Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Lưu vực sông Vệ là một trong những hệ thống sông lớn của tỉnh Quảng Ngãi, bắt nguồn từ vùng núi cao huyện Ba Tơ và đổ ra biển qua Cửa Cổ Lũy. Do đặc thù địa hình sườn đông dãy Trường Sơn có độ dốc lớn, lòng sông ngắn, kết hợp với các đợt mưa lớn tập trung vào mùa mưa lũ, tình hình ngập lụt tại hạ lưu sông Vệ diễn ra hết sức phức tạp và bất thường. Các trận lũ lịch sử vào các năm 1986, 1996, 1998 và 1999 đã gây ra những tổn thất nghiêm trọng về người và tài sản cho các địa phương trong lưu vực.

Trong bối cảnh toàn lưu vực sông Vệ chỉ có duy nhất một trạm quan trắc thủy văn tại An Chỉ, việc xây dựng và ứng dụng các mô hình toán mô phỏng quá trình chuyển đổi từ mưa thành dòng chảy là yêu cầu cấp thiết nhằm hỗ trợ công tác dự báo lũ, cảnh báo thiên tai và quy hoạch các giải pháp công trình phòng chống lũ.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của khóa luận được xác định cụ thể:

  1. Nghiên cứu, đánh giá khả năng mô phỏng dòng chảy lũ của mô hình NAM viết bằng ngôn ngữ lập trình FORTRAN (kế thừa từ nghiên cứu năm 2012 của tác giả Nguyễn Thị Hoan) đối với lưu vực sông Vệ tại vị trí khống chế trạm An Chỉ.
  2. Thực hiện hiệu chỉnh và kiểm định mô hình NAM viết trên FORTRAN (NAM - FORTRAN) và so sánh đối chứng trực tiếp với mô hình thương mại chuẩn MIKE NAM (thuộc Viện Thủy lực Đan Mạch - DHI) trên cả hai bài toán: dòng chảy ngày liên tục và dòng chảy giờ trong các trận lũ điển hình.
  3. Đánh giá tính chính xác, mức độ tương thích và tính khả thi của mô hình mã nguồn mở trong việc phục vụ dự báo và mở rộng các thuật toán tối ưu hóa thông số sau này.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quá trình hình thành dòng chảy lũ từ mưa trên lưu vực sông Vệ, mối quan hệ giữa lượng mưa và lưu lượng dòng chảy tại mặt cắt trạm thủy văn An Chỉ.
  • Phạm vi không gian: Lưu vực sông Vệ tính đến trạm thủy văn An Chỉ với diện tích khống chế là $841\text{ km}^2$ (theo số liệu bản đồ lưu vực) đến $854\text{ km}^2$ (theo diện tích khống chế tính toán của trạm).
  • Phạm vi thời gian: Dữ liệu dòng chảy ngày phục vụ giai đoạn hiệu chỉnh (1990 – 1993) và kiểm định (1997 – 2000); dữ liệu dòng chảy giờ phục vụ mô phỏng các trận lũ lớn lịch sử (trận lũ tháng 11/1999 và tháng 10/2003).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết mô hình thủy văn mưa – dòng chảy NAM (viết tắt từ tiếng Đan Mạch: Nedbør-Afstrømnings-Model), do Viện Kỹ thuật Thủy động lực thuộc Đại học Kỹ thuật Đan Mạch phát triển từ năm 1982. Đây là mô hình thủy văn tất định, dạng nhận thức khái niệm (conceptual) và mô hình gộp (lumped), tính toán liên tục quá trình cân bằng nước trên lưu vực.

