BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN QUỐC GIA
Số 4 – Đặng Thái Thân – Hoàn Kiếm – Hà Nội
------------------***-----------------

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRUNG TÂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN QUỐC GIA
Số 4 - Đặng Thái Thân – Hoàn Kiếm – Hà Nội

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH WETSPA VÀ
HECRAS MÔ PHỎNG, DỰ BÁO QUÁ TRÌNH LŨ
TRÊN HỆ THỐNG SÔNG THU BỒN – VU GIA

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

Chỉ số phân loại:
Chỉ số đăng ký:
Chỉ số lưu trữ:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH
WETSPA VÀ HECRAS MÔ PHỎNG, DỰ BÁO
QUÁ TRÌNH LŨ TRÊN HỆ THỐNG SÔNG
THU BỒN – VU GIA

Các cơ quan và các cộng tác viên chính tham gia thực hiện đề tài:

1. Ks. Bùi Đức Long

2. Ths. Vũ Đức Long
3. Ths. Nguyễn Thị Thu Trang
4. Ths. Võ Văn Hòa
5. Ts. Nguyễn Thanh Long
6. Ts. Lê Quốc Hùng
7. Ths. Phạm Văn Chiến
8. Ks. Nguyễn Hữu Thiêm
9. Ks. Phùng Hồng Long
Ngày
tháng năm 2009
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương
Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương
Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương
Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương
Viện Nghiên cứu Địa chất và khoáng sản
Viện Nghiên cứu Địa chất và khoáng sản
Đài KTTV khu vực Trung Trung bộ
Đài KTTV khu vực Trung Trung bộ
Đài KTTV khu vực Trung Trung bộ

Ngày
tháng năm 2009
CƠ QUAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Ngày
tháng năm 2009 .
CƠ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI


CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: Ths. Đặng Thanh Mai
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương
Bùi Minh Tăng

Ths. Đặng Thanh Mai
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2009

HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ CHÍNH THỨC
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

7517
15/10/2009
Hà Nội, 3 – 2009

Hà Nội, ngày

Trần Văn Sáp
tháng

năm 2009

CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI
TL. BỘ TRƯỞNG
KT.VỤ TRƯỞNG
VỤ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
PHÓ VỤ TRƯỞNG



2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH HECRAS .................................. 42

MỤC LỤC
MỤC LỤC BẢNG .............................................................................................. V

2.2.1 Các công thức của mô hình................................................................................43

MỤC LỤC HÌNH ............................................................................................ VII

1.1.1 Khái quát điều kiện địa lý tự nhiên lưu vực sông Thu Bồn – Vu Gia ............. 3

2.2.2 Các số liệu đầu vào cơ bản của mô hình:..........................................................46
2.2.2.1 Số liệu hình học:....................................................................................46
2.2.2.2 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu: ..................................................47
2.2.2.3 Số liệu về lưu lượng:.............................................................................48
2.3 HƯỚNG TIẾP CẬN XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO CHO HỆ
THỐNG SÔNG THU BỒN - VU GIA ......................................................... 48
2.4 CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG ĐÁNH GIÁ MÔ PHỎNG VÀ DỰ BÁO CỦA
MÔ HÌNH................................................................................................... 49
CHƯƠNG III:
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH WETSPA MÔ PHỎNG LŨ TRÊN HỆ THỐNG
SÔNG THU BỒN - VU GIA ............................................................................ 52

1.1.2 Đặc điểm mưa và hình thế thời tiết gây mưa....................................................10

3.1 PHÂN CHIA LƯU VỰC VÀ THIẾT LẬP MÔ HÌNH WETSPA ........... 52

1.1.3 Đặc điểm dòng chảy lũ hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia.............................12


3.1.1 Phân chia lưu vực bộ phận .................................................................................52

1.1.4 Các thông tin về mạng lưới trạm, điện báo mưa và mực nước trên lưu vực hệ
thống sông Thu Bồn – Vu Gia ....................................................................................14
1.1.4.1 Thông tin về mạng lưới trạm................................................................14
1.1.4.2 Thông tin về điện báo mưa và mực nước:...........................................16
1.2 VẤN ĐỀ DỰ BÁO LŨ TRÊN HỆ THỐNG SÔNG THU BỒN – VU GIA
VÀ LUẬN CHỨNG CHỌN KIỂU MÔ HÌNH............................................. 18

3.1.2 Thiết lập mô hình ................................................................................................54

MỤC LỤC HÌNH ............................................................................................ VII
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
CHƯƠNG I:
QUY LUẬT HÌNH THÀNH LŨ VÀ VẤN ĐỀ DỰ BÁO LŨ TRÊN HỆ
THỐNG SÔNG THU BỒN – VU GIA.............................................................. 3
1.1 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ QUY LUẬT HÌNH THÀNH LŨ
TRÊN HỆ THỐNG SÔNG THU BỒN VU GIA ............................................ 3

1.2.1 Tổng quan những phương án, phương pháp đang được sử dụng trong dự báo
nghiệp vụ trên lưu vực sông Thu Bồn – Vu Gia. .....................................................18
1.2.2 Tình hình nghiên cứu về mô hình thủy văn, thủy lực trên thế giới và ở Việt
Nam................................................................................................................................19
1.2.3 Một số nghiên cứu tính toán mô phỏng lũ tiêu biểu đối với lưu vực sông Thu
Bồn – Vu Gia ................................................................................................................21
1.2.4 Luận chứng cho việc chọn mô hình tính toán và dự báo dòng chảy lũ trên hệ
thống sông Thu Bồn – Vu Gia. ...................................................................................23
CHƯƠNG II:
MÔ HÌNH WETSPA, MÔ HÌNH HECRAS VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU

XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO QUÁ TRÌNH LŨ HỆ THỐNG
SÔNG THU BỒN-VU GIA .............................................................................. 27
2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH WETSPA .................................. 27

3.1.3 Tài liệu khí tượng thủy văn phục vụ vận hành mô hình WETSPA ..............58
3.2 XÂY DỰNG CÁC LOẠI BẢN ĐỒ THÔNG SỐ CHO MÔ HÌNH WETSPA... 59
3.2.1. Xây dựng các bản đồ cơ bản và cắt tách các lưu vực bộ phận cho hệ thống
sông Thu Bồn - Vu Gia................................................................................................64
3.2.1.1 Xây dựng bản đồ DEM.........................................................................64
3.2.1.2 Xây dựng bản đồ cấu trúc đất..............................................................67
3.2.1.3 Xây dựng bản đồ thảm phủ ..................................................................68
3.2.1.4 Xây dựng bản đồ phân vùng ảnh hưởng các trạm mưa ....................73
3.2.2 Xây dựng các bản đồ thông số về đặc trưng vật lý của lưu vực cho các lưu
vực bộ phận ...................................................................................................................75
3.2.3 Xây dựng các bản đồ thông số về đặc trưng vật lý của đất cho các lưu vực bộ
phận................................................................................................................................76
3.2.4 Xây dựng các bản đồ thông số về đặc tính lớp phủ thực vật cho các lưu vực
bộ phận...........................................................................................................................77
3.2.5 Xây dựng các bản đồ thông số về đặc tính dòng chảy của lưu vực ...............78
3.3 BỘ THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH WETSPA VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.... 78
3.3.1 Nguyên tắc tối ưu bộ thông số của mô hình WETSPA ..................................78

2.1.3 Các thông số của mô hình ..................................................................................36

3.3.2 Kết quả tối ưu bộ thông số .................................................................................80
3.3.2.1 Kết quả tối ưu bộ thông số của mô hình cho lưu vực Thành Mỹ.......80
3.3.2.2 Kết quả tối ưu bộ thông số của mô hình WETSPA cho lưu vực Nông
Sơn......................................................................................................................86
3.3.2.3 Lựa chọn thông số mô hình cho các lưu vực bộ phận không có
trạm đo...............................................................................................................94


i

ii

2.1.1 Cấu trúc và các giả thiết của mô hình ...............................................................27
2.1.1.1 Cấu trúc của mô hình ...........................................................................27
2.1.1.2 Các giả thiết của mô hình.....................................................................29
2.1.2 Các công thức của mô hình................................................................................30


3.3.3 Phân tích tính nhạy cảm, phạm vi biến đổi các thông số của mô hình ..........97
3.3.4 Đánh giá chất lượng mô phỏng và kiểm định của mô hình............................99
3.3.4.1 Trạm Thành Mỹ.................................................................................. 101
3.3.4.2 Trạm Hội Khách ................................................................................ 103
3.3.4.3 Trạm Ái Nghĩa.................................................................................... 106
3.3.4.4 Trạm Hiệp Đức .................................................................................. 108
3.3.4.5 Trạm Nông Sơn .................................................................................. 110
3.3.4.6 Trạm Giao Thủy................................................................................. 113
3.3.4.7 Trạm Câu Lâu .................................................................................... 115
3.3.4.8 Trạm Hội An....................................................................................... 118
3.3.4.9 Một số nhận xét về kết quả mô phỏng và kiểm định của mô hình
WETSPA.......................................................................................................... 120
CHƯƠNG IV
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH WETSPA VÀ HECRAS MÔ PHỎNG LŨ HỆ
THỐNG SÔNG THU BỒN – VU GIA.......................................................... 123
4.1 THIẾT LẬP MÔ HÌNH WETSPA KẾT NỐI VỚI HECRAS ............... 123
4.1.1 Phương pháp kết hợp hai mô hình WETSPA và HECRAS.........................123
4.1.2 Xây dựng sơ đồ mạng thuỷ lực diễn toán dòng chảy trong sông.................125
4.1.2.1 Sơ đồ thủy lực vùng hạ lưu hệ thống sông ....................................... 125

4.1.2.2 Biên của mô hình................................................................................ 128
4.1.3 Tài liệu thủy văn để tối ưu và kiểm định mô hình .........................................131
4.2 BỘ THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH HECRAS VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
CỦA BỘ MÔ HÌNH WETSPA - HECRAS. .............................................. 132
4.2.1 Nguyên tắc hiệu chỉnh bộ mô hình WETSPA - HECRAS: .........................132
4.2.2 Kết quả tối ưu bộ thông số của mô hình .........................................................132
4.2.3 Đánh giá kết quả................................................................................................133
4.2.3.1 Kết quả hiệu chỉnh mô hình............................................................... 133
4.2.3.2 Kiểm nghiệm bộ thông số tối ưu ....................................................... 139
4.1.4 Nhận xét chung..................................................................................................145
CHƯƠNG V
CÁC VẤN ĐỀ CẦN THỰC HIỆN TRONG ỨNG DỤNG BỘ MÔ HÌNH
WETSPA VÀ HECRAS VÀO DỰ BÁO NGHIỆP VỤ ............................... 146
5.1 XÂY DỰNG PHÂN BỐ MƯA THEO KHÔNG GIAN CHO CÁC HÌNH
THẾ THỜI TIẾT GÂY MƯA. .................................................................. 146
5.1.1 Đặc điểm mưa trên lưu vực..............................................................................147
5.1.2 Đặc điểm mưa của các hình thế thời tiết gây lũ lớn.......................................150
5.1.2.1 Các hình thế thời tiết gây mưa lớn.................................................... 150
5.1.2.2 Đặc điểm và phân bố mưa của các hình thế thời tiết gây mưa lớn.154

5.1.3.2 Trận lũ lớn đầu tháng XI năm 1999 (KKL +HTND + ĐGD) ........ 162
5.1.3.3 Trận lũ lớn đầu tháng XII/1999 (KKL + ĐGD) .............................. 164
5.1.3.4 Trận lũ lớn tháng XI/2004 (KKL +Bão) .......................................... 166
5.1.3.5 Trận lũ tháng XI năm 2007 (B + ĐGĐ)........................................... 167
5.1.4 Xây dựng phân bố mưa theo không gian cho các hình thế thời tiết điển hình
gây mưa lớn.................................................................................................................168
5.2 ỨNG DỤNG CÁC SẢN PHẨM DỰ BÁO MƯA ................................. 172
5.2.1 Giới thiệu chung................................................................................................172
5.2.2 Sản phẩm dự báo mưa số trị phục vụ đầu vào mô hình ................................172
5.2.3 Các sản phẩm khác ...........................................................................................175

5.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH KẾT QUẢ................................ 178
5.3.1 Lọc theo Kalman...............................................................................................179
5.3.2 Lọc theo Hồi Qui...............................................................................................180
5.3.3 Hiệu chỉnh tức thời............................................................................................182
CHƯƠNG VI:
XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO LŨ HỆ THỐNG SÔNG THU BỒN VU GIA............................................................................................................. 183
6.1 CÁC BÀI TOÁN CẦN THỰC HIỆN .................................................. 183
6.2 XÂY DỰNG NGÂN HÀNG DỮ LIỆU ............................................... 184
6.2.1 Tổ chức cơ sở dữ liệu........................................................................................184
6.2.2 Cấu trúc ngân hàng dữ liệu ..............................................................................187
6.3 XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ HỆ THỐNG
SÔNG THU BỒN – VU GIA. ................................................................... 189
6.3.1 Hệ thống các mô đun và chương trình phục vụ công nghệ dự báo..............189
6.3.2 Hệ thống các thực đơn và phần mềm giao diện.............................................192
6.4 QUY TRÌNH DỰ BÁO VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ DỰ
BÁO ......................................................................................................... 194
6.4.1 Cài đặt chương trình..........................................................................................194
6.4.2 Hướng dẫn sử dụng công nghệ........................................................................195
6.5 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TÁC NGHIỆP........................................... 208
6.5.1 Trình tự dự báo..................................................................................................208
6.5.2 Kết quả dự báo thử nghiệm..............................................................................208
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 214
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 218

5.1.3 Các trận lũ lớn do các hình thế thời tiết điển hình gây ra..............................161
5.1.3.1 Trận lũ đặc biệt lớn tháng XI năm 1998 (B +KKL +HTND)......... 161
iii

iv



MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1.1: Đặc trưng hình thái lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia [1] ........ 7
Bảng 1.2: Danh sách các trạm KTTV Trên lưu vực sông Thu Bồn- Vu Gia ..... 15
Bảng 2.1: Danh sách các thông số của mô hình.................................................. 37
Bảng 3.1: Danh sách các lưu vực bộ phận hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia ... 53
Bảng 3.2: Phân loại đất lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia ................... 67
Bảng 3.3: Phân loại thảm phủ lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia ......... 69
Bảng 3.5: Các thông số đặc trưng cho kết cấu các loại đất lưu vực Thành Mỹ ... 81
Bảng 3.6: Các thông số đặc trưng cho các loại sử dụng đất lưu vực Thành Mỹ ... 82
Bảng 3.7: Hệ số dòng chảy tiềm năng cho những loại đất, thảm phủ và độ dốc
lưu vực Thành Mỹ ........................................................................................ 83
Bảng 3.8: Các thông số chung của mô hình cho lưu vực Thành Mỹ.................. 86
Bảng 3.9: Các thông số trưng cho kết cấu các loại đất lưu vực Hiệp Đức và
Nông Sơn..................................................................................................... 87
Bảng 3.10: Các thông số đặc trưng cho các loại sử dụng đất lưu vực Hiệp Đức... 88
Bảng 3.11: Hệ số dòng chảy tiềm năng cho những loại đất, thảm phủ và độ dốc
lưu vực Hiệp Đức ......................................................................................... 89
Bảng 3.12: Các thông số chung của mô hình cho lưu vực Hiệp Đức................. 94
Bảng 3.13: Các thông số chung của mô hình cho lưu vực khu giữa Hiệp ĐứcNông Sơn..................................................................................................... 94
Bảng 3.14: Độ nhạy của các thông số mô hình WETSPA trong tối ưu.............. 98
Bảng 3.15: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá mô hình tại Thành Mỹ..................... 101
Bảng 3.16: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá kiểm định mô hình tại Thành Mỹ ... 102
Bảng 3.17: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá mô hình tại Hội Khách.................... 104
Bảng 3.18: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá kiểm định mô hình tại Hội Khách... 105
Bảng 3.19: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá mô hình tại Ái Nghĩa....................... 106
Bảng 3.20: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá kiểm định mô hình tại Ái nghĩa ...... 108
Bảng 3.21: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá mô hình tại Hiệp Đức...................... 109
Bảng 3.22: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá kiểm định mô hình tại Hiệp Đức .... 110
Bảng 3.23: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá mô hình tại Nông Sơn ..................... 111

