chia các phần tử này theo hướng với chiều của lòng dẫn của sông chính. Đối với các đoạn sông nhỏ có 1 dải sông thường thì sẽ chia làm 2 phần tử, còn đối với các đoạn sông lớn có nhiều dải sông ta phải chia lần lượt từng dải sông một và dựa trên các giả thiết đã nêu có thể chia thành nhiều phần tử trong 1 dải sông. Theo giả thiết đó thì sau khi chia lưu vực sông Bến Hải ta được một lưới bao gồm 91 phần tử, số phần tử của các đoạn sông được ký hiệu theo thứ tự sau: Các phần tử ở phía trái của lòng dẫn của dải được đặt tên là IL11,…,VIIL11. Tương tự như vậy các phần tử của dải ở phía phải của lòng dẫn của dải được đánh số là : IR11,…,VIIR11, trong đó ký hiệu số La Mã từ I đến VII – là chỉ số của đoạn sông,chữ cái L,R - là chỉ phần tử thuộc phía trái và phía phải của lòng dẫn, số tự nhiên thứ nhất là chỉ thứ tự của dải, số tự nhiên thứ hai là chỉ thứ tự của phần tử trong dải.Tên của các phần tử được thống kê trong bảng 8. Qua đó ta nhận thấy trên lưu vực nghiên cứu thì đoạn sông 1 có số phần tử nhiều nhất ( 33 phần tử) còn các đoạn sông 5,7 có 1 dải chỉ có 4 phần tử.Sau khi phân chia lưu vực thành các phần tử thì tiến hành tách từng phần tử của lưu vực ra được 91 phần tử như trên (hình 8). Để tính toán các thông số trước hết tiến hành áp từng phần tử này vào các bản đồ độ dốc, bản đồ mạng lưới sông suối, bản đồ sử dụng đất và bản đồ rừng, rồi dùng nó để cắt riêng từng loại bản đồ ứng với các phần tử. Sau khi có bản đồ tương ứng với mỗi loại bản đồ , sử dụng phần mềm Mapinfo và Excel để tính các thông số từng loại bản đồ ứng với mỗi phần tử. Như vậy trên lưu vực sông Thu Bồn được chia thành 7 đoạn sông, 17 dải và 91 phần tử. - Xác định thông số: Sau khi phân chia lưu vực thành lưới phần tử, tiến hành tách từng phần tử của lưu vực ra thông qua phần mền Mapinfo. Để tính toán được các thông số của mô hình sóng động học một chiều ta tiến hành tách các bản đồ độ dốc, bản đồ mạng lưới sông suối, bản đồ sử dụng đất tương ứng với mỗi phần tử. 29 Sau khi có bản đồ tương ứng với mỗi phần tử của các loại bản đồ, sử dụng phần mềm Mapinfo và Excel để tính các thông số cho mô hình sóng động học [1-3,5] Hình 7. Sơ đồ phân dải sông trên lưu vực sông Bến Hải – trạm Gia Vòng + Nhóm các thông số đo đạc: Diện tích phần tử, chiều dài phần tử, chiều rộng phần tử, độ dốc trung bình phần tử, hệ số CN, hệ số nhám bề mặt (n), chiều dài lòng dẫn, độ dốc đoạn lòng dẫn của dải. + Nhóm các thông số tối ưu: thời gian tính, độ rộng lòng dẫn, hệ số nhám lòng dẫn, độ dốc mái kênh Tính độ dốc trung bình của phần tử: Từ các phần tử riêng rẽ đã được cắt trên bản đồ độ dốc tiến hành tính độ dốc trung bình của phần tử theo phương pháp trung bình trọng số bằng cách đo diện tích của từng loại độ dốc mà có trong phần tử đó rồi dùng công thức trung bình trọng số áp dụng cho tất cả các phần tử. Công đoạn tính toán này xử lý bởi MAPINFO và EXCEL ta thu được số liệu độ dốc trung bình của từng phần tử,thể hiện trong bảng 5 [1] 30 Hình 8: Sơ đồ lưới các phần tử sông trên lưu vực sông Bến Hải – trạm Gia Vòng Chiều dài, chiều rộng và diện tích của phần tử đo theo hướng dòng chảy và chiều rộng trung bình là tỷ số giữa diện tích từng phần tử và chiều dài.Công đoạn tính toán này xử lý bởi MAPINFO và EXCEL thể hiện trong bảng 5 [5] Tìm hệ số CN của từng phần tử : Từ bản đồ sử dụng đất sau khi đã cắt riêng từng phần tử,tiến hành đo diện tích của từng màu ứng với mỗi loại sử dụng đất trong phần tử,kết hợp với bảng phân loại đất rồi tra bảng CN [16] để lấy và tính CN trung bình của từng phần tử theo công thức trung bình trọng số như bảng 5 [3] Hệ số nhám Manning : n của từng phần tử được xác định dựa trên bản đồ rừng sau khi đã cắt riêng từng phần tử,tiến hành xác định diện tích của từng loại lớp phủ trong phần tử rồi tra giá trị n [3] và tính n trung bình của từng phần tử theo công thức trung bình có trọng số như bảng 5. [4] Chiều dài lòng dẫn,độ dốc lòng dẫn: của dải được xác định dựa trên bản đồ mạng lưới sông suối và bản đồ địa hình,thể hiện trong bảng 6 [1,5] Độ rộng lòng dẫn ,dộ dốc mái kênh và hệ số nhám lòng dẫn: của dải là những thông số mô hình và được tối ưu trong quá trình mô phỏng cho từng dải trong lưu vực nhỏ,thể hiện ở bảng 6. 