Cấu trúc vật lý của mô hình NAM mô tả sự chuyển động của nước qua hệ thống gồm 5 bể chứa xếp theo phương thẳng đứng và các bể chứa tuyến tính nằm ngang:

  • Bể chứa tuyết tan: Kiểm soát bởi điều kiện nhiệt độ không khí (bể này được loại trừ, không xét đến trong điều kiện khí hậu nhiệt đới tại Việt Nam).
  • Bể chứa mặt ($U$): Đặc trưng cho lượng trữ ẩm bề mặt thảm thực vật, nước đọng vũng trũng và lớp đất sát mặt, có giới hạn trữ ẩm tối đa $U_{max}$.
  • Bể chứa tầng dưới/tầng rễ cây ($L$): Đặc trưng cho lớp đất có thảm rễ thực vật hút nước thoát hơi, có dung tích trữ ẩm tối đa $L_{max}$. Tỷ số $L/L_{max}$ kiểm soát lượng nước thấm sâu và sinh dòng chảy.
  • Bể chứa ngầm: Chia thành bể chứa nước ngầm tầng trên và tầng dưới, hoạt động tương đương các hồ chứa tuyến tính để sinh dòng chảy ngầm ($BF$).
  • Hệ thống diễn toán dòng chảy: Dòng chảy mặt ($Q_{OF}$) và dòng chảy sát mặt ($Q_{IF}$) được diễn toán qua 2 hồ chứa tuyến tính nối tiếp với hằng số thời gian $CK_{12}$; dòng chảy ngầm được diễn toán qua hồ chứa tuyến tính với hằng số thời gian $CK_{BF}$.

Mô hình toán học của NAM bao gồm 9 thông số vật lý cần hiệu chỉnh:

Tên thông số Đơn vị Ý nghĩa vật lý Khoảng biến thiên thông dụng
$U_{max}$ mm Lượng trữ nước tối đa của bể chứa mặt 5 – 35
$L_{max}$ mm Lượng trữ ẩm tối đa của bể chứa tầng rễ cây 50 – 350
$CQ_{OF}$ Không thứ nguyên Hệ số sinh dòng chảy mặt, phản ánh điều kiện thấm 0,0 – 1,0
$T_{OF}$ Không thứ nguyên Ngưỡng trữ ẩm bắt đầu sinh dòng chảy mặt 0,0 – 1,0
$T_{IF}$ Không thứ nguyên Ngưỡng trữ ẩm bắt đầu sinh dòng chảy sát mặt 0,0 – 1,0
$T_G$ Không thứ nguyên Ngưỡng trữ ẩm tầng rễ bắt đầu thấm bổ sung nước ngầm 0,0 – 1,0
$CK_{IF}$ Giờ Hằng số thời gian thoát dòng chảy sát mặt 50 – 1000
$CK_{12}$ Giờ Hằng số thời gian diễn toán dòng chảy mặt và sát mặt Phụ thuộc lưu vực
$CK_{BF}$ Giờ Hằng số thời gian diễn toán dòng chảy ngầm Phụ thuộc lưu vực

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai:

  • Phương pháp thu thập và xử lý chuỗi số liệu: Thu thập dữ liệu mưa, bốc hơi và lưu lượng; tính toán lượng mưa trung bình lưu vực theo phương pháp đa giác Thiessen từ 4 trạm đo: An Chỉ, Ba Tơ (nằm trong lưu vực), Sơn Giang và Giá Vực (nằm ngoài lưu vực lân cận). Số liệu quan trắc 6 giờ/lần được quy đổi về lượng mưa từng giờ.
  • Phương pháp mô hình số: Chuyển đổi hệ thống phương trình cân bằng nước của mô hình NAM sang mã lệnh lập trình bằng ngôn ngữ FORTRAN, biên dịch thành chương trình tính toán số.
  • Phương pháp hiệu chỉnh và kiểm định: Kết hợp phương pháp tối ưu hóa tự động trên phần mềm MIKE NAM với phương pháp thử dần (trial-and-error). Tiến hành đối chiếu chéo thông số giữa bộ phần mềm thương mại MIKE NAM và chương trình NAM - FORTRAN.
  • Hệ thống chỉ tiêu đánh giá:
    1. Hệ số hiệu quả Nash – Sutcliffe ($CR_3$ hay NSE): Đánh giá độ trùng khớp của đường quá trình lưu lượng ($CR_3 \ge 0{,}85$: Rất tốt; $0{,}65 \le CR_3 < 0{,}85$: Khá; $0{,}50 \le CR_3 < 0{,}65$: Trung bình).
    2. Tiêu chuẩn về độ lệch ($CR_1$): Đánh giá sai số tương đối giữa giá trị tính toán và thực đo.
    3. Sai số tổng lượng dòng chảy ($k$): Tỷ số giữa tổng lượng dòng chảy tính toán ($W_{tt}$) và tổng lượng thực đo ($W_{td}$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này trình bày chi tiết về điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu và tổng quan lịch sử phát triển của các mô hình mưa – dòng chảy trên thế giới cũng như tại Việt Nam.

