Nghiên Cứu Xây Dựng Công Nghệ Dự Báo Lũ Trung Hạn Kết Nối Với Hệ Thống Phòng Chống Lũ Đồng Bằng Sông Hồng - Thái Bình

• Tác giả: Pgs.Ts. Vũ Minh Cát
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Công nghệ dự báo lũ và điều hành hệ thống phòng chống lũ
• Đề tài: Công nghệ dự báo lũ trung hạn & điều hành hệ thống phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng - Thái Bình
• Loại tài liệu: Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Hà Nội

• 1. CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
• 1.2. Phạm vi của đề tài
• 1.3. Nội dung và các phương pháp nghiên cứu
• 1.3.1. Dự báo mưa trung hạn
• 1.3.2. Dự báo lũ trung hạn
• 1.3.3. Tích hợp dự báo mưa lũ trung hạn trong điều hành hệ thống hồ chứa
• 1.4. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài
• 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.4.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.5. Đóng góp của mỗi bên trong đề tài hợp tác nghiên cứu
• 1.5.1. Phía đối tác Italy
• 1.5.2. Phía đối tác Việt Nam
• 2. CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG HỒNG –THÁI BÌNH THU THẬP, PHÂN TÍCH VÀ QUẢN LÝ CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN
• 2.1. Tổng quan về lưu vực sông Hồng – Thái Bình
• 2.1.1. Tổng quan chung
• 2.1.2. Đặc điểm địa hình
• 2.1.3. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng và thực vật
• 2.1.4. Đặc điểm khí hậu
• 2.1.5. Đặc điểm hệ thống sông ngòi
• 2.1.6. Đặc điểm dân sinh kinh tế
• 2.2. Thu thập và phân tích tài liệu cơ bản
• 2.2.1. Số liệu khí tượng
• 2.2.1.1. Mạng lưới trạm đo khí tượng
• 2.2.1.2. Đánh giá chung về tài liệu khí tượng
• 2.2.1.3. Một số đặc điểm chung về khí tượng trên hệ thống
• 2.2.2. Số liệu thủy văn
• 2.2.2.1. Mạng lưới trạm đo đạc thủy văn
• 2.2.2.2. Đánh giá chung về tài liệu khí tượng thuỷ văn
• 2.2.2.3. Đặc điểm thủy văn trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình
• 2.2.3. Số liệu thủy văn các hồ chứa
• 2.2.4. Tài liệu địa hình hệ thống sông Hồng -Sông Thái Bình
• 2.2.4.1. Tài liệu địa hình các hồ chứa
• 2.2.4.2. Bản đồ số DEM thuộc lưu vực sông Hồng
• 2.2.4.3. Tài liệu địa hình hệ thống sông Hồng
• 2.2.4.4. Tài liệu địa hình các khu phân chậm lũ
• 2.2.5. Tài liệu về thảm phủ thực vật và bản đồ đất lưu vực sông Hồng
• 2.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu
• 2.3.1. Cơ sở số liệu bản đồ
• 2.3.2. Cơ sở số liệu KTTV
• 2.3.3. Giới thiệu phần mềm WRDB
• 2.3.4. Xây dựng cơ sở dữ liệu KTTV sử dụng phần mềm WRDB
• 2.3.5. Khai thác cơ sở dữ liệu KTTV đã xây dựng
• 3. CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO MƯA TRUNG HẠN
• 3.1. Dự báo mưa ở Việt Nam
• 3.2. Đặc điểm sự hình thành mưa và tổ hợp các kiểu hình thời tiết gây mưa lớn lưu vực sông Hồng
• 3.2.1. Các hình thế điển hình
• 3.2.2. Đặc điểm hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn trên lưu vực sông Hồng