31 Bảng 8. Các phần tử của lưu vực sông Bến Hải – trạm Gia Vòng STT Sông I Sông II Sông III Sông IV Sông V Sông VI Sông VII 1 IL11 IIL11 IIIL11 IVL11 VL11 VIL11 VIIL11 2 IL12 IIL12 IIIL12 IVL12 VR11 VIL12 VIIL12 3 IL13 IIL13 IIIR11 IVL13 VR12 VIL13 VIIL13 4 IL14 IIR11 IIIR12 IVL14 VIR11 VIIR11 5 IL15 IIR12 IIIL21 IVR11 VIR12 6 IR11 IIR13 IIIL22 IVR12 VIR13 7 IR12 IIL21 IIIL23 IVR13 VIL21 8 IL21 IIL22 IIIL24 IVR14 VIR21 9 IL22 IIL23 IIIR21 IVL21 10 IL23 IIL24 IIIR22 IVL22 11 IL24 IIR21 IIIL31 IVL23 12 IR21 IIIL32 IVR21 13 IR22 IIIR31 IVR22 14 IR23 IIIR32 IVR23 15 IL31 IIIR33 IVL31 16 IL32 IIIR34 IVR31 17 IL33 18 IL34 19 IR31 20 IR32 21 IR33 22 IL41 23 IL42 24 IL43 25 IL44 26 IL45 27 IR41 28 IR42 29 IL51 30 IL52 31 IL53 32 IL54 33 IR51 32 Bảng 9 . Các đặc trưng của các phần tử Phần tử Diện tích Chiều dài Chiều rộng Độ dốc phần tử CN n Đoạn sông I (rad) IL11 1.579 2.289 0.690 0.523 76.84 0.100 IL12 2.156 2.896 0.744 0.502 75.09 0.100 IL13 2.748 3.56 0.772 0.406 77.53 0.086 IL14 4.17 4.315 0.966 0.358 77.75 0.074 IL15 5.151 5.095 1.011 0.349 85.30 0.080 IR11 3.31 4.768 0.694 0.349 70.32 0.053 IR12 4.084 5.029 0.812 0.349 85.40 0.076 IL21 5.17 4.309 1.200 0.523 73.34 0.100 IL22 4.789 4.435 1.080 0.521 77.00 0.100 IL23 4.398 4.471 0.984 0.479 82.62 0.092 IL24 3.987 4.543 0.878 0.400 86.00 0.063 IR21 3.193 4.023 0.794 0.349 76.70 0.057 IR22 4.43 4.803 0.922 0.349 78.64 0.050 IR23 3.33 4.687 0.710 0.349 82.34 0.050 IL31 3.876 3.809 1.018 0.458 78.39 0.100 IL32 4.17 4.013 1.039 0.371 79.58 0.100 IL33 4.282 4.364 0.981 0.349 80.59 0.088 IL34 5.019 4.804 1.045 0.349 85.48 0.067 IR31 6.719 8.572 0.784 0.349 79.31 0.073 IR32 6.682 8.769 0.762 0.349 79.46 0.069 IR33 4.275 5.131 0.833 0.349 84.23 0.050 IL41 2.82 3.26 0.865 0.485 84.65 0.081 IL42 2.123 3.323 0.639 0.353 79.52 0.078 IL43 2.123 3.333 0.637 0.349 78.27 0.078 IL44 2.137 3.283 0.651 0.349 83.99 0.082 IL45 2.239 3.216 0.696 0.349 84.58 0.07 IR41 2.484 3.277 0.758 0.349 77.00 0.075 IR42 2.175 3.115 0.698 0.349 77.93 0.100 IL51 2.965 2.765 1.072 0.523 83.20 0.100 IL52 2.217 2.746 0.807 0.409 82.25 0.100 IL53 2.05 2.949 0.695 0.349 83.55 0.100 IL54 2.324 3.031 0.767 0.349 78.87 0.100 IR51 2.692 2.971 0.906 0.349 77.50 0.100 33 Phần tử Diện tích Chiều dài Chiều rộng Độ dốc phần tử CN n Đoạn sông II IIL11 5.758 4.817 1.195 0.349 80.90 0.100 IIL12 5.127 4.484 1.143 0.349 86.00 0.100 IIL13 6.039 6.407 0.943 0.349 86.00 0.100 IIR11 4.689 4.915 0.954 0.349 86.00 0.100 IIR12 5.311 6.034 0.880 0.349 86.00 0.100 IIR13 6.229 6.439 0.967 0.349 86.00 0.100 IIL21 4.086 4.689 0.871 0.349 80.34 0.100 IIL22 4.95 4.552 1.087 0.349 83.35 0.100 IIL23 4.886 4.722 1.035 0.349 86.00 0.100 IIL24 5.423 4.83 1.123 0.349 84.98 0.100 IIR21 4.558 4.194 1.087 0.349 85.56 0.100 Đoạn sông III IIIL11 4.12 5.827 0.707 0.349 86.00 0.100 IIIL12 3.524 5.135 0.686 0.349 86.00 0.100 IIIR11 2.405 3.598 0.668 0.349 86.00 0.100 IIIR12 3.056 4.316 0.708 0.349 86.00 0.100 IIIL21 1.728 3.003 0.575 0.349 86.00 0.100 IIIL22 2.491 3.193 0.780 0.349 86.00 0.100 IIIL23 2.598 3.418 0.760 0.349 86.00 0.100 IIIL24 2.297 3.515 0.653 0.349 86.00 0.100 IIIR21 3.616 3.856 0.938 0.349 86.00 0.100 IIIR22 2.644 3.614 0.732 0.349 86.00 0.100 IIIL31 3.193 2.784 1.147 0.349 86.00 0.100 IIIL32 3.156 2.873 1.099 0.349 75.00 0.092 IIIR31 1.427 2.143 0.666 0.349 82.16 0.064 IIIR32 1.038 1.683 0.617 0.349 78.46 0.089 IIIR33 2.051 2.14 0.958 0.349 79.21 0.100 IIIR34 3.316 3.906 0.849 0.349 85.10 0.092 Đoạn sông IV IVL11 3.798 3.079 1.234 0.523 78.00 0.040 IVL12 2.238 3.092 0.724 0.523 82.35 0.100 IVL13 3.173 2.966 1.070 0.349 96.63 0.100 IVL14 2.271 2.868 0.792 0.349 86.00 0.100 IVR11 2.357 3.376 0.698 0.349 86.00 0.100 34 Phần tử Diện tích Chiều dài Chiều rộng Độ dốc phần tử CN n IVR12 2.863 3.04 0.942 0.349 86.00 0.100 IVR13 2.149 2.814 0.764 0.349 86.00 