Download miễn phí Ứng dụng mô hình MIKE-NAM diễn toán quá trình lũ đến các hồ chứa sông Ba
Mô hình NAM là một hệthống các diễn đạt
bằng công thức toán học dưới dạng định lượng
đơn giản thểhiện trạngthái của đất trong chu
kỳthủy văn. Mô hình NAM còn được gọi là mô
hình mang tính xác định, tính khái niệm và khái
quát với yêu cầu dữliệu đầu vào trung bình.
Hiện nay trong môhìnhthủy độnglực
MIKE 11 (do Viện Thủy lực Đan Mạch - DHI
xây dựng),mô hìnhNAM đã được tích hợp như
là một môđuntính quá trình dòng chảy từmưa,
coi nhưmôhình MIKE-NAM.
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, Số 3S (2010) 384‐389Ứng dụng mô hình MIKE-NAM diễn toán quá trình lũ
đến các hồ chứa sông Ba
Nguyễn Hữu Khải*, Bùi Văn Chiến
Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN,
334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam
Nhận ngày 11 tháng 8 năm 2010
Tóm tắt. Dự báo dòng chảy đến các hồ chứa có vai trò quan trọng đặc biệt trong bài toán vận hành
liên hồ chứa. Kết quả dự báo là cơ sở để giảm mực nước trước lũ, nâng cao hiệu quả điều tiết lũ,
giảm thiểu thiệt hại cho vúng ngập lụt hạ lưu. Mô hình mưa-dòng chảy MIKE-NAM là mô hình
thích hợp để mô phỏng dòng chảy lũ đến các hồ chứa trên lưu vực sông Ba. Các thông số tìm được
có thể sử dụng trong dự báo lũ kết hợp với vận hành liên hồ chứa chống lũ
1. Đặt vấn đề∗
Sông Ba là một sông lớn ở miền Trung Việt
Nam [1], có tình hình mưa-lũ phức tạp.
384
Hình 1. Lưu vực và hệ thống hồ chứa sông Ba.
_______
∗ Tác giả liên hệ. ĐT: 84-4-38584943.
E-mail: [email protected]
Để sử dụng và khai thác hiệu quả tài
nguyên nước, các hồ chứa trên lưu vực sông Ba
đã được xây dựng [2]. Hệ thống hồ chứa lưu
vực sông Ba chỉ ra trên hình 1.
Trong vận hành liên hồ chứa, dự báo lũ đến
hồ chứa có vai trò rất quan trọng, nó cho phép
hạ thấp mực nước trước lũ, nâng cao hiệu quả
cắt lũ của các hồ chứa. Mặt khác lũ do mưa sinh
ra ở khu giữa và hạ lưu cũng làm gia tăng dòng
chảy do lũ xả từ các hồ chứa chuyển về.
Phương pháp xác định lũ đến hồ chứa từ tài
liệu thực đo [3] không cho phép chủ động hạ
thấp mực nước trước lũ và nâng cao hiệu quả
điều tiết, như thực tế vận hành hồ chứa trên
sông Ba trong trận lũ cuối năm 2009 đã cho
thấy.
Chính vì vậy cần dự báo dòng chảy đến hồ
chứa do mưa. Ở đây chung tui ứng dụng mô
hình MIKE-NAM cho mục đích này.
N.H. Khải, B.V. Chiến / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, Số 3S (2010) 384‐389 385
2. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE-NAM [4,5]
Mô hình NAM là một hệ thống các diễn đạt
bằng công thức toán học dưới dạng định lượng
đơn giản thể hiện trạng thái của đất trong chu
kỳ thủy văn. Mô hình NAM còn được gọi là mô
hình mang tính xác định, tính khái niệm và khái
quát với yêu cầu dữ liệu đầu vào trung bình.
Hiện nay trong mô hình thủy động lực
MIKE 11 (do Viện Thủy lực Đan Mạch - DHI
xây dựng), mô hình NAM đã được tích hợp như
là một môđun tính quá trình dòng chảy từ mưa,
coi như mô hình MIKE-NAM.
2.1. Cấu trúc của mô hình
Mô hình NAM được xây dựng trên nguyên
tắc xếp 5 bể chứa theo chiều thẳng đứng và 2 bể
chứa tuyến tính nằm ngang (hình 2):
- Bể chứa tuyết tan
Bể chứa tuyết tan được kiểm soát bằng các
điều kiện nhiệt độ. Đối với điều kiện khí hậu
nhiệt đới ở Việt Nam, không xét đến bể chứa này.
- Bể chứa mặt
Lượng ẩm trữ trên bề mặt của thực vật,
lượng nước điền trũng trên bề mặt lưu vực và
lượng nước trong tầng sát mặt được đặc trưng
bởi lượng trữ bề mặt. Giới hạn trữ nước tối đa
trong bể chứa này được ký hiệu bằng Umax.
Hình 2. Cấu trúc của mô hình NAM.
Lượng nước ở bể chứa mặt bao gồm lượng
nước mưa do lớp phủ thực vật chặn lại, lượng
nước đọng lại trong các chỗ trũng và lượng
nước trong tầng sát mặt.
