Luận văn thạc sĩ về ứng dụng mô hình MIKE trong dự báo lũ sông Hồng - Thái Bình

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng mô hình Mike nhằm hoàn thiện công nghệ dự báo lũ sông Hồng Thái Bình, nâng cao hiệu quả quản lý lũ.

• Tác giả: Đặng Thị Lan Phương
• Người hướng dẫn: PGS. Lương Tuấn Anh
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Mô Hình Mike Từng Bước Hoàn Thiện Công Nghệ Dự Báo Lũ Sông Hồng – Thái Bình
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DỰ BÁO LŨ
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Một số nghiên cứu dự báo lũ trên thế giới
• 1.3. Một số nghiên cứu dự báo lũ ở Việt Nam
• 1.4. Cơ sở lý thuyết của mô hình
• 1.5. Mô hình MIKE NAM
• 1.6. Mô hình thủy lực MIKE 11 – HD
• 1.7. Mô hình Mike 21
• 2. CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ LŨ LỤT HỆ THỐNG SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH
• 2.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên
• 2.2. Vị trí địa lý
• 2.3. Thổ nhưỡng
• 2.4. Lớp phủ thực vật
• 2.5. Nguyên nhân hình thành và một số đặc điểm của chế độ mưa - lũ
• 2.6. Một số hình thế thời tiết chủ yếu gây mưa lớn
• 2.7. Đặc điểm chung về chế độ dòng chảy
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE DỰ BÁO LŨ HỆ THỐNG SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH
• 3.1. Sơ đồ thủy văn thủy lực trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình
• 3.2. Điều kiện biên và điều kiện ban đầu
• 3.3. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình thủy văn
• 3.4. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình thủy lực
• 3.5. Kết quả với phương pháp kiểm tra chéo
• 3.6. Kết quả với trường hợp phân cấp
• 3.7. Kết nối mô hình truyền triều và mô hình thủy lực trong sông
• 3.8. Dự báo thử nghiệm
• 3.9. Quy trình tiến hành dự báo
• 3.10. Cơ sở đánh giá chất lượng dự báo
• 3.11. Cập nhật sai số tính toán
• 3.12. Kết quả dự báo thử nghiệm
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô hình MIKE và dự báo lũ sông Hồng

Mô hình MIKE là một trong những công cụ quan trọng trong việc dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng. Mô hình này được phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch và đã được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Việc nghiên cứu và ứng dụng mô hình MIKE không chỉ giúp nâng cao độ chính xác trong dự báo lũ mà còn hỗ trợ trong công tác quản lý lũ lụt hiệu quả hơn. Đặc biệt, mô hình MIKE 11 và MIKE 21 đã chứng minh được khả năng mô phỏng dòng chảy và cảnh báo ngập lụt trong các tình huống khẩn cấp.

1.1. Mô hình MIKE và ứng dụng trong dự báo lũ

Mô hình MIKE được thiết kế để tính toán thủy lực và dự báo dòng chảy từ mưa. Nó đã được áp dụng thành công ở nhiều lưu vực sông, bao gồm cả sông Hồng. Mô hình này cho phép người dùng mô phỏng các tình huống lũ lụt khác nhau, từ đó đưa ra các biện pháp phòng ngừa kịp thời.

1.2. Tình hình nghiên cứu dự báo lũ tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để cải thiện công tác dự báo lũ. Các mô hình như MIKE, SSARR, và HEC1 đã được áp dụng để dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết để nâng cao độ chính xác của các dự báo này.

II. Thách thức trong dự báo lũ sông Hồng hiện nay

Dự báo lũ sông Hồng đang đối mặt với nhiều thách thức lớn. Các yếu tố như biến đổi khí hậu, sự phát triển đô thị và quản lý nước chưa hiệu quả đã làm gia tăng rủi ro lũ lụt. Việc thiếu hụt dữ liệu và công nghệ cũng là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến độ chính xác thấp trong dự báo.

2.1. Biến đổi khí hậu và tác động đến lũ lụt

Biến đổi khí hậu đã làm thay đổi mô hình mưa và dòng chảy, dẫn đến những trận lũ lớn hơn và khó dự đoán hơn. Các nghiên cứu cho thấy rằng tần suất và cường độ mưa lớn đang gia tăng, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng dự báo lũ.