0.100 IVR14 2.17 2.662 0.815 0.349 86.00 0.100 IVL21 2.842 2.381 1.194 0.350 101.24 0.100 IVL22 2.667 2.601 1.025 0.290 85.50 0.100 IVL23 2.315 2.837 0.816 0.236 86.00 0.100 IVR21 2.022 3.558 0.568 0.319 86.00 0.100 IVR22 3.008 3.305 0.910 0.300 86.00 0.100 IVR23 2.674 3.097 0.863 0.266 86.00 0.100 IVL31 1.108 1.849 0.599 0.096 86.00 0.100 IVR31 1.223 2.139 0.572 0.096 86.00 0.100 Đoạn sông V VL11 1.466 2.351 0.624 0.349 78.00 0.064 VR11 1.499 2.302 0.651 0.349 81.03 0.041 VR12 1.705 2.388 0.714 0.349 80.49 0.040 Đoạn sông VI VIL11 1.878 2.243 0.837 0.242 86.00 0.100 VIL12 1.91 2.358 0.810 0.254 86.00 0.100 VIL13 1.786 2.281 0.783 0.192 85.10 0.100 VIR11 2.362 2.373 0.995 0.128 80.82 0.040 VIR12 3.037 2.886 1.052 0.192 79.76 0.045 VIR13 2.084 2.45 0.851 0.183 81.23 0.087 VIL21 2.173 2.179 0.997 0.096 86.00 0.100 VIR21 3.422 2.739 1.249 0.096 85.18 0.091 Đoạn sông VII VIIL11 2.083 2.258 0.922 0.096 86.00 0.100 VIIL12 1.466 1.988 0.737 0.096 84.05 0.100 VIIL13 1.318 1.803 0.731 0.096 80.46 0.100 VIIR11 1.183 1.708 0.693 0.096 82.59 0.077 35 Bảng 10. Các đặc trưng chiều dài lòng dẫn,độ dốc lòng dẫn của dải Dải Chiều dài Độ dốc Chiều rộng 1 5.700 0.0877 80 Đoạn sông I 2 5.108 0.0783 85 3 7.568 0.0264 90 4 4.405 0.0454 95 5 5.589 0.0179 100 Đoạn sông II 1 6.506 0.0154 70 2 4.317 0.0232 90 Đoạn sông III 1 4.481 0.0446 85 2 4.499 0.0445 90 3 4.213 0.00041 100 Đoạn sông IV 1 3.889 0.00012 80 2 3.613 0.0277 90 3 2.743 0.00012 100 Đoạn V 1 3.200 0.00014 90 Đoạn VI 1 4.354 0.0003 90 2 4.100 0.0004 100 Đoạn VII 1 2.800 0.0008 102.4 36 3.3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SÓNG ĐỘNG HỌC MỘT CHIỀU - PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN MÔ PHỎNG LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG BẾN HẢI – TRẠM GIA VÒNG 3.3.1 Chương trình tính 1. Sơ đồ khối (Hình 9) t = t0 Tính lượng mưa hiệu quả của các phần tử sườn dốc i Diễn toán dòng chảy sườn dốc theo sóng động học,phương pháp phần tử hữu hạn Diễn toán dòng chảy trong sông theo sóng động học, có dòng chảy khu giữa tính từ dòng chảy sườn dốc Liên kết các sông i Dòng chảy đầu ra t = t +t Đúng t<T Sai KẾT THÚC Nhập số liệu mưa i, số lượng sông, các thông số điều khiển chương trình (, t ...). Nhập số liệu các phần tử sông i (Bs, lld ...). Nhập số liệu phần tử các dải trái và phải tương ứng phần tử sông thứ i (B, D, CN, S ...) Hình 9 .Sơ đồ khối của chương trình mô phỏng dòng chảy theo phương pháp phần tử hữu hạn sóng động học một chiều 37 2. Mô tả file số liệu của chương trình tính 7 0.0001 20 14 78 100 3 (Số đoạn sông, sai số tính, thời gian hội tụ, số cặp tính, thời gian tính, vòng lặp, phương án tính 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 (Thời gian mưa luỹ tích) 0.0 81.0 122.0 161.0 227.0 356.0 359.0 429.0 429.0 432.0 450.0 450.0 451.0 451.0 5 SONG 1 0 Sông đổ vào 80 85 90 95 100 ! Chieu rong cua song ung voi tung dai 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 ! m : do doc mai kenh 5700 5108 7568 4405 5589 ! chieu dai doan long dan 0.0018 0.002 0.0013 0.0023 0.0018 ! do doc doan long dan 5 4 4 5 4 left 2 3 3 2 1 righ 0.025 0.03 0.025 0.022 0.025 He so nham song 690 744 772 966 1011 chieu rong left cua phan tu thuoc 1 694 812 chieu rong right cua phan tu thuoc 1 2289 2896 3560 4315 5095 chieu dai left cua phan tu thuoc 1 4768 5029 chieu dai right cua phan tu thuoc 1 0.100 0.100 0.086 0.074 0.08 he so nham left cua phan tu thuoc 1 0.053 0.076 he so nham right cua phan tu thuoc 1 76.84 75.09 77.53 77.75 85.30 chi so CN left cua dai 70.32 85.40 chi so CN right cua dai 0.523 0.502 0.406 0.358 0.349 do doc left cua dai 0.349 0.349 do doc right cua dai (Cứ thế tiếp tục cho các dải và các đoạn sông tiếp theo) 38 3.3.2.Kết quả tính toán: - Dưới đây là kết quả mô phỏng tính toán của 4 trận lũ tiêu biểu đã đo đạc trong các năm 2005, 2007, 2010. Trên cơ sở này xây dựng bộ thông số mô hình sóng động học một chiều trên lưu vực sông Bến Hải. Tg(h) Qtd Qtt 6 277 277 12 276 277 18 349 383 24 821 736 30 641 582 36 