Về đặc điểm tự nhiên lưu vực sông Vệ:

  • Vị trí và mạng lưới sông: Sông Vệ bắt nguồn từ vùng núi Ba Tơ ở độ cao 1000 – 1200 m (tọa độ $14^\circ 32'25''$B, $108^\circ 37'4''$Đ), trạm An Chỉ tại $14^\circ 58'15''$B, $108^\circ 47'36''$Đ. Chiều dài sông tính đến trạm An Chỉ là 91 km, mật độ lưới sông đạt $0{,}79\text{ km/km}^2$, độ dốc bình quân lưu vực là $19{,}9%$, độ cao bình quân đạt 170 m. Sông có 5 phụ lưu cấp 1 (sông Liên, sông Tà Nô/sông Tô, sông Mỏ, sông Thoa, sông Cây Bứa) và 2 phụ lưu cấp 2.
  • Địa chất, thổ nhưỡng và thảm phủ: Nền đá gốc gồm granulit mafic, gơnai granat, amphibolit, granit phức hệ Chu Lai – Ba Tơ. Đất đai gồm 6 nhóm chính (đất đỏ vàng vùng đồi núi chiếm phần lớn diện tích; phù sa, đất cát, đất xám ở hạ lưu). Tỷ lệ phủ thực vật: rừng rậm thường xanh nhiệt đới chiếm 12,27%, rừng thưa rụng lá và cây bụi chiếm 50,50%, đất trồng nông nghiệp ngắn ngày chiếm 37,23%.
  • Khí hậu và thủy văn: Lượng mưa năm vùng đồng bằng đạt 2000 – 2200 mm, vùng núi thượng nguồn vượt quá 3000 – 4000 mm; mùa mưa kéo dài từ tháng VIII đến tháng I năm sau. Mô đun dòng chảy năm bình quân đạt 70 – 80 l/s/$\text{km}^2$. Lưu lượng dòng chảy năm trung bình nhiều năm tại An Chỉ là $64{,}6\text{ m}^3\text{/s}$ (mô đun $76\text{ l/s/km}^2$). Mùa lũ kéo dài 3 tháng (tháng X đến tháng XII), chiếm 65 – 75% tổng lượng nước cả năm.
Đặc trưng thủy văn sông Vệ tại An Chỉ Giá trị
Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất từng quan trắc ($Q_{max}$) $4.290\text{ m}^3\text{/s}$ (ngày 19/11/1987)
Đỉnh lũ cao thứ hai $4.184\text{ m}^3\text{/s}$ (ngày 03/12/1986)
Mô đun đỉnh lũ lịch sử ($M_{lũ}$) $5{,}02\text{ m}^3\text{/s.km}^2$
Tổng lượng lũ 5 ngày lớn nhất ($W_{5max}$) $946{,}1\text{ triệu m}^3$ (trận lũ tháng 12/1999)
Tổng lượng lũ 5 ngày năm 1998 ($W_{5max}$) $551{,}6\text{ triệu m}^3$
Hệ số tương quan giữa $Q_{đỉnh}$ và $W_{1max}$ $R = 0{,}96$
Khả năng xuất hiện đỉnh lũ lớn nhất theo tháng Tháng XI (65,4%), Tháng X (26,9%), Tháng XII (7,7%)

Về mô hình mưa – dòng chảy, chương tổng kết quá trình tiến hóa từ phương pháp tỷ số Mulvaney (1851), đường quá trình đơn vị Sherman (1932), mô hình số Stanford (1966), HEC-1, HEC-HMS đến các mô hình TANK (Sugawara, 1956), MIKE-SHE và NAM. Phân tích rõ các nhánh phân loại: mô hình tất định – ngẫu nhiên, mô hình tập trung – bán phân bố – phân bố, mô hình sự kiện – liên tục.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết mô hình NAM

Chương 2 phân tích tường minh cấu trúc nhận thức, hệ thống công thức toán học và thiết kế mô hình số viết bằng FORTRAN.