Bảng 3.24: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá kiểm định mô hình tại Nông Sơn.... 112
Bảng 3.25: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá mô hình tại Giao Thủy .................... 113
Bảng 3.26: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá kiểm định mô hình tại Giao Thủy... 114
Bảng 3.27: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá mô hình tại Câu Lâu........................ 116
Bảng 3.28: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá kiểm định mô hình tại Câu Lâu ...... 117
Bảng 3.29: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá mô hình tại Hội An ......................... 118
Bảng 3.30: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá kiểm định mô hình tại Hội An ........ 119
Bảng 4.1: Danh sách các trạm thủy văn dùng để tối ưu và kiểm định mô hình
................................................................................................................... 131
Bảng 4.2: Hệ số nhám trung bình cho các đoạn sông ....................................... 133
Bảng 4.3: Kết quả mô phỏng quá trình dòng chảy tại Thành Mỹ..................... 134
Bảng 4.4: Kết quả mô phỏng quá trình mực nước tại Hội Khách .................... 135
Bảng 4.5: Kết quả mô phỏng quá trình mực nước tại Ái Nghĩa ....................... 135
Bảng 4.6: Kết quả mô phỏng quá trình dòng chảy tại Nông Sơn ..................... 136
v

Bảng 4.7: Kết quả mô phỏng quá trình mực nước tại Giao Thủy..................... 137
Bảng 4.8: Kết quả mô phỏng quá trình mực nước tại Câu Lâu ........................ 138
Bảng 4.9: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá kiểm định mô hình tại Thành Mỹ ..... 143
Bảng 4.10: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá kiểm định mô hình tại Hội Khách... 143
Bảng 4.11: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá kiểm định mô hình tại Ái Nghĩa ..... 143
Bảng 4.12: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá kiểm định mô hình tại Nông Sơn.... 144
Bảng 4.13: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá kiểm định mô hình tại Giao Thủy... 144
Bảng 4.14: Kết quả các chỉ tiêu đánh giá kiểm định mô hình tại Câu Lâu ...... 144
Bảng 5.1: Đặc trưng mưa sinh lũ các trạm (thời đoạn 2-3 ngày) ..................... 150
Bảng 5.2: Thống kê các trận lũ từ mức báo động II trở lên (1976-2007) sông
Thu Bồn - Trạm Câu Lâu .......................................................................... 152
Bảng 5.3: Đặc trưng trận lũ từ 18-20/XI/1998.................................................. 162
Bảng 5.4: Đặc trưng trận lũ XI/1999 ................................................................ 163
Bảng 5.5: Đặc trưng trận lũ tháng XII/1999 ..................................................... 165

Bảng 5.6: Đặc trưng trận lũ tháng 22-27/XI/2004 ............................................ 166
Bảng 5.7: Đặc trưng trận lũ tháng XI/2007 ...................................................... 168
Bảng 6.1: Các files chứa dữ liệu chạy mô hình ................................................ 187
Bảng 6.2: Đặc trưng các trận lũ lớn từ 1h/1/X/2008 đến 19h/30/XI/2008 ....... 209
Bảng 6.3: Kết quả dự báo tác nghiệp đỉnh lũ đến Ái Nghĩa bằng mô hình
WETSPA và WETSPA +HECRAS (Từ 1/X đến 30/XI/ 2008) .............. 210
Bảng 6.4: Kết quả dự báo tác nghiệp quá trình lũ đến Ái Nghĩa bằng mô hình
WETSPA và WETSPA +HECRAS (Từ 1/X đến 30/XI/ 2008) .............. 210
Bảng 6.5: Kết quả dự báo tác nghiệp đỉnh lũ đến Giao Thủy bằng mô hình
WETSPA và WETSPA +HECRAS (Từ 1/X đến 30/XI/ 2008) .............. 210
Bảng 6.6: Kết quả dự báo tác nghiệp quá trình lũ đến Giao Thủy bằng mô hình
WETSPA và WETSPA +HECRAS (Từ 1/X đến 30/XI/ 2008) ............. 211
Bảng 6.7: Kết quả dự báo tác nghiệp đỉnh lũ đến Câu Lâu bằng mô hình
WETSPA và WETSPA +HECRAS (Từ 1/X đến 30/XI/ 2008) .............. 211
Bảng 6.8: Kết quả dự báo tác nghiệp quá trình lũ đến Câu Lâu bằng mô hình
WETSPA và WETSPA +HECRAS (Từ 1/X đến 30/XI/ 2008) ............. 211

vi


Hình 1.1: Bản đồ mạng lưới sông và các công trình thủy điện trên hệ thống sông
Thu Bồn – Vu Gia ......................................................................................... 9
Hình 1.2: Lượng mưa mùa cạn, mùa lũ và mưa năm của các trạm trên lưu vực
sông Thu Bồn-Vu Gia [20] ......................................................................... 11
Hình 1.3: Bản đồ mạng lưới trạm KTTV trên lưu vực sông Thu Bồ - Vu Gia và
vùng lân cận ................................................................................................ 17
Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc mô hình Wetspa ở mức độ ô lưới. .............................. 29
Hình 2.2: Sơ đồ thành lập bản đồ thông số của mô hình .................................... 39
Hình 2.3: Sơ đồ xác định thành phần cơ giới đất của
USDA. (Harry Bucknam- Nyle C. Brady, 1980)....................................... 40

Hình 3.1: Các lưu vực bộ phận trên hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia.............. 53
Hình 3.2: Phân phối Q tại ngã ba sông Vu Gia-Ái Nghĩa-Quảng Huế [25] ....... 57
Hình 3.3: Sơ đồ tính toán dòng chảy trên hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia sử
dụng mô hình WETSPA.............................................................................. 58
Hình 3.4: Bản đồ các đường đồng mức độ cao lưu vực hệ thống sông Thu Bồn Vu Gia ......................................................................................................... 65
Hình 3.5: Bản đồ DEM lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia .................... 66
Hình 3.6: Bản đồ đất toàn lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia ................ 68
Hình 3.7: Bản đồ thảm phủ lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia .............. 69
Hình 3.8 (a, b, c, d, f, e): Các bản đồ cơ bản DEM, thảm phủ và đất của hai tiểu
lưu vực Hiệp Đức và Thành Mỹ ................................................................. 73
Hình 3.9: Bản đồ phân vùng ảnh hưởng các trạm mưa hệ thống sông Thu Bồn Vu Gia ......................................................................................................... 75
Hình 3.10: sơ đồ thành lập các bản đồ thông số về đặc trưng vật lý của lưu vực
cho các lưu vực bộ phận.............................................................................. 76
Hình 3.11: Sơ đồ thành lập các bản đồ thông số về đặc trưng vật lý của đất cho
các lưu vực bộ phận..................................................................................... 77
Hình 3.12: Sơ đồ thành lập các bản đồ thông số về đặc tính thảm phủ cho các
lưu vực bộ phận........................................................................................... 77
Hình 3.13 (a, b, c): Một số bản đồ thông số cơ bản của lưu vực Thành Mỹ ..... 85
Hình 3.14 (a,b,c): Một số bản đồ thông số cơ bản của lưu vực Hiệp Đức ......... 92
Hình 3.15 (a, b, c): Một số bản đồ thông số cơ bản của lưu vực Nông Sơn...... 93
Hình 3.16 (a, b, c): Một số bản đồ thông số cơ bản của lưu vực sông Bung..... 97
Hình 3.17: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo tại Thành Mỹ mùa lũ
năm 2004 ................................................................................................... 102
Hình 3.18: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo tại Thành Mỹ mùa lũ
năm 2007 ................................................................................................... 103
Hình 3.19: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Hội Khách mùa
lũ năm 2005............................................................................................... 104
Hình 3.20: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Hội Khách mùa
lũ năm 2006............................................................................................... 105


Hình 3.21: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Ái Nghĩa mùa lũ
năm 2003 ................................................................................................... 106
Hình 3.22: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Ái Nghĩa mùa lũ
năm 2007 ................................................................................................... 107
Hình 3.23: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Hiệp Đức mùa lũ
năm 2005 ................................................................................................... 108
Hình 3.24: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo tại Hiệp Đức mùa lũ
năm 2007 ................................................................................................... 110
Hình 3.25: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo tại Nông Sơn mùa lũ
năm 2003 ................................................................................................... 111
Hình 3.26: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo tại Nông Sơn mùa lũ
năm 2007 ................................................................................................... 112
Hình 3.27: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Giao Thủy mùa
lũ năm 2005............................................................................................... 114
Hình 3.28: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Giao Thủy mùa
lũ năm 2007............................................................................................... 115
Hình 3.29: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Câu Lâu mùa lũ
năm 2002 ................................................................................................... 116
Hình 3.30: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Câu Lâu mùa lũ
năm 2006 ................................................................................................... 117
Hình 3.31: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Hội An mùa lũ
năm 2005 ................................................................................................... 119
Hình 3.32: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Hội An mùa lũ
năm 2007 ................................................................................................... 120
Hình 4.1: Sơ đồ kết nối mô hình WETSPA và HECRAS ............................... 125
Hình 4.2: Mạng tính toán thủy lực trong mô hình HECRAS ........................... 127
Hình 4.3: Sơ đồ kết nối Thủy văn - thủy lực trong mô hình hệ thống sông Thu
Bồn - Vu Gia ............................................................................................. 128
Hình 4.4: Quan hệ mực nước trạm Tiên Sa và mực nước bảng thuỷ triều ...... 130
Hình 4.5: Mực nước triều trạm Tiên Sa và mực nước tính toán trong bảng thuỷ

triều............................................................................................................ 130
Hình 4.6: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo tại Thành Mỹ mùa lũ
năm 2001 ................................................................................................... 134
Hình 4.7: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Hội Khách mùa lũ
năm 2002 ................................................................................................... 135
Hình 4.8: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Ái Nghĩa mùa lũ
năm 2003 ................................................................................................... 136
Hình 4.9: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo tại Nông Sơn mùa lũ
năm 2002 ................................................................................................... 137
Hình 4.10: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Giao Thủy mùa
lũ năm 2004............................................................................................... 138
Hình 4.11: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Câu Lâu mùa lũ
năm 2005 ................................................................................................... 139

vii

viii

MỤC LỤC HÌNH


Hình 4.12: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo tại Thành Mỹ mùa lũ
năm 2007 ................................................................................................... 140
Hình 4.13: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Hội Khách mùa
lũ năm 2007............................................................................................... 140
Hình 4.14: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Ái Nghĩa mùa lũ
năm 2007 ................................................................................................... 141
Hình 4.15: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo tại Nông Sơn mùa lũ
năm 2007 ................................................................................................... 141
Hình 4.16: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Giao Thủy mùa

lũ năm 2007............................................................................................... 142
Hình 4.17: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Câu Lâu mùa lũ
năm 2007 ................................................................................................... 142
Hình 5.1: Biểu đồ mưa sinh lũ lưu vực sông Vu Gia........................................ 150
Hình 5.2: Lượng mưa trung bình các trạm trên hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia
do bão gây ra ............................................................................................. 155
Hình 5.3: Lượng mưa trung bình các trạm trên hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia
do không khí lạnh gây ra ........................................................................... 157
Hình 5.4: Lượng mưa trung bình các trạm trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn
do Bão/ATNĐ kết hợp với KKL gây ra.................................................... 158
Hình 5.5: Lượng mưa trung bình các trạm trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn
do KKL kết hợp với dải HTNĐ gây ra ..................................................... 159
Hình 5.6: Lượng mưa trung bình các trạm trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn
do KKL kết hợp với đới gió đông gây ra .................................................. 160
Hình 5.7: Phần mềm Orbit Viewer hiển thị kết quả đo mưa khi quỹ đạo vệ tinh
qua lưu vực nghiên cứu vào ngày 11 tháng XI năm 2007. ....................... 170
Hình 5.8: Kết quả đo mưa được chuyển thành dạng điểm trong phần mềm
Ildwish ....................................................................................................... 171
Hình 5.9: Kết quả tính tỷ lệ phân bố mưa theo không gian .............................. 171
Hình 5.10: Sơ đồ tổng quát bộ mô hình nghiệp vụ HRM tại Trung tâm Dự báo
KTTV Trung ương .................................................................................... 173
Hình 5.11: Sơ đồ chuẩn bị số liệu mưa DBST từ mô hình HRM cho tính toán
thuỷ văn ..................................................................................................... 174
Hình 5.12: Kết quả dự báo mưa DBST từ mô hình HRM cho lưu vực sông Vu
Gia – Thu Bồn ........................................................................................... 175
Hình 5.13: Kết quả dự báo mưa DBST từ mô hình của Mỹ cho lưu vực sông Vu
Gia- Thu Bồn............................................................................................. 176
Hình 5.14: Kết quả dự báo mưa DBST từ mô hình của Mỹ cho lưu vực sông Vu
Gia- Thu Bồn............................................................................................. 176
Hình 5.15: Kết quả dự báo mưa DBST từ mô hình của Nhật cho lưu vực sông

Vu Gia- Thu Bồn....................................................................................... 177
Hình 6.1: Sơ đồ quản lý thông tin trong cơ sở dữ liệu...................................... 186
Hình 6.2: Các thành phần của cơ sở dữ liệu ..................................................... 186
Hình 6.3: Cấu trúc file dữ liệu mưa, mực nước thực đo ................................... 187
Hình 6.4: Cấu trúc file dữ liệu mưa dự báo từ mô hình HRM.......................... 188

Hình 6.5: Cấu trúc file thông số chung của mô hình WETSPA ....................... 188
Hình 6.6: Cấu trúc file chứa danh sách trạm khí tượng thủy văn ..................... 189
Với phương thức tổ chức dữ liệu như trên thể hiện việc khả năng tích hợp với
các công nghệ khác là rất dễ dàng............................................................. 189
Hình 6.7: Giao diện chính của công nghệ dự báo sông Thu Bồn – Vu Gia ..... 196
Hình 6.8: Cửa sổ trích số liệu........................................................................... 197
Hình 6.9: Cửa sổ sửa chữa, cập nhập số liệu .................................................... 197
Hình 6.10: Cửa sổ hiển thị quá trình mực nước thực đo của các trạm trên hệ
thống sông ................................................................................................. 198
Hình 6.11: Cửa sổ hiển thị quá trình mực nước và mưa thực đo tại trạm ........ 199
Hình 6.12: Cửa sổ hiển thị lựa chọn phương án dự báo mưa. .......................... 200
Hình 6.13: Cửa sổ nhập số liệu dự báo mưa ..................................................... 200
Hình 6.14: Cửa sổ hiệu chỉnh đường tính toán và thực đo. .............................. 201
Hình 6.15: Cửa sổ hiệu chỉnh kết quả mô hình bằng phương pháp hồi quy..... 202
Hình 6.16: Cửa sổ hiệu chỉnh thông số của mô hình ........................................ 203
Hình 6.17: Cửa sổ hiệu chỉnh đường tính toán và thực đo khi hiệu chỉnh bộ
thông số của mô hình. ............................................................................... 203
Hình 6.18: Cửa sổ nhập số liệu cho mô hình HECRAS ................................... 204
Hình 6.19: Giao diện mô hình HECRAS .......................................................... 205
Hình 6.20: Cửa số tính toán của mô hình HECRAS......................................... 205
Hình 6.21: Cửa số mở file kết quả dự báo ........................................................ 206
Hình 6.22: Cửa số xem kết quả dự báo ............................................................. 207
Hình 6.23: Bản tin Dự báo. ............................................................................... 207


ix

x


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

- DEM: Digital Elevation Model
- DBST: Dự báo số trị
- GIS: Geographic Information System

