chương 1, luận án tiến hành tông quan về các phương pháp, nguồn số liệu trong tính toán dòng chảy trên các lưu vực sông trên thế giới và trên lưu vực sông Mê Công đề phân tích ưu, nhược điểm của từng phương pháp và tiềm năng ứng dụng của từng phương pháp cho những lưu vực cụ thé. Ngoài ra, luận án giới thiệu tong quan đặc điểm địa lý tự nhiên và hiện trạng mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực dé từ đó làm nổi bật lên tình trạng thiếu dữ liệu quan trắc trên lưu vực sông Mê Công. Từ những tổng quan về phương pháp, nguồn số liệu và đặc điểm địa lý, tình trạng số liệu trên lưu vực sông Mê Công, luận án đã tiến hành đề xuất hướng nghiên cứu của luận án dé đáp ứng được mục tiêu của luận án. Xây dựng công cụ tính toán dòng chảy trên lưu vực sông Mê Công Dựa trên khung nghiên cứu đã xác lập của luận án, tiến hành thu thập các nguồn số liệu, xây dựng các phương pháp, công cụ tính toán lưu lượng dòng chảy cho lưu vực sông Mê Công.
Các nguồn dữ liệu bao gồm các dữ liệu mưa tái phân tích, mưa viễn thám va dit liệu đo cao từ vệ tinh va số liệu các trạm quan trắc mặt đất đề kiểm chứng kết quả tính toán. Phương pháp sử dụng bao gồm phương pháp mô hình toán kết hợp với các nguồn dir liệu vệ tinh (dữ liệu mưa và dir liệu đo cao từ vệ tinh) dé tiễn hành đánh giá các nguồn dữ liệu và tính khả dụng của các nguồn dữ liệu. Tính toán và đánh giá kết quả tính toán cho lưu vực sông Mê Công Nội dung chương 3 thê hiện các kết quả tính toán và đánh giá các nguồn dữ liệu và kết quả tính toán lưu lượng dòng chảy dựa trên nguồn số liệu và phương pháp đã lựa chọn. Từ đó, đưa ra các khuyến nghị về nguồn dữ liệu có thé bổ khuyết cho các nguồn dit liệu quan trắc mặt dat trên lưu vực sông Mê Công, cũng như khang định tính đúng đắn của phương pháp mà luận án đã lựa chọn.
CHƯƠNG1 TONG QUAN VE TINH HÌNH NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY CHO LƯU VỰC THIẾU HOẶC KHÔNG CÓ SO LIEU VÀ LƯU VUC SONG ME CÔNG 1.1 KHAI NIEM CHUNG Van dé thiếu hay không có trạm quan trắc khí tượng thủy văn mặt đất dang trở thành van đề phố biến trong những năm gan đây [174]. Theo thống kê của trung tâm dữ liệu dòng chảy toàn cầu (Global Runoff Data Center, GRDC) [175], nếu trước năm 1970 có khoảng 8.000 trạm trên toàn thế giới thì đến năm 2015 số lượng trạm chỉ còn khoảng 1.000 tram đo dòng chảy. Nguyên nhân chủ yếu do hạn chế về chi phí duy trì trạm và ảnh hưởng của chính trị, đặc biệt ở các nước đang phát triển hoặc do một số trạm quan trắc dong chảy đã duy trì đủ dai và ôn định nên đã dừng quan quan trắc. Sự suy giảm số lượng trạm quan trắc lưu lượng đã gây nhiều khó khăn trong công tác dự báo và đánh giá tài nguyên nước, nhất là trong bối cảnh có nhiều thay đôi về khí hậu cũng như mặt đệm làm ảnh hưởng đến tính đồng nhất trên các lưu vực sông, khiến cho việc sử dụng các quan hệ thống kê đã xây dựng gặp nhiều khó khăn và không đảm bảo độ chính xác cần thiết.
