Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN LŨ
THIẾT KẾ BẰNG MƠ HÌNH THUỶ VĂN
Ngô Lê An1, Nguyễn Thị Thu Hà1
1
Trường Đại học Thuỷ lợi, email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Lũ lụt thường có thể dẫn đến những hậu
quả không mong muốn như thiệt hại về kinh
tế, suy thối mơi trường, và quan trọng hơn là
tính mạng của con người. Việc xác định đỉnh
lũ và quá trình của trận lũ thiết kế do vậy có ý
nghĩa quan trọng đặc biệt cho nhu cầu lập kế
hoạch và phát triển các chiến lược giảm thiểu
lũ lụt có thể xảy ra. Ví dụ, đánh giá rủi ro lũ
lụt và thiết kế các biện pháp bảo vệ những tác
hại từ lũ lụt thường u cầu những tính tốn
về dòng chảy lớn nhất với khả năng xảy ra
nhất định (ví dụ, lũ lụt có khả năng xảy với
tần suất 1%). Chúng ta gọi các dịng chảy cực
đoan được tính toán theo với khả năng xảy ra
nhất định này là 'lũ thiết kế' vì chúng có ảnh
hưởng đến một số thơng số chính của các
cơng trình phịng và chống lũ. Tính tốn lũ
thiết kế hiện nay có thể chia ra làm 3 nhóm
chính: Nhóm 1 sử dụng các cơng thức kinh
nghiệm thiết lập mối quan hệ giữa lưu lượng
đỉnh lũ với diện tích lưu vực và đặc trưng địa

lý khí hậu của lưu vực. Điển hình của nhóm 1
này là công thức Cường độ giới hạn hiện đang
sử dụng phổ biến ở Việt Nam; Nhóm 2 là tính
tốn dịng chảy lũ thiết kế dựa trên phân tích
tần suất chuỗi dịng chảy lũ thực đo. Nhóm 2
được áp dụng nếu lưu vực nếu có đầy đủ số
liệu dịng chảy lũ thực đo cả về mặt chiều dài
và chất lượng tài liệu. Do đa số các cơng trình
được xây dựng ở các vị trí khơng có số liệu đo
dịng chảy nên nhóm phương pháp này ít được
sử dụng trên thực tế; Nhóm 3 là các phương
pháp tính tốn dịng chảy lũ thiết kế thiết kế
dựa trên mơ hình mưa rào dịng chảy. Nhóm 3
được sử dụng phổ biến trong trường hợp lưu
vực hoặc vị trí cần tính tốn dịng chảy lũ thiết
kế khơng có hoặc có rất ít tài liệu lũ thực đo,

lũ thiết kế có thể được xác định từ quá trình
mưa thơng qua mơ hình mưa rào dịng chảy.
Ưu điểm của nhóm phương pháp 3 trong tính
tốn lũ thiết kế so với hai nhóm trên là chúng
ta có thể xác định được tồn bộ q trình dịng
chảy lũ thiết kế từ mưa thiết kế. Tuy vậy, ở
Việt Nam, các phương pháp tính dịng chảy lũ
thiết kế sử dụng các mơ hình mưa dịng chảy
cịn hạn chế do nhiều ngun nhân như cần có
số liệu đo lũ tại lưu vực tương tự, số liệu mưa
(lượng và mơ hình mưa) thời đoạn ngắn cho
lưu vực nghiên cứu. Do vậy, mục tiêu của báo
cáo này là nghiên cứu tính tốn lũ thiết kế sử

dụng mơ hình thuỷ văn. Đối tượng nghiên cứu
chỉ tập trung đánh giá về lưu lượng đỉnh lũ
thiết kế.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài tính tốn thử nghiệm cho lưu vực
trạm thuỷ văn An Khê (F = 1400km2) do đây
là lưu vực có đầy đủ số liệu mưa, dịng chảy
thời đoạn ngắn.
Nghiên cứu lựa chọn hai mơ hình thuỷ văn
mưa dịng chảy phổ biến tại Việt Nam là mơ
hình NAM (Nielsen và Hansen, 1973) và mơ
hình HEC-HMS (USACE-HEC United States
Army Corps of Engineers, 2000). Mơ hình
NAM là mơ hình điển hình cho nhóm các mơ
hình dạng bể chứa mơ phỏng liên tục, trong khi
mơ hình HEC-HMS đại diện cho nhóm các mơ
hình dạng đường đơn vị. Do mơ hình NAM là
mơ hình thơng số tập trung nên lưu vực An
Khê sẽ được coi là một đơn vị lưu vực duy
nhất trong mơ phỏng ở cả hai mơ hình xem xét.
Lượng mưa thiết kế được tính tốn từ số
liệu đo mưa thời đoạn ngắn đặc trưng (<1
giờ) của trạm An Khê và thu phóng theo mơ
hình mưa thiết kế xây dựng cho vùng lưu vực

