Luận văn thạc sĩ về mô hình toán dự báo dòng chảy lũ trên lưu vực sông Đà

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng mô hình toán trong dự báo dòng chảy lũ tại lưu vực sông Đà, góp phần quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu Bình
• Người hướng dẫn: PGS. TS Hoàng Minh Tuyến
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Thủy văn
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình Toán Dự Báo Dòng Chảy Lũ Trên Lưu Vực Sông Đà
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• BẢN CAM KẾT
• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ
• 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu dự báo lũ trên thế giới
• 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu ở Việt Nam về dự báo dòng chảy lũ
• 1.3. Các phương pháp dự báo lũ
• 1.3.1. Phương pháp xu thế
• 1.3.2. Phương pháp mực nước, lưu lượng tương ứng
• 1.3.3. Phương pháp lượng tr
• 1.3.4. Phương pháp phân tích thống kê
• 1.3.5. Mô hình mạng thần kinh nhân tạo
• 1.3.6. Phương pháp mô hình toán
• 1.4. Lựa chọn phương pháp dự báo dòng chảy lũ trên sông Đà
• 2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ MƯA LŨ LƯU VỰC SÔNG ĐÀ
• 2.1. Điều kiện địa lý tự nhiên lưu vực sông Đà
• 2.1.1. Vị trí địa lý
• 2.1.2. Đặc điểm địa hình và đất đai
• 2.1.3. Đặc điểm khí hậu
• 2.2. Đặc điểm thủy văn
• 2.2.1. Mạng lưới sông ngòi
• 2.2.2. Các đặc trưng thủy văn
• 2.2.3. Đặc điểm mưa, lũ nổi bật trên lưu vực sông Đà
• 2.2.4. Hệ thống hồ chứa trên lưu vực
• 3. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU
• 3.1. Mô hình HEC-HMS
• 3.2. Mô hình HEC-RESSIM
• 4. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG ĐÀ
• 4.1. Thiết lập mô hình dự báo dòng chảy lũ trên lưu vực sông Đà
• 4.1.1. Thiết lập mô hình HEC-HMS
• 4.1.2. Thiết lập mô hình điều tiết hồ chứa HEC-RESSIM
• 4.2. Ứng dụng mô hình dự báo thử nghiệm năm 2015 trên lưu vực sông Đà
• 4.2.1. Dự báo dòng chảy lũ trên sông Đà
• 4.2.2. Đánh giá sai số của yếu tố dự báo (lưu lượng dòng chảy) theo thống kê xác suất
• 4.2.3. Kết quả dự báo dòng chảy thử nghiệm bằng mô hình HEC-HMS và HEC-RESSIM
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• PHỤ LỤC
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Tóm tắt

I. Tổng quan dự báo dòng chảy lũ

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, dự báo dòng chảy lũ trở thành nhiệm vụ cấp thiết nhằm giảm thiểu thiệt hại do thiên tai. Tình hình nghiên cứu dự báo dòng chảy lũ trên thế giới cho thấy nhiều mô hình đã được phát triển và áp dụng thành công, như mô hình NAM và Mike 11. Các mô hình này không chỉ phục vụ cho việc dự báo mà còn hỗ trợ trong quy hoạch phòng lũ. Tại Việt Nam, việc nghiên cứu dự báo dòng chảy lũ cũng đã được thực hiện với sự tham gia của nhiều cơ quan như Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn. Các phương pháp như phân tích thống kê và mô hình TANK kết hợp Muskingum đang được áp dụng để cải thiện độ chính xác của dự báo. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc phát triển các phương pháp và công nghệ mới trong quản lý lũ.

1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Nghiên cứu dự báo dòng chảy lũ trên thế giới đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Các mô hình như HEC-HMS và HEC-RESSIM được sử dụng rộng rãi, cho phép dự báo chính xác hơn về dòng chảy từ mưa. Việc áp dụng các công nghệ mới trong dự báo đã giúp nâng cao chất lượng dự báo lũ, từ đó giảm thiểu thiệt hại. Một số mô hình nổi bật như ISIS và NAM đã được áp dụng thành công tại nhiều quốc gia, cho thấy tính khả thi và hiệu quả của các mô hình này trong quản lý lũ.

1.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Tại Việt Nam, nghiên cứu về dự báo dòng chảy lũ đang được thực hiện bởi nhiều cơ quan như Viện Khoa học Thủy Lợi và Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn. Các phương pháp dự báo hiện tại chủ yếu dựa vào phân tích thống kê và mô hình toán học. Tuy nhiên, các phương pháp này vẫn còn một số hạn chế, như độ chính xác chưa cao và chưa kết nối với các mô hình thủy lực. Việc phát triển và cải tiến các mô hình dự báo là cần thiết để nâng cao khả năng dự báo và ứng phó với thiên tai.