440 429 42 390 354 48 365 320 54 343 306 Sai số đỉnh đỉnh 10.4 % Sai số lượng 6.1 % R 2 93.75 % Hình 10. Kết quả đường quá trình mô phỏng lũ từ 19h/17/IX – 19h/19/IX/2005 trên lưu vực sông Bến Hải – trạm Gia Vòng Tg(h) Qtd Qtt 6 262 262 12 296 271.37 18 523 355.71 24 921 523.78 30 1135 1402.4 36 1743 1490.3 42 898 821.63 48 627 482.5 54 692 401.13 60 576 358.07 66 482 329.4 72 449 307.51 78 430 293.94 SS Qmax 14.8 % Sai số lượng 18.77% R 2 68.90% Hình 11. Kết quả đường quá trình mô phỏng lũ từ 13h/07/X/2005 - 07h/X/10/2005 trên lưu vực sông Bến Hải – trạm Gia Vòng 39 Tg(h) Qtd Qtt 6 337 337 12 345 337.63 18 324 353.32 24 318 346.35 30 508 472.77 36 487 500.31 42 409 443.13 48 376 401.92 54 362 381.64 60 348 367.19 Sai số đỉnh 6.93% Sai số lượng 3.30% R 2 85.70% Hình 12. Kết quả đường quá trình mô phỏng lũ từ 07h/10/X/2007 - 13h/12/X/2007 trên lưu vực sông Bến Hải – trạm Gia Vòng Tg(h) Qtd Qtt 6 418 418 12 430 418 18 652 442.44 24 557 445.47 30 442 488.07 36 680 554.79 42 707 609.46 48 891 1016.38 54 862 889.72 60 531 640.55 66 462 528.14 SS đỉnh 1 32.14 % SS đỉnh 2 14.07 % SS lượng 2.72 % R 2 59.26 % Hình 13.Kết quả đường quá trình mô phỏng lũ từ 13h/02/X/2010 - 01h/05/X/2010 trên lưu vực sông Bến Hải – trạm Gia Vòng 40 - Theo tiêu chuẩn đánh giá sai số của tổ chức khí tượng thế giới (WMO) thông qua độ hữu hiệu (đánh giá theo chỉ tiêu R2). Chỉ tiêu R2 được xác định như sau: %100. 2 0 22 02 F FF R   Với:     N 1i 2 itid 2 QQF ,     N 1i 2 did 2 0 QQF Trong đó: Qid là lưu lượng thực đo; Qit là lưu lượng tính toán; dQ là lưu lượng thực đo tính trung bình trong thời kỳ tính toán. Tiêu chuẩn đánh giá như sau:          tèt kh td R %85 ¸%85%65 ¹%6540 2 Bảng 11. Sai số tổng lượng, đỉnh lũ và độ hữu hiệu R2 của 04 trận lũ mô phỏng trên lưu vực sông Bến Hải – trạm Gia Vòng Trận lũ R2 (%) Sai số đỉnh lũ(%) Sai số tổng lượng(%) 19h/17/IX – 19h/19/IX/2005 93.75 10.4 6.1 13h/07/X - 07h/X/10/2005 68.90 14.8 18.77 07h/10/X - 13h/12/X/2007 85.70 6.93 3.30 13h/02/X - 01h/05/X/2010 59.26 14.07 2.72 Trung bình 76.9 12.12 7.72 Trên cơ sở 4 trận lũ mô phỏng để xây dựng bộ thông số mô hình sóng động học một chiều cho lưu vực sông Bến Hải - trạm Gia Vòng ta thu được kết quả: - Trận thứ nhất từ 19h/17/IX – 19h/19/IX năm 2005 : Sai số tổng lượng là 6.1%, sai số đỉnh là 10.4% và thời gian xuất hiện đỉnh lũ tính toán trùng với đỉnh lũ thực đo. Độ hữu hiệu là 93.75 % thuộc loại tốt. - Trận thứ hai từ 13h/07/X - 07h/X/10 năm 2005: Sai số tổng lượng là 18.77 %, sai số đỉnh là 14.8 % và thời gian xuất hiện đỉnh lũ tính toán trùng với đỉnh lũ thực đo. Độ hữu hiệu là 68.9 % thuộc loại khá. - Trận thứ ba từ 01h/11/XI - 01h/14/XI năm 2007: Sai số tổng lượng là 3.3 %, sai số đỉnh là 6.93 % và thời gian xuất hiện đỉnh lũ tính toán trùng với đỉnh lũ thực đo. Độ hữu hiệu là 85.7 % thuộc loại tốt. - Trận thứ tư từ 13h/02/X - 01h/05/X năm 2010: Sai số tổng lượng là 2.72 %, 41 sai số đỉnh là 14.07 % và thời gian xuất hiện đỉnh lũ tính toán trùng với đỉnh lũ thực đo. Độ hữu hiệu là 59.26 % thuộc loại đạt . Nhận xét chung: + Về độ hữu hiệu R2: dao động từ 59.26 % đến 93.75 % trung bình là 76.9 %. So sánh với chỉ tiêu của WMO ta thấy được độ hữu hiệu thuộc vào loại khá. + Về đỉnh: sai số dao động từ 6.93 % đến 14.8 % trung bình là 12.12 % thuộc loại khá. + Về lượng: sai số dao động 2.72 % đến 18.77 % trung bình là 7.72 % thuộc loại tốt. Với 4 trận lũ mô phỏng trên lưu vực sông Bến Hải thì độ hữu hiệu R2 của 2 trận lũ > 85% thuộc loại tốt, có 1 trận lũ với R2 từ 65 ÷ 85 % thuộc loaị khá và 1 trận R2 thuộc loại đạt. Với kết quả thu được thì bộ thông số xây dựng cho mô hình sóng động học một chiều trên lưu vực sông Bến Hải là khá. Bộ thông số xây dựng được là khá ổn định. Với bộ thông số vừa xây dựng được đem kiểm tra hai con lũ với tư cách là chuỗi số liệu độc lập (chuỗi số liệu năm 2007 và 2009), kết quả thu được được thể hiện trên hình 14 và 15 và bảng 12. + Với mô phỏng lũ độc lập từ 01h/11/XI - 01h/14/XI năm 2007 (hình 14) độ hữu hiệu là 82.5 %, sai