Năm 2003, Hiệp hội Quốc tế về khoa học thủy văn đã tô chức hội thảo với chủ đề “dự báo ở lưu vực thiếu hoặc không có trạm quan trắc — PUB, 2003” [89] nhằm xây dựng, thực hiện các chương trình khoa học phù hợp trong bối cảnh hiện tại cho cộng đồng khoa học nghiên cứu về thủy văn nhằm đạt được sự phát triển và những thành tựu trong việc tính toán dòng chảy cho các lưu vực thiếu/không có trạm quan trắc và giới thiệu thuật ngữ lưu vực thiếu hoặc không có trạm quan trắc bao gồm các trường hợp bao gồm (i) hoàn toàn không có trạm quan trắc lưu lượng và các yếu tố về khí tượng (ii) số liệu quan trắc thủy văn không day đủ (cả số lượng và chất lượng) (iii) trạm quan trắc trong thời gian ngắn, đo đạc không liên tục hoặc không đồng bộ (ảnh hưởng của thay đổi mặt đệm — ví dụ hồ chứa làm dòng chảy quan trắc sau thời kỳ xây dựng không còn theo quy luật tự nhiên như trước cũng có thể xem là một trường hợp đặc biệt của việc đo đạc bị gián đoạn) (iv) có trạm quan trắc nhưng không thể truy cập/tiếp cận (do địa hình hiểm trở hoặc van đề về chia sẻ dữ liệu, bất ôn về thể chế chính trị. Trong luận án này sẽ tập trung vào bổ khuyết số liệu lưu lượng dòng chảy dựa trên những đánh giá, lựa chọn các nguôn dữ liệu mưa khác nhau. Trong nghiên cứu hệ thống thủy văn, các quá trình hình thành dòng chảy chủ yêu diễn ra đưới các lớp đất, đá [21]. Mặc dù tat cả các tiền bộ kỹ thuật đã được ứng dụng như viễn thám, radar và các kỹ thuật khác vào việc thăm dò bề mặt, các kiến thức của chúng ta về những gì đang diễn ra trong lòng đất vẫn còn rất hạn chế.
Những gi chúng ta biết từ các nghiên cứu chuyên động nước trong đất và đá trong phòng thí nghiệm va cả bãi thực nghiệm nhỏ chỉ nói lên rang các dạng chuyển động của nước là rất phức tạp và biến đổi theo quy luật phi tuyến với tỷ lệ tùy ý dòng chảy và độ 4m ướt [21], do đó, chúng ta không có khả năng đo mọi thứ mà chúng ta muốn biết về hệ thống thủy văn. Trong thực tế chúng ta chỉ có một khuôn khổ giới han các kỹ thuật đo và phạm vi giới hạn bởi không gian và thời gian, từ đó nội - ngoại suy từ các biến đã đo đạc này đến các lưu vực không có đo đạc (mà ở đó không có khả năng đo đạc) và vào tương lai (việc đo đạc không thực hiện được) dé kiểm soát anh hưởng của các biến đổi thuỷ văn trong tương lai. Khi đó, việc sử dụng các mô hình toán thủy văn trở nên ưu việt, khi các mô hình toán có thể cung cấp một phương tiện tính toán, nội - ngoại suy định lượng hoặc dự báo có ích khi ra quyết định [21]. M6 hình toán thủy văn là mô hình miêu tả hệ thống dưới dang toán học [22].
Sự vận hành của hệ thống được mô tả bang một hệ phương trình liên kết giữa các biến vào, ra của hệ thông. Các biến này có thé là hàm của thời gian và không gian và cũng có thé là các biến ngẫu nhiên. Trong luận án, mô hình toán thủy văn được lựa chọn dé sử dụng tính toán dòng chảy cho lưu vực sông Mê Công trong điêu kiện hạn chê về sô liệu quan trac. Cùng với sự ra đời và phát triển công nghệ viễn thám, radar và các mô hình số trị thì các sản phâm mưa lưới đã mở ra một kỷ nguyên mới trong giám sát và tính toán tài nguyên nước, đặc biệt là vùng thiếu số liệu [89,170,172].
