Luận án tiến sĩ về tính toán dòng chảy cho lưu vực sông Mê Công không có số liệu quan trắc

Luận án tiến sĩ thủy văn học nghiên cứu tính toán dòng chảy cho lưu vực thiếu số liệu quan trắc, áp dụng cho lưu vực sông Mê Công.

Trường đại học

Đại học Quốc gia Hà Nội

Chuyên ngành

Thủy văn học

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

luận án tiến sĩ

2021

188
3
0

Phí lưu trữ

45 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY CHO LƯU VỰC THIẾU HOẶC KHÔNG CÓ SỐ LIỆU VÀ LƯU VỰC SÔNG MÊ CÔNG

1.1. Khái niệm chung

1.2. Tổng quan phương pháp tính toán dòng chảy cho lưu vực thiếu hoặc không có

1.2.1. Chuyển đổi thông số mô hình

1.2.2. Cải thiện cấu trúc mô hình thủy văn

1.2.3. Tích hợp các mô hình

1.2.4. Sử dụng phương pháp học máy

1.2.5. Sử dụng dữ liệu thay thế

1.2.6. Sử dụng dữ liệu mưa tưới

1.3. Giới thiệu về lưu vực sông Mê Công

1.3.1. Vị trí địa lý và dân cư trên lưu vực

1.3.2. Địa hình địa chất, thổ nhưỡng và thảm phủ

1.3.3. Điều kiện khí tượng, thủy văn

1.3.4. Các công trình thủy điện trên lưu vực

1.4. Mạng lưới trạm quan trắc mặt đất trên lưu vực sông Mê Công và tình hình nghiên cứu mô phỏng dòng chảy

1.4.1. Mạng lưới trạm khí tượng và trạm đo mưa

1.4.2. Mạng lưới trạm thủy văn

1.5. Hiện trạng nghiên cứu mô phỏng dòng chảy trong điều kiện thiếu/không có số liệu quan trắc mặt đất trên lưu vực sông Mê Công

1.6. Lựa chọn mô hình toán cho nghiên cứu

1.7. Đề xuất hướng nghiên cứu trong luận án

1.8. Tiểu kết chương 1

2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÔNG CỤ TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY TRÊN LƯU VỰC

2.1. Cơ sở dữ liệu sử dụng trong luận án

2.1.1. Dữ liệu mưa quan trắc tại trạm mặt đất

2.1.2. Dữ liệu mưa tưới

2.1.3. Dữ liệu đo cao vệ tinh

2.1.4. Các dữ liệu khác

2.2. Thiết lập mô hình thủy văn SWAT trên lưu vực sông Mê Công

2.2.1. Giới thiệu về mô hình SWAT

2.2.2. Thiết lập mô hình SWAT cho lưu vực sông Mê Công. Tính mưa bình quân cho các tiểu lưu vực và các HRUs. Thiết lập các công trình trên lưu vực

2.2.3. Lựa chọn phương pháp tối ưu và phân tích độ nhạy bộ thông số mô hình

2.2.4. Phương pháp ước tính lưu lượng sử dụng dữ liệu mực nước từ vệ tinh đo cao

2.2.5. Các chỉ số thống kê sử dụng trong nghiên cứu

2.2.6. Tiểu kết chương 2

3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY CHO LƯU VỰC SÔNG MÊ CÔNG

3.1. Phân tích và đề xuất nguồn dữ liệu mưa phục vụ tính toán dòng chảy khi thiếu số liệu

3.1.1. Đánh giá chuỗi số liệu GPPs theo mùa và năm

3.1.2. Đánh giá chuỗi số liệu GPPs theo tháng

3.1.3. Đánh giá chuỗi số liệu GPPs theo ngày

3.2. Đánh giá khả năng sử dụng các bộ dữ liệu mưa lưới trong tính toán dòng chảy

3.3. Ứng dụng tính toán dòng chảy trên lưu vực sông Mê Công

3.3.1. Trích xuất các điểm có dữ liệu đo cao trên dòng sông Mê Công

3.3.2. Đánh giá tính khả dụng của nguồn dữ liệu đo cao vệ tinh với trạm quan trắc

3.3.3. Ứng dụng tính toán dữ liệu mực nước từ dữ liệu đo cao

3.3.4. Xây dựng phương trình quan hệ giữa mực nước và lưu lượng

3.3.5. Tiểu kết chương 3

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

Tóm tắt

I. Giới thiệu về dòng chảy sông Mê Công

Dòng chảy sông Mê Công là một trong những hệ thống sông lớn nhất Đông Nam Á, chảy qua nhiều quốc gia và có vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho nông nghiệp, thủy điện và sinh hoạt. Tuy nhiên, việc nghiên cứu dòng chảy trong lưu vực sông Mê Công gặp nhiều khó khăn do thiếu số liệu quan trắc. Điều này đặc biệt đúng với các khu vực hẻo lánh, nơi mà mạng lưới trạm quan trắc còn hạn chế. Việc thiếu số liệu quan trắc không chỉ ảnh hưởng đến khả năng quản lý tài nguyên nước mà còn làm giảm độ chính xác trong các mô hình thủy văn. Do đó, nghiên cứu này nhằm tìm ra các phương pháp tính toán dòng chảy mà không cần dựa vào số liệu quan trắc mặt đất.