• 3.3. Đánh giá hiện trạng các phương pháp dự báo mưa ở Việt nam
• 3.4. Thử nghiệm mô hình BOLAM của Italia
• 3.4.1. Giới thiệu mô hình BOLAM
• 3.4.2. Động lực học và phương pháp số
• 3.4.3. Vật lý và các sơ đồ tham số hóa vật lý
• 3.4.4. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên
• 3.4.5. Tiền xử lý và hậu xử lý trong mô hình BoLAM
• 3.5. Nghiên cứu ứng dụng mô hình BoLAM cho Việt Nam
• 3.5.1. Thay đổi cấu trúc thư mục trong mô hình BoLAM
• 3.5.2. Dự báo thử nghiệm bằng mô hình BOLAM mùa lũ 2007
• 3.5.3. Một số kết qủa so sánh mô hình BoLAM và mô hình HRM
• 3.6. Kết luận và kiến nghị
• 4. CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO LŨ
• 4.1. Các phương pháp dự báo thủy văn thường dùng ở Việt Nam
• 4.1.1. Các phương pháp thường dùng trong dự báo thủy văn
• 4.1.1.1. Phương pháp xu thế
• 4.1.1.2. Phương pháp lưu lượng và mực nước tương ứng
• 4.1.1.3. Phương pháp lượng trữ
• 4.1.2. Nhóm các phương pháp phân tích thống kê
• 4.1.3. Phương pháp mạng Nơ ron thần kinh – Mạng trí tuệ nhân tạo (Artificial Neural Network)
• 4.1.4. Phương pháp sử dụng các mô hình thủy văn và thủy lực
• 4.1.5. Phương pháp kỹ thuật số
• 4.2. Tổng kết các phương pháp thường dùng trong dự báo ngắn hạn, trung hạn và dài hạn ở Việt Nam
• 4.2.1. Các phương pháp dự báo ngắn hạn
• 4.2.2. Các phương pháp dự báo trung hạn
• 4.2.3. Các phương pháp dự báo dài hạn
• 4.3. Phân tích đặc điểm mưa lũ trên hệ thống sông Hồng
• 4.3.1. Đặc điểm của mưa gây lũ trên lưu vực hệ thống sông Hồng
• 4.3.2. Vai trò của trữ lượng nước trên lưu vực đối với sự hình thành lũ
• 4.3.3. Tổ hợp lũ sông Đà, Lô, Thao
• 4.3.4. Đặc điểm mưa gây lũ lưu vực sông Thao:
• 4.3.5. Dòng chảy lũ sông Lô
• 4.4. Xây dựng công nghệ dự báo lũ ngắn hạn hệ thống sông Hồng
• 4.4.1. Phương pháp hồi quy đa biến
• 4.4.1.1. Cơ sở của phương pháp Hồi quy đa biến
• 4.4.1.2. Các giả thiết của phương pháp và quy trình thực hiện phương pháp
• 4.4.1.3. Xây dựng ma trận tương quan
• 4.4.1.4. Phương trình dự báo và các phép thử
• 4.4.2. Cấu trúc mạng ANN
• 4.4.2.1. Quá trình quét xuôi
• 4.4.2.2. Hàm kích hoạt
• 4.4.2.3. Lựa chọn sơ đồ mạng nơ ron thần kinh ban đầu
• 4.4.2.4. Phương pháp quét ngược (Back Propagation Method)
• 4.4.2.5. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình học theo phương pháp lan truyền ngược sai số
• 4.4.2.6. Vấn đề học chưa đủ và học quá thuộc của mạng
• 4.4.2.7. Một số giải pháp cho vấn đề học quá của mạng:
• 4.4.2.8. Giới thiệu phần mềm neuroSolutions
• 4.4.3. Xây dựng các phương án dự báo lũ ngắn hạn cho các vị trí khác nhau trên hệ thống sông Hồng
• 4.4.3.1. Kết quả dự báo lũ cho sông Thao:
• 4.4.3.2. Kết quả dự báo lũ cho sông Lô - Gâm:
• 4.4.3.3. Kết quả dự báo lũ cho sông Đà:
• 4.5. Xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn hệ thống sông Hồng
• 4.5.1. Ứng dụng mô hình của đối tác đề nghị DIMOSHONG
• 4.5.1.1. Giới thiệu mô hình DIMOSHONG
• 4.5.1.2. Xây dựng mô hình DIMOSHONG cho lưu vực hệ thống sông Hồng