II. Đặc điểm địa lý tự nhiên và mưa lũ lưu vực sông Đà

Lưu vực sông Đà có nhiều đặc điểm địa lý tự nhiên ảnh hưởng đến dòng chảy lũ. Vị trí địa lý, địa hình và khí hậu của khu vực này đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành các chế độ thủy văn. Mô hình toán học dự báo dòng chảy lũ cần phải xem xét các yếu tố như lượng mưa, địa hình và hệ thống hồ chứa. Việc hiểu rõ về các đặc điểm này sẽ giúp cải thiện độ chính xác của dự báo. Đồng thời, các đặc điểm khí hậu như lượng mưa và thời gian mưa cũng cần được phân tích để đưa ra các dự báo chính xác hơn về dòng chảy lũ.

2.1 Điều kiện địa lý tự nhiên

Lưu vực sông Đà có địa hình phức tạp với nhiều đồi núi và thung lũng. Điều này tạo ra sự đa dạng trong chế độ dòng chảy và sự phân bố lượng mưa. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng lượng mưa trong khu vực này thường tập trung vào mùa mưa, từ tháng VI đến tháng X, điều này làm gia tăng nguy cơ lũ lụt. Hệ thống hồ chứa như Sơn La và Hòa Bình đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết dòng chảy, giúp giảm thiểu thiệt hại do lũ. Việc ứng dụng mô hình thủy văn trong dự báo dòng chảy lũ là rất cần thiết để quản lý hiệu quả nguồn nước.

2.2 Đặc điểm mưa lũ nổi bật trên lưu vực sông Đà

Mưa trên lưu vực sông Đà có đặc điểm là không đồng đều và thường xảy ra với cường độ lớn trong thời gian ngắn. Điều này dẫn đến tình trạng lũ lụt bất ngờ, gây thiệt hại cho đời sống và sản xuất. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc dự báo lượng mưa và dòng chảy là rất cần thiết để chuẩn bị ứng phó kịp thời với lũ lụt. Mô hình toán học như HEC-HMS có thể giúp phân tích và dự báo chính xác hơn về dòng chảy lũ, từ đó hỗ trợ trong công tác quản lý lũ và bảo vệ tài nguyên nước.

III. Ứng dụng mô hình toán dự báo dòng chảy lũ trên lưu vực sông Đà

Việc ứng dụng mô hình toán trong dự báo dòng chảy lũ trên lưu vực sông Đà đã cho thấy hiệu quả rõ rệt. Mô hình HEC-HMS được thiết lập để tính toán và dự báo dòng chảy lũ, giúp các cơ quan quản lý có thể đưa ra các quyết định kịp thời trong công tác phòng chống thiên tai. Kết quả từ mô hình cho thấy độ chính xác cao trong việc dự báo lưu lượng dòng chảy. Việc áp dụng mô hình thủy văn không chỉ giúp nâng cao khả năng dự báo mà còn hỗ trợ trong việc điều tiết hồ chứa, giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra.

3.1 Thiết lập mô hình dự báo

Mô hình HEC-HMS được thiết lập dựa trên các dữ liệu thực tế thu thập từ lưu vực sông Đà. Quá trình thiết lập mô hình bao gồm việc nhập liệu về lượng mưa, lưu lượng dòng chảy và các thông số thủy văn khác. Mô hình này cho phép dự báo dòng chảy lũ trong thời gian ngắn, từ đó giúp các cơ quan chức năng có thể ứng phó kịp thời với tình hình lũ lụt. Kết quả mô phỏng cho thấy mô hình có khả năng dự đoán chính xác diễn biến dòng chảy, góp phần quan trọng trong công tác quản lý lũ.

3.2 Đánh giá kết quả dự báo

Kết quả dự báo từ mô hình HEC-HMS cho thấy độ chính xác cao trong việc xác định lưu lượng dòng chảy. Các chỉ tiêu đánh giá như sai số và độ chính xác được tính toán dựa trên dữ liệu thực tế. Những kết quả này không chỉ giúp cải thiện độ tin cậy của mô hình mà còn hỗ trợ trong việc điều chỉnh các phương pháp dự báo. Việc đánh giá kết quả dự báo là một bước quan trọng trong việc nâng cao khả năng ứng phó với lũ lụt, đảm bảo an toàn cho người dân và tài sản.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu về mô hình toán dự báo dòng chảy lũ trên lưu vực sông Đà đã chỉ ra tính cấp thiết của việc nâng cao khả năng dự báo lũ. Việc áp dụng các mô hình tiên tiến như HEC-HMS không chỉ giúp cải thiện độ chính xác của dự báo mà còn hỗ trợ trong việc quản lý nguồn nước hiệu quả. Để nâng cao hơn nữa chất lượng dự báo, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới, đồng thời tăng cường hợp tác giữa các cơ quan nghiên cứu và quản lý. Điều này sẽ góp phần quan trọng trong công tác phòng chống thiên tai và bảo vệ tài nguyên nước.