số đỉnh là 4.7%, thời gian xuất hiện đỉnh lũ giữa tính toán và thực đo trùng nhau, sai số tổng lượng là 3.1%. Kết quả thu được thuộc loại tốt. + Với mô phỏng lũ độc lập từ 01h/29/IX - 19h/01/X năm 2009 (hình 15) thì độ hữu hiệu thu được là 81.5 % (65 ÷ 85%), thuộc loại khá. Sai số đỉnh là 19.1 %, thời gian xuất hiện đỉnh lũ tính toán và thực đo là trùng nhau. Sai số tổng lượng là 4.61 %, thuộc loại tốt. 42 Tg(h) Qtd Qtt 6 285 285 12 320 339.95 18 357 343.55 24 361 421.06 30 428 439.43 36 748 782.79 42 617 751.9 48 464 529.52 54 422 413.06 60 400 362.73 66 392 356.71 72 390 348.74 78 387 371.83 Sai số đỉnh Qmax 4.7 % Sai số tổng lượng 3.1 % R 2 82.5 % Hình 14. Kết quả đường quá trình mô phỏng lũ từ 01h/11/XI - 01h/14/XI năm 2007 trên lưu vực sông Bến Hải- trạm Gia Vòng giờ Qtd Qtt 6 290 290 12 435 359.65 18 609 527.86 24 718 598.92 30 998 819.58 36 1269 1511.31 42 802 861.87 48 816 825.61 54 626 656.04 60 522 457.54 66 531 419.66 72 485 399.16 Sai số đỉnh 19.1% Sai số tổng lượng 4.61% R 2 81.50% Hình 15. Kết quả đường quá trình mô phỏng lũ từ 01h/29/IX - 19h/01/X năm 2009 trên lưu vực sông Bến Hải – trạm Gia Vòng 43 Bảng 12. Sai số tổng lượng, đỉnh lũ và độ hữu hiệu R2 của hai trận lũ độc lập trên lưu vực sông Bến Hải – trạm Gia Vòng Trận lũ R2 (%) Sai số đỉnh lũ(%) Sai số tổng lượng(%) 01h/11/XI - 01h/14/XI/2007 82.5 4.7 3.1 01h/29/IX - 19h/01/X/2009 81.50 19.1 4.61 Trung bình 82 11.9 3.86 Vậy với hai trận lũ độc lập dùng để kiểm tra bộ thông số thu được kết quả khá (sai số đỉnh lũ trung bình 10.8%,, độ hữu hiệu trung bình là 83%), sai số tổng lượng trung bình là 5.15 % đạt kết quả tốt. Điều này chứng tỏ bộ thông số xây dựng cho mô hình sóng động học một chiều trên lưu vực sông Bến Hải được xây dựng là tương đối khá và ổn định. Nhận xét kết quả mô phỏng 6 trận lũ: - Độ hữu hiệu trung bình thu được là 79.45%, sai số đỉnh trung bình là 12.01%, sai số tổng lượng trung bình là 5.79%. Các kết quả thu được đều thuộc loại khá. Chứng tỏ bộ thông số được xây dựng là tương đối chính xác. - Mô hình đã mô phỏng khá tốt được dạng đường quá trình lũ trên lưu vực sông Bến Hải, chứng tỏ bộ thông số được xác lập là khá tốt,tương đối ổn định. - Thời gian xuất hiện đỉnh lũ tính toán và thực đo là tương đối trùng nhau. - Mô hình cho kết quả dự báo khá về đỉnh lũ và tổng lượng của đường quá trình. Tuy nhiên về đỉnh lũ còn cho kết quả tương đối cao 12.01%. - Bộ thông số mô phỏng 4 trận lũ phụ thuộc và sau đó được sử dụng để kiểm nghiệm với hai trận lũ độc lập thì kết quả thu được khá, có thể sử dụng để mô phỏng, dự báo các trận lũ độc lập trên lưu vực sông Bến Hải. 44 KẾT LUẬN 1. Trong khóa luận tác em đã tìm hiểu, nghiên cứu đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Bến Hải – trạm Gia Vòng, phân tích các yếu tố mặt đệm ảnh hưởng đến quá trình mưa - dòng chảy (bản đồ địa hình, bản đồ độ dốc, bản đồ rừng, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ mạng lưới thuỷ văn), các yếu tố về vị trí địa lý, địa chất, thổ nhưỡng, địa hình, địa mạo, thảm thực vật, điều kiện khí hậu,... Trên cơ sở phân tích các yếu tố đó trợ giúp cho việc xây dựng bộ thông số mô hình sóng động học một chiều trên lưu vực sông Bến Hải. 2. Em cũng đã tìm hiểu, nghiên cứu tổng quan về các mô hình toán thuỷ văn (mô hình thuỷ động lực) đặc biệt là mô hình mưa - dòng chảy để phục vụ cho việc tính toán và mô phỏng lũ trên lưu vực sông Bến Hải. Mô hình toán: Mô hình tất định và mô hình ngẫu nhiên. Mô hình tất định: mô hình thông số tập trung và mô hình thông số phân phối. Và mô hình sóng động học một chiều - phương pháp phần tử hữu hạn là một mô hình tất định thông số phân phối. Tìm hiểu những thông số đo đạc, những thông số tối ưu trong quá trình tính toán, những biến đầu vào, và kết quả (đầu ra) của mô hình sóng động học một chiều. 