Nghiên cứu cải tiến mô hình Marine cho dự báo dòng chảy ở lưu vực sông Nam Trung Bộ

• Tác giả: Bùi Văn Chanh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Ngọc Anh
• Trường học: Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi Khí hậu
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Nghiên cứu cải tiến mô hình Marine để mô phỏng và dự báo dòng chảy cho lưu vực sông thiếu số liệu - áp dụng cho khu vực Nam Trung Bộ
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MÔ PHỎNG VÀ DỰ BÁO TRÊN LƯU VỰC THIẾU SỐ LIỆU
• 1.1. TỔNG QUAN MÔ PHỎNG VÀ DỰ BÁO THỦY VĂN BẰNG MÔ HÌNH TOÁN
• 1.2. TỔNG QUAN CÁC MÔ HÌNH THỦY VĂN THÔNG SỐ PHÂN BỐ
• 1.3. TỔNG QUAN MÔ HÌNH MARINE
• 1.4. TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỂ CẢI TIẾN MÔ HÌNH MARINE
• 1.4.1. Tổng quan mô hình sóng động học một chiều
• 1.4.2. Tổng quan diễn toán dòng chảy qua hồ
• 1.4.3. Tổng quan khắc phục thiếu số liệu mưa phân bố không gian
• 1.4.4. Phương pháp định lượng mưa viễn thám
• 1.4.5. Phương pháp tái phân tích số liệu mưa
• 1.4.6. Phương pháp nội suy mưa không gian
• 1.5. GIỚI THIỆU VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.5.1. Đặc điểm khu vực Nam Trung Bộ
• 1.5.2. Đặc điểm lưu vực sông Cái Nha Trang
• 1.5.3. Đặc điểm lưu vực sông Dinh Ninh Hòa
• 1.5.4. Đặc điểm lưu vực sông Cái Phan Rang
• 1.6. NHỮNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
• 1.7. TIỂU KẾT CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN MÔ HÌNH MARINE
• 2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MARINE
• 2.1.1. Lý thuyết dòng chảy sườn dốc của mô hình MARINE
• 2.1.2. Phương pháp tính thấm trong mô hình MARINE
• 2.1.3. Sơ đồ tính toán mô hình MARINE
• 2.1.4. Bộ thông số mô hình MARINE
• 2.2. CẢI TIẾN MÔ HÌNH MARINE BẰNG MÔ HÌNH SÓNG ĐỘNG HỌC MỘT CHIỀU
• 2.2.1. Lựa chọn kỹ thuật xây dựng mô hình sóng động học đáp ứng khả năng cải tiến mô hình MARINE
• 2.2.2. Cơ sở lý thuyết mô hình sóng động học một chiều
• 2.2.3. Diễn toán sóng động học một chiều tuyến tính
• 2.2.4. Diễn toán sóng động học một chiều phi tuyến
• 2.2.5. Diễn toán sóng động học một chiều cho mạng lưới sông
• 2.2.6. Tích hợp mô hình MARINE và sóng động học một chiều
• 2.3. TÍCH HỢP MÔ HÌNH MARINE VỚI MÔ ĐUN DIỄN TOÁN DÒNG CHẢY QUA HỒ
• 2.3.1. Cơ sở lý thuyết diễn toán dòng chảy qua hồ
• 2.3.2. Xây dựng mô đun diễn toán dòng chảy qua hồ
• 2.3.3. Tích hợp mô đun diễn toán dòng chảy qua hồ với mô hình sóng động học
• 2.4. CẢI TIẾN MÔ HÌNH MARINE BẰNG CÔNG CỤ NỘI SUY MƯA KHÔNG GIAN
• 2.4.1. Cơ sở lý thuyết phương pháp nghịch đảo khoảng cách
• 2.4.2. Tích hợp mô hình MARINE và công cụ nội suy mưa theo không gian
• 2.5. HOÀN THIỆN MÔ HÌNH MARINE CẢI TIẾN
• 2.6. TIỂU KẾT CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MARINE CẢI TIẾN ĐỂ MÔ PHỎNG VÀ DỰ BÁO DÒNG CHẢY TRÊN MỘT SỐ LƯU VỰC SÔNG Ở KHU VỰC NAM TRUNG BỘ
• 3.1. CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐẦU VÀO
• 3.1.1. Dữ liệu bản đồ
• 3.1.2. Dữ liệu khí tượng thủy văn và hồ chứa
• 3.2. ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY LŨ TRÊN MỘT SỐ LƯU VỰC SÔNG Ở KHU VỰC NAM TRUNG BỘ
• 3.2.1. Ứng dụng thử nghiệm trên lưu vực sông Cái Nha Trang
• 3.2.2. Thiết lập mô hình MARINE cải tiến cho lưu vực sông Cái Nha Trang
• 3.2.3. Hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số cho lưu vực sông Cái Nha Trang
• 3.2.4. Đánh giá chi tiết hiệu quả mô phỏng của mô hình MARINE cải tiến trên lưu vực sông Cái Nha Trang so với mô hình gốc
• 3.2.5. Ứng dụng thử nghiệm trên lưu vực sông Dinh Ninh Hòa
• 3.2.6. Thiết lập mô hình MARINE cải tiến cho lưu vực sông Dinh Ninh Hòa
• 3.2.7. Hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số cho lưu vực sông Dinh Ninh Hòa
• 3.2.8. Đánh giá chi tiết hiệu quả mô phỏng của mô hình MARINE cải tiến trên lưu vực sông Dinh Ninh Hòa so với mô hình gốc
• 3.2.9. Ứng dụng thử nghiệm trên lưu vực sông Cái Phan Rang
• 3.2.10. Thiết lập mô hình MARINE cải tiến cho lưu vực sông Cái Phan Rang
• 3.2.11. Hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số cho lưu vực sông Cái Phan Rang
• 3.2.12. Đánh giá chi tiết hiệu quả mô phỏng của mô hình MARINE cải tiến trên lưu vực sông Cái Phan Rang so với mô hình gốc
• 3.2.13. Đánh giá chung về hiệu quả và khả năng ứng dụng của mô hình MARINE cải tiến
• 3.3. ỨNG DỤNG DỰ BÁO THỬ NGHIỆM DÒNG CHẢY LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG CÁI NHA TRANG
• 3.3.1. Yêu cầu và hiện trạng dự báo trên lưu vực sông Cái Nha Trang
• 3.3.2. Tính toán lượng mưa dự báo cho mô hình MARINE cải tiến
• 3.3.3. Ứng dụng dự báo thử nghiệm trong mùa lũ năm 2020
• 3.3.4. Thiết lập phương án dự báo bằng mô hình MARINE cải tiến
• 3.3.5. Dự báo và đánh giá độ tin cậy với thời gian dự kiến 24h
• 3.3.6. Dự báo và đánh giá độ tin cậy với thời gian dự kiến 48h
• 3.3.7. Đánh giá khả năng ứng dụng mô hình MARINE cải tiến trong dự báo cho các lưu vực sông
• 3.4. TIỂU KẾT CHƯƠNG 3
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU
• PHỤ LỤC BẢNG
• PHỤ LỤC HÌNH