4.1 Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc cải thiện các mô hình dự báo hiện có, đồng thời nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy lũ. Việc kết hợp giữa các mô hình thủy văn và dữ liệu GIS có thể giúp nâng cao độ chính xác của dự báo. Ngoài ra, cần nghiên cứu sâu hơn về các phương pháp dự báo dài hạn, nhằm cung cấp thông tin kịp thời cho công tác quản lý lũ.

4.2 Khuyến nghị cho các cơ quan quản lý

Các cơ quan quản lý cần chú trọng đến việc ứng dụng công nghệ mới trong dự báo lũ. Việc đầu tư vào hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu sẽ giúp cải thiện độ chính xác của dự báo. Bên cạnh đó, cần tăng cường công tác đào tạo và nâng cao năng lực cho đội ngũ cán bộ làm công tác dự báo lũ, nhằm đáp ứng tốt hơn với các tình huống khẩn cấp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Đà, phụ lưu lớn nhất của sông Hồng, có diện tích khoảng 52.900 km², trải dài trên ba quốc gia Trung Quốc, Lào và Việt Nam, trong đó phần lưu vực trên lãnh thổ Việt Nam chiếm khoảng 26.190 km². Lưu vực này đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội vùng Tây Bắc và đồng bằng sông Hồng, đồng thời là nơi tập trung nhiều công trình thủy điện lớn như Sơn La, Hòa Bình, Bản Chát và Lai Châu. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, các hiện tượng lũ lụt ngày càng phức tạp và nguy hiểm, gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Việc dự báo chính xác dòng chảy lũ trên lưu vực sông Đà là nhiệm vụ cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả vận hành các hồ chứa đa mục tiêu, đồng thời giảm thiểu thiệt hại do thiên tai gây ra.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là ứng dụng mô hình toán để dự báo dòng chảy lũ trên lưu vực sông Đà, tập trung vào việc thiết lập và hiệu chỉnh mô hình thủy văn HEC-HMS và mô hình vận hành hồ chứa HEC-RESSIM. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ lưu vực sông Đà đến đập thủy điện Hòa Bình, với thời gian nghiên cứu tập trung vào mùa lũ từ tháng 6 đến tháng 10. Nghiên cứu nhằm cung cấp công cụ dự báo ngắn hạn (24-120 giờ) có độ chính xác cao, hỗ trợ công tác phòng chống thiên tai và vận hành hiệu quả hệ thống hồ chứa thủy điện trên lưu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai mô hình toán chủ đạo: mô hình thủy văn HEC-HMS và mô hình vận hành hồ chứa HEC-RESSIM.

• Mô hình HEC-HMS: Đây là mô hình thủy văn tham số hóa hiện đại, được phát triển bởi Cơ quan Quân đội Hoa Kỳ, dùng để mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy trên lưu vực. Mô hình bao gồm các thành phần tính toán tổn thất mưa, chuyển đổi mưa thành dòng chảy mặt, diễn toán dòng chảy trên kênh và mô phỏng quá trình dòng chảy qua các lưu vực con. Các khái niệm chính bao gồm: tổn thất mưa (Initial and Constant Rate), đường quá trình đơn vị (Unit Hydrograph), phương pháp diễn toán dòng chảy Muskingum, và các thuật toán chuyển đổi mưa thành dòng chảy.

• Mô hình HEC-RESSIM: Mô hình này dùng để mô phỏng và điều hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu, bao gồm các công cụ mô phỏng, tính toán, lưu trữ số liệu và quản lý vận hành hồ chứa. HEC-RESSIM cho phép mô phỏng vận hành liên hồ chứa, tính toán lưu lượng xả và dung tích hồ theo các quy định vận hành thực tế.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng trong nghiên cứu gồm: dòng chảy lũ, lưu lượng đỉnh, dung tích hồ chứa, vận hành liên hồ chứa, mô hình thủy văn, mô hình vận hành hồ chứa, và các chỉ tiêu đánh giá chất lượng dự báo như hệ số Nash và sai số dự báo.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các trạm thủy văn, khí tượng trên lưu vực sông Đà, bao gồm số liệu mưa, lưu lượng dòng chảy, mực nước hồ chứa và các thông số kỹ thuật của các công trình thủy điện. Cỡ mẫu dữ liệu bao gồm các trận lũ lớn trong giai đoạn 2011-2015, đặc biệt tập trung vào trận lũ năm 2015 để kiểm định mô hình.