2.2. Thiếu hụt dữ liệu và công nghệ

Việc thiếu hụt dữ liệu chính xác về mưa, dòng chảy và các yếu tố thủy văn khác đã làm giảm độ tin cậy của các mô hình dự báo. Hệ thống quan trắc hiện tại cần được nâng cấp để thu thập dữ liệu đầy đủ và kịp thời hơn.

III. Phương pháp cải thiện dự báo lũ sông Hồng bằng mô hình MIKE

Để nâng cao chất lượng dự báo lũ, việc cải thiện mô hình MIKE là rất cần thiết. Các phương pháp như cập nhật dữ liệu địa hình, hiệu chỉnh mô hình và kết nối với các mô hình thủy lực khác sẽ giúp tăng cường độ chính xác của dự báo.

3.1. Cập nhật dữ liệu địa hình cho mô hình MIKE

Cập nhật dữ liệu địa hình là bước quan trọng trong việc thiết lập mô hình MIKE. Việc này giúp mô hình phản ánh chính xác hơn các đặc điểm địa lý của lưu vực sông Hồng, từ đó nâng cao độ chính xác trong dự báo.

3.2. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình thủy lực

Hiệu chỉnh mô hình thủy lực là một trong những bước quan trọng để đảm bảo rằng mô hình MIKE hoạt động hiệu quả. Việc kiểm nghiệm mô hình với dữ liệu thực tế sẽ giúp xác định các tham số phù hợp và cải thiện độ chính xác của dự báo.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mô hình MIKE trong dự báo lũ

Mô hình MIKE đã được áp dụng thành công trong nhiều dự án dự báo lũ tại Việt Nam. Các kết quả từ mô hình này không chỉ giúp cảnh báo sớm về lũ lụt mà còn hỗ trợ trong việc lập kế hoạch ứng phó và giảm thiểu thiệt hại.

4.1. Kết quả dự báo lũ từ mô hình MIKE

Kết quả từ mô hình MIKE cho thấy khả năng dự báo lũ chính xác trong nhiều tình huống khác nhau. Các số liệu dự báo đã giúp các cơ quan chức năng có những biện pháp ứng phó kịp thời, giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt.

4.2. Vai trò của mô hình MIKE trong quản lý lũ

Mô hình MIKE không chỉ giúp dự báo lũ mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý nguồn nước và quy hoạch phòng chống lũ lụt. Việc áp dụng mô hình này trong quản lý lũ sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong công tác phòng chống thiên tai.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của mô hình MIKE

Mô hình MIKE đã chứng minh được giá trị của mình trong việc dự báo lũ sông Hồng. Tuy nhiên, để nâng cao hiệu quả dự báo, cần tiếp tục nghiên cứu và cải tiến mô hình. Tương lai của mô hình MIKE hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giá trị hơn nữa trong công tác phòng chống lũ lụt.

5.1. Hướng phát triển mô hình MIKE trong tương lai

Trong tương lai, việc phát triển mô hình MIKE sẽ tập trung vào việc tích hợp công nghệ mới và dữ liệu lớn để nâng cao độ chính xác và khả năng dự báo. Các nghiên cứu sẽ tiếp tục được thực hiện để cải thiện mô hình và đáp ứng tốt hơn với các thách thức mới.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong dự báo lũ

Nghiên cứu và phát triển các mô hình dự báo lũ là rất quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay. Việc đầu tư vào nghiên cứu sẽ giúp nâng cao khả năng ứng phó với thiên tai và bảo vệ an toàn cho cộng đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lũ lụt là một trong những thiên tai nghiêm trọng nhất đe dọa khu vực đồng bằng sông Hồng – Thái Bình, miền Bắc Việt Nam. Trong vòng 100 năm qua, khu vực này đã trải qua khoảng 26 trận lũ lớn, gây thiệt hại nặng nề về người và tài sản. Điển hình là trận lũ tháng 8 năm 1971, làm vỡ đê sông Hồng và khiến khoảng 100.000 người thiệt mạng, được xem là trận lũ lớn nhất trong 250 năm qua tại miền Bắc. Các trận lũ lớn khác như năm 1996, 2002, 2008 và 2010 cũng gây ra thiệt hại nghiêm trọng, với đỉnh lũ tại Hà Nội năm 1996 đạt 12,43m, vượt báo động 3 gần 1m và kéo dài trong nhiều ngày.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là từng bước hoàn thiện công nghệ dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng – Thái Bình bằng mô hình thủy văn thủy lực MIKE 11, nhằm nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của dự báo tác nghiệp. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mùa lũ từ 15/06 đến 15/09 trong các năm 2006-2012, trên toàn bộ mạng lưới sông và các hồ thủy điện lớn trong lưu vực.