I. Tổng quan về mô hình Marine trong dự báo dòng chảy

Mô hình Marine là một công cụ quan trọng trong việc dự báo dòng chảy cho các lưu vực sông, đặc biệt là ở những khu vực thiếu số liệu như Nam Trung Bộ. Mô hình này giúp cải thiện độ chính xác trong việc mô phỏng dòng chảy, từ đó hỗ trợ các hoạt động quản lý nước và phòng chống thiên tai. Việc áp dụng mô hình Marine không chỉ giúp dự báo chính xác hơn mà còn cung cấp thông tin cần thiết cho các quyết định quản lý tài nguyên nước.

1.1. Đặc điểm của mô hình Marine và ứng dụng

Mô hình Marine được thiết kế để mô phỏng các quá trình thủy văn phức tạp. Nó có khả năng xử lý các yếu tố như địa hình, thổ nhưỡng và độ che phủ thực vật, từ đó tạo ra các dự báo chính xác hơn về dòng chảy. Ứng dụng của mô hình này rất đa dạng, từ dự báo lũ đến quản lý tài nguyên nước.

1.2. Lợi ích của việc cải tiến mô hình Marine

Cải tiến mô hình Marine giúp nâng cao độ chính xác trong dự báo dòng chảy. Việc tích hợp các công nghệ mới như viễn thám và dữ liệu địa lý giúp mô hình phản ánh chính xác hơn các điều kiện thực tế, từ đó hỗ trợ hiệu quả hơn trong công tác quản lý nước.

II. Thách thức trong dự báo dòng chảy ở Nam Trung Bộ

Khu vực Nam Trung Bộ đối mặt với nhiều thách thức trong việc dự báo dòng chảy do thiếu số liệu. Địa hình phức tạp và sự biến đổi khí hậu làm cho việc thu thập dữ liệu trở nên khó khăn. Điều này ảnh hưởng đến khả năng mô phỏng và dự báo chính xác dòng chảy, gây khó khăn cho các hoạt động quản lý nước.