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình HEC-HMS để mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy trên lưu vực, kết hợp với mô hình HEC-RESSIM để mô phỏng vận hành hồ chứa. Việc hiệu chỉnh mô hình được thực hiện dựa trên số liệu thực đo tại các trạm như Mường Tè, Nam Giang, Mường Lay, Tả Gia, Nam Mức, Sơn La. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mô hình gồm hệ số Nash (Nash-Sutcliffe Efficiency) và sai số dự báo lưu lượng.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 3 năm, từ thu thập số liệu, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh đến kiểm định và ứng dụng mô hình dự báo dòng chảy lũ trên lưu vực sông Đà.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu chỉnh mô hình HEC-HMS đạt độ chính xác cao: Qua hiệu chỉnh trên các trạm thủy văn, hệ số Nash đạt trung bình trên 0.75, sai số dự báo lưu lượng dưới 15%, cho thấy mô hình phù hợp với đặc điểm thủy văn phức tạp của lưu vực sông Đà.

2. Dự báo dòng chảy lũ ngắn hạn có độ tin cậy cao: Mô hình dự báo dòng chảy lũ trong khoảng thời gian 24-120 giờ cho các hồ chứa Sơn La, Hòa Bình và Bản Chát đạt mức độ chính xác trên 70% theo tiêu chuẩn QP 94/TCN-91. Lưu lượng dự báo đến hồ Sơn La trong trận lũ năm 2015 sai số trung bình dưới 10%.

3. Mô hình HEC-RESSIM hiệu quả trong vận hành liên hồ chứa: Mô phỏng vận hành liên hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Bản Chát và Hòa Bình cho thấy khả năng phối hợp xả lũ hiệu quả, giảm lưu lượng đỉnh lũ đến hạ du từ 15-20% so với vận hành truyền thống.

4. Đặc điểm dòng chảy lũ trên lưu vực sông Đà: Lũ lớn thường tập trung nhanh, không đồng bộ giữa các nhánh sông, với lưu lượng đỉnh lũ tại các hồ chứa đạt trên 10.000 m³/s trong các trận lũ đặc biệt. Lượng dòng chảy lũ chiếm khoảng 69-78% tổng lượng dòng chảy năm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân mô hình HEC-HMS đạt hiệu quả cao là do khả năng mô phỏng chi tiết quá trình mưa - dòng chảy, kết hợp với dữ liệu mưa phân bố theo phương pháp đa giác Thiessen và tính toán tổn thất mưa theo phương pháp Initial and Constant Rate phù hợp với đặc điểm thảm phủ và địa hình lưu vực. Kết quả dự báo dòng chảy lũ ngắn hạn có độ chính xác cao giúp nâng cao hiệu quả vận hành hồ chứa, giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra.

So sánh với các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam, mô hình HEC-HMS và HEC-RESSIM cho kết quả dự báo và vận hành hồ chứa tốt hơn các phương pháp thống kê truyền thống và mô hình mạng thần kinh nhân tạo do tính toán dựa trên cơ sở vật lý thủy văn và thủy lực. Việc ứng dụng mô hình liên hồ chứa giúp giải quyết mâu thuẫn giữa nhiệm vụ phòng lũ và các mục tiêu khác như phát điện và cấp nước.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh lưu lượng thực đo và dự báo tại các trạm thủy văn, bảng tổng hợp sai số và hệ số Nash cho từng trạm, cũng như sơ đồ mô phỏng vận hành liên hồ chứa thể hiện lưu lượng xả và dung tích hồ theo thời gian.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai ứng dụng mô hình HEC-HMS và HEC-RESSIM trong công tác dự báo và vận hành hồ chứa: Các cơ quan quản lý thủy lợi và thủy điện cần áp dụng mô hình này để nâng cao độ chính xác dự báo lũ ngắn hạn, đặc biệt trong mùa mưa lũ từ tháng 6 đến tháng 10 hàng năm.

2. Tăng cường thu thập và cập nhật số liệu thủy văn, khí tượng: Đầu tư nâng cấp hệ thống trạm đo mưa, lưu lượng và mực nước trên lưu vực sông Đà nhằm cung cấp dữ liệu đầu vào chính xác, phục vụ hiệu chỉnh và vận hành mô hình liên tục.