Việc nâng cao chất lượng dự báo lũ có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra, đồng thời hỗ trợ công tác quy hoạch và vận hành các công trình phòng chống lũ. Nghiên cứu cũng góp phần hoàn thiện công nghệ dự báo lũ tác nghiệp, đáp ứng yêu cầu thực tiễn của các cơ quan quản lý và phòng chống thiên tai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn ứng dụng mô hình MIKE 11, một hệ thống mô hình thủy văn thủy lực được phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI), bao gồm các mô đun chính:

• Mô hình MIKE NAM: Mô hình thủy văn mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy trên lưu vực, sử dụng phương trình cân bằng nước với cấu trúc gồm 4 bể chứa thẳng đứng (bể mặt, bể tầng rễ, bể ngầm tầng trên và tầng dưới). Mô hình tính toán liên tục hàm lượng ẩm trong các bể chứa, phân chia dòng chảy thành dòng chảy tràn mặt, dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm. Các thông số cơ bản như hệ số dòng chảy tràn (CQOF), dòng chảy sát mặt (CQIF), ngưỡng dòng chảy (CKOF, CKIF) và hằng số thời gian (CK1, CK2, CKBF) được hiệu chỉnh để phù hợp với đặc điểm lưu vực.

• Mô hình thủy lực MIKE 11 – HD: Mô hình thủy lực một chiều giải hệ phương trình Saint Venant (phương trình liên tục và động lượng) để mô phỏng dòng chảy không ổn định trên hệ thống sông. Mô hình sử dụng lược đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn, xử lý nhiều nhánh sông và các nút giao nhau, cho phép tính toán mực nước và lưu lượng tại các điểm lưới. Mô hình có thể áp dụng các điều kiện biên mực nước, lưu lượng hoặc quan hệ Q/h.

• Mô hình MIKE 21: Mô hình thủy lực hai chiều dựa trên hệ phương trình độ sâu trung bình, mô tả chuyển động mực nước và vận tốc theo hai chiều không gian. Mô hình sử dụng phương pháp sai phân trung tâm và thuật toán ADI, có khả năng mô phỏng dòng chảy qua vùng nước nông, vùng khô và vùng ven biển với các điều kiện tới hạn và siêu tới hạn.

Các khái niệm chính trong nghiên cứu bao gồm: dòng chảy tràn mặt, dòng chảy sát mặt, dòng chảy ngầm, hiệu chỉnh thông số mô hình, chỉ tiêu NASH để đánh giá độ phù hợp mô hình, điều kiện biên trong mô hình thủy lực, và cập nhật sai số dự báo.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm quan trắc trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình, số liệu mực nước và lưu lượng thực đo tại các trạm quan trắc, dữ liệu địa hình và mặt cắt sông được cập nhật đến năm 2012, cùng thông tin vận hành hồ chứa thủy điện lớn như Sơn La, Hòa Bình, Tuyên Quang.

Phương pháp nghiên cứu gồm:

• Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình MIKE NAM và MIKE 11: Sử dụng phương pháp thử sai để xác định bộ thông số phù hợp, đánh giá bằng chỉ tiêu NASH với cỡ mẫu số liệu mưa và lưu lượng trong mùa lũ các năm 2006-2012.

• Cập nhật sơ đồ thủy lực và mạng lưới mặt cắt sông: Bổ sung các hồ chứa mới và điều kiện vận hành liên hồ chứa theo quy trình mới ban hành, cập nhật các điểm lưới và nút giao nhau trong mô hình thủy lực.

• Kết nối mô hình truyền triều tại cửa sông: Áp dụng mô hình MIKE 21 để dự báo biên triều, tăng cường chất lượng dự báo mực nước hạ lưu.

• Phân chia lại lưu vực bộ phận trong mô hình thủy văn: Tăng độ chính xác dự báo lưu lượng đến các hồ chứa.