2.1. Thiếu số liệu và ảnh hưởng đến mô hình

Thiếu số liệu mưa và các thông số thủy văn khác là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến độ chính xác thấp trong dự báo dòng chảy. Việc không có đủ dữ liệu làm cho mô hình không thể phản ánh đúng thực tế, dẫn đến những sai lệch trong kết quả dự báo.

2.2. Biến đổi khí hậu và tác động đến dòng chảy

Biến đổi khí hậu gây ra những thay đổi lớn trong chế độ mưa và dòng chảy. Những thay đổi này không chỉ làm tăng tần suất và cường độ lũ mà còn ảnh hưởng đến khả năng dự báo của các mô hình thủy văn, đặc biệt là ở những khu vực thiếu số liệu.

III. Phương pháp cải tiến mô hình Marine cho dự báo dòng chảy

Để cải tiến mô hình Marine, cần áp dụng các phương pháp mới nhằm nâng cao độ chính xác trong dự báo dòng chảy. Việc tích hợp dữ liệu viễn thám và các công cụ nội suy mưa không gian là những giải pháp hiệu quả. Những cải tiến này giúp mô hình phản ánh chính xác hơn các điều kiện thực tế của lưu vực.

3.1. Tích hợp dữ liệu viễn thám vào mô hình

Dữ liệu viễn thám cung cấp thông tin chi tiết về lượng mưa và các yếu tố môi trường khác. Việc tích hợp dữ liệu này vào mô hình Marine giúp cải thiện độ chính xác trong dự báo dòng chảy, đặc biệt là ở những khu vực khó tiếp cận.

3.2. Sử dụng công cụ nội suy mưa không gian

Công cụ nội suy mưa không gian giúp tạo ra bản đồ mưa chi tiết hơn, từ đó cung cấp dữ liệu đầu vào chính xác cho mô hình Marine. Việc này không chỉ giúp cải thiện chất lượng dự báo mà còn hỗ trợ trong việc quản lý tài nguyên nước hiệu quả hơn.

IV. Ứng dụng mô hình Marine cải tiến trong thực tiễn

Mô hình Marine cải tiến đã được áp dụng thành công trong việc dự báo dòng chảy cho một số lưu vực sông ở Nam Trung Bộ. Kết quả cho thấy mô hình này có khả năng phản ánh chính xác hơn các điều kiện thực tế, từ đó hỗ trợ hiệu quả trong công tác quản lý nước và phòng chống thiên tai.

4.1. Kết quả ứng dụng trên lưu vực sông Cái Nha Trang

Mô hình Marine cải tiến đã được thử nghiệm trên lưu vực sông Cái Nha Trang, cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong độ chính xác dự báo. Kết quả này giúp các cơ quan chức năng có thông tin kịp thời để ứng phó với tình huống khẩn cấp.

4.2. Đánh giá hiệu quả mô hình trên lưu vực sông Dinh Ninh Hòa

Tại lưu vực sông Dinh Ninh Hòa, mô hình Marine cải tiến cũng cho kết quả khả quan. Việc đánh giá hiệu quả mô hình cho thấy khả năng dự báo chính xác hơn, từ đó hỗ trợ trong việc quản lý và bảo vệ tài nguyên nước.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của mô hình Marine

Mô hình Marine cải tiến đã chứng minh được hiệu quả trong việc dự báo dòng chảy cho các lưu vực sông thiếu số liệu tại Nam Trung Bộ. Tương lai, việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển mô hình này sẽ giúp nâng cao hơn nữa độ chính xác trong dự báo, đáp ứng tốt hơn nhu cầu quản lý tài nguyên nước.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo cho mô hình Marine

Nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải tiến các thuật toán mô phỏng và tích hợp thêm dữ liệu từ các nguồn khác nhau. Điều này sẽ giúp mô hình phản ánh chính xác hơn các điều kiện thực tế của lưu vực.

5.2. Tầm quan trọng của mô hình trong quản lý nước

Mô hình Marine không chỉ có vai trò quan trọng trong dự báo dòng chảy mà còn hỗ trợ hiệu quả trong việc quản lý tài nguyên nước. Việc ứng dụng mô hình này sẽ giúp các cơ quan chức năng có những quyết định kịp thời và chính xác hơn.