3. Từ việc phân tích các yếu tố mặt đệm (các bản đồ địa hình, bản đồ độ dốc, bản đồ rừng, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ mạng lưới thuỷ văn) đã xây dựng được một lưới các phần tử khá chi tiết trên lưu vực sông Bến Hải (91 phần tử, 17 dải, 7 đoạn sông). Từ lưới phần tử này ta tính được các thông số đo đạc cho mô hình sóng động học một chiều. Các thông số tối ưu được tính toán hiệu chỉnh trong quá trình mô phỏng 4 trận lũ trên lưu vực sông Bến Hải. Kết quả thu được với sai số tổng lượng trung bình là 6.43%; sai số đỉnh lũ trung bình là 11.46%, thời gian xuất hiện đỉnh lũ tính toán và thực đo trùng nhau; độ hữu hiệu trung bình là 79.95%. 4. Với bộ thông số xây dựng được đem kiểm nghiệm bộ thông số với hai chuỗi số liệu độc lập thu được kết quả: sai số tổng lượng trung bình là 5.15%; sai số đỉnh lũ trung bình là 10.8%, thời gian xuất hiện đỉnh lũ tính toán và thực đo trùng nhau; độ hữu hiệu trung bình là 83%. Bộ thông số xây dựng được là tương đối ổn định. 5. Kết quả trong khoá luận này mang tính khoa học và thực tiễn khá. Nó có thể được dùng làm kết quả trong bài toán đánh giá tài nguyên nước, quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên đất, phòng chống thiên tai lũ lụt... trên lưu vực. 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bản đồ độ dốc tỉnh Quảng Trị (2000). Tổng cục Địa chính. 2. Bản đồ địa hình tỉnh Quảng Trị (2000). Tổng cục Địa chính. 3. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỉnh Quảng Trị (2000). Tổng cục Địa chính. 4. Bản đồ rừng tỉnh Quảng Trị (2000). Tổng cục Địa chính 5. Bản đồ mạng lưới thủy văn và phân bố các trạm khí tượng, thủy văn tỉnh Quảng Trị (2000). Tổng cục Địa chính. .6. Đoàn Mạnh Hùng (2007). Mô phỏng quá trình mưa dòng chảy trên lưu vực sông Thu Bồn – trạm Nông Sơn bằng 1DKwm- Fem &SCS. Khóa luận tốt nghiệp. 7. Nguyễn Anh Đức (2005) Khóa luận tốt nghiệp 8. Nguyễn Hữu Khải - Nguyễn Thanh Sơn (2003) Mô hình toán thủy văn, NXB ĐHQGHN, Hà Nội. 9. Nguyễn Thanh Sơn (2004) Tính toán thủy văn, NXB ĐHQGHN, Hà Nội. 10. Nguyễn Thanh Sơn, Lương Tuấn Anh (2003). Á p dụng mô hình thủy động học các phần tử hữu hạn mô tả quá trình dòng chảy lưu vực. Tạp chí khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, T.XIX, No1, Hà Nội. tr 91-98. 11. Nguyễn Thanh Sơn – Ngô Chí Tuấn (2004). Kết quả mô phỏng lũ bằng mô hình sóng động học một chiều lưu vực sông Vệ. Tạp chí khóa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, T.XIX, Nol, Hà Nội. 12.Nguyễn Thị Hiền (2006) Khóa luận tốt nghiệp. 13. Nguyễn Thị Nghĩa (2006) Khóa luận tốt nghiệp. 14. Nguyễn Vũ Anh Tuấn (2007), Cân bằng nước lưu vực sông Bến Hải. Khóa luận tốt nghiệp. 15. Phạm Hồng Thái (2004), Ứng dụng mô hình phần tử hữu hạn sóng động học và phương pháp SCS mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy lưu vực sông Thu Bồn – trạn Nông Sơn. Khóa luận tốt nghiệp 16. Ven Te Chow (1994), Thủy văn ứng dụng, Nhà xuất bản giáo dục. 46 PHỤ LỤC File số liệu đầu vào 7 0.0001 20 13 72 100 3 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 0.0 14.0 95.0 136.0 175.0 241.0 370.0 373.0 443.0 443.0 446.0 464.0 464.0 5 SONG 1 0 80 85 90 95 100 ! Chieu rong cua song ung voi tung dai 1 1 1 1 1 ! m : do doc mai kenh 5700 5108 7568 4405 5589 ! chieu dai doan long dan 0.0877 0.0783 0.0264 0.0454 0.0179 ! do doc doan long dan 5 4 4 5 4 left 2 3 3 2 1 righ 0.1 0.09 0.08 0.075 0.07 He so nham song 690 744 772 966 1011 chieu rong left cua phan tu thuoc 1 694 812 chieu rong right cua phan tu thuoc 1 2289 2896 3560 4315 5095 chieu dai left cua phan tu thuoc 1 4768 5029 chieu dai right cua phan tu thuoc 1 0.31 0.32 0.286 0.374 0.38 he so nham left cua phan tu thuoc 1 0.353 0.376 he so nham right cua phan tu thuoc 1 52.84 51.09 51.53 50.75 51.30 chi so CN left cua phan tu thuoc 1 50.32 50.40 chi so CN right cua phan tu thuoc 1 0.523 0.502 0.406 0.358 0.349 do doc left cua phan tu thuoc 1 0.349 0.349 do doc right cua phan tu thuoc 1 1200 1080 984 878 chieu rong left cua phan tu thuoc 2 794 922 710 chieu rong right cua phan tu thuoc 2 47 4309 4435 4471 4543 chieu dai left cua phan tu thuoc 2 4023 4803 4687 chieu dai right cua phan tu thuoc 2 0.31 0.31 0.32 0.3 he so nham left cua phan tu thuoc 2 0.357 0.35 