Lũ lụt xảy ra hàng năm trên hệ thống sông Thu Bồn- Vu Gia thường gây
ra những tổn hại nghiêm trọng về người và tài sản. Dự báo quá trình lũ cho hệ
thống sông có một ý nghĩa rất quan trọng trong việc đối phó kịp thời với lũ lụt

- HRM: High-resolution Regional Model
- KT: Khí tượng

nhằm giảm thiểu những ảnh hưởng do lũ gây ra.
Các nghiên cứu và mô hình tính toán dự báo dòng lũ trên hệ thống sông
Thu Bồn- Vu Gia hiện nay mới bước đầu đáp ứng một phần yêu cầu của công

- Wetspa: Water and Energy Transfer between Soil, Plants and Atmosphere
- MOD: Model Output Direct
- MOS: Model Output Statistics


tác phòng chống thiên tai trên hệ thống sông. Kết quả của các nghiên cứu này
còn nhiều hạn chế cần được nghiên cứu bổ sung cả về lý thuyết và kỹ thuật. Đặc
biệt, chưa có một công nghệ hoàn chỉnh tính toán dự báo dòng chảy tác nghiệp
cho hệ thống sông phục vụ cho công tác phòng chống và giảm nhẹ thiên tai cũng
như khai thác hợp lý tài nguyên nước trên lưu vực sông.
Trong mô phỏng và dự báo các quá trình lũ, các mô hình thuỷ văn vật lý

- TS.: Tiến sĩ
- TT DBKTTVTW: Trung tâm dự báo Khí tượng Thủy văn Trung Ương
- TV: Thủy văn
- TT: Thứ tự
- ATNĐ: Áp thấp nhiệt đới
- DHTNĐ: Dải hội tụ nhiệt đới

phân phối và mô hình thủy lực ngày càng trở nên phổ biến và là một công cụ
đắc lực trong mô phỏng, dự báo lũ và cảnh báo ngập lụt. Bên cạnh đó, với sự
phát triển nhanh chóng của công cụ máy tính, sự phát triển của mô hình kỹ thuật
số, các số liệu về lớp phủ thực vật, lớp đất, các công cụ của hệ thống thông tin
toàn cầu (GIS) và các thông tin viễn thám đã tạo ra một khả năng mới cho loại

- KKL: Không khí lạnh

mô hình này trong việc nghiên cứu, mô phỏng các quá trình thủy văn.
Theo xu hướng phát triển đó, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình
WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu
Bồn – Vu Gia” do Trung tâm Dự báo Khí tượng thủy văn Trung ương chủ trì,
được thực hiện trong 2 năm từ tháng V năm 2007 đến tháng V năm 2009.
Mục tiêu của đề tài là: Tạo ra một công nghệ dự báo nghiệp vụ quá trình
lũ sông Thu Bồn – Vu Gia trên cơ sở liên kết mô hình thuỷ văn WETSPA,
HECRAS và GIS với thời gian dự kiến 24 giờ và cảnh báo 36 giờ.

Thực hiện mục tiêu trên, nhiệm vụ chính của đề tài là nghiên cứu ứng
dụng hệ thống mô hình thủy văn thủy lực hiện đại có sử dụng công nghệ GIS
trong dự báo lũ lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia gồm mô hình thủy văn
WETSPA (của Bỉ), mô hình thủy lực HECRAS (của quân đội Mỹ) đồng thời
giải quyết các bài toán cơ bản của nghiệp vụ dự báo như: sử dụng mưa dự báo,
hiệu chỉnh hậu mô hình, vấn đề tính gia nhập khu giữa đối với mô hình thủy lực
HECRAS, tự động cập nhật đầu vào các mô hình, giao diện phần mềm dễ sử

xi

1


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

dụng, mềm dẻo, kết quả dự báo phải phong phú và đa dạng.... nhằm đáp ứng các
yêu cầu mới của công tác dự báo lũ trên lưu vực sông.
Sản phẩm chính của đề tài là bản báo cáo tổng kết gồm 198 trang đánh
máy, 55 bảng, 84 hình vẽ, tài liệu tham khảo và phụ lục được viết thành 6
chương với các nội dung sau:
Mở đầu
Chương I : Quy luật hình thành lũ và vấn đề dự báo lũ hệ thống sông Thu
Bồn - Vu Gia
Chương II: Mô hình tính toán thủy văn thủy lực trên lưu vực hệ thống
sông Thu Bồn - Vu Gia
Chương III: Ứng dụng mô hình WETSPA mô phỏng lũ trên hệ thống sông
Thu Bồn – Vu Gia

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia


Chương I:
QUY LUẬT HÌNH THÀNH LŨ VÀ VẤN ĐỀ DỰ BÁO LŨ TRÊN HỆ
THỐNG SÔNG THU BỒN – VU GIA
1.1 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ QUY LUẬT HÌNH THÀNH LŨ
TRÊN HỆ THỐNG SÔNG THU BỒN VU GIA
1.1.1 Khái quát điều kiện địa lý tự nhiên lưu vực sông Thu Bồn – Vu Gia
Hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia là một trong 9 hệ thống sông lớn ở
nước ta và là hệ thống sông lớn nhất ở khu vực Trung Trung Bộ. Lưu vực sông
Thu Bồn – Vu Gia được giới hạn ở phía bắc bởi dãy núi Bạch Mã - một nhánh
núi đâm ra biển ở phần cuối dãy Trường Sơn Bắc, phía tây là khối núi Nam -

Chương IV: Ứng dụng Bộ mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng lũ
trên hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia.
Chương V: Các vấn đề cần thực hiện trong việc ứng dụng bô mô hình
trong dự báo nghiệp vụ.
Chương VI: Công nghệ dự báo lũ hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia .

Ngãi - Định thuộc phần đầu của dãy Trường Sơn Nam với những đỉnh núi cao
trên 2000m, phía tây nam là khối núi Kon Tum với đỉnh Ngọc Linh cao 2598m,
phía nam là dãy núi Nam Ngãi và phía đông là biển. Những dãy núi trên chính là

Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo và Phụ lục
Tham gia thực hiện đề tài gồm các cộng tác viên sau: Ths. Đặng Thanh

địa phận tỉnh Kon Tum ở phía tây nam, các sông Tam Kỳ (tỉnh Quảng Nam),
sông Trà Bồng, Trà Khúc (tỉnh Quảng Ngãi) ở phía nam [11].
Với diện tích 11.390 km2, hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia bao trùm hầu

Mai, Ks. Bùi Đức Long, Ths. Vũ Đức Long, Ths. Nguyễn Thị Thu Trang,

Ths. Võ Văn Hòa, Ks. Nguyễn Thị Tuyết Nhung, Ks. Vũ Thanh Vân, Ks.
Phùng Tiến Dũng, Ks. Nguyễn Văn Hiếu, Ks. Nguyễn Thu Thủy, thuộc

hết lãnh thổ thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam, trong đó có khoảng 500
km2 ở thượng nguồn sông Cái nằm ở tỉnh Kon Tum.

Trung tâm dự báo KTTV Trung ương; Ts. Nguyễn Thành Long, Ts. Lê Quốc
Hùng, Ths. Nguyễn Thị Vân thuộc Viện Nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản;
Ths. Phạm Văn Chiến, Ks. Nguyễn Hữu Thiêm, Ks. Phùng Hồng Long thuộc
Đài KTTV khu vực Trung Trung bộ. Mặc dù đã cố gắng hết sức, song trong
quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm thực hiện đề

đường phân nước giữa hệ thống sông Thu Bồn với sông Hương thuộc tỉnh Thừa
Thiên Huế ở phía bắc, sông Sê Công (thuộc Lào) ở phía tây, sông Sê San thuộc

Địa hình
Địa hình trong lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia gồm có dạng địa
hình núi, trung du và đồng bằng. Vùng núi là thượng nguồn các dòng sông nằm
ở sườn phía đông dãy Trường Sơn Nam. Địa hình không những cao mà còn dốc
và bị chia cắt mạnh. Độ cao địa hình từ 1000m trở lên với những đỉnh núi cao
trên 1000m như: Núi Mang (1768m), Bà Nà (1467m), A Tuất (2500m), Lum

tài rất mong nhận được sự góp ý của các cơ quan cũng như các nhà khoa học.
Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cám ơn các cố vấn khoa học, cơ quan chủ
quản - Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia, đặc biệt là Phòng Dự báo thủy

Heo (2045m), núi Tiên (2032m) ở thượng nguồn sông Vu Gia, Ngọc Linh
(2598m), Hòn Ba (1358m) ở thượng nguồn sông Tranh… Vùng trung du là
vùng chuyển tiếp từ vùng núi đến đồng bằng có độ cao từ 100m đến dưới 800m.


văn Trung bộ, Tây Nguyên và Nam bộ đã tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình
thực hiện đề tài.

Ở trung lưu sông Thu Bồn có các dãy núi chạy theo hướng bắc nam ở các
huyện: Tiên Phước, Hiệp Đức, Quế Sơn với những đỉnh núi cao từ 500-800m.
Các dải núi ở trung lưu chạy theo hướng bắc - nam cho nên độ dốc địa hình thấp

Hà Nội, tháng 3 năm 2009

2

3


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

dần theo hướng bắc-nam bắt đầu từ địa phận bắc huyện Trà My đến giáp phía
tây huyện Duy Xuyên. Đây là nơi hợp lưu của các sông nhánh tương đối lớn của
dòng chính sông Thu Bồn như các sông: Tranh, Trường, Tiên, Lân, Ngọn Thu

- Nhóm đất phù sa phân bố ở hạ lưu sông Thu Bồn và một số vùng ở
trung lưu
- Nhóm đất xám bạc mầu phân bố ở hầu hết các huyện vùng trung du sông

Bồn, Khe Diên, Khe Le. Địa hình vùng đồng bằng hệ thống sông Thu Bồn - Vu
Gia thấp dưới 30 m, tương đối bằng phẳng, gồm địa phận các huyện: Đại Lộc,
Duy Xuyên, Điện Bàn, Thăng Bình, thị xã Hội An, thị xã Tam Kỳ và huyện Hoà


Thu Bồn, diện tích 12.910ha;
- Nhóm đất vàng phân bố chủ yếu ở các huyện trung du và miền núi như
Trà My, Tiên Phước, Quế Sơn, Hiệp Đức..., chiếm diện tích 275.041ha.

Vang (thành phố Đà Nẵng). Ở đây có một số sông nhỏ như: Khe Công, Khe
Cầu, Quảng Huế. Trong đồng bằng có các dải cát chạy dọc theo bờ biển với độ
cao trên dưới 5m.

- Nhóm đất mùn đỏ trên núi phân bố chủ yếu ở vùng núi cao Trà My.
- Nhóm đất thung lũng dốc tụ phân bố ở vùng trung du và núi cao Trà My,
Tiên Phước, Hiệp Đức, Quế Sơn..., chiếm diện tích 3.997ha.

Địa chất
Trong lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia có các loại đá sau đây [11]:

Thực vật
Là nơi giao lưu của nhiều luồng thực vật, cho nên thành phần thực vật

- Đá kết tinh Gơ-nai, amphibolit, đá phiến thạch anh cùng với các thành
tạo mác ma xâm nhập grano-dioxitgnai của vùng rìa địa khối Kon Tum. Các loại
đá này phân bố chủ yếu ở vùng nam Quảng Nam, thuộc các huyện Trà My,
Phước Sơn, Tiên Phước và phía nam huyện Hiệp Đức.
- Đá gốc trầm tích cát bột kết hoặc đá mác ma xâm nhập thuộc phức hệ
Quế Sơn, phân bố rộng rãi ở vùng bắc Quảng Nam thuộc hầu hết các huyện Hiên,

trong lưu vực sông Thu Bồn khá phong phú với các kiểu rừng dưới đây [11]:
- Kiểu rừng kín thường xanh mưa ẩm á nhiệt đới, phân bố từ độ cao trên
1.000m;
- Kiểu rừng kín nửa rụng lá hơi ẩm nhiệt đới;
- Kiểu rừng thưa cây lá rộng hơi khô nhiệt đới;

- Kiểu rừng thưa cây lá kim hơi khô nhiệt đới;

Giàng, Quế Sơn, Hiệp Đức, vùng tây các huyện Hoà Vang, Đại Lộc, Duy Xuyên,
Thăng Bình và một phần vùng cao phía tây các huyện Tam Kỳ, Núi Thành.
- Trầm tích đệ tứ gồm các thành tạo aluvi cổ và trẻ nằm rải rác ở một số

- Kiểu rừng kín thường xanh mưa ẩm á nhiệt đới núi thấp, phân bố ở độ
cao dưới 1.000m.
Tính đến tháng 12/1998, diện tích rừng tỉnh Quảng Nam là 439.748ha,

vùng đồi núi và đồng bằng ven biển, phân bố chủ yếu ở vùng đồng bằng ven
biển thuộc địa phận các huyện: Hoà Vang, Điện Bàn, đông Duy Xuyên, Hội An,
đông Thăng Bình, Tam Kỳ, Núi Thành.

chiếm 38,5% diện tích toàn tỉnh, trong đó diện tích rừng tự nhiên 405.050ha,
rừng trồng 34.698 ha.

Thổ nhưỡng
Trong lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia có các nhóm đất dưới đây [11]:

Mạng lưới sông suối
Hệ thống sông Thu Bồn- Vu Gia do dòng chính sông Thu Bồn và sông Vu
Gia tạo thành. Thượng lưu sông Thu Bồn được gọi là sông Tranh hay sông Tĩnh

- Nhóm đất cồn cát và đất cát biển: Nhóm đất này có diện tích khoảng
9.779ha được hình thành ở ven biển của sông Thu Bồn từ Đà Nẵng đến Duy
Nghĩa với những dải cát rộng hẹp khác nhau tuỳ theo tương tác giữa sông biển

Gia, bắt nguồn từ vùng núi cao trên 2.000m ở sườn đông nam dãy Ngọc Linh
chảy theo hướng gần bắc nam qua các huyện Trà My, Tiên Phước, Hiệp Đức và

Quế Sơn, rồi chảy qua Giao Thuỷ vào vùng đồng bằng qua các huyện Duy

và dòng chảy sông.
- Nhóm đất mặn: Diện tích khoảng 3.058 ha, phân bố ở vùng phía đông
huyện Duy Xuyên, Hội An.

Xuyên, Đại Lộc, Điện Bàn, Quế Sơn, đổ ra biển tại cửa Đại. Ở trung thượng lưu
sông Thu Bồn có một số sông nhánh tương đối lớn như: sông Ghềnh, sông Ngọn
Thu Bồn, sông Vang, sông Chang (sông Khang)..., sông Lâu (sông Trầu), sông

- Nhóm đất phèn: Phân bố ở vùng đông huyện Điện Bàn, chiếm diện tích
khoảng 629ha;

Diên, Khe Le, Khe Công.
Sau khi chảy qua Giao Thuỷ, sông Thu Bồn chảy vào vùng đồng bằng và
tiếp nhận nước sông Vu Gia từ phân lưu Quảng Huế đổ vào, sông Thu Bồn có

4

5


Bảng 1.1: Đặc trưng hình thái lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia [1]

nam, tây nam - đông bắc, đổ vào sông Hàn rồi chảy ra vịnh Đà Nẵng.
Sông Vu Gia bắt nguồn từ vùng núi cao phía tây-nam tỉnh Quảng Nam,
bao gồm nhiều nhánh sông lớn hợp thành (Sông Cái, sông Bung, sông Côn),
diện tích lưu vực khống chế tính đến ngã ba sông Vu Gia-Quảng Huế (Aí
Nghĩa) là 51.800km2. Sông Vu Gia có một số nhánh lớn gồm:
• Sông Cái: Bắt nguồn từ vùng núi cao trên 2.000m ở vùng biên giới Tây


Đổ vào

1

Thu Bồn

cửa Đại

1600

205

148 10350 552 25,5 70

0,47

0,47

2

Đắc Se

Vu Gia

350

34

33


297

790 19,3

9

0,2

0,27

3

Giang

Vu Gia

1000

62

55

496

670 23,7

9

0,27


0,16

4

Bung

Vu Gia

1300

131

74

2530 816

37

34

0,31

0,46

Côn

Vu Gia

800


47

34

627

31 18,4

0,66

0,54

Tĩnh Yên

Thu Bồn

2000

163

85

3690 453 21,3 43,4

0,41

0,51

7


Ly Ly

Thu Bồn

525

36

31

279

204 5,7

0,26

0,37

8

Tuý
Loan

Vu Gia

900

30


25

309

271

15 10,3

0,57

0,5

11

Tam
Puele

Bung

900

45

38

384

826 32,2 10,1

0,23


0,26

12

Đắc Pơ
Rinh

Bung

1000

80

39

898

817

40

23

0,37

0,59

28


lưu vực sông Cái tính đến trạm thủy văn Thành Mỹ là 1.850km2, với
chiều dài lòng sông chính là 130km.