Hệ thống phương trình toán học mô tả cân bằng ẩm:

  • Dòng chảy sát mặt ($Q_{IF}$): $$Q_{IF} = \begin{cases} (U - T_{IF} \cdot U_{max}) \cdot \frac{L/L_{max}}{CK_{IF}} & \text{khi } U > T_{IF} \cdot U_{max} \ 0 & \text{khi } U \le T_{IF} \cdot U_{max} \end{cases}$$
  • Dòng chảy mặt ($Q_{OF}$): Xuất hiện khi $U > U_{max}$ ($P_n = U - U_{max}$): $$Q_{OF} = \begin{cases} CQ_{OF} \cdot \frac{L/L_{max} - T_{OF}}{1 - T_{OF}} \cdot P_n & \text{khi } L/L_{max} > T_{OF} \ 0 & \text{khi } L/L_{max} \le T_{OF} \end{cases}$$
  • Nạp bổ sung nước ngầm ($G$): Lượng nước ngấm sâu từ phần $(P_n - Q_{OF})$: $$G = \begin{cases} (P_n - Q_{OF}) \cdot \frac{L/L_{max} - T_G}{1 - T_G} & \text{khi } L/L_{max} > T_G \ 0 & \text{khi } L/L_{max} \le T_G \end{cases}$$
  • Cân bằng độ ẩm tầng rễ ($L$): Thay đổi theo gia lượng $DL = P_n - Q_{OF} - G$.
  • Diễn toán dòng chảy: Quá trình chuyển hóa dòng chảy mặt và sát mặt qua hồ chứa tuyến tính với phương trình sai phân: $$OF = Q_{OF}(1 - e^{-\Delta t/CK_{12}}) + OF_{i-1} \cdot e^{-\Delta t/CK_{12}}$$ $$IF_f = Q_{IF}(1 - e^{-\Delta t/CK_{12}}) + IF_{fi-1} \cdot e^{-\Delta t/CK_{12}}$$ $$BF = G(1 - e^{-\Delta t/CK_{BF}}) + BF_{i-1} \cdot e^{-\Delta t/CK_{BF}}$$ Lưu lượng tổng cộng tại cửa ra: $Q_{tt} = (OF + IF_f + BF) \cdot \frac{F}{\Delta t \cdot 3{,}6}$.

Cấu trúc chương trình FORTRAN được thiết kế gồm: khối khai báo thông số và mảng biến, khối đọc dữ liệu khí tượng (mưa, bốc hơi), khối vòng lặp thời gian tính toán trạng thái 5 bể chứa, khối diễn toán dòng chảy và khối tính toán các chỉ số thống kê Nash – Sutcliffe ($CR_3$), $CR_1$, sai số $k$.

Chương 3: Áp dụng và so sánh hai mô hình NAM trong mô phỏng dòng chảy lũ lưu vực sông Vệ, trạm An Chỉ

Chương 3 trình bày toàn bộ quy trình thử nghiệm, kết quả hiệu chỉnh và kiểm định đối chứng giữa hai mô hình:

  • Quy trình 5 bước thực nghiệm:
    • Bước 1: Hiệu chỉnh tự động mô hình MIKE NAM để tìm bộ thông số khởi tạo.
    • Bước 2: Tinh chỉnh thủ công (thử dần) trên MIKE NAM để tối ưu hóa bộ thông số.
    • Bước 3: Nạp bộ thông số tối ưu vào mô hình NAM - FORTRAN.
    • Bước 4: Chạy mô phỏng và so sánh kết quả giữa NAM - FORTRAN, MIKE NAM và thực đo trong giai đoạn hiệu chỉnh dòng ngày (1990 – 1993).
    • Bước 5: Kiểm định độc lập mô hình trên chuỗi số liệu dòng ngày giai đoạn 1997 – 2000.
    • Lặp lại quy trình ngược lại (hiệu chỉnh trực tiếp trên NAM - FORTRAN rồi nạp sang MIKE NAM) và mở rộng cho chuỗi số liệu dòng chảy giờ các trận lũ lớn (tháng 11/1999 và tháng 10/2003).

Kết quả xác định bộ thông số tối ưu của mô hình:

Thông số mô hình Giá trị hiệu chỉnh từ MIKE NAM Giá trị hiệu chỉnh từ NAM - FORTRAN
$U_{max}$ (mm) 14,9 12,5
$L_{max}$ (mm) 120,0 115,0
$CQ_{OF}$ 0,95 0,92
$CK_{IF}$ (giờ) 650 600
$CK_{12}$ (giờ) 29,0 28,0
$TOF$ 0,45 0,40
$TIF$ 0,15 0,12
$TG$ 0,55 0,50
$CK_{BF}$ (giờ) 1004 980

Kết quả so sánh các chỉ tiêu thống kê đánh giá dòng chảy ngày giữa hai mô hình:

Giai đoạn tính toán Chỉ tiêu đánh giá MIKE NAM NAM - FORTRAN Đánh giá so sánh
Hiệu chỉnh (1990 – 1993) $CR_1$ (Độ lệch) Tốt Tốt (Sai khác 0,75%) MIKE NAM nhỉnh hơn không đáng kể
(Dùng bộ thông số MIKE) $CR_3$ (Nash) Khá Khá MIKE NAM bám đỉnh tốt hơn
$k$ (Sai số tổng lượng) Tốt Tốt Chênh lệch $< 1%$
Kiểm định (1997 – 2000) $CR_1$ (Độ lệch) Tốt Tốt (Sai khác 0,64%) Tương đương
(Dùng bộ thông số MIKE) $CR_3$ (Nash) Khá Khá Tương đương
$k$ (Sai số tổng lượng) Tốt Tốt Chênh lệch rất nhỏ
Hiệu chỉnh (1990 – 1993) $CR_1$ (Độ lệch) Tốt Tốt (Sai khác -0,41%) NAM - FORTRAN cho độ lệch thấp hơn
(Dùng bộ thông số FORTRAN) $CR_3$ (Nash) Tốt Tốt NAM - FORTRAN đạt chỉ số tốt hơn
$k$ (Sai số tổng lượng) Tốt Tốt NAM - FORTRAN sai số thấp hơn
Kiểm định (1997 – 2000) $CR_1$ (Độ lệch) Tốt Tốt (Sai khác 0,56%) Tương đương
(Dùng bộ thông số FORTRAN) $CR_3$ (Nash) Khá/Tốt Tốt NAM - FORTRAN cao hơn
$k$ (Sai số tổng lượng) Tốt Tốt MIKE NAM sai số thấp hơn

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đạt được những kết quả cụ thể dựa trên số liệu phân tích định lượng:

  • Độ chính xác mô phỏng: Cả hai mô hình NAM - FORTRAN và MIKE NAM đều mô phỏng sát đường quá trình lũ thực đo tại trạm An Chỉ. Đường tích lũy tổng lượng dòng chảy tính toán gần như trùng khít với đường tích lũy thực tế qua các năm 1990 – 1993 và 1997 – 2000. Mức độ sai khác về các chỉ tiêu $CR_1$, $CR_3$ và $k$ giữa chương trình tự phát triển trên FORTRAN và phần mềm thương mại MIKE NAM chỉ dao động trong khoảng từ $0{,}41%$ đến $0{,}75%$.
  • Bộ thông số đặc trưng cho lưu vực sông Vệ: Xác lập được bộ 9 thông số chuẩn cho lưu vực sông Vệ tại An Chỉ ($U_{max} = 12{,}5 - 14{,}9\text{ mm}$; $L_{max} = 115 - 120\text{ mm}$; $CK_{12} = 28 - 29\text{ giờ}$; $CK_{BF} = 980 - 1004\text{ giờ}$), phản ánh đúng đặc tính thấm nhanh ở sườn núi dốc và khả năng thoát lũ gấp của lưu vực.