• Cập nhật sai số dự báo: Xác định và đưa vào mô hình các sai số tính toán để cải thiện độ tin cậy dự báo.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2006 đến 2012, tập trung vào mùa lũ hàng năm, với cỡ mẫu số liệu mưa và lưu lượng trên toàn bộ hệ thống sông và hồ chứa lớn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu chỉnh mô hình thủy văn MIKE NAM đạt độ chính xác cao: Qua hiệu chỉnh với số liệu mùa lũ 2006-2012, chỉ tiêu NASH tại các trạm chính đạt trên 0,75, cho thấy mô hình mô phỏng tốt quá trình mưa - dòng chảy trên lưu vực. Việc phân chia lại lưu vực bộ phận giúp tăng độ chính xác dự báo lưu lượng đến các hồ chứa, giảm sai số trung bình khoảng 10% so với mô hình cũ.

2. Mô hình thủy lực MIKE 11 hiệu chỉnh phù hợp với điều kiện thực tế: Kết quả kiểm nghiệm tại các trạm mực nước như Sơn Tây, Hà Nội, Phả Lại cho thấy sai số mực nước dự báo trung bình dưới 0,3m, với độ lệch chuẩn giảm 15% so với mô hình chưa hiệu chỉnh. Việc cập nhật mạng lưới mặt cắt và hồ chứa mới như Sơn La, Tuyên Quang giúp mô hình phản ánh chính xác hơn ảnh hưởng của các hồ chứa đến dòng chảy hạ lưu.

3. Kết nối mô hình truyền triều MIKE 21 cải thiện dự báo biên triều: Việc tích hợp mô hình truyền triều tại cửa sông giúp dự báo mực nước hạ lưu chính xác hơn, đặc biệt trong các trận lũ lớn năm 2011 và 2012, sai số mực nước dự báo giảm khoảng 0,2m so với mô hình không có truyền triều.

4. Cập nhật sai số dự báo nâng cao độ tin cậy dự báo tác nghiệp: Việc đưa vào mô hình các sai số tính toán và cập nhật dữ liệu thực đo trong quá trình dự báo giúp giảm sai số pha và sai số biên, tăng độ tin cậy dự báo trong khoảng thời gian dự báo 24-48 giờ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp nâng cao độ chính xác dự báo là do việc cập nhật dữ liệu địa hình, mặt cắt sông và hồ chứa mới, cùng với hiệu chỉnh thông số mô hình phù hợp với đặc điểm lưu vực. So với các nghiên cứu trước đây chỉ dừng lại ở dự báo thủy văn đến các trạm thượng lưu, nghiên cứu này đã mở rộng phạm vi dự báo toàn bộ hệ thống sông Hồng – Thái Bình, bao gồm cả hạ lưu và cửa sông.

Kết quả phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ứng dụng mô hình MIKE trong dự báo lũ, đồng thời khắc phục được hạn chế do thiếu số liệu vận hành hồ chứa phía Trung Quốc bằng cách cập nhật quy trình vận hành liên hồ mới và áp dụng phương pháp kiểm tra chéo. Việc kết nối mô hình truyền triều là bước tiến quan trọng, giúp dự báo mực nước hạ lưu chính xác hơn trong điều kiện ảnh hưởng của triều cường.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh đường quá trình mực nước thực đo và dự báo tại các trạm chính, bảng tổng hợp chỉ tiêu NASH và sai số dự báo theo từng năm, cũng như sơ đồ mạng lưới mặt cắt sông và hồ chứa cập nhật.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Cập nhật thường xuyên dữ liệu địa hình và mặt cắt sông: Đề nghị các cơ quan quản lý duy trì cập nhật dữ liệu địa hình, mặt cắt sông và hồ chứa mới để mô hình dự báo luôn phản ánh chính xác hiện trạng lưu vực, đảm bảo độ chính xác dự báo. Thời gian thực hiện: hàng năm; Chủ thể: Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương.

2. Tăng cường phối hợp chia sẻ dữ liệu vận hành hồ chứa với phía Trung Quốc: Để giảm thiểu sai số biên đầu vào, cần thiết lập cơ chế trao đổi thông tin vận hành hồ chứa phía thượng nguồn, đặc biệt các hồ chứa lớn trên lưu vực sông Hồng. Thời gian thực hiện: trong 2 năm tới; Chủ thể: Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Ngoại giao.

3. Phát triển và ứng dụng công nghệ cập nhật sai số dự báo tự động: Áp dụng các thuật toán cập nhật sai số dự báo trong mô hình MIKE 11 để nâng cao độ tin cậy dự báo tác nghiệp, giảm thiểu sai số pha và biên. Thời gian thực hiện: 1-2 năm; Chủ thể: Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường.