573


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0


sông Ba từ đề tài “Nghiên cứu cập nhật
phương pháp tính tốn các đặc trưng thuỷ
văn thiết kế cho các cơng trình thuỷ lợi”.
Hai mơ hình thuỷ văn sử dụng lượng mưa
thiết kế là đầu vào để tính tốn dịng chảy lũ
thiết kế. Kết quả tính tốn sẽ được so sánh
với kết quả tính trực tiếp từ số liệu dòng chảy
lũ thực đo tại trạm thuỷ văn An Khê.
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
thuỷ văn
Hai mơ hình mưa - dịng chảy NAM và
HEC-HMS được hiệu chỉnh và kiểm định cho
lưu vực An Khê cho 2 trận lũ lớn điển hình là
XI/1999 và XI/2009 với bước thời gian 1 giờ.
Hàm mục tiêu đánh giá khả năng mơ phỏng
của hai mơ hình này là hệ số NASH (50%) và
hệ số sai số đỉnh lũ (50%). Vì hai mơ hình
được sử dụng để tính tốn lũ thiết kế nên các
thông số ban đầu của hai mô hình được thiết
lập để mơ tả trạng thái bão hồ ẩm. Kết quả
đánh giá mơ phỏng được trình bày ở Bảng 1.
Bảng 1. Đánh giá chất lượng mơ phỏng

Hình 1. Hiệu chỉnh kiểm định bằng
mơ hình NAM và HEC-HMS
Mơ hình phân phối điển hình lưu vực An
Khê có dạng:


Trận lũ 1999
Trận lũ 2009
NAM Hec-HMS NAM Hec-HMS
Nash
0,87
0,82
0,94
0,95
-9,4
-6,6
1,1
Qmax (%) -2,5
Chỉ số

3.2. Xác định mơ hình mưa thiết kế
Để xây dựng mơ hình mưa thiết kế, cần
xác định hai đặc trưng là tổng lượng mưa của
trận mưa và thời gian mưa.
Thời gian của trận mưa thiết kế có thể được
xác định dựa trên thời gian chảy truyền. Trong
nghiên cứu này, công thức Kirpich (Kirpich,
1940) có dạng: Tc  0,066  Lc / Sc 
Với LC và SC tương ứng là độ dài (km) và
độ dốc (%) của sơng chính trong lưu vực.
Kết quả tính cho Tc của lưu vực An Khê
xấp xỉ 12 giờ. Từ dữ liệu mưa 12 giờ lớn nhất
trạm An Khê, xác định lượng mưa 12 giờ
thiết kế ứng với các tần suất khác nhau. Kết
quả thể hiện ở Bảng 2.

Bảng 2. Lượng mưa 12 giờ max thiết kế
Tần suất (%)
X12hmaxp (mm)

1
251,8

0,5
270,9

0,2
295,6

0,1
313,7

574

Hình 2. Đường đẳng xác suất của đường
cong luỹ tích mưa xác định vùng nghiên cứu
Bảng 3. Mơ hình phân phối mưa
thiết kế không thứ nguyên ứng
với các phân vị khác nhau
t/D
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5


10%
0,017
0,022
0,034
0,036
0,044

50%
0,044
0,050
0,046
0,051
0,047

90%
0,078
0,057
0,051
0,045
0,075

t/D
0,6
0,7
0,8
0,9
1

10%
0,048

0,069
0,072
0,097
0,089

50%
0,053
0,058
0,061
0,050
0,039

90%
0,045
0,044
0,040
0,020
0,005


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0

Từ Bảng 3, xác định mơ hình mưa thiết kế
tương ứng với các trường hợp 10%, 50% và
90% thu phóng theo D = 12 giờ và lượng
mưa thiết kế tính tốn ở bảng 2, kết quả ví dụ
cho trường hợp tần suất p = 0,1% thể hiện ở
Bảng 4.
Bảng 4. Mơ hình mưa thiết kế 12 giờ (mm)
Giờ

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Tần suất 0,2%
MH MH MH
10% 50% 90%
6,6
19,5 43,6
9,4
22,5 34,6
12,7 24,7 25,5
16,5 23,0 26,4
18,4 25,1 25,1
22,1 24,7 34,9
24,4 23,7 28,9
29,8 27,2 22,7
32,2 29,0 22,0
35,1 29,7 16,9
44,5 25,4 10,0
43,8 21,0