Kiến nghị và giải pháp tác giả đề xuất:

  • Cần phát triển tích hợp thêm module diễn toán dòng chảy trong mạng lưới sông (thủy lực sông) vào mô hình mã nguồn NAM - FORTRAN để chuyển đổi từ mô hình gộp thành mô hình bán phân bố, nâng cao khả năng tính toán cho các lưu vực có nhiều phân lưu phức tạp.
  • Đề xuất bổ sung các thuật toán tự động dò tìm thông số tối ưu toàn cục và module đánh giá độ nhạy, tính bất định của thông số trực tiếp vào mã nguồn FORTRAN.

Đóng góp của khóa luận:

  • Kế thừa và kiểm chứng thành công mã nguồn mô hình NAM viết bằng FORTRAN của nghiên cứu trước (Nguyễn Thị Hoan, 2012 - áp dụng trên sông Ba) cho một lưu vực sông miền Trung có hình thái và chế độ thủy văn khác biệt (sông Vệ).
  • Chứng minh mã nguồn mở NAM - FORTRAN hoàn toàn có thể thay thế mô hình thương mại MIKE NAM trong tính toán thủy văn tại Việt Nam, giúp chủ động công nghệ tính toán mà không bị phụ thuộc vào bản quyền phần mềm đóng gói.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

  • Mật độ trạm quan trắc hạn chế: Toàn bộ lưu vực chỉ có 1 trạm thủy văn khống chế tại An Chỉ; trong 4 trạm đo mưa được sử dụng thì có 2 trạm (Sơn Giang, Giá Vực) nằm ngoài ranh giới lưu vực, việc nội suy đa giác Thiessen có thể chưa phản ánh hết tâm mưa cục bộ vùng núi cao.
  • Dữ liệu bốc hơi: Lưu vực chưa có trạm đo bốc hơi thực tế chuyên biệt, phải sử dụng dữ liệu đo bằng ống Piche từ trạm Quảng Ngãi rồi quy đổi, gây ảnh hưởng nhất định đến độ chính xác của bể cân bằng ẩm tầng rễ.
  • Bản chất mô hình gộp: Mô hình NAM xem toàn bộ lưu vực $841\text{ km}^2$ là một đơn vị tính toán đồng nhất, chưa thể hiện chi tiết sự bất đồng nhất về thảm phủ và lượng mưa không gian giữa các tiểu lưu vực thượng nguồn và hạ lưu.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Bổ sung cấu trúc tính toán diễn toán thủy lực một chiều trong lòng dẫn để nâng cấp NAM - FORTRAN thành mô hình bán phân bố.
  • Tiếp tục thu thập số liệu mưa tự động độ phân giải cao để kiểm định mô hình trên nhiều trận lũ giờ cực đoan mới.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên và học viên cao học ngành Thủy văn học, Kỹ thuật Tài nguyên nước, Khoa học Môi trường và Khí tượng học: Cung cấp tài liệu mẫu mực về phương pháp luận ứng dụng mô hình mưa – dòng chảy dạng nhận thức và kỹ thuật lập trình mô phỏng thủy văn bằng ngôn ngữ FORTRAN.
  • Các nhà nghiên cứu và cơ quan quản lý dự báo: Là nguồn tư liệu tham khảo giá trị về số liệu hình thái lưu vực, chuỗi số liệu lũ lịch sử và bộ thông số mô hình NAM chuẩn hóa cho lưu vực sông Vệ, tỉnh Quảng Ngãi.
  • Nội dung đáng tham khảo nhất: Cấu trúc chi tiết của các thuật toán chuyển hóa nước qua 5 bể chứa, mã nguồn mẫu FORTRAN xử lý phương trình sai phân diễn toán dòng chảy và quy trình hiệu chỉnh – kiểm định chéo giữa phần mềm thương mại và mã nguồn mở.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả phải xây dựng mô hình NAM bằng FORTRAN trong khi phần mềm thương mại MIKE NAM đã rất phổ biến?