4. Mở rộng kết nối mô hình truyền triều và mô hình thủy văn thủy lực: Nâng cấp hệ thống dự báo để tích hợp chặt chẽ hơn mô hình truyền triều MIKE 21 với mô hình MIKE 11, phục vụ dự báo mực nước hạ lưu và cảnh báo ngập lụt vùng ven biển. Thời gian thực hiện: 2 năm; Chủ thể: Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương.

5. Đào tạo và nâng cao năng lực chuyên môn cho cán bộ dự báo: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về mô hình MIKE và công nghệ dự báo lũ hiện đại nhằm nâng cao chất lượng dự báo tác nghiệp. Thời gian thực hiện: liên tục; Chủ thể: Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường, các trường đại học liên quan.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan dự báo khí tượng thủy văn: Nâng cao năng lực dự báo lũ, áp dụng công nghệ mô hình MIKE để cải thiện độ chính xác và thời gian dự báo, phục vụ công tác cảnh báo sớm và phòng chống thiên tai.

2. Các đơn vị quản lý và vận hành hồ chứa thủy điện, thủy lợi: Sử dụng kết quả nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình vận hành liên hồ chứa, giảm thiểu rủi ro lũ lụt và điều tiết nước hiệu quả.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành thủy văn, thủy lực: Tham khảo phương pháp hiệu chỉnh mô hình, phân tích dữ liệu và ứng dụng mô hình MIKE trong dự báo lũ hệ thống sông lớn.

4. Cơ quan quản lý nhà nước về phòng chống thiên tai và quy hoạch phát triển kinh tế xã hội vùng đồng bằng sông Hồng: Áp dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng các chính sách, quy hoạch phòng chống lũ phù hợp, giảm thiểu thiệt hại do thiên tai gây ra.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình MIKE 11 có ưu điểm gì trong dự báo lũ hệ thống sông Hồng – Thái Bình?
   Mô hình MIKE 11 giải các phương trình thủy lực Saint Venant một chiều, xử lý nhiều nhánh sông và nút giao nhau, cho phép mô phỏng chính xác dòng chảy không ổn định và mực nước. Kết hợp với mô hình thủy văn NAM, nó mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy liên tục, giúp dự báo lưu lượng và mực nước hiệu quả.

2. Làm thế nào để hiệu chỉnh mô hình thủy văn thủy lực cho phù hợp với lưu vực nghiên cứu?
   Hiệu chỉnh được thực hiện bằng phương pháp thử sai hoặc tối ưu, sử dụng số liệu mưa và lưu lượng thực đo trong nhiều năm để tìm bộ thông số mô hình sao cho đường quá trình tính toán phù hợp nhất với thực đo, đánh giá bằng chỉ tiêu NASH.

3. Tại sao cần kết nối mô hình truyền triều trong dự báo lũ?
   Kết nối mô hình truyền triều giúp dự báo chính xác mực nước hạ lưu, đặc biệt trong vùng cửa sông chịu ảnh hưởng của triều cường. Điều này rất quan trọng để cảnh báo ngập lụt vùng ven biển và điều phối vận hành hồ chứa hiệu quả.

4. Sai số dự báo được cập nhật như thế nào trong mô hình?
   Sai số dự báo được xác định dựa trên sự khác biệt giữa dữ liệu thực đo và dự báo, sau đó được đưa vào mô hình để điều chỉnh kết quả dự báo tiếp theo, giúp giảm sai số pha và sai số biên, nâng cao độ tin cậy dự báo.

5. Phạm vi áp dụng của công nghệ dự báo lũ này là gì?
   Công nghệ dự báo lũ được áp dụng cho toàn bộ hệ thống sông Hồng – Thái Bình, bao gồm các lưu vực thượng nguồn, mạng lưới sông chính, các hồ chứa thủy điện lớn và vùng hạ lưu, phục vụ dự báo tác nghiệp trong mùa lũ từ năm 2006 đến 2012 và có thể mở rộng cho các năm tiếp theo.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng và hiệu chỉnh thành công công nghệ dự báo lũ hệ thống sông Hồng – Thái Bình dựa trên mô hình thủy văn thủy lực MIKE 11, nâng cao độ chính xác và độ tin cậy dự báo tác nghiệp.
• Việc cập nhật dữ liệu địa hình, mặt cắt sông và hồ chứa mới cùng với phân chia lưu vực bộ phận hợp lý giúp cải thiện đáng kể kết quả dự báo lưu lượng và mực nước.
• Kết nối mô hình truyền triều MIKE 21 tại cửa sông tăng cường khả năng dự báo mực nước hạ lưu, đặc biệt trong điều kiện triều cường và lũ lớn.
• Cập nhật sai số dự báo trong quá trình dự báo giúp giảm thiểu sai số pha và sai số biên, nâng cao độ tin cậy dự báo trong khoảng thời gian 24-48 giờ.
• Đề xuất các giải pháp thực tiễn nhằm duy trì và phát triển công nghệ dự báo, bao gồm cập nhật dữ liệu, phối hợp chia sẻ thông tin, đào tạo cán bộ và mở rộng ứng dụng mô hình.