0.35 he so nham right cua phan tu thuoc 2 33.34 37 32.62 36 chi so CN left cua dai 36.7 38.64 32.34 chi so CN right cua dai 0.523 0.521 0.479 0.4 do doc left cua dai 0.349 0.349 0.349 do doc right cua dai 1018 1039 981 1045 chieu rong left cua phan tu thuoc 3 784 762 833 chieu rong right cua phan tu thuoc 3 3809 4013 4364 4804 chieu dai left cua phan tu thuoc 3 8572 8769 5131 chieu dai right cua phan tu thuoc 3 0.31 0.31 0.38 0.267 he so nham left cua phan tu thuoc 3 0.273 0.369 0.35 he so nham right cua phan tu thuoc 3 41.39 42.58 40.59 45.48 chi so CN left cua dai 39.31 39.46 44.23 chi so CN right cua dai 0.458 0.371 0.349 0.349 do doc left cua dai 0.349 0.349 0.349 do doc right cua dai 865 639 637 651 696 chieu rong left cua phan tu thuoc 4 758 698 chieu rong right cua phan tu thuoc 4 3260 3323 3333 3283 3216 chieu dai left cua phan tu thuoc 4 3277 3115 chieu dai right cua phan tu thuoc 4 0.281 0.278 0.278 0.382 0.37 he so nham left cua phan tu thuoc 4 0.275 0.31 he so nham right cua phan tu thuoc 4 34.65 39.52 38.27 33.99 34.58 chi so CN left cua dai 37 37.93 chi so CN right cua dai 0.485 0.353 0.349 0.349 0.349 do doc left cua dai 48 0.349 0.349 do doc right cua dai 1072 807 695 767 chieu rong left cua phan tu thuoc 5 906 chieu rong right cua phan tu thuoc 5 2765 2746 2949 3031 chieu dai left cua phan tu thuoc 5 2971 chieu dai right cua phan tu thuoc 5 0.31 0.31 0.31 0.31 he so nham left cua phan tu thuoc 5 0.31 he so nham right cua phan tu thuoc 5 33.2 32.25 33.55 38.87 chi so CN left cua dai 37.5 chi so CN right cua dai 0.523 0.409 0.349 0.349 do doc left cua dai 0.349 do doc right cua dai 2 SONG 2 0 90 95 ! Chieu rong cua song ung voi tung dai 1 1 ! m : do doc mai kenh 6506 4317 ! chieu dai doan long dan 0.0154 0.0232 ! do doc doan long dan 3 4 left 3 1 right 0.1 0.095 He so nham song 1195 1143 943 chieu rong left cua phan tu thuoc 1 954 880 967 chieu rong right cua phan tu thuoc 4817 4484 6407 chieu dai left cua phan tu thuoc 1 4915 6034 6439 chieu dai right cua phan tu thuoc 1 0.31 0.31 0.31 he so nham left cua phan tu thuoc 1 0.31 0.31 0.31 he so nham right cua phan tu thuoc 1 50.9 56 56 chi so CN left cua dai 49 56 56 56 chi so CN right cua dai 0.349 0.349 0.349 do doc left cua dai 0.349 0.349 0.349 do doc right cua dai 871 1087 1035 1123 chieu rong left cua phan tu thuoc 2 1087 chieu rong right cua phan tu thuoc 2 4689 4552 4722 4830 chieu dai left cua phan tu thuoc 2 4194 chieu dai right cua phan tu thuoc 2 0.31 0.31 0.31 0.31 he so nham left cua phan tu thuoc 2 0.31 he so nham right cua phan tu thuoc 2 50.34 53.35 56 54.98 chi so CN left cua dai 55.56 chi so CN right cua dai 0.349 0.349 0.349 0.349 do doc left cua dai 0.349 do doc right cua 3 SONG 3 0 85 90 95 Chieu rong cua song ung voi tung dai 1 1 1 ! m : do doc mai kenh 4481 5102 4499 ! chieu dai doan long dan 0.0446 0.0445 0.00041 ! do doc doan long dan 2 4 2 left 2 2 4 right 0.1 0.1 0.1 He so nham song 707 686 chieu rong left cua phan tu thuoc 1 668 708 chieu rong right cua phan tu thuoc 1 5827 5135 chieu dai left cua phan tu thuoc 1 3598 4316 chieu dai right cua phan tu thuoc 1 0.31 0.31 he so nham left cua phan tu thuoc 1 50 0.31 0.31 he so nham right cua phan tu thuoc 1 46 46 chi so CN left cua dai 46 46 chi so CN right cua dai 0.349 0.349 do doc left cua dai 0.349 0.349 do doc right cua dai 575 780 760 653 chieu rong left cua phan tu thuoc 2 938 732 chieu rong right cua phan tu thuoc 2 3003 3193 3418 3515 chieu dai left cua phan tu thuoc 2 3856 3614 chieu dai right cua phan tu thuoc 2 0.31 0.31 0.31 0.31 he so nham left cua phan tu thuoc 2 0.31 0.31 he so nham right cua phan tu thuoc 2 56 56 56 56 chi so CN left cua dai 56 56 chi so CN right cua dai 0.349 0.349 0.349 0.349 do doc left cua dai 0.349 0.349 do doc right cua dai 1147 1099 chieu rong left cua phan tu thuoc 3 666 617 958 849 chieu rong right cua phan tu thuoc 3 2784 2873 chieu dai left cua phan tu thuoc 3 2143 1683 2140 3906 chieu dai right cua phan tu thuoc 3 0.31 0.292 