4,8

Tần suất 0,1%
MH MH MH
10% 50% 90%
7,0
20,7 46,3
10,0 23,9 36,7
13,4 26,2 27,1
17,5 24,4 28,0
19,5 26,6 26,7
23,5 26,2 37,0
25,9 25,2 30,7
31,7 28,9 24,1
34,2 30,8 23,4
37,3 31,5 18,0
47,2 27,0 10,6
46,5 22,3
5,1

3.3. Xác định lưu lượng đỉnh lũ thiết kế
Sử dụng mơ hình mưa thiết kế ở trên kết
hợp với 2 mơ hình mưa dịng chảy đã xây
dựng, kết quả tính tốn lưu lượng đỉnh lũ
thiết kế được tổng hợp ở Bảng 5.
Bảng 5. Kết quả tổng hợp lưu lượng đỉnh lũ
tính theo các phương pháp khác nhau (m3/s)
NAM
Hec-HMS
Tần Thực

suất
đo 10% 50% 90% 10% 50% 90%
0,1% 3118 3702 3416 3237 3724 3458 3327
0,2% 2962 3474 3205 3036 3425 3180 3060
0,5% 2747 3163 2918 2762 3027 2807 2705
1% 2572 2921 2695 2549 2717 2531 2427

Kết quả ở Bảng 5 cho thấy, phương pháp
mơ hình tốn trong nghiên cứu này cho kết
quả thiên lớn ở cả hai mơ hình. Phân phối theo
mơ hình mưa 10% cho kết quả cao hơn là phân
phối theo mơ hình mưa 90%. Các mơ hình đều
cho kết quả tính Qmaxp chênh lệch dưới 20%
với kết quả tính trực tiếp từ số liệu thực đo.
Tuy nhiên, độ chính xác của kết quả mơ
phỏng cũng phụ thuộc vào các yếu tố khác

như xác như mơ hình mưa thiết kế (gồm cả
tổng lượng mưa và thời gian mưa), thơng số
và hệ số ban đầu của mơ hình thuỷ văn,…
4. KẾT LUẬN

Nghiên cứu đã tính tốn thử nghiệm lưu
lượng đỉnh lũ thiết kế sử dụng hai mơ hình
thuỷ văn và so sánh với kết quả tính tốn từ
dữ liệu thực đo.
Kết quả của nghiên cứu này cho thấy, cả
hai mơ hình cho kết quả tính tốn thiên lớn so
với kết quả tính trực tiếp từ dữ liệu thực tế
nhưng chênh lệch chỉ trong phạm vi 20%.

Mơ hình phân phối 90% cho kết quả tính
cao hơn là mơ hình phân phối 50%, 10%.
Điều này có thể lý giải là do q trình mơ
phỏng, mơ hình phân phối 90% có lượng
mưa lớn tập trung vào cuối giai đoạn, khi lưu
vực mô phỏng đã ở trạng thái q bão hồ
nên dịng chảy đỉnh lũ bất lợi hơn.
Báo cáo khuyến nghị việc sử dụng mơ
hình thuỷ văn tính tốn dịng chảy lũ thiết kế
cần cẩn trọng lựa chọn các hệ số ban đầu.
Việc sử dụng các mơ hình thuỷ văn khác
nhau với các mơ hình mưa khác nhau cũng
cho kết quả chênh lệch đáng kể.
Nghiên cứu này chỉ tập trung vào cách tính
lưu lượng đỉnh lũ thiết kế bằng mô phỏng theo
sự kiện sử dụng mơ hình thuỷ văn và mơ hình
mưa đại biểu. Một hướng tiếp cận khác là mô
phỏng liên tục sử dụng mưa thời đoạn ngắn
chưa được xem xét trong nghiên cứu này.
Ngoài ra báo cáo cũng cần phải được thực
hiện nghiên cứu thêm cho các khu vực khác
và các lưu vực khác để kết quả tin cậy hơn.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Kirpich, Z. P. (1940) “Time of concentration
of small agricultural watersheds”, Journal of
Civil Engineering, 10(6), tr 362.
[2] Nielsen, S. A. và Hansen, E. (1973)
“Numerical Simulation of the RainfallRunoff Process on a Daily Basis”,
Hydrology Research, 4(3), tr 171-190. doi:
10.2166/nh.1973.0013.

[3] USACE-HEC United States Army Corps of
Engineers (2000) Hydrologic Modeling
System Technical Reference Manual,
Institute for Water Resources, Hydrologic
Engineering Center (HEC), Davis, USA.

575