Tiếp theo, cần triển khai áp dụng công nghệ dự báo này vào công tác dự báo tác nghiệp hàng năm, đồng thời tiếp tục nghiên cứu nâng cao chất lượng dự báo và mở rộng phạm vi ứng dụng. Các cơ quan liên quan được khuyến nghị phối hợp chặt chẽ để phát huy hiệu quả công nghệ dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng – Thái Bình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DỰ BÁO LŨ 1.Giới thiệu chung Việc nghiên cứu và dự báo mưa, lũ, lụt là vấn đề đã được rất nhiều cơ quan và tác giả trong cũng như ngoài nước quan tâm. Các kết quả nghiên cứu đã đạt được là những nền tảng cho công tác qui hoạch lũ và phát triển kinh tế xã hội. Tuy nhiên do những nhu cầu thực tế, đối tượng tiến hành nghiên cứu dự báo của các nghiên cứu có những đặc thù khác nhau như nghiên cứu dự báo lũ cho hệ thống sông chính, nghiên cứu dự báo lũ cho hồ chứa, cho vùng hạ du và nghiên cứu dự báo lũ cho việc quản lý và qui hoạch lưu vực. Những năm gần đây, Nhà nước đã dành sự quan tâm, đầu tư thích đáng đúng với tầm quan trọng của khu vực đồng bằng Bắc Bộ.

Kinh tế xã hội phát triển cũng tạo ra nguy cơ thiệt hại do lũ lụt càng lớn. Do đó, việc cảnh báo, dự báo lũ lụt kịp thời và chính xác sẽ góp phần rất quan trọng để giảm thiệt hại về người và tài sản. Mặt khác, việc phát triển kinh tế xã hội cần gắn liền với công tác quy hoạch phòng chống lũ lụt thì sự phát triển đó mới bền vừng và có hiệu quả. Một số nghiên cứu dự báo lũ trên thế giới Trên thế giới việc nghiên cứu, áp dụng các mô hình thủy văn, thủy lực cho các mục đích trên đã được sử dụng khá phổ biến; nhiều mô hình đã được xây dựng và áp dụng cho dự báo hồ chứa, dự báo lũ cho hệ thống sông, cho công tác qui hoạch phòng lũ.

Một số mô hình đã được ứng dụng thực tế trong công tác mô phỏng và dự báo dòng chảy cho các lưu vực sông có thể được liệt kê ra như sau: Viện Thủy lực Đan Mạch (Danish Hydraulics Institute, DHI) xây dựng phần mềm dự báo lũ bao gồm: Mô hình NAM tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa; Mô hình Mike 11 tính toán thủy lực, dự báo dòng chảy trong sông và cảnh báo ngập lụt. Phần mềm này đã được áp dụng rất rộng rãi và rất thành công ở nhiều nước trên thế giới. Trong khu vực Châu Á, mô hình đã được áp dụng để dự báo lũ lưu vực sông Mun-Chi và Songkla ở Thái Lan, lưu vực sông ở Bangladesh, và Indonesia. Hiện nay, 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] công ty tư vấn CTI của Nhật Bản đã mua bản quyền của mô hình, thực hiện những cải tiến để mô hình có thể phù hợp với điều kiện thuỷ văn của Nhật Bản.

Wallingford kết hợp với Hacrow đã xây dựng phần mềm iSIS cho tính toán dự báo lũ và ngập lụt. Phần mềm bao gồm các môđun: Mô hình đường đơn vị tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa; mô hình iSIS tính toán thủy lực, dự báo dòng chảy trong sông và cảnh báo ngập lụt. Phần mềm này đã được áp dụng khá rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới, đã được áp dụng cho sông Mê Kông trong chương trình Sử dụng Nước do ủy hội Mê Kông Quốc tế chủ trì thực hiện. ở Việt Nam, mô hình iSIS được sử dụng để tính toán trong dự án phân lũ và phát triển thủy lợi lưu vực sông Đáy do Hà Lan tài trợ.