3. Đào tạo chuyên môn cho cán bộ vận hành hồ chứa và dự báo thủy văn: Tổ chức các khóa đào tạo về sử dụng mô hình HEC-HMS và HEC-RESSIM, nâng cao năng lực phân tích, hiệu chỉnh mô hình và ra quyết định vận hành hồ chứa trong điều kiện lũ phức tạp.

4. Phát triển hệ thống cảnh báo lũ tích hợp GIS và mô hình thủy văn: Xây dựng hệ thống cảnh báo lũ thời gian thực kết hợp mô hình dự báo dòng chảy và GIS để hỗ trợ công tác phòng chống thiên tai, giảm thiểu thiệt hại cho vùng hạ du sông Hồng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý thủy lợi và thủy điện: Hỗ trợ trong việc vận hành hồ chứa đa mục tiêu, điều phối xả lũ và cấp nước hiệu quả, giảm thiểu rủi ro thiên tai.

2. Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn: Cung cấp công cụ dự báo dòng chảy lũ ngắn hạn chính xác, nâng cao chất lượng dự báo và cảnh báo lũ.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành thủy văn, tài nguyên nước: Tham khảo phương pháp mô hình toán ứng dụng trong dự báo lũ và vận hành hồ chứa, phục vụ nghiên cứu và phát triển khoa học.

4. Các tổ chức phòng chống thiên tai và quản lý rủi ro thiên tai: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng kế hoạch ứng phó, giảm nhẹ thiệt hại do lũ lụt gây ra tại các vùng hạ du.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình HEC-HMS có ưu điểm gì so với các mô hình dự báo khác?
   HEC-HMS là mô hình thủy văn tham số hóa hiện đại, có khả năng mô phỏng chi tiết quá trình mưa - dòng chảy, dễ hiệu chỉnh và áp dụng cho lưu vực có diện tích lớn. Nó cho kết quả dự báo chính xác hơn các phương pháp thống kê truyền thống, đặc biệt trong điều kiện dữ liệu hạn chế.

2. Tại sao cần kết hợp mô hình HEC-HMS với HEC-RESSIM?
   HEC-HMS mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy, trong khi HEC-RESSIM mô phỏng vận hành hồ chứa đa mục tiêu. Sự kết hợp giúp dự báo dòng chảy đến hồ chứa và điều hành xả lũ hiệu quả, giảm thiểu rủi ro lũ lụt cho vùng hạ du.

3. Phạm vi thời gian dự báo dòng chảy lũ của mô hình là bao lâu?
   Mô hình được hiệu chỉnh để dự báo dòng chảy lũ ngắn hạn trong khoảng 24 đến 120 giờ, phù hợp với yêu cầu vận hành hồ chứa và cảnh báo lũ kịp thời.

4. Dữ liệu đầu vào quan trọng nhất để mô hình hoạt động chính xác là gì?
   Dữ liệu mưa phân bố trên lưu vực và số liệu lưu lượng dòng chảy tại các trạm thủy văn là yếu tố quan trọng nhất. Việc thu thập và cập nhật dữ liệu chính xác giúp hiệu chỉnh mô hình và nâng cao độ tin cậy dự báo.

5. Mô hình có thể áp dụng cho các lưu vực sông khác không?
   Có, mô hình HEC-HMS và HEC-RESSIM có tính linh hoạt cao, có thể áp dụng cho nhiều lưu vực sông có đặc điểm địa hình và khí hậu khác nhau, tuy nhiên cần hiệu chỉnh phù hợp với từng lưu vực cụ thể.

Kết luận

• Luận văn đã thành công trong việc ứng dụng mô hình toán HEC-HMS và HEC-RESSIM để dự báo dòng chảy lũ và vận hành hồ chứa trên lưu vực sông Đà với độ chính xác cao.
• Mô hình dự báo dòng chảy lũ ngắn hạn đạt hệ số Nash trên 0.75 và sai số dự báo dưới 15%, đáp ứng yêu cầu vận hành hồ chứa đa mục tiêu.
• Vận hành liên hồ chứa bằng mô hình HEC-RESSIM giúp giảm lưu lượng đỉnh lũ đến hạ du từ 15-20%, góp phần giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và công cụ hỗ trợ cho công tác phòng chống thiên tai và quản lý tài nguyên nước trên lưu vực sông Đà.
• Đề xuất triển khai ứng dụng mô hình trong thực tiễn, đồng thời tăng cường thu thập dữ liệu và đào tạo chuyên môn cho cán bộ vận hành.

Next steps: Triển khai mô hình vào công tác dự báo và vận hành hồ chứa tại các cơ quan liên quan, đồng thời mở rộng nghiên cứu áp dụng cho các lưu vực sông khác trong khu vực.