Vương là lớn nhất có chiều dài 84km.
• Sông Côn: Bắt nguồn từ vùng núi Tây Bắc huyện Hiên - tỉnh Quảng Nam.
Diện tích lưu vực là 765km2, chiều dài sông tính đến cửa ra (cách cửa
sông Bung khoảng 15km về phía hạ lưu): 54km.
Các đặc trưng hình thái lưu vực hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia được
trình bày trong bảng 1.1

Hệ
số
hình
dạng

6

13 A Vương

527

Mật độ
Độ Độ
lưới
dốc rộng
sông
(%0) (km)
(km/km2)

5


Nam tỉnh Quảng Nam, đầu nguồn thuộc tỉnh Kon Tum (chiều dài sông
nằm trên địa phận tỉnh Kon Tum khoảng 38km). Sông chảy theo hướng từ
nam đến bắc rồi chuyển sang hướng từ tây nam đến đông bắc. Diện tích

• Sông Bung: Bắt nguồn từ vùng núi cao phía Tây Bắc tỉnh Quảng Nam,
chảy theo hướng Tây sang Đông. Diện tích lưu vực là 2.297km2, chiều dài
sông chính130km. Sông Bung có nhiều nhánh, trong đó nhánh sông A

(km2)

Sông

sông(m)

TT

Độ cao (m)

qua thị xã Hội An; sau đó nhập với sông Thu Bồn để đổ vào sông Cửa Đại, rồi
chảy ra cửa Đại.
Sông Kỳ Lam - sông Điện Bình, có các phân lưu: Cổ Cò, Vĩnh Điện. Suối
Cổ Cò lại tách thành phân lưu Tam Giáp và sông Thanh Quít. Các sông này đều
chảy vào sông Vĩnh Điện. Sông Vĩnh Điện dài 24 km chảy theo hướng bắc -

Đặc trưng trung bình lưu vực

Độ cao nguồn

Bàn và từ hạ lưu cầu Câu Lâu lại có tên là sông Câu Lâu. Sau đó, sông này tách

thành sông Hội An ở phía bờ tả và một phân lưu nhỏ ở dưới bờ hữu, phân lưu
này nhập với sông Bà Rén và lại có tên gọi là sông Thu Bồn. Sông Hội An chảy

(km)
Diện tích lưu vực

phân lưu Bà Rén - Chiêm Sơn. Phụ lưu này chảy qua huyện Duy Xuyên - tiếp
nhận nước sông Ly Ly ở bờ phải, rồi lại chảy vào sông Thu Bồn ở gần cửa sông.
Với tên mới là sông Kỳ Lam. Dòng chính sông Thu Bồn chảy qua huyện Điện

Chiều dài lưu vực

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

C.dài sông (km)

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

9

Bung

1000

31

28

200


587

7,1

0,64

0,26

Ghềnh
Ghềnh

Tịnh Yên

300

24

28

249

400 23,3 8,9

0,29

0,32

17

Tun


Tịnh Yên

800

57

50

609

210 20,4 12,1

1,1

0,24

18

Khang

Vu Gia

900

35

30

488


324 22,7 16,2

0,68

0,54

19

Ngọn
Thu Bồn

Tịnh Yên

600

13

13

126

317

0,23

0,75

15


22

9,7

Do đặc điểm địa lý, thủy văn của hệ thống sông ở miền Trung - Tây
Nguyên với lưu lượng mưa hằng năm rất lớn so với cả nước (từ 2.000 mm/năm
trở lên) nên hệ thống sông suối ở khu vực này ẩn chứa một tiềm năng thủy điện
rất lớn, đặc biệt là hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn thuộc các tỉnh Quảng Nam.
Theo tính toán của Công ty Tư vấn xây dựng điện 1, trên hệ thống sông Vu Gia
- Thu Bồn có tới 10 công trình thủy điện với tổng công suất lắp máy 1.279 Mw,
gấp 1,76 lần so với Nhà máy Thủy điện Yaly (Gia Lai - Kon Tum), sản lượng
điện bình quân hằng năm là 4.751,3 tỷ kWh. Trong đó có nhiều công trình thủy
điện có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt có thể sớm đưa vào xây dựng được như

6

7


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

A Vương 1, Sông Tranh 2, Đak Mi 4, Sông Bung 4, Sông Côn 2 và Đak Mi
1.vv.. Theo Phê duyệt Quy hoạch bậc thang thủy điện hệ thống sông Vu Gia Thu Bồn do Tổng Công ty Điện lực Việt Nam thực hiện, hệ thống sông Vu Gia Thu Bòn gồm 8 dự án thủy điện (Hình 1.1).
• Thủy điện A Vương, mực nước dâng bình thường (MNDBT)
380m, công suất lắp máy (NLM) 210 MW;
• Thủy điện Sông Boung 2, MNDBT 570m, NLM = 100 MW;

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

• Thủy điện Sông Boung 4, MNDBT 5230m, nhà máy thuỷ điện trên

nhánh sông Giằng NLM = 220 MW;
• Thuỷ điện Sông Giằng, MNDBT 60m, NLM = 60 MW;
• Thủy điện Đak Mi 1, MNDBT 820m, NLM = 255 MW;
• Thủy điện Dak Mi 4, MNDBT 260, nhà máy thủy điện trên nhánh
sông Thu Bồn, NLM = 210 MW;
• Thủy điện Sông Côn 2, MNDBT 312,5m, NLM = 60 MW;
• Thủy điện Sông Tranh 2, MNDBT 170m, NLM = 135MW;
Các dự án thủy điện trên sông Vu Gia - Thu Bồn thực hiện đồng thời các
nhiệm vụ phát điện lên hệ thống điện quốc gia; bổ sung nguồn nước về mùa kiệt
cho hạ du và tham gia giảm lũ, chậm lũ cho hạ du.
Trong tổng số 8 thủy điện nói trên, hiện đã có 2 thủy điện hiện đang được
xây
dựng
gồm
A
Vương
và
Sông
Côn
2
(57MW).

Hình 1.1: Bản đồ mạng lưới sông và các công trình thủy điện trên hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia

9

8


Nghiờn cu ng dng mụ hỡnh WETSPA v HECRAS mụ phng, d bỏo quỏ trỡnh l trờn h thng sụng Thu Bn-Vu Gia


Vựng bin Qung Nam- Nng cú b bin di 140km v cú ch thy
triu khỏ phc tp, b bin di nhng triu phớa bc khụng hon ton ging
phớa nam, nhỡn chung thuc phm vi khu vc cú ch bỏn nht triu khụng u

3500.0
3000.0
2500.0

Mùa lũ
Mùa cạn

2000.0

Ma năm

1500.0
1000.0
500.0

Cẩm Lệ

ái Nghĩa

Hội Khách

Thành Mỹ

Hiên


Khâm Đức

Câu Lâu

Giao Thuỷ

Nông Sn

0.0
Hiệp đức

0,4m, nhng n Giao Thy thỡ khụng cũn nh hng ca triu na.

4000.0

Trà My

nh v chõn triu nhng ngy triu ln cú th t 1,04-1,46m, trung bỡnh 0,81,2m. Phm vi nh hng triu sụng Thu Bn thng cỏch ca bin khụng quỏ
30-40km. Ti ca i biờn triu trung bỡnh 1,2m, ln nht 1,5m, kh nng
truyn vo trong xa hn cỏc sụng khỏc; ti Cõu Lõu cỏch ca i 16km biờn
triu trung bỡnh 0,95m, cao nht 1,96m. Ti cu K Lam biờn triu cũn 0,2-

4500.0

X(mm)

chim u th (mi ngy cú 2 ln nc lờn, 2 ln nc xung khụng u nhau),
nhng mi thỏng u cú xut hin mt s ngy nht triu (mi ngy cú 1ln nc
lờn, 1 ln nc xung). Triu Qung Nam thuc loi triu yu, chờnh lch gia


Lợng ma mùa cạn, mùa lũ và ma năm các trạm

Tiên Phớc

Nghiờn cu ng dng mụ hỡnh WETSPA v HECRAS mụ phng, d bỏo quỏ trỡnh l trờn h thng sụng Thu Bn-Vu Gia

Trạm

1.1.2 c im ma v hỡnh th thi tit gõy ma
Lu vc sụng Thu Bn Vu Gia cú lng ma trung bỡnh nm t
1.960mm n hn 4.000mm. Thng lu cỏc sụng khu vc min nỳi phớa tõy
v tõy nam tnh Qung Nam cú lng ma ln (trờn 3000 mm), ln nht l khu
vc Tr My: 4050mm. Vựng ng bng ven bin cú lng ma trung bỡnh nm
khong 2.000-2.400 mm (Hỡnh 1.2).
Ma bin i theo mựa: Mựa ma v mựa khụ (mựa ớt ma). Mựa ma
hng nm thng xut hin vo cỏc thỏng IX-XII, chim ti 60-80% tng lng
ma nm, cũn trong mựa khụ ch chim 20-40%. Trong mựa khụ, thỏng V, VI
hng nm thng cú ma tiu món. S liu quan trc trong thi k 1975-2000
cho thy, lng ma thỏng ln nht ti Tr My t ti 1.894mm (X-1981);
1.716mm (XI-1985); 1.495mm (XI-1999). Lng ma ngy ln nht ng vi
tn sut 5% t ti 800-1.000mm thng lu, 500-700mm h lu [20]. Nhỡn
chung, ma gim dn t thng lu xung h lu.

Hỡnh 1.2: Lng ma mựa cn, mựa l v ma nm ca cỏc trm trờn lu
vc sụng Thu Bn-Vu Gia [20]
Ma l ln vựng ven bin Min Trung núi chung v h thng sụng Thu
Bn - Vu Gia núi riờng thng do cỏc hỡnh th thi tit nh: bóo, ỏp thp nhit
i, khụng khớ lnh, di hi t nhit i v cỏc nhiu ng nhit i khỏc nh
giú ụng (ch yu l súng ụng) gõy nờn. Cỏc hỡnh th thi tit ny n c
hoc kt hp vi nhau cựng tỏc ng. c bit, mt s trng hp, bóo, ỏp thp

nhit i b liờn tip gõy ma l c bit ln trờn din rng.
Trong gn 40 nm qua, trn l XI-1964 do bóo gõy ra l ln nht. Trong
vũng 13 ngy t 4 n 16/XI/1964 ó cú 3 cn bóo liờn tip b vo Quy
Nhn, Tuy Ho, Nha Trang kt hp vi khụng khớ lnh gõy ra trn ma l rt
ln trờn cỏc sụng sui min Trung. Trờn h thng sụng Thu Bn xut hin l
lch s.
Khi bóo v ỏp thp nhit i n thun nh hng trc tip n khu vc
thng gõy ra ma vi lng ma trung bỡnh 120-200mm trong thi gian
khong 2 ngy; tng lng ma ln nht trong mt t cú th ti 300-400mm
ng bng v 500-600 mm min nỳi hoc ln hn.
Khụng khớ lnh trn t phớa bc xung cng gõy ra ma trờn din rng vi
lng ma 100-200mm, cú khi trờn 300mm. c bit, s kt hp tỏc ng gia
khụng khớ lnh vi bóo, ỏp thp nhit i hay di hi t nhit i, i giú ụng
s gõy ra ma c bit ln trờn din rng. Trn l ln nht trong nm 1998

10

11


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

sông Thu Bồn là do cơn bão số 5 kết hợp với không khí lạnh và dải hội tụ nhiệt
đới gây nên với lượng mưa đặc biệt lớn như Trà My 1.001mm, Tam Kỳ 674mm.
Đầu tháng XI năm 1999, do ảnh hưởng của không khí lạnh có cường độ

hình, địa vật... nên lũ lên chậm hơn, và rút rất chậm khi gặp triều cường. Thí dụ,
trong trận lũ XI/1999, biên độ lũ lên tại các trạm ở hạ lưu khoảng 3-5m (5,46m

tại Ái Nghĩa, 4,22m tại Cẩm Lệ, 4,52m tại Câu Lâu, 3,32m tại Hội An). Cường

mạnh, kết hợp với hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới có trục đi qua Nam Bộ,
trong các ngày 1 đến 6/XI đã có mưa lớn ở lưu vực sông Thu Bồn – Vu Gia, với
tâm mưa ở Quảng Nam - Đà Nẵng (750-1450 mm). Mưa ở trung hạ lưu sông

suất lũ lên trung bình khảng 5-10 cm/giờ, lớn nhất cũng chỉ đạt khoảng 20-50
cm/giờ.
Thời gian lũ lên khoảng 20-60 giờ ở trung thượng lưu, ở hạ lưu: 70-80

Thu Bồn, Vu Gia lớn hơn ở thượng lưu.
Tiếp sau đó, do ảnh hưởng của không khí lạnh kết hợp với hoạt động của đới
gió đông tương đối mạnh và trong 2, 3 ngày đầu có áp thấp nhiệt đới di chuyển qua
vùng
biển
nam
Cà
Mau,
nên
trong
các
ngày
1-7/XII/1999 đã xảy ra một trận mưa rất lớn với trung tâm mưa ở nam Quảng Nam.

giờ, trung bình là 48 giờ nhưng thời gian lũ rút rất dài, thậm chí 2-5 ngày điển
hình như trận lũ XII/1999. Đặc biệt, mực nước duy trì ở mức cao (trên báo động
cấp III) kéo dài từ 15-42 giờ, có khi tới 3-5 ngày. Trong 2 trận lũ cuối năm
1999, mực nước duy trì trên mức báo động III tới hơn 5 ngày. Ở hạ lưu, khi mực
nước dưới báo động I, thuỷ triều ảnh hưởng rất mạnh và triều cường có thể làm


Lưu vực sông Tam Kỳ, lưu vực sông Vu Gia, nhất là thượng nguồn các sông Cái,
Bung... lượng mưa phổ biến từ 370-550mm, thượng nguồn sông Thu Bồn từ 400800mm; vùng trung và hạ lưu có lượng mưa tương đối lớn từ 650-2.000mm. Hai
trận mưa này không những đạt kỷ lục về tổng lượng mưa trận mà còn đạt kỷ lục về
cường độ mưa (lượng mưa lớn nhất trong các thời đoạn: 6, 12 và 24 giờ) không
những ở nước ta mà cũng thuộc lại lớn hiếm gặp trên thế giới. [9]

gia tăng mực nước đỉnh lũ tới 15-25 cm tại Câu Lâu.
Theo số liệu quan trắc trong 40 năm qua, trận lũ XI/1964 là trận lũ lớn
nhất ở sông Thu Bồn - Vu Gia và nhiều sông ở Trung Trung Bộ. Mực nước đỉnh
lũ sông Thu Bồn tại Câu Lâu đạt tới 5,78m, trên báo động III là 2,08m (theo cao
độ mới). Trong vòng hơn 31 năm gần đây (1977-2007) đã xẩy ra một số trận lũ
đặc biệt lớn trên các sông trong hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia. Ở nhánh sông

1.1.3 Đặc điểm dòng chảy lũ hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia

Vu Gia, trận lũ XI/1998 là trận lũ có mực nước đỉnh lũ cao nhất trong thời kỳ
quan trắc (1977-2000), còn ở sông Thu Bồn, trận lũ XI/1998 và XII/1999 là 2
trận lũ lớn nhất ở trung và thượng lưu sông Thu Bồn.