Phần mềm thương mại MIKE NAM (thuộc bộ MIKE 11 của DHI) là phần mềm mã nguồn đóng, người dùng không thể can thiệp vào cấu trúc thuật toán bên trong, khó tích hợp các thuật toán tối ưu hóa tự động dò tìm thông số mới, không thể tự mở rộng module phân tích độ nhạy hay tính bất định của thông số. Việc lập trình NAM trên FORTRAN giúp làm chủ mã nguồn mở, tạo tiền đề để tích hợp thêm các chức năng nâng cao và diễn toán mạng lưới sông theo yêu cầu nghiên cứu đặc thù.

2. Lưu vực sông Vệ tính đến trạm An Chỉ có những đặc trưng hình thái nào gây bất lợi về lũ?

Lưu vực sông Vệ có diện tích khống chế $841\text{ km}^2$, chiều dài 91 km nhưng phần lớn bắt nguồn từ vùng núi cao $1000 - 1200\text{ m}$. Độ dốc bình quân lưu vực rất lớn ($19{,}9%$), mạng lưới sông hình nan quạt ở vùng hợp lưu, gradient địa hình từ lục địa ra biển dốc đứng khiến nước tập trung rất nhanh về lòng dẫn chính, tạo ra các trận lũ có đỉnh nhọn, biên độ lũ lớn và thời gian truyền lũ ngắn.

3. Những bể chứa nào được thiết lập trong mô hình NAM và bể nào bị loại bỏ trong nghiên cứu này?

Mô hình NAM gồm 5 bể chứa thẳng đứng: Bể chứa tuyết tan, Bể chứa mặt ($U$), Bể chứa tầng dưới/tầng rễ ($L$), Bể chứa nước ngầm tầng trên và Bể chứa nước ngầm tầng dưới. Do lưu vực sông Vệ nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa miền Trung Việt Nam, không có hiện tượng tuyết rơi và tuyết tan, nên bể chứa tuyết tan được loại bỏ hoàn toàn khỏi mô hình tính toán.

4. Kết quả mô phỏng dòng chảy ngày và dòng chảy giờ giữa NAM - FORTRAN và MIKE NAM có sự chênh lệch như thế nào?

Kết quả kiểm định cho thấy cả hai mô hình có sự tương đồng rất cao. Hệ số Nash – Sutcliffe ($CR_3$) của hai mô hình đều đạt mức khá và tốt ($> 0{,}65$ đến trên $0{,}80$), sai số tổng lượng dòng chảy $k$ rất nhỏ, mức độ sai khác giữa hai mô hình chỉ từ $0{,}41%$ đến $0{,}75%$. Điều này khẳng định thuật toán số viết trên FORTRAN mô phỏng chính xác tương đương phần mềm thương mại của DHI.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Thu Huyền đã ứng dụng thành công mô hình NAM lập trình bằng ngôn ngữ FORTRAN để mô phỏng dòng chảy lũ trên lưu vực sông Vệ tại trạm An Chỉ. Kết quả đối chứng chi tiết với phần mềm thương mại MIKE NAM trên cả chuỗi dòng chảy ngày (1990 – 2000) và các trận lũ giờ lịch sử cho thấy mô hình NAM - FORTRAN đạt độ chính xác cao và mức độ tương thích vượt trội. Công trình không chỉ cung cấp bộ thông số thủy văn tin cậy cho công tác mô phỏng lũ sông Vệ mà còn khẳng định tính khả thi của việc làm chủ mã nguồn mô hình thủy văn phục vụ nghiên cứu và dự báo chuyên sâu.