Các cơ quan quản lý và nghiên cứu cần phối hợp để cập nhật dữ liệu, đào tạo nhân lực và ứng dụng mô hình nhằm nâng cao hiệu quả phòng chống thiên tai và phát triển bền vững tài nguyên nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BẢN CAM KET Tén tac gia: Nguyén Thi Thu Binh Hoc vién cao hoc: 22V21 Người hướng dan khoa hoc: PGS. TS Hoang Minh Tuyén, PGS. TS Ngô Lê Long Tên dé tài luận văn: “Ung dung mô hình toán dự báo dòng chảy lũ trên lưu vực sông Đà”. Tác giả xin cam đoan đê tài luận văn được làm dựa trên sô liệu, tư liệu thu thập được từ nguồn thực tê.đê tính toán ra các kêt quả, từ đó mô phỏng đánh giá đưa ra nhận xét.

Tác giả không sao chép bât kỳ một luận văn hoặc một đê tài nghiên cứu nảo trước đó. Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Nguyễn Thị Thu Bình LỜI CÁM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu, đến nay luận văn the sĩ với dé tài “Ứng dụng mô hình oán dự báo dong chảy lĩ trên lưu vực sông Đà” đã được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội với sự nỗ lực của bản thân và sự giáp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo, sự động viên của gia đình, bạn bề và đồng nghiệp. Để hoàn thành được luận văn, tác giả chân thành cảm ơn sự giúp đỡ ThS.

‘Trinh Thu Phương công té ti Trang tâm Dự báo Khí tượng thủy văn Trang ương, chủ nhiệm đề tài cắp Bộ *Nghiên cứu xây dựng công nghệ nhận định lũ lớn và dòng chi mùa cạn trên lưu vục sông Hồng nhằm nâng cao qua vận hành liên hỗ chứa đã hỗ tug số liệu khí tượng thủy văn, số liệu vận hành hd, hướng din tìm hiểu các phương pháp trong dự báo lũ hiện nay, thiết lập mô hình thủy văn HECHMS, vận hành hồ HECRESSIM và ứng dụng phương pháp mô hình toán trong dự báo lũ sông Đà. “Tie giả xin bày tô lồng bit ơn sâu sie và tân trongtới 2 thấy PGS. TSHoàng Minh Tuyển, PGS. TS Ngô Lê Long đã chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tác giả eit tận tình ‘rong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn.

“ác giả xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Dio tạo đại học và sau dại học, Khoa Thủy vin Tài nguyên nước của trường Đại học Thủy lợi và toàn thể các thầy cô đã giảng day, giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập cũng như thực hiện luận văn. “Tác giá cũng chân thành cảm ơn tới các bạn dng nghiệp, bạn bé, đặc biệt phòng Nghiên cứu Tai nguyên nước, Trung tâm nghiên cứu Thủy văn và Tài nguyên nước, ‘Vien Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biển đổi khí hậu nơi tác giả dang công tác đã hỗ trợ chuyên môn, thu thập tà liệu liên quan để luận văn được hoàn thành, Do thời gian nghiên cứu không dai, trình độ và kinh nghiệm thực tiễn chưa nhiều nên luận văn chắc chắn không thể tránh được những hạn chế mong các thiy, cô giáo, đồng nghiệp đóng góp ý kiến để kết quá nghiên cứu được "hoàn thiện hơn. “Tác giả xin chân thành cảm ont MỤC LỤC CHUONG 1. TONG QUAN DỰ BAO DONG CHAY LŨ.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu dy báo lũ trên thé 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ở Việt Nam về dự báo dng chảy lũ 1.3 Các phương pháp dự báo lũ 1.1 Phương pháp xu thể 9 1.2 Phương pháp mục nước, lưu lượng tương ứng 10 1.3 Phương pháp lượng tr 10 1.4 Phương pháp phân tic thing ke " 3 5 Mo hình mang thần kinh nhân to " 1.6 Phương pháp mô hình toán.4 Lựa chọn phương pháp dự báo dòng chay lũ trên sông Dà.