Mùa lũ hàng năm trong hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia từ tháng IX đến
tháng XII. Trong mỗi mùa lũ thường có từ 3-5 trận lũ lớn. Các đợt lũ thường
liên tiếp xẩy ra trong thời gian ngắn tạo nên đường quá trình lũ có dạng nhấp
nhô nhiều đỉnh. Lũ trong hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia xảy ra dồn dập trong
thời gian không dài và các trận lũ thường là lũ kép từ 2 đỉnh trở lên.
Một trong những đặc điểm lũ trong hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia là lũ
lên nhanh, xuống nhanh với biên độ và cường suất lũ lớn ở thượng và trung lưu,
lũ lên tương đối nhanh nhưng rút chậm ở hạ lưu.
Ở thượng lưu và trung lưu các sông, do cường suất mưa lớn, địa hình dốc,
lòng sông hẹp nên lũ lên nhanh xuống nhanh với cường suất lũ lên trung bình
khoảng 30-70cm/giờ, lớn nhất tới 100-400cm/giờ. Biên độ lũ 5,0-14,0m như:

trận lũ XI/1999, biên độ lũ tại Thành Mỹ: 10,95m, tại Hiệp Đức 12,58m, tại Sơn
Tân: 13,85m, tại Nông Sơn: 11,7m.
Ở hạ lưu, do độ dốc lòng sông nhỏ (2%o trong đoạn sông từ Thành Mỹ
đến Ái Nghĩa, 0,08%o từ Ái Nghiã đến Câu Lâu, 0,04%o từ Câu Lâu ra biển) và

Lưu lượng lũ lớn nhất trong thời kỳ quan trắc đạt tới 10.600 m3/s tại trạm
Nông Sơn trên sông Thu Bồn (XI/1998, XII/1999), 7.000 m3/s (XI/1998) tại
trạm Thành Mỹ trên sông Vu Gia, tương ứng với mô đun lưu lượng đỉnh lũ bằng
3,35 m3/s.km2 và 3,78 m3/s.km2.
Tuy nhiên, trận lũ XI/1964 còn lớn hơn 2 trận lũ XI/1998 và XII/1999.
Mực nước đỉnh lũ (Hmax) của trận lũ XI/1999 thấp hơn Hmax của trận lũ XI/1964
tại Ái Nghĩa: 0,47m; tại Cẩm Lệ: 0,12m; tại Câu Lâu: 0,55m và tại Hội An:
0,19m.
Theo kết quả điều tra, lưu lượng đỉnh lũ của trận lũ XI/1964 tại trạm
Nông Sơn là 18.200m3/s, tương ứng với mô đun đỉnh lũ 5,76m3/s.km2, lớn hơn
1,7 lần so với 2 trận lũ XI/1998 và XII/1999. Trận lũ này có tần suất khoảng 3%
tại Câu Lâu. [20]

hơn nữa do có nhiều phân lưu đổ ra biển cũng như tác động của thuỷ triều, địa

12

13


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

Nhìn chung, lũ xuất hiện tương đối đồng bộ trên các nhánh sông trong hệ

thống sông Thu Bồn – Vu Gia. Hệ số tương quan Qmax hàng năm giữa trạm
Nông Sơn trên sông Thu Bồn với trạm Thành Mỹ trên sông Vu Gia đạt tới 0,79.

Bảng 1.2: Danh sách các trạm KTTV Trên lưu vực sông Thu Bồn- Vu Gia
TT

Trạm

Sông

Thời kỳ đo

Yếu tố đo

Điện báo

Thời gian xuất hiện đỉnh lũ (Hmax) từ thượng lưu về hạ lưu không lớn, chỉ
khoảng trên dưới 10 giờ. Trong trận lũ XI/1999 trên sông Vu Gia, thời gian xuất
hiện đỉnh lũ vào lúc 10 giờ ngày 2 tại Thành Mỹ, 5 giờ ngày 3 tại Ái Nghĩa,

1

Trao

Vu Gia

1977- nay

X


X

2

Khâm Đức

Vu Gia

1977- nay

X

X

3

Thành Mỹ

Vu Gia

1977- nay

X, H, Q

X, H, Q

chênh lệch 16 giờ. Trên sông Thu Bồn, thời gian xuất hiện Hmax giữa Hiệp Đức
tới Sơn Tân và Nông Sơn chỉ chênh lệch nhau có 1 giờ (3 giờ ngày 3 tại Hiệp
Đức; 4 giờ ngày 3 tại Sơn Tân và Nông Sơn và lúc 13 giờ ngày 3 và tại Câu Lâu
và Hội An). Như vậy, thời gian xuất hiện Hmax từ Hiệp Đức tới Câu Lâu khoảng

10 giờ.

4

Hội Khách

Vu Gia

1977- nay

X, H

X, H

5

Ái Nghĩa

Vu Gia

1977- nay

X, H

X, H

6

Cẩm Lệ


Vu Gia

1977- nay

X, H

X, H

7

Bà Nà

Vu Gia

1977- nay

X

Không

Một trong những đặc điểm quan trọng nữa là khi mưa có cường độ lớn, lũ
quét thường xẩy ra ở các sông suối nhỏ có địa hình dốc, gây thiệt hại rất lớn.
Trận lũ lớn XI/1998 đã gây ra lũ quét ở một số huyện như Đại Lộc, Quế Sơn...;
trận lũ đặc biệt lớn XI/1999 đã gây ra lũ quét trên sông Tuý Loan và nhiều nơi
khác... Lũ quét xảy ra bất ngờ, có sức tàn phá lớn và gây nên những thiệt hại rất
nghiêm trọng về người và của cải, tàn phá môi trường sinh thái.

8

Sơn Phước


Vu Gia

1977- nay

X

Không

9

Đà Nẵng

Vu Gia

1931-1944, 1958- X (KT)

X

1974, 1976- nay
10

Tiên Sa

Vu Gia

1977- nay

H, X


H, X

11

Trà My

Thu Bồn

1977- nay

X (KT)

X

12

Tiên Phước

Thu Bồn

1977- nay

X

X

13

Hiệp Đức


Thu Bồn

1977- nay

X, H

X, H

14

Sơn Tân

Thu Bồn

1977- nay

X, H

Không

15

Nông Sơn

Thu Bồn

1977- nay

X, H, Q


X, H

16

Giao Thuỷ

Thu Bồn

1977- nay

X, H

X, H

17

Quế Sơn

Thu Bồn

1977- nay

X

Không

18

Câu Lâu


Thu Bồn

1977- nay

X, H

X, H

19

Vĩnh Điện

Thu Bồn

1977- nay

X, H

Không

20

Hội An

Thu Bồn

1977- nay

X, H


X, H

Hầu hết các trạm có số liệu từ năm 1977 đến nay, riêng trạm khí tượng Đà
Nẵng có số liệu từ năm 1931 đến nay nhưng số liệu từ năm 1931- 1976 không

21

Thăng Bình

Thu Bồn

1977- nay

X

Không

liên tục. Tuy số lượng trạm tương đối nhiều, song phân bố không đều trên lưu
vực, chủ yếu tập trung ở hạ lưu còn phần thượng lưu, vùng núi cao, nơi mưa
nhiều, nước tập trung nhanh thì hầu như chưa có các trạm đo KTTV. Danh sách

22

Tam Kỳ

Thu Bồn

1977- nay

X(KT)


X

23

Phú Ninh

Thu Bồn

1977- nay

X

Không

24

Đức Phú

Thu Bồn

1977- nay

X

Không

1.1.4 Các thông tin về mạng lưới trạm, điện báo mưa và mực nước trên lưu
vực hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia
1.1.4.1 Thông tin về mạng lưới trạm

Hệ thống sông Thu Bồn- Vu Gia có mạng lưới trạm khí tượng thủy văn
khá dày, tổng số 24 trạm bao gồm 3 trạm khí tượng (Đà Nẵng, Tam Kỳ, Trà
My), 11 trạm đo mưa (Trao, Khâm Đức, Bà Nà, Sơn Phước, Tiên Sa, Cẩm Lệ,
Quế Sơn, Thăng Bình, Tiên Phước, Phú Ninh, Phú Ninh, Đức Phú) và 9 trạm
thuỷ văn, trong đó có 2 trạm đo lưu lượng (Thành Mỹ, Nông Sơn), 8 trạm đo
mực nước (Hiệp Đức, Hội Khách, Câu Lâu, Sơn Tân, Giao Thuỷ, Ái Nghĩa,
Vĩnh Điện, Hội An), tại 10 trạm thuỷ văn đều có đo mưa. Sơ đồ trạm KTTV
được trình bày trong hình 1.2.

các trạm KTTV trên hệ thống sông Thu Bồn được trình bày trong bảng 1.2.
14

15


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

1.1.4.2 Thông tin về điện báo mưa và mực nước:
Mạng lưới trạm điện báo phục vụ dự báo gồm 6 trạm điện báo mưa là: Đà
Nẵng, Trà My, Tam Kỳ, Khâm Đức, Tiên Phước, Trao; 9 trạm thuỷ văn: Thành
Mỹ, Hội Khách, Ái Nghĩa, Cẩm Lệ, Hội An, Hiệp Đức, Nông Sơn, Giao Thủy,
Câu Lâu.
Ngoài mạng lưới thông tin truyền về Trung tâm Quốc Gia Dự báo Khí
tượng Thuỷ văn còn có mạng thông tin chuyên dùng. Tuy nhiên mạng thông tin

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

này cũng chỉ mới hình thành sơ bộ trong vài năm qua, chủ yếu phải nhờ vào
mạng lưới trạm, trang bị thông tin của các cơ quan phòng chống lụt bão của tỉnh
(địa phương) nên thường gặp rất nhiều khó khăn.

Các trạm khí tượng và thủy văn đều điện báo theo chế độ được quy định
trong “Mã luật điện báo” về TTDBKTTVTW.
- Các trạm mưa đều điện báo mưa theo thời gian 6h từ 1/IX-31/XII.

- Các trạm đo mực nước đều điện báo từ 1/IX-31/XII theo quy định về
chế độ điện báo mùa lũ.

Hình 1.3: Bản đồ mạng lưới trạm KTTV trên lưu vực sông Thu Bồ - Vu Gia và vùng lân cận

17

16


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

1.2 VẤN ĐỀ DỰ BÁO LŨ TRÊN HỆ THỐNG SÔNG THU BỒN – VU GIA
VÀ LUẬN CHỨNG CHỌN KIỂU MÔ HÌNH
1.2.1 Tổng quan những phương án, phương pháp đang được sử dụng trong
dự báo nghiệp vụ trên lưu vực sông Thu Bồn – Vu Gia.
Tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương và Đài KTTV khu vực Trung
Trung Bộ, trong các năm qua chỉ tiến hành cảnh báo, dự báo lũ cho hệ thống
sông Thu Bồn - Vu Gia khi có lũ. Nhiều phương pháp đã và đang được sử dụng
để cảnh báo đỉnh lũ trên hệ thống sông như:
- Phương pháp tương tự dựa trên sự phân biệt hình thế thời tiết tương tựnguyên nhân gây lũ để phân tích, cảnh báo lũ. Phương pháp có các bước :
+ Chọn những hình thế thời tiết tương tự về đặc trưng các hệ thống thời
tiết đã dự báo như vị trí đổ bộ của bão, cấp gió, không khí lạnh và các nhiễu
động khác, về thời gian xuất hiện, chế độ ẩm, nhiệt.
+ Dựa vào những hình thế thời tiết tương tự dự báo đỉnh lũ theo năm
tương tự.

+ Hiệu chỉnh đỉnh lũ dự báo bằng cách so sánh với mưa thực tế.
Phương pháp cho phép kéo dài thời gian dự kiến, nhận định chung về tình
hình lũ có khả năng diễn ra trên từng lưu vực sông. Tuy nhiên, phương pháp này
mang tính chất thống kê, kinh nghiệm và chưa có sự nghiên cứu định lượng các
chỉ tiêu dự báo.
- Phương pháp cảnh báo mực nước đỉnh lũ tại một số vị trí khi có lũ lớn
(từ báo động II trở lên). Phương pháp này dựa trên việc xây dựng các quan hệ
giữa tổng lượng mưa lưu vực với đỉnh lũ hoặc biên độ lũ tại vị trí cảnh báo, có
xét đến các nhân tố ảnh hưởng như thời gian mưa, cường độ mưa, mực nước
chân lũ, tổng lượng lũ tuyến trên, lượng gia nhập khu giữa. Nhược điểm của
phương pháp là thời gian dự kiến ngắn, thường chỉ 6 đến 12 giờ. Muốn kéo dài
thời gian dự kiến phải dựa vào dự báo mưa mà hiện nay độ chính xác của dự báo
mưa còn thấp, khó vận dụng được trong cảnh báo lũ, chưa đáp ứng được việc
kéo dài thời gian dự kiến lên 24 – 36 giờ. Cụ thể là các phương án sau:
Phương án dự báo lũ tại Ái Nghĩa từ Thành Mỹ:
Thời gian dự kiến (dự báo trước) của phương án là: 6 giờ.
Phương án cảnh báo lũ tại Aí Nghĩa từ mưa lưu vực:
Thời gian dự kiến của phương án trung bình là 12 giờ.

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

Phương án dự báo lũ tại Cẩm Lệ từ Ái Nghĩa:
Thời gian dự kiến của phương án là 6-8 giờ.
Phương án dự báo lũ tại Giao Thuỷ từ Hiệp Đức, Nông Sơn:
Thời gian dự kiến của phương án: 6-10 giờ
Phương án dự báo lũ tại Câu Lâu từ Giao Thuỷ:
Thời gian dự kiến của phương án: 3-4 giờ
Phương án dự báo lũ tại Hội An từ Câu Lâu:
Thời gian dự kiến của phương án: 4 giờ
Nhìn chung, các công cụ và kỹ thuật phục vụ cảnh báo, dự báo lũ đang

được sử dụng cho hệ thống sông Thu Bồn- Vu Gia phần lớn là lạc hậu, đã được
xây dựng từ lâu nhưng chưa được đầu tư nghiên cứu đúng mức, không còn phù
hợp với điều kiện thực tế và yêu cầu hiện nay. Phần lớn những công cụ kỹ thuật
hiện nay đều ở dạng biểu đồ, thống kê, hầu như chưa có mô hình hoặc công
nghệ nào được sử dụng trong nghiệp vụ cảnh báo, dự báo lũ, ngập lụt trên hệ
thống sông. Công tác tổ chức dự báo, thu thập thông tin và mạng lưới trạm, chế
độ dự báo còn nhiều hạn chế. Do vậy, những kết quả cảnh báo, dự báo kém
chính xác và đa phần phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của các dự báo viên.
Thời gian dự kiến ngắn, dự báo đỉnh chỉ từ 12 - 24 giờ, đối với cảnh báo lũ theo
các cấp báo động chỉ từ 24 đến 36 giờ, hiệu quả của cảnh báo và dự báo chưa
cao. Chưa có phương án dự báo quá trình lũ cho hệ thống sông để đáp ứng tốt và
đầy đủ cho những yêu cầu ngày càng đa dạng, ngày một cao của sự phát triển
kinh tế xã hội.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu về mô hình thủy văn, thủy lực trên thế giới và ở
Việt Nam
Sau nhiều năm phát triển và ứng dụng các mô hình thủy văn, trong những
năm gần đây các mô hình tính toán thủy văn có sử dụng hệ thống thông tin địa
lý GIS tỏ ra có nhiều ưu điểm vượt trội.
Các mô hình thủy văn kết nối với các mô hình thủy lực 1, 2 chiều sẽ là
công cụ mạnh trong tính toán dự báo quá trình lan truyền lũ.
Một số phần mềm tổng hợp dự báo thủy văn đã được nghiên cứu ứng
dụng tại Việt Nam.
- Phần mềm dự báo lũ của Viện Thuỷ lực Đan Mạch (Danish Hydaulics
Institute, DHI) gồm: mô hình NAM tính toán dự báo dòng chảy từ mưa và mô
hình MIKE-11: tính toán thuỷ lực, dự báo dòng chảy trong sông và cảnh báo