- Bể sát mặt (bể tầng rễ cây)
Bốc thoát hơi nước của thực vật được ký
hiệu là Ea, tỷ lệ với lượng bốc thoát hơi nước
tiềm năng EP.
Ea = Ep L/Lmax
Bốc thoát hơi nước thực vật là để thỏa mãn
nhu cầu bốc hơi tiềm năng của bể chứa mặt.
Nếu lượng ẩm U trong bể chứa mặt nhỏ hơn
nhu cầu này thì nó sẽ lấy ẩm từ tầng rễ cây theo
tốc độ Ea.
- Bể chứa ngầm
Lượng cấp nước ngầm được chia ra thành 2
bể chứa: bể chứa nước ngầm tầng trên và bể
chứa nước ngầm tầng dưới. Hoạt động của hai
bể chứa này như các hồ chứa tuyến tính với các
hằng số thời gian khác nhau. Nước trong hai bể
chứa này sẽ tạo thành dòng chảy ngầm.
Lượng nước bổ sung cho dòng chảy ngầm
phụ thuộc vào độ ẩm của đất trong tầng rễ cây.
Hình 3. Chia lưu vực để tính trọng số tram mưa theo
phương pháp đa giác Thiessen.
Dòng chảy tràn và dòng chảy sát mặt được
diễn toán qua một hồ chứa tuyến tính thứ nhất.
Sau đó, tất cả các thành phần dòng chảy được
cộng lại và diễn toán qua một hồ chứa tuyến
tính thứ hai, cuối cùng được dòng chảy tổng
cộng tại cửa ra.
N.H. Khải, B.V. Chiến / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, Số 3S (2010) 384‐389 386
2.2. Thông số mô hình
Các thông số mô hình thể hiện khả năng
sinh dòng chảy của lưu vực. Mô hình gồm 9
thông số chính thay đổi theo đặc điểm lưu vực,
còn 5 thông số khác ít thay đổi.
Các thông số trong mô hình NAM thường
được xác định bằng phương pháp tối ưu hóa.
3. Mô phỏng quá trình dòng chảy đến hồ
chứa sông Ba bằng mô hình MIKE – NAM
3.1. Hiệu chỉnh mô hình
Dữ liệu đầu vào
Mô hình được hiệu chỉnh cho con lũ tháng
10/1992
Dữ liệu đầu vào của mô hình gồm có số liệu
mưa và bốc hơi đo được của 3 trạm An Khê,
Ayun, Sơn Hòa và số liệu lưu lượng tại trạm
Củng Sơn từ ngày 22/10/1992 đến ngày
27/10/1992. Trọng số của 3 trạm mưa trên lưu
vực tính toán được tính theo phương pháp đa
giác Thiessen (hình 3) và có các giá trị sau:
Trạm Trọng số
An Khê 0.309
Ayunpa 0.407
Sơn Hòa 0.284
Sau khi hiệu chỉnh mô hình được kết quả
như hình 3. Độ hữu hiệu Nash của mô hình với
trận lũ từ ngày 22-10-1992 đến ngày 28-10-
1992 cho lưu vực sông Ba tính đến trạm Củng
Sơn là R2 = 0,985. Kết quả này cho thấy sự phù
hợp giữa số liệu tính toán và thực đo. Các chỉ
tiêu đánh giá mức hiệu quả của mô hình đều
đạt.
Hình 3. Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính
toán tháng 10/1992.
Đỉnh
lũ
(m3/s)
Sai
số
(%)
Chỉ số
Nash
(%)
Thực
đo 9860 Trận lũ tháng
XI/1992 Tính toán 10654
7.7 98,5
Hình 4. Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính
toán cho trận lũ kiểm định tháng 11/1988.
3.2. Kiểm định mô hình
Mô hình được kiểm định cho con lũ tháng
XI-1988. Dữ liệu đầu vào cho kiểm định mô
hình gồm có: số liệu mưa đo được của 3 trạm
An Khê, Ayunpa, Sơn Hòa và số liệu lưu lượng
tại trạm Củng Sơn từ ngày 06/11/1988 đến ngày
12/11/1988
Kết quả kiểm định mô hình như hình 4
Độ hữu hiệu mô hình cho trận lũ kiểm định
từ ngày 06-11-1988 đến ngày 12-11-1988 trên
N.H. Khải, B.V. Chiến / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26, Số 3S (2010) 384‐389 387
lưu vực sông Ba tính đến trạm Củng Sơn có R2
=0.93.
Đỉnh
lũ
(m3/s)
Sai
số
(%)
Chỉ số
Nash
(%)
Thực đo 10500 Trận lũ
Tháng
XI/1988
Tính
toán 10593
0,88 93
Kết quả hiệu chỉnh trận lũ tháng 10/1992 và
trận lũ kiểm định tháng 11/1988 cho phép sử
dụng bộ thông số thu được để tính toán cho các
trận lũ khác và có khả năng dự báo lũ cho lưu
vực sông Ba.
3.3. Diễn toán l...