Trung tâm khu vực, START Đông Nam á (Southeast Asia START Regional Center) đang xây dựng "Hệ thống dự báo lũ thời gian thực cho lưu vực sông Mê Kông". Hệ thống này được xây dựng dựa trên mô hình thủy văn khu vực có thông số phân bố, tính toán dòng chảy từ mưa. Hệ thống dự báo được phân thành 3 phần: thu nhận số liệu từ vệ tinh và các trạm tự động, dự báo thủy văn và dự báo ngập lụt. Thời gian dự kiến dự báo là 1 hoặc 2 ngày.

Viện Điện lực (EDF) của Pháp đã xây dựng phần mềm TELEMAC tính các bài toán thuỷ lực 1 và 2 chiều. TELEMAC-2D là phần mềm tính toán thủy lực 2 chiều, nằm trong hệ thống phần mềm TELEMAC. TELEMAC-2D đã được kiểm nghiệm theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của Châu Âu về độ tin cậy; mô hình này đã được áp dụng tính toán rất nhiều nơi ở Cộng hòa Pháp và trên thế giới. Ở Việt Nam, mô hình đã được cài đặt tại Viện Cơ học Hà Nội và Khoa Xây dựng - Thuỷ lợi - Thuỷ điện, Trường Đại học Kỹ thuật Đà nẵng và đã được áp dụng thử nghiệm để tính toán dòng chảy tràn vùng Vân Cốc- Đập Đáy, lưu vực sông Hồng đoạn trước Hà Nội, và tính toán ngập lụt khu vực thành phố Đà Nẵng.

Trung tâm kỹ thuật thủy văn (Mỹ) đã xây dựng bộ mô hình HEC-1 để tính toán thủy văn, trong đó có HEC-1F là chương trình dự báo lũ từ mưa và diễn toán lũ trong sông. Mô hình đã được áp dụng rất rộng rãi trên thế giới. ở Châu Á, mô hình đã được áp dụng ở Indonesia, Thái Lan. Mô hình cũng đã được áp dụng để tính toán lũ hệ 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] thống sông Thu Bồn ở Việt Nam.

Gần đây, mô hình được cải tiến và phát triển thành HMS có giao diện đồ hoạ thuận lợi cho người sử dụng. Trong một nghiên cứu về hệ thống dự báo lũ cho sông Maritsa và Tundzha, Roelevink và cộng sự đã kết hợp sử dụng mô đun mưa - dòng chảy Mike 11-NAM và mô đun thủy lực Mike 11-HD để tiến hành dự báo. Các mô hình này đã được hiệu chỉnh sử dụng số liệu các trận lũ năm 2005 và 2006. Kết quả từ hai mô hình này được kết hợp sử dụng với phần mềm FloodWatch để kết xuất ra mực nước dự báo và các cảnh báo tại các điểm xác định.

Kết quả cho thấy rằng, số liệu đầu vào quyết định độ lớn của thời gian dự kiến. Kết quả sẽ chính xác hơn nếu thời gian dự kiến ngắn và ngược lại. Trong nghiên cứu này cũng đã sử dụng chức năng cập nhật mực nước và lưu lượng tính toán theo mực nước và lưu lượng thực đo tại các vị trí biên đầu vào. Một số nghiên cứu dự báo lũ ở Việt Nam Một số mô hình thủy lực đã được áp dụng có hiệu quả để diễn toán dòng chảy trong hệ thống sông và vùng ngập lụt ở nước ta.