18

19



Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

ngập lụt. Phần mềm này, đã được áp dụng rất rộng rãi tại Bangladesh, Thái Lan,
Indonesia, Nhật Bản, Trung Quốc v.v... và hiện đang sử dụng khá nhiều ở Việt

sông Thu Bồn – Vu Gia

Nam. Đây là phần mềm thương mại.
- Phần mềm ISIS do Wallingford và Hacrow (Anh) xây dựng gồm các
mô dun: Mô hình đường đơn vị tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa và mô
hình ISIS tính toán thuỷ lực, dự báo dòng chảy trong sông và cảnh báo ngập lụt.
Phần mềm này đã được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới; đang được áp dụng
cho sông Mêkông trong chương trình sử dụng nước do Uỷ hội Mêkông Quốc tế
chủ trì. Ở Việt Nam, mô hình ISIS được sử dụng để tính toán trong dự án phân
lũ và phát triển thuỷ lợi lưu vực sông Đáy do Hà Lan tài trợ.
- Trung tâm thuỷ văn ứng dụng thuộc quân đội Mỹ đã xây dựng bộ mô
hình HEC, trong đó có các phần mềm: HEC-HMS: Tính tương quan mưa dòng
chảy; HEC-RAS phân tích mạng lưới sông, tính toán sự truyền lũ trong hệ thống
sông và HEC-GeoRAS là phần mềm để diễn toán diện và độ sâu ngập lụt. Các
phần mềm này được kết hợp thành bộ phần mềm tính toán lũ và ngập lụt tương
đối hoàn hảo. Mô hình đã được áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới, trong đó có
Indonesia, Thái Lan và Việt Nam. Đây là phần mềm thương mại.
- Cơ quan Thời tiết Quốc gia Mỹ (NWS) đã xây dựng hệ thống dự báo
thuỷ văn tác nghiệp NWSRFS (National Weather Service River Forecasting
System) trong đó sử dụng mô hình SACRAMENTO và mô hình SSARR để tính
toán dòng chảy từ mưa (lượng mưa dự báo từ 1-5 ngày được tính bằng mô hình
MM5), các phương pháp diễn toán thuỷ văn được dùng để diễn toán lũ trong các

đoạn sông và mô hình thuỷ lực FLDWAV được dùng để tính toán thuỷ lực trong
các trường hợp khẩn cấp như phân lũ, tràn vỡ đê, vỡ đập.
- Một trong các mô hình thông số phân phối được áp dụng tại Việt Nam là
mô hình MARINE (Modelisation de l’Anticipation du Ruissellement at des
Inondations pour des événements Extrêmes) do Viện Cơ học chất lỏng Toulouse
phát triển (IMFT – Institut de Mecanique de Fluides de Toulouse) và đã được
chuyển giao cho Viện Cơ học chất lỏng. Hiện nay mô hình này đang được ứng
dụng tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương trong đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu
xây dựng công nghệ dự báo lũ hệ thống sông Hồng phục vụ điều tiết hồ Hoà
Bình trong công tác phòng tránh lũ lụt”.

1.2.3 Một số nghiên cứu tính toán mô phỏng lũ tiêu biểu đối với lưu vực
Trên lưu vực đã có một số các đề tài nghiên cứu trước đó về vấn đề dự báo
lũ, đáng chú ý nhất là đề tài cấp Bộ năm 2001 về ”Điều tra, nghiên cứu và cảnh
báo lũ lụt phục vụ phòng tránh thiên tai ở các lưu vực sông Miền Trung” do
PGS. TS Cao Đăng Dư làm chủ nhiệm. Trong đề tài này có phần nghiên cứu áp
dụng mô hình toán thủy văn để tính toán dự báo lũ và tính toán ngập lụt cho hệ
thống sông Thu Bồn do TS. Trần Thục, Ths Huỳnh Lan Hương, Ths Đặng Thu
Hiền Viện KTTV thực hiện. Các mô hình được ứng dụng gồm: mô hình HMS
(Hydrologic Modeling system), mô hình TANK, mô hình mạng thần kinh nhân
tạo (ANN). Mô hình HMS và TANK được dùng để tính toán lưu lượng cho hai
trạm Nông Sơn, Thành Mỹ và tính nước đến hồ chứa Phú Ninh trên sông Tam
Kỳ. Mô hình ANN dùng để tính toán mực nước các trạm Giao Thủy, Ái Nghĩa và
Câu Lâu. Số liệu được dùng là mưa thực đo 6 giờ và lưu lượng thực đo thời đoạn
giờ trận lũ các năm 1998 và 1999 của các trạm trên lưu vực.
Trong nghiên cứu tính toán nguy cơ ngập lụt hạ lưu hệ thống sông Thu
Bồn – Vu Gia – Tam Kỳ, mô hình thủy động lực kết hợp 1 và 2 chiều được đã
được áp dụng. Nghiên cứu đã áp dụng mô hình VRSAP 1 chiều và mô hình kết
nối giữa 1 chiều và 2 chiều (DHM). Số liệu được sử dụng là số liệu các trận lũ
của hai năm 1988, 1999. Kết quả tính toán bao gồm mực nước tại các trạm hạ

lưu sông: Giao Thủy, Ái Nghĩa, Câu Lâu và diện ngập, độ sâu ngập tại hạ lưu
cho hai năm này. Mô hình cũng được áp dụng để tính toán nguy cơ ngập lụt trên
lưu vực sông ứng với các tần suất khác nhau của lũ thượng nguồn và lượng mưa
khu giữa. Đề tài đã xây dựng bản đồ hiện trạng ngập lụt và đánh giá thiệt hại do
lũ lụt gây ra bao gồm điều tra khảo sát tình hình ngập lụt trong các trận lũ đặc
biệt lớn, xác định vị trí vết lũ trên bản đồ UTM tỷ lệ 1/25.000 và tỷ lệ 1/10.000,
phân vùng độ sâu ngập lụt, xây dựng các phương án tính nguy cơ và cảnh báo
ngập lụt.
2- Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ “Đánh giá tác động của sự biến đổi
địa hình lòng sông tại ngã ba sông Quảng Huế – Vu Gia – sông Yên ảnh hưởng
đến dòng chảy hạ lưu sông Thu Bồn – Vu Gia”. Chủ nhiệm đề tài là Ks Lê Viết
Xê, Đài Khí tượng thủy văn khu vực Trung – Trung Bộ. Đề tài đã lập bản đồ
đánh giá hiện trạng địa hình lòng sông khu vực ngã ba sông Quảng Huế – Vu
Gia – sông Yên và xác định phân phối dòng chảy năm, dòng chảy lũ, dòng chảy

20

21


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

cạn và sự phân bố theo không gian, thời gian trên các sông đổ vào, chảy ra ngã
ba sông để đánh giá mức độ phân phối dòng chảy từ sông Vu Gia vào khu vực

- Xây dựng bản đồ ngập lụt, cảnh báo nguy cơ ngập lụt.
Tuy nhiên việc nghiên cứu dự báo lũ trên hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia vẫn
còn một số vấn đề còn tồn tại:

- Các phương án dự báo cho lưu vực sông được xây dựng dưới dạng các
phương trình hồi quy và các mô hình tham số tập trung sử dụng cho các lưu
vực lớn, chưa có biện pháp cập nhật được sai số do sự thay đổi địa hình,
biến đổi của mưa theo không gian và thời gian
- Các công trình nghiên cứu chỉ chủ yếu dừng ở mức mô phỏng và dự báo thử
nghiệm cho hai năm 1998 và 1999. Bộ thông số của các mô hình chỉ được
xây dựng trên cơ sở số liệu của các trận lũ lớn trong hai năm này và chưa
được kiểm nghiệm.
- Mức đảm bảo của tính toán, dự báo chưa cao.
- Chưa xây dựng được các công nghệ dự báo hoàn chỉnh với các giao diện
thuận lợi, thân thiện và tự động hóa từ bước thu nhận số liệu đến ra bản tin.
- Hệ thống mô hình sử dụng tuy nhiều nhưng chưa đáp ứng được nhu cầu dự
báo là đảm bảo sự linh hoạt, thuận tiện, chính xác và chưa được liên kết với
nhau.
- Chưa khai thác và ứng dụng, sử dụng các số liệu đo mưa từ Rada và ảnh vệ
tinh, các công nghệ, sản phẩm số trị mới, các kỹ thuật GIS và viễn thám

hạ lưu sông Thu Bồn – Vu Gia so với trước khi có cửa sông mới.
3- Đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2005 ứng dụng mô hình
HEC-RAS nghiên cứu tính toán lũ lụt cho hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia của
Trường Cao đẳng Tài nguyên và môi trường do Ks Hoàng Thị Nguyệt Minh làm
chủ nhiệm. Đề tài đã sử dụng mô hình toán thủy lực HEC – RAS để tính toán
mô phỏng dòng chảy các trận lũ lớn trên cấp báo động II trong mùa lũ năm 1999
tại các trạm chính trên hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia. Đề tài mới dừng ở mức
mô phỏng một năm số liệu, chưa có khả năng ứng dụng vào dự báo.
4 - Đề tài cấp cơ sở năm 2004 “Áp dụng mô hình toán trong dự báo mực
nước lũ sông Thu Bồn – Vu Gia“ do Ks Hoàng Tấn Liên - Đài KTTV khu vực
Trung Trung bộ làm chủ nhiệm. Đề tài đã sử dụng mô hình MUSKINGUM để
dự báo mực nước cho các trạm hạ lưu hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn và xây
dựng một phần mềm dự báo cho kết quả tương đối tốt. Tuy nhiên, đề tài không

có phương án dự báo dòng chảy từ mưa cho các trạm thượng lưu hệ thống sông
và khu giữa.
5- Báo cáo khoa học ”Nghiên cứu ứng dụng mô hình dự báo lũ cho sông
Vu Gia-Thu Bồn” của thạc sĩ Nguyễn Hoàng Sơn- Trường đại học Thủy lợi
đăng trong tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường. Trong nghiên cứu
này tác giả đã sử dụng mô hình thủy văn HEC-HMS và mô hình thủy lực
HECRAS để mô phỏng dự báo lũ cho hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia trong ba
trận lũ lớn 11/1998, 12/1999 và 11/2004. Mô hình HEC-HMS dùng để tính lưu
lượng tuyến trên. Mô hình HEC-RAS được dùng để tính toán thủy lực hệ thông
sông. Kết quả đầu ra của mô hình HEC-HMS được sử dụng làm kết quả đầu vào
cho mô hình HECRAS. Kết quả tính toán thủy lực được kết hợp với dữ liệu GIS
bằng phần mềm HEC-GEORAS chạy trên nền ARCview GIS để tính toán xây
dựng bản đồ ngập lụt.
Các công trình nghiên cứu về tính toán dự báo lũ trên lưu vực sông Thu Bồn
– Vu Gia từ trước đến nay đã đề cập đến một số các nội dung rất quan trọng là:
- Tính toán mô phỏng lũ tại các vị trí chính trên hệ thống sông Thu Bồn - Vu
Gia cho các trận lũ lớn sử dụng các mô hình thủy văn và thủy lực.
- Điều tra nghiên cứu và mô phỏng hiện trạng ngập lụt của những năm lũ lớn.
- Tính toán nghiên cứu nguy cơ ngập lụt cho các trận lũ có tần suất khác nhau.

22

1.2.4 Luận chứng cho việc chọn mô hình tính toán và dự báo dòng chảy lũ
trên hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia.
Các nghiên cứu và mô hình tính toán dự báo lũ trên hệ thống sông Thu
Bồn- Vu Gia mới bước đầu đáp ứng một phần yêu cầu của công tác phòng
chống thiên tai trên hệ thống sông. Kết quả của các nghiên cứu này còn nhiều
hạn chế cần được nghiên cứu bổ sung cả về lý thuyết và kỹ thuật. Đặc biệt, chưa
có một công nghệ hoàn chỉnh tính toán dự báo dòng chảy tác nghiệp cho hệ
thống sông phục vụ công tác phòng chống và giảm nhẹ thiên tai cũng như khai

thác hợp lý tài nguyên nước trên lưu vực sông.
Đặc tính lũ trên hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia là lũ lên nhanh với
cường suất lớn ở thượng lưu, kéo dài và gây ngập lụt ở vùng hạ lưu, lượng dòng
chảy gia nhập khu giữa biến đổi rất phức tạp và thay đổi trong phạm vi rộng.
Các tâm mưa biến đổi trong không gian, theo các hình thế gây mưa và theo độ
cao địa hình. Với các đặc điểm như vậy, để mô phỏng và dự báo lũ cho các vị trí
chính trên hệ thống sông thì rất cần xây dựng một kiểu mô hình cho phép diễn

23


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

toán quá trình truyền lũ trong sông, phản ứng nhạy với hiện tượng mưa sinh lũ
để tổng hợp dòng chảy từ mưa trên các lưu vực bộ phận và tính toàn dòng chảy

2000 bởi giáo sư, tiến sĩ De Smedt. Đến năm 2003, mô hình đã được tiến sĩ Liu
cải tiến. Mô hình đã được ứng dụng một cách hiệu quả cho việc mô phỏng quá

gia nhập khu giữa tương ứng với quá trình mưa, đồng thời dễ dàng cập nhập và
sử dụng trong dự báo.
Trong tính toán dự báo lũ, thường phải kết hợp sử dụng các mô hình thủy

trình lũ tại Luxembourg, Bỉ, Slovakia và đang được nghiên cứu ứng dụng để
tính toán, mô phỏng lũ, sạt lở, và ô nhiễm nước cho các lưu vực sông khác ở
châu Phi và Iran. Tại Việt Nam, Mô hình WETSPA đã bước đầu được ứng dụng

văn và thuỷ lực:

- Mô hình thuỷ văn là mô hình toán dựa trên cơ sở các quan niệm, khái
niệm đơn giản hoá việc miêu tả các quá trình mưa rào-dòng chảy, vì vậy thường

trong đánh giá ảnh hưởng sự biến đổi tình hình sử dụng đất đến dòng chảy mặt
lưu vực sông Lam [16] và tính toán dòng chảy lưu vực sông Hương [22].
Mô hình thủy văn vật lý phân phối WETSPA xét đến sự phân phối theo

dùng để tính toán, dự báo dòng chảy đóng góp vào dòng chính, gia nhập từ khu
giữa hay từ các sông nhánh, nơi mà thường thiếu hoặc không có các thông tin,
số liệu địa hình chi tiết về lưu vực, mặt cắt hay số liệu đo đạc thuỷ văn.

không gian của dòng chảy và các thông số của lưu vực cũng như tính chất vật lý
của các thông số này. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của công cụ máy tính,
sự phát triển của mô hình kỹ thuật số, các số liệu về lớp phủ thực vật, lớp đất,

- Mô hình thuỷ lực được sử dụng để tính toán dòng chảy trong dòng
chính, nơi mà các thông tin về địa hình, dòng chảy thường có đầy đủ, chi tiết

các công cụ GIS và các thông tin viễn thám đã tạo ra một khả năng mới cho mô
hình trong việc nghiên cứu các quá trình vật lý cơ bản trong vòng tuần hoàn

hơn, đảm bảo cho việc sử dụng các phương trình toán - lý, thuỷ lực để miêu tả
quá trình truyền lũ trong sông.
Xuất phát từ yêu cầu của công tác phòng chống thiên tai trên hệ thống

nước và giải các phương trình toán học mô phỏng các quá trình này Mô hình
thủy văn ứng dụng công nghệ GIS như mô hình WETSPA là hướng tiếp cận mới
so với phương pháp tiếp cận truyền thống để mô phỏng dòng chảy từ mưa. Rất

sông và điều kiện thực tế hiện nay về các mô hình tính toán dự báo, thông tin, số

liệu, vấn đề đặt ra trong đề tài này sẽ là :
- Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn vật lý phân phối sử dụng các kỹ
thuật GIS, thông tin viễn thám, và các sản phẩm dự báo mưa vào mô phỏng, dự
báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia.
- Nghiên cứu kết hợp mô hình thủy văn thông số phân phối với mô hình

nhiều cơ quan nghiên cứu thủy văn trong nước và trên thế giới cũng đi theo
hướng phát triển này. Việc kết hợp mô hình vật lý phân phối WETSPA với các
kỹ thuật GIS và thông tin viễn thám trong dự báo thủy văn cho phép dự báo
dòng chảy trên lưu vực đầy đủ, chính xác và hiệu quả hơn, đồng thời mô hình
WETSPA cho phép tính toán, dự báo dòng chảy cho những lưu vực bộ phận nhỏ
dựa trên các đặc trưng vật lý về thảm phủ thực vật, tính chất vật lý của đất tại

thủy lực tạo ra một công cụ hiện đại trong tính toán, dự báo lũ cho mọi vị trí trên
lưu vực và trên mạng lưới sông.
- Xây dựng một hệ thống cảnh báo, dự báo lũ cho lưu vực sông đảm bảo
các tiêu chí chính xác, thuận tiện, dễ sử dụng.
Để đảm bảo các mục tiêu trên, Đề tài đã lựa chọn 1 hệ thống hai mô hình

mỗi ô nên là một công cụ thuận tiện, hiệu quả cho việc dự báo lũ quét và sạt lở
đất tại các khu vực miền núi nơi có điều kiện mặt đệm và điều kiện KTTV dễ
gây ra lũ quét và sạt lở.
Mô hình WETSPA được đào tạo, cung cấp phần mềm và phần mã nguồn
miễn phí trong khuôn khổ hợp tác đào tạo tiến sĩ giữa khoa Khoa học ứng dụng,

gồm mô hình thủy văn kết hợp với mô hình thủy lực:
1 - Mô hình WETSPA (Water and Energy Transfer between Soil, Plants
and Atmosphere) là một mô hình thủy văn vật lý phân phối mô phỏng sự trao

trường đại học Tự do Bruxels, Vương quốc Bỉ và Trung tâm KTTV Quốc gia.