Thuật ngữ sản pham mưa lưới ở đây chi dit liệu mưa phân bé không gian theo các ô lưới, lượng mưa trong mỗi 6 lưới là lớp nước trải đều trên mỗi 6. Các điểm (vùng) năm trong phạm vi của 6 lưới mưa có cùng một giá tri mưa. Trong luận án, các dữ liệu mưa lưới sẽ được lựa chọn dé đánh giá, tính toán dòng chảy trên lưu vực sông Mê Công.2 TÔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY CHO LƯU VỰC THIẾU HOẶC KHÔNG CÓ SỐ LIỆU Dé có thé thu thập được thông tin hay ước lượng thủy văn trên các lưu vực thiếu hay không có quan trắc KTTV trên bề mặt, hướng nghiên cứu sử dụng các tài liệu trên lưu vực tương tự được bắt đầu từ rất sớm. Các nguồn thông tin hay ước lượng thủy văn này có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá tài nguyên nước, thiết kế các công trình (hồ chứa, đập dâng, cầu céng,.), xây dựng các công cụ dự báo/cảnh báo về lũ lụt và hạn hán.
Các phương pháp theo hướng nghiên cứu này được đưa vào quy phạm, quy chuẩn trong tính toán thủy văn, thủy lực (QP.C-6-77 [5] hay TCVN 9845:2013 [4]) để phục vụ tính toán thiết kế các công trình thủy lợi thủy điện và tài nguyên nước trên lưu vực. Hướng nghiên cứu này dựa trên phân tích đặc điểm tương đồng của các lưu vực trên một khu vực địa lý và tính địa đới của các hiện tượng và quá trình khí tượng thủy văn [22]. Từ đó, trên cơ sở các nhận định/tính toán từ chuỗi số liệu đầy đủ của lưu vực tương tự (về điều kiện địa lý thủy văn) rút ra những kết luận về điều kiện khí hậu, thủy văn của lưu vực nghiên cứu. Cách tiếp cận này cũng được sử dụng rộng rãi để kéo dài chuỗi số liệu dựa trên mối tương quan giữa chuỗi số liệu trên lưu vực nghiên cứu và lưu vực tương tự có đầy đủ tài liệu quan trắc, thông qua các công thức kinh nghiệm hay thống kê [28].
Có thể thấy rằng, điều kiện tiên quyết của các nghiên cứu theo hướng này là tính chất tương tự của các lưu vực. Do vậy, độ tin cậy của kết quả nghiên cứu phụ thuộc nhiều vào tiêu chí đánh giá độ tương đồng (về quy mô lưu vực, điều kiện địa hình, thé nhưỡng, thảm phủ, khí tượng khí hau,.), trong khi bản thân các đặc tinh đó của lưu vực lại có tính phân bố theo không/thời gian mạnh mẽ. Vì thế, các giả thiết về tính tương tự giữa các lưu vực và điều kiện ứng dụng rất khó được đáp ứng một cách chặt chẽ, nhất là trong điều kiện các hoạt động KTXH trên bề mặt lưu vực (sử dụng đất, hồ chứa, công trình thủy lợi, giao thông.) đã làm thay đổi cơ bản các quy luật địa đới. Các nghiên cứu sử dụng phương pháp lưu vực tương tự trong những năm gần đây nhìn chung ít được sử dụng, do có nhiều thay đôi về mặt thu thập số liệu cũng như xuất hiện nhiều phương pháp mới đê bô khuyêt sô liệu cho các lưu vực thiêu hoặc không có sô liệu quan trắc.
Trong thời gian gần đây cùng với sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là công nghệ viễn thám, nhiều nguồn số liệu cũng như phương pháp tính toán dòng chảy đã được nghiên cứu và phát triển nhằm bổ khuyết số liệu cho các lưu vực không có số liệu hoặc khó truy cập (vùng sâu vùng xa, địa hình hiểm trở, chính trị bất ồn .