• 4.5.1.3. Kết quả mô phỏng mô hình DIMOSHONG cho các trận lũ lớn cho hệ thống sông Hồng
• 4.5.2. Ứng dụng mô hình HEC-HMS
• 4.5.2.1. Giới thiệu mô hình HEC-HMS
• 4.5.2.2. Xây dựng mô hình HEC-HMS cho lưu vực hệ thống sông Hồng
• 4.5.2.3. Kết nối dữ liệu liệu mưa vào dự báo dòng chảy
• 4.5.2.4. Tóm tắt một số kết quả tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa
• 4.6. Xây dựng công nghệ dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng
• 4.6.1. Lập trình kết nối và xây dựng công nghệ
• 4.6.2. Sử dụng công nghệ dự báo ngắn hạn
• 4.6.3. Sử dụng công nghệ dự báo trung hạn bằng mô hình DIMOSHONG
• 4.6.4. Sử dụng công nghệ dự báo trung hạn bằng HEC-HMS
• 4.7. Thử nghiệm công nghệ dự báo lũ trung hạn cho mùa lũ 2007
• 4.7.1. Dự báo thử nghiệm sử dụng mô hình DIMOSHONG
• 4.7.2. Dự báo thử nghiệm sử dụng mô hình HEC-HMS
• 5. CHƯƠNG V: CÔNG NGHỆ KẾT NỐI DỰ BÁO MƯA VỚI DỰ BÁO LŨ TRUNG HẠN
• 5.1. Xây dựng phần mềm kết nối giữa dự báo mưa với dự báo lũ
• 5.1.1. Lập trình đọc và ghi kết quả dự báo từ BOLAM ra file PPF – file số liệu vào cho DIMOSHONG
• 5.1.2. Lập trình giao diện xử lý số liệu đầu vào và hiển thị kết quả
• 5.1.2.1. Chương trình Nhập dữ liệu
• 5.1.2.2. Chương trình hiển thị kết quả chạy mô hình DIMOSHONG
• 6. CHƯƠNG VI: KẾT NỐI MÔ HÌNH DỰ BÁO MƯA LŨ TRONG ĐIỀU HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA PHÒNG CHỐNG LŨ
• 6.1. Xây dựng mô hình kết nối dự báo mưa lũ với điều hành hệ thống hồ chứa phòng lũ
• 6.1.1. Giới thiệu tóm tắt mô hình HEC-HMS về khả năng điều tiết hồ chứa
• 6.1.2. Mô phỏng hệ thống sông Hồng phục vụ điều hành hệ thống hồ chứa bằng HEC-HMS
• 6.2. Lựa chọn hệ thống kịch bản về mưa và dòng chảy lũ phục vụ điều hành thử nghiệm theo mô hình dự báo lũ trung hạn
• 6.2.1. Những căn cứ để thiết lập hệ thống kịch bản
• 6.2.2. Lựa chọn kịch bản mưa lũ
• 6.3. Phương án vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian dự kiến của dự báo hạn trung (từ 3 đến 5 ngày)
• 6.3.1. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ sớm
• 6.3.2. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ chính vụ
• 6.3.3. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ muộn
• 6.3.4. Vận hành đảm bảo an toàn công trình
• 6.4. Kết quả vận hành thử nghiệm hệ thống hồ chứa theo các kịch bản đề ra
• 6.4.1. Trận lũ lịch sử năm 1971 xảy ra trong thời kỳ lũ sớm từ 15 tháng 6 đến 15 tháng 7
• 6.4.2. Trận lũ lịch sử năm 1971 xảy ra trong thời kỳ lũ chính vụ từ 16 tháng 7 đến 25 tháng 8
• 6.4.3. Trận lũ lịch sử năm 1971 xảy ra trong thời kỳ lũ muộn từ 26 tháng 8 đến 15 tháng 9
• 6.4.4. Thử nghiệm mô hình vận hành trong mùa lũ 2007
• 7. CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 7.1. Về khoa học công nghệ
• 7.2. Về mặt hợp tác quốc tế
• 7.3. Về mặt đào tạo
• 7.4. Về phục vụ sản xuất
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• MỤC LỤC HÌNH VẼ