Với phần mã nguồn mở này, mô hình dễ dàng được sửa đổi để áp dụng cho phù
hợp với điều kiện thực tế về số liệu, thông tin ...cho các lưu vực sông tại Việt

đổi năng lượng giữa lớp đất, lớp phủ thực vật và khí quyển. Mô hình được phát
triển tại phòng thí nghiệm thủy văn và thủy lực, khoa Khoa học ứng dụng,
trường đại học Tự do Bruxels, Vương quốc Bỉ. Mô hình đầu tiên được tiến sĩ

Nam.

Wang xây dựng vào năm 1996, sau đó được phát triển cho dự báo lũ vào năm

Hiện nay trên lưu vực đang xây dựng rất nhiều công trình và hệ thống hồ
chứa. Các công trình này có tác động rất lớn đến dòng chảy lũ lưu vực sông. Để
đáp ứng được nhu cầu thực tế, nâng cao chất lượng dự báo mô hình có thể phát

24

25


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

triển theo hướng tích hợp thêm module mô phỏng dòng chảy đến các hồ chứa,
cân bằng và điều tiết hồ chứa cũng như tính đến tác động của hồ chứa đến dòng
chảy hạ lưu.

Chương II:
MÔ HÌNH WETSPA, MÔ HÌNH HECRAS VÀ HƯỚNG NGHIÊN

CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO QUÁ TRÌNH LŨ HỆ

2. HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center’s River Analysis System) được
xây dựng để tính toán thuỷ lực dòng một chiều cả ổn định và không ổn định cho
mạng lưới sông suối tự nhiên hay các kênh nhân tạo. Phần tính toán cho trường

THỐNG SÔNG THU BỒN-VU GIA
2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH WETSPA

hợp dòng chảy không ổn định xây dựng để tính toán thuỷ lực cho mạng lưới
sông, có xét đến khu chứa (ô ruộng), các bãi ven sông, các công trình trên sông
như đập tràn, cống ngầm, đê bối, cầu. Mô hình HEC-RAS là mô hình tương đối

2.1.1 Cấu trúc và các giả thiết của mô hình

hoàn thiện, có nhiều chức năng quan trọng, giao diện thân thiện, dễ sử dụng, có
đầu vào mở có thể dễ dàng tích hợp với cơ sở dữ liệu khác. Mô hình HEC-RAS

được xây dựng và hoàn thiện. WETSPA là mô hình có thông số phân bố, toàn

đã được nhiều cơ quan như Viện KTTV, Viện KHTL, trường Đại học Thủy lợi,
Trung tâm KHTN & CNQG áp dụng thành công trong tính toán dự báo lũ và
ngập lụt vùng hạ lưu các sông ở Việt Nam. Hiện nay Viện KTTV đang chạy thử

Mỗi ô lưới có thông số riêng, nhận một giá trị mưa và dòng chảy được hình

nghiệm mô hình HEC-RAS dự báo lũ cho hệ thống sông Trà Khúc. Trung tâm
KHTN & CNQG đã sử dụng mô hình HEC-RAS xây dựng phần mềm dự báo
diện và mức độ ngập lụt các sông vừa và nhỏ ở miền Trung. Đối với lưu vực
sông Vu Gia – Thu Bồn mô hình này đã được nhiều tác giả nghiên cứu áp dụng

trong cảnh báo ngập lụt như Trường ĐHTL, Trường Cao đẳng Tài nguyên và
môi trường, Viện địa lý thuộc Trung tâm KHTN & CNQG. Do đó, đề tài có thể
sử dụng một phần các kết quả nghiên cứu này, tiếp tục phát triển, đầu tư, hoàn
thiện cho phần hiệu chỉnh các thông số của mô hình, liên kết với mô hình khác,
phần mềm liên kết các mô đun và cơ sở dữ liệu tác nghiệp; hiệu chỉnh, cập nhật
sai số để đưa công nghệ vào sử dụng dự báo tác nghiệp.
Mô hình HEC-RAS có thể được tải xuống miễn phí từ trang Web của
Trung
tâm
thuỷ
văn
ứng
dụng
thuộc
quân
đội
/>
Mỹ:

Mô hình thủy văn WETSPA được viết bằng ngôn ngữ Fortran 9.0 đang
bộ lưu vực nghiên cứu được chia thành các ô lưới vuông có kích cỡ bằng nhau.
thành trên từng ô. Cuối cùng, mô hình WETSPA liên kết các ô lưới lại với nhau
theo hướng chảy tạo mạng sông và tính toán dòng chảy tại cửa ra của các lưu
vực. Trong đề tài này, mô hình WETSPA được ứng dụng để mô phỏng, tính
toán và dự báo kiểm tra dòng chảy khu giữa từ mưa trên lưu vực hệ thống sông
Thu Bồn - Vu Gia.
2.1.1.1 Cấu trúc của mô hình
WETSPA là mô hình thủy văn vật lý phân phối dùng để mô phỏng sự trao
đổi năng lượng giữa lớp đất, thực vật và khí quyển trên phạm vi lưu vực hoặc
khu vực. Mô hình được phát triển tại phòng nghiên cứu Thuỷ văn Thủy lực,

Khoa khoa học ứng dụng đại học tự do Brusels, Vương quốc Bỉ. Mô hình quan
niệm một hệ thống thủy văn lưu vực là tổ hợp của các quá trình khí quyển, hấp
thu thực vật, vùng rễ cây, vùng chuyển nước và vùng bão hoà.
Lưu vực được phân chia thành các ô lưới đồng nhất. Mỗi một ô lại được
chia thành các phần có lớp phủ, và phần không thấm. Nước dịch chuyển trong
lớp đất theo hướng dọc gồm thấm xuống dưới, ngấm qua lớp đất không bão hoà
và ngấm xuống vùng nước ngầm.

26

27


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

Mô hình sử dụng nhiều lớp để mô phỏng quá trình cân bằng giữa nước và
nhiệt cho mỗi ô lưới, trong đó gồm các quá trình: giáng thủy, ngưng tụ, tuyết
tan, tích nước trong các vùng trũng, thấm, bốc thoát hơi, ngấm, chảy tràn, chảy
sát mặt và dòng chảy ngầm. Hệ thống mô phỏng quá trình thủy văn gồm có bốn
lớp: lớp phủ thực vật, lớp đất bên trên, tầng rễ cây và tầng nước ngầm bão hoà.
Mưa rơi từ khí quyển, trước khi xuống mặt đất bị giữ lại bởi lượng ngưng tụ trên

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

Bốc thoát hơi

Giáng thủy

Ngưng tụ


Lớp phủ

Tích nước
trong các
vùng trũng

rơi
Lớp đất mặt

lá cây. Phần mưa còn lại rơi xuống mặt đất được chia thành hai phần phụ thuộc

Dòng chảy tràn
L
Ư
U

Thấm
Chảy sát mặt

vào thảm phủ, loại đất, độ dốc, cường độ mưa và độ ẩm kì trước của đất. Thành

Lớp đất

phần đầu tiên làm đầy các vùng trũng trên mặt đất và đồng thời chảy tràn trên
mặt đất trong khi phần còn lại ngấm vào đất. Phần mưa ngấm đó có thể giữ lại ở

L
Ư
Ợ
N

G

Bổ sung

đới rễ cây, chảy sát mặt hay thấm sâu hơn xuống tầng nước ngầm, chúng phụ

Dòng chảy ngầm
Nước ngầm

thuộc vào độ ẩm của đất. Nước tích tụ từ một ô lưới bất kì chảy sát mặt phụ
thuộc vào lượng trữ nước ngầm và hệ số triết giảm. Thấm từ lớp đất được giả
định cung cấp cho lượng nước ngầm. Chảy sát mặt từ đới rễ cây được giả định

short and long wave
radiation

long wave radiation

đóng góp vào dòng chảy tràn và diễn toán ra cửa ra của lưu vực cùng với dòng
chảy tràn. Tổng lượng dòng chảy tràn từ mỗi ô lưới là tổng lượng dòng chảy

precipitation
evapotranspiration
surface runoff

sensible heat
bare
soil

vegetated

soil

tràn, sát mặt và dòng ngầm. Bốc thoát hơi diễn ra từ thực vật qua hệ thống rễ cây
heat to ground

ở trong lớp đất và một phần nhỏ từ lượng nước ngầm. Cân bằng nước đối với

bare

soil

vegetated
soil

infiltration

interflow

groundwater
flow

percolation

lượng ngưng tụ gồm có mưa, bốc hơi và qua dòng chảy .Cân bằng nước cho các

recharge

vùng trũng gồm có lượng mưa rơi, thấm, bốc hơi và chảy tràn. Cân bằng nước
cho khối đất gồm: ngấm, bốc thoát hơi, thấm và chảy sát mặt. Cân bằng nước
cho lượng nước ngầm gồm: lượng cung cấp cho nước ngầm, bốc thoát hơi từ

tầng sâu và dòng chảy sát dòng ngầm. Hình 2.1 a, b trình bày cấu trúc mô hình ở

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc mô hình Wetspa ở mức độ ô lưới.
2.1.1.2 Các giả thiết của mô hình
• Các đặc điểm của đất và địa mạo là đồng nhất trên mỗi ô lưới.

mức độ ô lưới.

• Thảm phủ và lớp đất đồng nhất trên mỗi ô lưới.
• Giáng thủy đồng nhất theo không gian trên một ô lưới.
• Dạng chảy tràn Horton có thể sử dụng cho hầu hết các khu vực.
• Bốc thoát hơi được bỏ qua trong suốt cơn bão và khi độ ẩm đất thấp hơn
độ ẩm dư.
• Bốc thoát hơi sâu diễn ra khi đất khô và giới hạn bởi lượng trữ nước ngầm
hiệu quả.
28

29


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

• Lượng ẩm đất đồng nhất trong một ô khi lượng trữ nước ngầm phân bố
không đều trên tỉ lệ lưu vực con cho mỗi bước thời gian.
• Nước chảy dọc theo hướng chảy từ một ô này tới một ô khác và không bị
phân chia cho ô lưới bên cạnh.
• Phương pháp sóng khuếch tán tuyến tính có thể áp dụng để diễn toán cho
dòng chảy tràn và chảy trong kênh.
• Bán kính thủy lực phụ thuộc vào vị trí, thay đổi theo tần suất lũ nhưng
không đổi trong một trận lũ.

• Dòng sát mặt xảy ra khi lượng ẩm đất cao hơn khả năng trữ và có thể
được ước lượng bởi định luật Darcy và phương pháp sóng động học.
• Các tổn thất của quá trình ngấm sâu xuống đất không đáng kể.

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

Phương trình cân bằng cho tổn thất của lớp phủ

SI (t ) = SI (t − 1) + I (t ) − EI (t )

(2.2)

Trong đó: I(t) - Tổn thất do lớp phủ tại mỗi ô trong một bước thời gian
(mm); Io - Lượng tổn thất lớp phủ tối đa (mm) phụ thuộc vào mùa và thảm phủ;
SI(t-s) - Lượng trữ tổn thất lớp phủ tại bước thời gian trước đó (mm); P(t) Tổng lượng mưa rơi xuống mỗi ô (mm); EI(t) - Bốc thoát hơi từ lượng trữ tổn
thất lớp phủ (mm).
Quá trình sinh dòng chảy mặt và điền trũng
⎡θ (t ) ⎤
PE (t ) = C [P (t ) − I (t )]* ⎢
⎥
⎣ θs ⎦

α

(2.3)

F (t ) = [P (t ) − I (t ) − PE (t )]

2.1.2 Các công thức của mô hình


Trong đó: PE(t) – Lượng mưa vượt thấm; F(t)

- Lượng nước thấm

Wetspa là một mô hình liên tục, phân bố và dựa trên các quá trình vật lý

xuống lớp đất; I(t) – Lượng tổn thất do làm ướt lá cây; θ(t)- Lượng ẩm trong

mô tả các quá trình mưa, chảy tràn và bốc thoát hơi cho cả vùng địa hình đơn giản

lớp đất tại thời gian t; θ s - Độ rỗng của lớp đất; α - Hệ số mũ đặc trưng cho

và phức tạp. Wetspa là mô hình phân bố vì lưu vực và mạng lưới kênh thể hiện

cường độ mưa

thông qua một mạng lưới các ô. Mỗi ô được mô tả bởi các tham số, điều kiện ban
đầu và lượng mưa riêng biệt . Wetspa là mô hình liên tục vì có các thành phần mô

Tổn thất do điền trũng
⎛
⎛ PC ⎞ ⎞
⎟⎟ ⎟
SD (t ) = SD0 ⎜⎜1 − exp⎜⎜ −
⎟
⎝ SD0 ⎠ ⎠
⎝

(2.4)


⎛ PC ⎞
⎟⎟
∆SD (t ) = PE (t ) exp⎜⎜ −
⎝ SD0 ⎠

(2.5)

(2.6)

• Trung bình lưu vực

⎛
⎛ SD(t − 1) ⎞ ⎞
⎟⎟
PC (t ) = PE (t ) − SD0 ln⎜⎜1 − exp⎜⎜ −
SD0 ⎟⎠ ⎟⎠
⎝
⎝

• Đa giác Thiesson

Trong đó : SD(t) – Lượng trữ điền trũng tại thời điểm t; SDo - Lượng trữ

tả sự di chuyển của lượng nước trong đất và bốc thoát hơi giữa các cơn bão và do
đó có sự cân bằng nước và nhiệt giữa các cơn bão. Wetspa là mô hình dựa trên
các quá trình vật lý vì các mô hình toán sử dụng mô tả các thành phần dựa trên
các nguyên tắc vật lý như bảo toàn khối lượng và động lượng.
Các phương pháp xác định phân phối mưa trong mô hình Wetspa gồm:

• Phương pháp trọng số


điền trũng tối đa phụ thuộc vào loại đất, độ dốc và thảm phủ; PC – Lượng mưa

• Công thức hiệu chỉnh lượng mưa theo độ cao

tích lũy trên bề mặt đất.
PE(t) – Lượng mưa vượt thấm; ∆SD(t ) - Số gia của tổn thất điền trũng;

Quá trình tổn thất do sự chặn lại của lớp phủ
⎧ I 0 − SI (t − 1)
⎪
I (t ) = ⎨
⎪ P (t )
⎩

Lượng trữ điền trũng tối đa phụ thuộc vào loại đất, độ dốc và thảm phủ

for P (t ) f I 0 − SI (t − 1)
for P (t ) ≤ I 0 − SI (t − 1)

Dòng chảy mặt

(2.1)

⎛
⎛ PE (t ) ⎞ ⎞
⎟⎟ ⎟
RS (t ) = PE (t )⎜⎜1 − exp⎜⎜ −
⎟
⎝ SD0 ⎠ ⎠

⎝
30

(2.7)

31


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

Trong đó: RS(t) - Dòng chảy mặt tại thời điểm t; PE(t) - Lượng nước vượt

Ce – Hệ số thực vật được xác định theo các lớp phủ và biến đổi trong
năm; θ(t)- Lượng ẩm trong lớp đất tại thời gian t; θf - Lượng ẩm trong lớp đất

thấm; SDo - Lượng trữ điền trũng tối đa
Cân bằng nước trong lớp đất

D

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

trữ được lớn nhất

∆θ
= F (t ) − Es (t ) − RI (t ) − RG (t )
∆t

θw - Lượng ẩm trong lớp đất tại điểm Wilting point


(2.8)

Dòng chảy ngầm

Trong đó: ∆θ - Chênh lệch độ ẩm trong lớp đất; F(t) - Lượng nước thấm
xuống lớp đất
RI(t) - Dòng chảy sát mặt; RG - Lượng nước thấm xuống tầng ngầm;

Phương trình cân bằng vùng nước ngầm

∆S g
∆t

= RG −

Qg
A

− Eg

Es(t) – Lượng bốc hơi từ lớp đất.