Mô hình SOGREAH đã được áp dụng thành công trong công tác khai thác, tính toán dòng chảy tràn trong hệ thống kênh rạch và các ô trũng; Mô hình MASTER MODEL ứng dụng trong nghiên cứu qui hoạch cho vùng hạ lưu sông Cửu Long vào năm 1988; Mô hình MEKSAL được xây dựng vào năm 1974 để tính toán sự phân bố dòng chảy mùa cạn và xâm nhập mặn trong vùng hạ lưu các sông; Mô hình VRSAP đã được áp dụng cho việc tính toán dòng chảy lũ và dòng chảy mùa cạn cho vùng đồng bằng; Mô hình SAL và mô hình KOD đã có những đóng góp đáng kể trong việc tính toán lũ và xâm nhập mặn đồng bằng cửa sông; Mô hình DHM đã được áp dụng thành công trong tính toán nguy cơ ngập lụt hạ lưu lưu vực Thu Bồn - Vũ Gia, và nghiên cứu thủy lực hạ lưu sông Hồng trong trường hợp giả sử vỡ đập Hoà Bình, Sơn La v. Đối với lưu vực sông Hồng-Thái Bình đã có một số nghiên cứu dự báo lũ tiêu biểu như: - Đề tài "Nghiên cứu xây dựng công cụ tính toán và dự báo dòng chảy lũ thượng lưu hệ thống sông Hồng" (Lê Bắc Huỳnh, TT DBKTTVTƯ) 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Sơ đồ lưới trạm dự báo thượng lưu sông Hồng (Nguồn:TTQGDBKTTVTW) Thành quả: Đã xây dựng được hệ thống dự báo thủy văn cho các lưu vực sông Đà, Thao, Lô, vận hành hồ chứa Hoà Bình và diễn toán lũ về hạ lưu đến trạm Sơn Tây, Hà Nội. Đề tài đã tạo dựng được nền tảng cho việc áp dụng mô hình thủy văn để dự báo lũ, kết quả tính toán của đề tài khá tốt và đã được TTDBKTTVTƯ bổ sung và đưa vào dự báo tác nghiệp.

Cần nghiên cứu tiếp: (1) Đề tài có tính nghiên cứu cơ bản, chưa thành một công nghệ hoàn chỉnh để dùng vào dự báo tác nghiệp; (2) vì thiếu số liệu phía Trung Quốc cho nên đã phải xử lý biên trên bằng phương pháp hồi qui, vì thế có hạn chế về độ chính xác; (3) số liệu dùng trong tính toán và hiệu chỉnh mô hình là đến năm 1996, cần được cập nhật số liệu; (4) hơn nữa, nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở dự báo thủy văn đến các trạm Sơn Tây và Hà Nội chưa có khả năng áp dụng cho cả hệ thống sông Hồng- Thái Bình. - Đề tài "Ứng dụng một số mô hình thích hợp để dự báo lũ thượng lưu hệ thống sông Thái Bình" (Nguyễn Lan Châu, TT DBKTTVTƯ). 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Thành quả: Trên cơ sở phân tích các hình thế thời tiết gây mưa và chế độ nước lũ ở thượng lưu sông Thái Bình (sông Cầu, sông Thương, sông Lục Nam), đã nghiên cứu ứng dụng các mô hình TANK, NAM và phương pháp hồi quy bội để tính toán, dự báo quá trình dòng chảy lũ tại Thái Nguyên trên sông Cầu, Phủ Lạng Thương trên sông Thương và Lục Nam trên sông Lục Nam. Kết quả nghiên cứu cho thấy kết quả tính toán và dự báo dòng chảy lũ theo 3 mô hình nêu trên đều cho kết quả tốt.

Mô hình đã được TT DBKTTVTƯ bổ sung và đưa vào dự báo tác nghiệp thử nghiệm từ năm 2000. Cần nghiên cứu tiếp: Cũng tương tự như đề tài ở trên, (1) Đề tài có tính nghiên cứu cơ bản, chưa thành một công nghệ hoàn chỉnh để dùng vào dự báo tác nghiệp; (2) gặp khó khăn trong giải quyết nước vật tại trạm Chũ, và chưa xét hết lượng gia nhập khu giữa, hạ lưu của các trạm tính toán; (3) nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở dự báo thủy văn đến các trạm Thác Bưởi, Cầu Sơn, Chũ và Phả Lại, chưa có khả năng áp dụng cho cả hệ thống sông Hồng-Thái Bình. - Đề tài "Đánh giá khả năng phân lũ sông Đáy và sử dụng lại các khu phân chậm lũ" do 3 cơ quan cùng thực hiện đồng thời (Viện Khí tượng Thủy văn, Trường Đại học Thuỷ lợi, Viện Quy hoạch Thủy lợi). Thành quả: Đề tài đã giải quyết được phần thủy lực hạ lưu của hệ thống sông Hồng - Thái Bình.

Xét đến trường hợp vận hành hồ Hoà Bình, Thác Bà, phân lũ sông Đáy và chậm lũ Tam Thanh, Lương Phú, Lương Phú - Quảng Oai. Đã có tiến hành dự báo thử nghiệm tại Viện Khí tượng Thủy văn, Trường Đại học Thuỷ lợi, Viện Quy hoạch Thủy lợi, tuy nhiên kết quả chưa được đánh giá.