he so nham left cua phan tu thuoc 3 0.364 0.289 0.21 0.292 he so nham right cua phan tu thuoc 3 56 55 chi so CN left cua dai 52.16 58.46 59.21 55.1 chi so CN right cua dai 0.349 0.349 do doc left cua dai 0.349 0.349 0.349 0.349 do doc right cua dai 3 SONG 4 2 51 1 2 90 95 100 ! Chieu rong cua song ung voi tung dai 1 1 1 ! m : do doc mai kenh 3889 3613 2743 ! chieu dai doan long dan 0.00012 0.0277 0.00012 ! do doc doan long dan 4 3 1 left 4 3 1 right 0.061 0.059 0.073 He so nham song 1234 724 1070 792 chieu rong left cua phan tu thuoc 1 698 942 764 815 chieu rong right cua phan tu thuoc 1 3079 3092 2966 2868 chieu dai left cua phan tu thuoc 1 3376 3040 2814 2662 chieu dai right cua phan tu thuoc 1 0.034 0.031 0.031 0.031 he so nham left cua phan tu thuoc 1 0.0321 0.031 0.031 0.031 he so nham right cua phan tu thuoc 1 61 62.35 62.63 64 chi so CN left cua dai 61 62 62 61 chi so CN right cua dai 0.523 0.523 0.349 0.349 do doc left cua dai 0.349 0.349 0.349 0.349 do doc right cua dai 1194 1025 816 chieu rong left cua phan tu thuoc 2 568 910 863 chieu rong right cua phan tu thuoc 2 2381 2601 2837 chieu dai left cua phan tu thuoc 2 3558 3305 3097 chieu dai right cua phan tu thuoc 2 0.0321 0.031 0.031 he so nham left cua phan tu thuoc 2 0.031 0.031 0.031 he so nham right cua phan tu thuoc 2 63.54 65.5 66 chi so CN left cua dai 66 66 66 chi so CN right cua dai 0.35 0.29 0.236 do doc left cua dai 52 0.319 0.3 0.266 do doc right cua dai 599 chieu rong left cua phan tu thuoc 3 572 chieu rong right cua phan tu thuoc 3 1849 chieu dai left cua phan tu thuoc 3 2139 chieu dai right cua phan tu thuoc 3 0.031 he so nham left cua phan tu thuoc 3 0.031 he so nham right cua phan tu thuoc 3 66 chi so CN left cua dai 66 chi so CN right cua dai 0.096 do doc left cua dai 0.096 do doc right cua dai 1 SONG 5 0 90 ! Chieu rong cua song ung voi tung dai 1 ! m : do doc mai kenh 3200 ! chieu dai doan long dan 0.00014 ! do doc doan long dan 1 left 2 right 0.1 He so nham song 624 chieu rong left cua phan tu thuoc 1 651 714 chieu rong right cua phan tu thuoc 1 2351 chieu dai left cua phan tu thuoc 1 2302 2388 chieu dai right cua phan tu thuoc 1 0.4 he so nham left cua phan tu thuoc 1 0.41 0.4 he so nham right cua phan tu thuoc 1 68 chi so CN left cua dai 53 71.03 70.49 chi so CN right cua dai 0.349 do doc left cua dai 0.349 0.349 do doc right cua dai 2 SONG 6 2 3 5 110 120 ! Chieu rong cua song ung voi tung dai 1 1 ! m : do doc mai kenh 4354 4100 ! chieu dai doan long dan 0.00013 0.00014 ! do doc doan long dan 3 1 left 3 1 right 0.015 0.013 He so nham song 837 810 783 chieu rong left cua phan tu thuoc 1 995 1052 851 chieu rong right cua phan tu thuoc 1 2243 2358 2281 chieu dai left cua phan tu thuoc 1 2373 2886 2450 chieu dai right cua phan tu thuoc 1 0.031 0.031 0.031 he so nham left cua phan tu thuoc 1 0.04 0.0345 0.0387 he so nham right cua phan tu thuoc 1 60 60 60.1 chi so CN left cua dai 54.82 55.76 51.23 chi so CN right cua dai 0.242 0.254 0.192 do doc left cua dai 0.128 0.192 0.183 do doc right cua dai 997 chieu rong left cua phan tu thuoc 2 1249 chieu rong right cua phan tu thuoc 2 2179 chieu dai left cua phan tu thuoc 2 2739 chieu dai right cua phan tu thuoc 2 54 0.0131 he so nham left cua phan tu thuoc 2 0.0391 he so nham right cua phan tu thuoc 2 60 chi so CN left cua dai 60.18 chi so CN right cua dai 0.096 do doc left cua dai 0.096 do doc right cua dai 1 SONG 7 2 4 6 130.4 ! Chieu rong cua song ung voi tung dai 1 ! m : do doc mai kenh 2800 ! chieu dai doan long dan 0.0008 ! do doc doan long dan 3 left 1 right 0.015 He so nham song 922 737 731 chieu rong left cua phan tu thuoc 1 693 chieu rong right cua phan tu thuoc 1 2258 1988 1803 chieu dai left cua phan tu thuoc 1 1708 chieu dai right cua phan tu thuoc 1 0.31 0.32 0.321 he so nham left cua phan tu thuoc 1 0.37 he so nham right cua phan tu thuoc 1 56 54.05 50.46 chi so CN left cua dai 52.59 chi so CN right cua dai 0.096 0.096 0.096 do doc left cua dai 0.096 do doc right cua dai