1.1. Tình hình nghiên cứu dòng chảy

Nghiên cứu dòng chảy trong lưu vực sông Mê Công đã được thực hiện qua nhiều năm, tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu này dựa vào số liệu quan trắc từ các trạm khí tượng và thủy văn. Việc thiếu số liệu quan trắc đã dẫn đến việc các nhà nghiên cứu phải tìm kiếm các phương pháp thay thế, như sử dụng dữ liệu từ vệ tinh hoặc các mô hình thủy văn. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng dữ liệu vệ tinh có thể cung cấp thông tin bổ sung cho các mô hình tính toán dòng chảy, giúp cải thiện độ chính xác của các dự báo thủy văn.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp mô hình hóa để tính toán dòng chảy cho lưu vực sông Mê Công trong điều kiện thiếu số liệu quan trắc. Các phương pháp này bao gồm việc sử dụng mô hình thủy văn SWAT kết hợp với dữ liệu mưa từ vệ tinh và các sản phẩm mưa tái phân tích. Mô hình SWAT cho phép phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy như địa hình, thảm thực vật và sử dụng đất. Việc tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau giúp tăng cường độ tin cậy của các kết quả tính toán.

2.1. Dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu

Dữ liệu mưa từ các sản phẩm vệ tinh như TRMM, CMORPH và GSMaP được sử dụng để bổ sung cho các số liệu quan trắc mặt đất. Các dữ liệu này đã được đánh giá về độ chính xác và khả năng sử dụng trong tính toán dòng chảy. Ngoài ra, dữ liệu đo cao vệ tinh cũng được sử dụng để ước tính mực nước và lưu lượng dòng chảy. Việc lựa chọn dữ liệu đầu vào phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác của mô hình.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng dữ liệu vệ tinh kết hợp với mô hình SWAT có thể cung cấp các ước tính dòng chảy đáng tin cậy cho lưu vực sông Mê Công. Các mô hình đã được kiểm định với các số liệu quan trắc có sẵn và cho thấy độ chính xác cao trong việc dự đoán lưu lượng dòng chảy. Điều này mở ra khả năng ứng dụng các phương pháp tương tự cho các lưu vực khác, nơi mà số liệu quan trắc còn hạn chế.

3.1. Đánh giá tính khả dụng của dữ liệu

Đánh giá tính khả dụng của dữ liệu mưa từ vệ tinh cho thấy rằng mặc dù có một số sai số, nhưng các sản phẩm này vẫn có thể được sử dụng hiệu quả trong tính toán dòng chảy. Việc kết hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau giúp giảm thiểu sai số và cải thiện độ chính xác của các mô hình thủy văn. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh các lưu vực sông đang đối mặt với nhiều thách thức về quản lý tài nguyên nước.

IV. Kết luận và khuyến nghị

Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp tính toán dòng chảy không cần số liệu quan trắc mặt đất là khả thi và có thể mang lại kết quả đáng tin cậy cho lưu vực sông Mê Công. Các phương pháp này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu thủy văn mà còn có thể được áp dụng rộng rãi trong quản lý tài nguyên nước. Khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo là tiếp tục phát triển và cải thiện các mô hình thủy văn, đồng thời tăng cường hợp tác giữa các quốc gia trong việc chia sẻ dữ liệu.

4.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc cải thiện độ chính xác của các mô hình thông qua việc tích hợp thêm các nguồn dữ liệu khác nhau. Việc phát triển các công cụ mô hình hóa mới có thể giúp nâng cao khả năng dự đoán dòng chảy trong các điều kiện khác nhau, đặc biệt là trong các lưu vực thiếu số liệu quan trắc.

07/02/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 .

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Bài viết "Nghiên cứu dòng chảy lưu vực sông Mê Công không cần số liệu quan trắc" mang đến cái nhìn sâu sắc về phương pháp nghiên cứu dòng chảy mà không phụ thuộc vào số liệu quan trắc truyền thống. Tác giả trình bày các kỹ thuật và mô hình có thể áp dụng để đánh giá tình hình dòng chảy, từ đó giúp các nhà nghiên cứu và quản lý tài nguyên nước có thêm công cụ hữu ích trong việc bảo vệ và phát triển bền vững lưu vực sông Mê Công. Bài viết không chỉ cung cấp kiến thức chuyên môn mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu trong tương lai.

Nếu bạn quan tâm đến các khía cạnh liên quan đến quản lý tài nguyên và môi trường, hãy tham khảo thêm bài viết Luận văn thạc sĩ luật học pháp luật về quản lý chất thải rắn sinh hoạt từ thực tiễn tại thành phố hà nội, nơi bạn có thể tìm hiểu về quản lý chất thải trong bối cảnh đô thị. Ngoài ra, bài viết Luận văn tác động của nợ công đối với tăng trưởng kinh tế tại việt nam sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa tài chính công và phát triển kinh tế, một yếu tố quan trọng trong việc quản lý tài nguyên. Cuối cùng, bài viết Luận án ts phân tích chuỗi giá trị và hiệu quả sản xuất của các hộ nuôi cá tra ở đồng bằng sông cửu long sẽ cung cấp cái nhìn về sản xuất nông nghiệp bền vững trong khu vực sông Cửu Long, một phần quan trọng của hệ sinh thái Mê Công. Những tài liệu này sẽ giúp bạn mở rộng kiến thức và hiểu biết về các vấn đề liên quan đến môi trường và phát triển bền vững.