ĐẶC DIEM DIA LÝ TỰ NHIÊN VÀ MƯA LŨ LƯU VỤC SÔNG ĐÀ.1 Điều kiện địa lý tự nhiên lưu vực sông Đà.1 Vị trí địa lý 19 2.2 Đặc điểm địa hình và đắt dai 20 2.3 Đặc điểm khí hậu.2 Đặc điểm thủy vãi 2.1 Mạng lưới sông ngồi.2 Các đặc trưng thủy văn.3 Đặc điểm mưa, lũ nỗi Bat trên lưu vực sông Đà 2 2.3 Hệ thống hồ chứa trên lưu vực.«««e‹eeeeeeeeeeeseeeeeeeeeeereee 2" 24 Giới thiệu mô hình nghiên cứu.1 Mô hình HEC-HMS 32 2.2 Mô hình HEC_RESSIM. UNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN DỰ BẢO DONG CHAY LŨ TREN LƯU VUC SÔNG ĐÀ. 341 Thiết lập mô hình dự báo dòng chảy lũ trên lưu vực sông Đà.1 Thiế lập mô hình HEC-HMS 48 3.2 Thiế lập mo hình điều tất hỗ chứa HIEC_RESSIM ø 3.2 Ứng dụng mô hình dự báo thir nghiệm năm 2015 trên lưu vực sông Đà 3.1 Dự báo đồng chảy lũ trên sông Đà 73 3.2 Đánh giá sai số của yếu tố dự bảo (lưu lượng dong chảy) theo thống kê xác 73 3.3 Kết quả dự báo dong chảy thử nghiệm bằng mô hình HEC-HMS và HEC- RESSIM 16 KET LUẬN VÀ KIEN NGHI. PHY LUC DANH MỤC BANG BIEU Bảng 2-1 Phân bổ diện tích lưu vực sông Bi a4 Bảng 2-2 Các sông nhánh cấp | chính của của sông Đà rên lãnh thổ Việt Nam.22 Bảng 2-3 Một số đặc trưng thủy văn lưu vực sông Đà 2 Bang 2-4 Đặc trưng dong chảy trên sông Da 24 Bang 2-5 Thông số kỹ thuật nhà máy thủy điện Hòa Bình 28 Bảng 2-6 Thông số ky thuật nha máy thủy điện Sơn La 29 Bảng 2-7 Thông số ky thuật nhà máy thủy điện Bản Chat 30 Bảng 3-1 Bảng phân chia lưu vực 48 Bang 3-2 Thống kê tình hình tài liệu thu thập phục vụ nghiên cứu 4“ Bảng 3-3 Trọng số tram mưa sử dung trên lưu vục bộ phận sông Đà sỉ Bảng 3-4 Bộ thông số của mô hình HEC-HMS cho từng lưu vực bộ phận 52 Bảng 3-5 Bộ thông số của mô hình Hec cho từng đoạn sông.6 Kết qui hiệu chính theo chi tiêu Nash và sai số định lũ cho các tiểu lưu vực 59 Bảng 3-7 Kết quả kiểm định năm 2014 ø Bảng 3-8 Tiêu chuẳn chit lượng của phương án dự báo (QP 94/TCN-91) 15 Bảng 3-9 Lưu lượng dong chảy dự báo đến hd Lai Châu 16 Bang 3-10 Chỉ tiêu đánh giá kết qua dự báo thử nghiệm trần lũ năm 2015 đến hồ thay diện Lai Châu bằng mô hình HEC-HMS n Bảng 3-11 Lưu lượng đồng chảy dự báo đến hỗ Bán Chát n Bảng 3-12 Chi iêu đánh gi kết quả dự báo thử nghiệm tận lũ năm 2015 đến hỗ thủy diện Ban chit bằng mô hình HEC-HMS n Bang 3-13 Dòng chảy dự báo trên hệ thống sông Da gia nhập vào hỏ Sơn La T8 Bảng 3-14 Bảng cập nhật số liệu tạ thời điểm phát báo để dự báo đến hồ Sơn La.

Bảng 3-15 Lưu lượng dng chiy dự báo đến hỗ Sơn La 82 Bảng 3-16 Chi tiêu đánh giá kết qua dự báo thir nghiệm trận lũ năm 2015 đến hồ thủy điện Sơn La 82 Bảng 3-17 Lưu lượng dong chảy dự báo đến hỗ Hòa Bình 83 Bảng 3-18 Bảng cập nhật số liệu tại thời điểm phát báo để dự báo đến hồ Hòa Bình. Bảng 3-19 Lưu lượng đồng chiy dự bảo đến hỗ Hòa Bình _ Bảng 3-20 Chỉ iều đánh giá kết quả dự báo thử nghiệm tận lũ năm 2015 đến hồ thủy diện Hồa Bình bằng mô hình HEC-RESSIM 87 DANH MỤC CÁC HÌNH ANH Hình 2-1 Sơ đỗ lưu vực sông Ba (đoạn thuộc Việt Nam) 19 Hình 2-2 Sơ đỗ hệ thông trên lưu vực sông Đà 27 Sơ đồ nghiên cứu tổm tit 31 Hình 2-4 Biểu đổ mưa. 35 "Hình 2-5 Cau trúc mô hình Hec-ressim. Hình 3-1 Sơ đỗ hệ thống lưu vực nghiên cứu 49 Hình 3-2 Kết qua hiệu chính mô hình tram Mường Té năm 2011 5 Hình 3-3 Kết quả hiệu chỉnh mô hình trạm Mường T năm 2013.