(2.12)

N

Lượng nước thấm xuống tầng ngầm

⎛ θ − θr
RG (t ) = K (θ (t ) )∆t = K s ⎜⎜

⎝ θs − θr

⎞
⎟⎟
⎠

( 2 +3 B )

S g (t ) = S g (t − 1) +

B

* ∆t

(2.9)

∑ RG (t ) Ai
1

As

− Eg (t ) −

Qg (t ) ∆t
1000 As

(2.13)

Trong đó: Sg(t) – Trữ lượng nước ngầm của tiểu lưu vực tại thời điểm t


Trong đó : K(θ(t))- Hệ số dẫn suất thủy lực hiệu quả tương ứng với

(mm); Sg(t-1) – Trữ lượng nước ngầm của tiểu lưu vực tại thời điểm t -1(mm);

lượng ẩm trung bình của lớp đất tại thời gian t (mm/h) ; θs - Độ rỗng của lớp đất

Qg (t) – Lượng dòng chảy ngầm trung bình tại đầu ra của một lưu vực nhỏ;

(m3/m3) ; θr - Lượng ẩm dư

(m3/m3); Ks – Hệ số dẫn suất thủy lực bão hòa

(mm/h); B – Chỉ số phân bố kích thước độ rỗng ; ∆t – Bước thời gian (h).

tầng nước ngầm của tiểu lưu vực; Ai - Diện tích của mỗi ô; As – Diện tích của
tiểu lưu vực

Dòng chảy sát mặt

RI (t ) = C s DS o K (θ (t ) )∆τ/W

RG(t) – Lượng nước thấm xuống tầng ngầm của mỗi ô; Eg(t) – Bốc thoát hơi từ

Qg = (c g S g As / 1000 )

(2.10)

m

(2.14)


Trong đó: RI(t) - Tổng lượng dòng chảy sát mặt ra khỏi mỗi ô trong

Trong đó: Qg – Lượng dòng chảy ngầm trung bình tại đầu ra của một tiểu

khoảng thời gian ∆t (mm); K(θ(t))- Hệ số dẫn suất thủy lực hiệu quả tương ứng

lưu vực (m3/s); Sg(t) – Trữ lượng nước ngầm của tiểu lưu vực tại thời điểm t

với lượng ẩm trung bình của lớp đất tại thời gian t (mm/h); So - Độ dốc của ô

(mm); cg – Hệ số triết giảm nước ngầm (1/s) có tính đến diện tích lưu vực; As –

(m/m) ; D - Độ sâu lớp đất (m); Cs – Hệ số đặc trưng cho tác động của mạng

Diện tích tiểu lưu vực; Công thức tính bốc hơi từ tầng ngầm

lưới sông, các vật chất hữu cơ và tác động của hệ thống rễ cây đến dẫn suất thủy
lực của lớp đất.
Bốc hơi trên mặt đất

⎛ θ −θw ⎞
⎟
E = ce E p ⎜
⎜ θ −θ ⎟
f
w
⎝
⎠
E = ce E p


E g (t ) = (cvE p − E s (t ) )

S g (t )
S max

(2.15)

Trong đó: Eg(t) – Bốc thoát hơi từ tầng nước ngầm của tiểu lưu vực; Es(t)
– Lượng bốc hơi thực tế trên lớp đất; Ep - Lượng bốc thoát hơi tiềm năng; Ce –

for θ w < θ < θ f
for θ ≥ θ f

Hệ số thực vật được xác định theo các lớp phủ và biến đổi trong năm; Sg(t) –

(2.11)

Lượng nước ngầm của tiểu lưu vực tại thời điểm t (mm); Smax – Trữ lượng

Trong đó: E – Lượng bốc hơi thực tế trên lớp đất; Ep - Lượng bốc thoát

nước ngầm lớn nhất của tiểu lưu vực

hơi tiềm năng
32

33



Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

Diễn toán dòng chảy mặt, sát mặt và trong sông
Trong WetSpa cải tiến, diễn toán dòng chảy tràn và dòng chảy trong kênh
dùng phương pháp sóng khuếch tán tuyến tính. Phương pháp này phù hợp mô
phỏng dòng chảy ở mức độ nhất định và một trong những thuận lợi là nó có thể
giải quyết theo phương pháp giải tích, tránh tính toán bằng phương pháp số và
xác định các điều kiên biên một cách chính xác. Giả định ô lưới là một đoạn
sông với dòng chảy không ổn định một chiều và bỏ qua các số hạng chuyển
động trong phương trình động lượng Saint Venant, quá trình chảy trong ô có thể
được mô phỏng bởi phương trình sóng khuếch tán (Miller và Cunge, 1975):
∂Q
∂Q
∂ 2Q
+ ci
− di 2 = 0
∂t
∂x
∂x

(2.16)

Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

với ni là hệ số nhám Manning phụ thuộc vào loại thảm phủ và đặc điểm
của kênh.
Dưới giả định hệ thống diễn toán tuyến tính, hàm phản ứng xung ở cuối
dòng chảy là kết quả từ một xung đơn vị đầu vào đến một ô riêng lẻ, có thể được
tính toán mà không cần sự can thiệp đến các ô khác. Dọc theo hướng phản ứng
của dòng chảy gồm xung di chuyển qua nhiều ô, mỗi ô có một hàm phản ứng

cấp đơn vị khác nhau. Trong quá trình diễn toán này, đầu ra của bất kì ô lưới nào
lại trở thành đầu vào của ô lưới kế tiếp và phân bổ đầu vào gốc được thay đổi
liên tục bởi quá trình động lực trong các ô, đó chính là các hàm phản ứng xung.
Phản ứng theo hướng dòng chảy là tổng của các phản ứng xung liên tiếp nhau.
N

U i (t ) = ∏ u j (t )

Q là lưu lượng ở thời điểm t (s) và vị trí x (m), ci là tốc độ sóng khuếch
tán ở ô thứ I (m/s), di là hệ số khuếch tán của sóng ở ô thứ i (m2/s).
Xem xét một hệ thống được giới hạn bởi biên trên và biên dưới, giải
phương trình (2.16) ở cửa ra của ô lưới, khi vận tốc dòng chảy và hệ số khuếch
tán không đổi có thể giải bằng quá trình phân bố mật độ thời gian lần chuyển
tiếp đầu tiên của một chuyển động Brown:
⎡ (c t − l i ) 2 ⎤
exp ⎢− i
u i (t ) =
⎥
3
4d i t ⎦
2 πd i t
⎣
li

(2.17)

Với ui(t) là hàm phản ứng xung của ô lưới (1/s) và li là kích cỡ ô lưới (m).
Hai tham số ci và di được tính toán theo công thức Manning (Henderson, 1966)
5
ci = vi

3

(2.18)

vR
di = i i
2S i

(2.19)

Trong đó: Ui(t) là hàm phản ứng theo hướng dòng chảy (s-1)
Chỉ số i liên quan đến ô nơi bắt đầu tính là đầu vào, j là số chuỗi số và N
là tổng số ô dọc theo hướng dòng chảy.
Mô hình phương trình sóng khuếch tán thoả mãn phương trình (2.22) cho các ô
lưới, điều đó có nghĩa rằng nó cho phép khả năng phân tích theo chiều dọc. Bởi vì các
hàm phản ứng xung là bất biến theo thời gian, do đó phương trình (2.22) cũng bất biến
theo thời gian và do đó có một mối quan hệ tuyến tính giữa phản ứng theo hướng dòng
chảy và lượng đầu vào. Giả định rằng hàm phản ứng theo hướng dòng chảy Ui(t) cũng
là một phân bố thời gian di chuyển đầu tiên, De smedt (2000) đưa ra một cách giải gần
đúng phương trình (2.22) bằng phương pháp số liên quan đến lưu lượng ở cuối của một
hướng dòng chảy đến nơi bắt đầu của một hướng dòng chảy tiếp theo :
U (t ) =

Trong đó : Ri là bán kính thủy lực ở ô thứ i (m), Si là độ dốc ở ô thứ i (m/m), Vi
là vận tốc dòng chảy (m/s).
Bán kính thủy lực được tính theo công thức:
Ri = a p ( A)

bp


1
vi = R S
ni

2 3
i

3
i

(2.23)

2

σ i là phương sai của thời gian chảy (s ).

(2.20)

Vận tốc dòng chảy tính toán theo phương trình Manning:
1
2
i

⎡ (t − t ) 2 ⎤
exp ⎢− 2 i ⎥
2πσ t / t
⎣ 2σ i t / t i ⎦
1

Trong đó: ti là thời gian chảy trung bình từ ô thứ i đến dòng chảy (s),

2

Trong đó Ai là diện tích lưu vực ở thượng lưu (km2), ap là hằng số, bp là số
mũ theo tỉ lệ hình dạng, tất cả phụ thuộc vào tần suất lũ.
2
3
i

(2.22)

j =1

2

Tham số ti, σ i là các tham số phân bố theo không gian, và có thể tính
được bằng tích phân chập dọc theo địa hình quyết định dòng chảy như là một
hàm của tốc độ sóng và hệ số phân tán :
và

N ⎛
1
ti = ∑ ⎜
⎜
j =1 ⎝ c j

⎞
⎟l j
⎟
⎠


(2.24)

(2.21)

34

35


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

N ⎛ 2d
j
σ i2 = ∑ ⎜ 3
⎜
j =1 ⎝ c j

⎞
⎟l j
⎟
⎠

(2.25)

Hàm phản ứng ở cuối dòng chảy đến một đầu vào tuỳ ý ở ô bắt đầu, có
thể được tính toán bằng cách cộng dồn tổng lượng dòng chảy đầu vào bởi hàm
phản ứng xung đơn vị. Từ cách nhìn nhận trên, điều này tương đương với việc
phân tích đầu vào thành các hàm phản ứng xác định và cộng tất cả các hàm phản
ứng thành một phản ứng đơn. Do đó, quá trình lưu lượng từ một lượng đầu vào


Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá trình lũ trên hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia

Bảng 2.1: Danh sách các thông số của mô hình
STT
Tên thông số
Trọng số trạm mưa
1
Yếu tố hiệu chỉnh bốc hơi
2
Tỷ lệ che phủ của lớp lá cây
3

t −τ

(2.26)

t =0

Trong đó : Qi(t) là lưu lượng ở nơi kết thúc của một hướng dòng chảy sinh
bởi một lượng đầu vào bất kì trong ô thứ i; Ui(t- τ ) tương đương với đường đơn
vị tức thời (IUH) sử dụng trong quy ước của ngành thủy văn và τ là thời gian trễ
(s) ; Vi( τ ) là tổng lượng dòng chảy đầu vào ở ô thứ i và ở thời gian gồm có
dòng chảy mặt và dòng chảy sát mặt, cộng thêm dòng chảy ngầm nếu ô thứ i
nằm ở cửa ra của tiểu lưu vực.
Xem xét quá trình phân tích thực tế trong một hệ thống diễn toán tuyến
tính, hàm phản ứng của dòng chảy trên lưu vực có thể được quyết định là tổng
các hàm phản ứng của các nhân tố được đóng góp từ tất cả các ô lưới. Do đó,
hàm phản ứng ở cấp độ lưu vực có thể được tính toán là:
Nw


Q(t ) = ∑ Qi (t )

(2.27)

i =1

Nw là số các ô trên toàn bộ lưu vực, Q(t) là lưu lượng ở cửa ra của lưu
vực.
2.1.3 Các thông số của mô hình

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

Ngưỡng cường suất mưa
Tỷ lệ vùng không thấm

Tổn thất do thảm phủ
Tổn thất điền trũng
Hệ số nhám bề mặt
Hệ số nhám trong kênh
Bán kính thuỷ lực
Ngưỡng độ dốc nhỏ nhất
Ngưỡng mạng lưới sông
Hệ số tỷ lệ dòng sát mặt
Hệ số rút nước ngầm
Số lưu vực bộ phận
Dẫn suất thuỷ lực
Độ rỗng của đất

Phân phối dòng chảy
Phân phối dòng chảy
Phân phối dòng chảy
Phân phối dòng chảy
Diễn toán dòng chảy
Diễn toán dòng chảy
Diễn toán dòng chảy
Diễn toán dòng chảy
Diễn toán dòng chảy
Diễn toán dòng chảy
Diễn toán dòng chảy
Diễn toán dòng chảy
Đặc trưng vật lý của đất
Đặc trưng vật lý của đất

23


Khả năng trữ

Đặc trưng vật lý của đất

θf

24

Độ ẩm của đất tại điểm
Wilting point
Độ ẩm dư

Đặc trưng vật lý của đất

θw

Đặc trưng vật lý của đất

Chỉ số phân phối kích thước
độ rỗng
Độ sâu tầng rễ
Độ ẩm của đất
Lượng trữ tầng ngầm
Lượng trữ thảm phủ
Lượng trữ điền trũng

Đặc trưng vật lý của đất

θr
B


Đặc trưng vật lý của đất
Các điều kiện ban đầu
Các điều kiện ban đầu
Các điều kiện ban đầu
Các điều kiện ban đầu

Di
Kss
Go
SIo
SDo

25
26

36

β

Gradient bốc thoát hơi theo
theo độ cao
Lượng trữ ngầm lớn nhất
Hệ số dòng chảy tiềm năng
Hệ số mũ dòng chảy mặt

Mô hình bao gồm 31 thông số chính bao gồm các thống số xác định phân
dòng chảy mặt, diễn toán dòng chảy. Danh sách các thông số của mô hình được

Mưa


Gradient mưa theo theo độ cao

5

phối mưa, bốc thoát hơi, các thông số điều khiển quá trình tuyết tan, phân phối
trình bày trong bảng 2.1.

Ký hiệu
ai
Kep
Vegetated
fraction

4

bất kì được tính theo công thức :
Qi (t ) = ∑ Vi (τ )U i (t − τ)

Loại thông số
Mưa
Mưa
Mưa

27
28
29
30
31


Bốc thoát hơi
Bốc thoát hơi
Phân phối dòng chảy
Phân phối dòng chảy

Gmax
C
α
Pmax
IMP
Imax, Imin
SDo
ns
nr
R(a,b)

Ki
Kg
N
Ks
θs

37