I. Giới thiệu về công nghệ dự báo lũ

Công nghệ dự báo lũ trung hạn là một phần quan trọng trong hệ thống phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng - Thái Bình. Công nghệ này không chỉ giúp dự đoán chính xác lượng mưa và lũ mà còn hỗ trợ trong việc quản lý lũ hiệu quả. Việc áp dụng các phương pháp dự báo hiện đại như mô hình BOLAM và DIMOSHONG đã cho thấy sự cải thiện đáng kể trong khả năng dự báo. Theo nghiên cứu, việc tích hợp dữ liệu khí tượng và thủy văn là rất cần thiết để nâng cao độ chính xác của dự báo. "Công nghệ dự báo lũ không chỉ là một công cụ, mà còn là một phần không thể thiếu trong chiến lược quản lý lũ".

1.1. Các phương pháp dự báo lũ

Các phương pháp dự báo lũ hiện nay bao gồm phương pháp hồi quy đa biến, mạng nơ ron thần kinh và các mô hình thủy văn. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và hạn chế riêng. Phương pháp hồi quy đa biến giúp phân tích mối quan hệ giữa các yếu tố khí tượng và lũ, trong khi mạng nơ ron thần kinh có khả năng học hỏi từ dữ liệu quá khứ để cải thiện độ chính xác. "Việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả của công nghệ dự báo lũ".

II. Hệ thống phòng chống lũ

Hệ thống phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng - Thái Bình được xây dựng dựa trên các công nghệ hiện đại và các phương pháp quản lý lũ hiệu quả. Hệ thống này bao gồm các hồ chứa, đê điều và các công trình phòng chống lũ khác. Việc điều hành hệ thống này cần phải dựa trên các dự báo chính xác về mưa và lũ. "Một hệ thống phòng chống lũ hiệu quả không chỉ bảo vệ tài sản mà còn bảo vệ tính mạng con người". Sự kết hợp giữa công nghệ dự báo và điều hành hệ thống là rất cần thiết để giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra.

2.1. Quản lý lũ và điều hành hệ thống

Quản lý lũ bao gồm việc theo dõi, dự báo và điều hành các công trình phòng chống lũ. Việc sử dụng công nghệ thông tin trong quản lý lũ giúp nâng cao hiệu quả điều hành. Các phần mềm như HEC-HMS và DIMOSHONG được sử dụng để mô phỏng và dự báo dòng chảy, từ đó đưa ra các quyết định điều hành hợp lý. "Công nghệ thông tin là chìa khóa để quản lý lũ hiệu quả trong bối cảnh biến đổi khí hậu".

III. Tác động của môi trường và phát triển bền vững

Tác động của môi trường đến hệ thống phòng chống lũ là một yếu tố không thể bỏ qua. Biến đổi khí hậu đã làm thay đổi các mô hình thời tiết, dẫn đến sự gia tăng tần suất và cường độ của các trận lũ. Việc phát triển bền vững trong quản lý lũ cần phải xem xét đến các yếu tố môi trường. "Phát triển bền vững không chỉ là một mục tiêu, mà còn là một yêu cầu cần thiết trong quản lý tài nguyên nước". Các giải pháp như bảo vệ rừng, cải thiện hệ thống thoát nước và xây dựng các công trình xanh là rất quan trọng.

3.1. Phát triển bền vững trong quản lý lũ

Phát triển bền vững trong quản lý lũ bao gồm việc kết hợp giữa công nghệ và các giải pháp tự nhiên. Việc sử dụng các công nghệ thông tin trong quản lý lũ cần phải đi đôi với việc bảo vệ môi trường. "Chỉ khi nào chúng ta kết hợp được công nghệ và tự nhiên, chúng ta mới có thể đạt được sự phát triển bền vững".