3 Hình 3-4 Kết quá hiệu chính mô hình trạm Nam Giảng năm 2011 3-5 Kết quả gu chỉnh mô hình trạm Nm Giảng năm 2013 ss 3-6 Kết quả hiệu chỉnh mô hình trạm Mường Lay năm 2011 s Hình 3-7 Kết quả hiệu chỉnh mô hình tram Mường Lay năm 2013 s Mình 3-8 Kết quả hiệu chỉnh môhình tram Tả Gia năm 2011 % h 3-9 Kết quả ệu chính mô hình trạm Tả Gia năm 2013 56 Hình 3-10 Kết quả hiệu chỉnh mồ hình tram Nam Mức năm 2011 37 Hình 3-11 Kết quả hiệu chỉnh mô hình tram Nam Mức năm 2013 inh 3-12 Kết qui hiệu chỉnh mô hình trạm Sơn La năm 2011 sẽ ‘Hinh 3-13 Kết quả hiệu chỉnh mô hình trạm Sơn La năm 2013 s Hình 3-14 Kết quả kiểm định trận lã năm 2014 tại trạm Mường Te «0 Hình 3-15 Kết quả kiểm định trận lũ năm 2014 tại trạm Nam Giang. 60 316 quả kiểm định trận lũ năm 2014 tại trạm Mường Lay 61 Hình 3-17 Kết quả kiếm định trận lũ năm 2014 tại tram Tà Gia 61 Hình 3-18 Kết quả kiểm định tận lũ năm 2014 tại trạm Nậm Mức. Hình 3-19 Kết quả kiếm định tận lũ năm 2014 tg tram Sơn La Hình 3-20 Sơ đồ mô phỏng hệ thông hỗ chứa sông Đà 69 3-21 Minh họa mô phỏng cho công trình hỗ chứa Lai Châu 69 Hình 3-22 Minh hoạ thiết lập phương én vận hành hd chứa thủy điện Lai Châu 20 Hình 3-23 Minh họa mô phỏng cho công trình hồ chứa Sơn La 70 fh 3-24 Minh hoạ thiết lập phương án vận hành hỗ chứa thủy điện Sơn La 1 Hình 3-25 Minh họa mô phỏng cho công trình h chứa Ban chát 1 "Hình 3-26 Minh hoạ thiết lập phương án vận hành hồ chứa thủy điện Bản Chat Hình 3.27 Minh họa mô phỏng cho công tình hỒ chứa Hòa Bình. 72 3-28 Dòng chảy dự báo đến hô chứa Sơn La tại thời điểm 24h.29 Dòng chảy dự báo đến hỗ chứa Sơn La tại thi điễm 48h 79 ‘Hinh 3-30 Dòng chảy dự báo đến hồ chứa Sơn La tại thời điểm 72h.

80 3-31 Dang chảy dự báo sn hỗ chứa Sơn La tại thời điểm 96h. 80 Hình 3-32 Dòng chảy dự báo đến hdchứa Sơn La tại thd điểm 120h. 81 81 3-34 Dang chảy dự bảo đến hỗchứa Hòa Bình tai thời điểm 24h 84 3:35 Dang chây dự báo đến hỗ chứa Hồn Bình tại thời điểm 48h 84 Hình 3-36 Dòng chảy dự báo đến hỗ chứa Hòa Bình tại thời điểm 72h 85 Hình 3-37 Dòng chảy dự báo én hỗ chứa Hòa Bình tai thời điểm 96h 85 Hình 338 Dòng chảy dự báo đến hồchứa Hòa Bình ta thời điểm 120n 86 Hình 3-39 Duong quá trình quá trình giữa dòng chảy thực đo và dòng chảy. dự báo, cđến hd Hòa Bình.

Tính cấp thiết củn đề tài “Trong b6i cảnh biển đổi khí hậu hiện nay, hiểm họa lũ lụt diễn ra ngày càng nguy hiểm và phức tạp gây ra hậu quả nghiêm trong cho con người. Việc nhận biết trước diễn biến lũ trở nên vô cùng quan trọng trong công tắc phòng chống thiên tai. Đặc biệt, đối với những lưu vực sông có hệ théng liên hỗ chứa đa mục tiêu như lưu vực sông Đà.