BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MARINE
DỰ BÁO LŨ SÔNG KỲ LỘ TỈNH PHÚ YÊN

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC

VÕ ANH KIỆT

HÀ NỘI, NĂM 2018


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MARINE
DỰ BÁO LŨ SÔNG KỲ LỘ TỈNH PHÚ YÊN

VÕ ANH KIỆT

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC
MÃ SỐ: 60440224

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. ĐẶNG THANH MAI
TS. TRƯƠNG VÂN ANH

HÀ NỘI, NĂM 2018


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hướng dẫn chính: TS. Đặng Thanh Mai

Cán bộ chấm phản biện 1: TS. Nguyễn Viết Thi

Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Nguyễn Lan Châu

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày 27 tháng 12 năm 2017


LỜI CẢM ƠN
Học viên xin chân thành cảm ơn Khoa Khí tượng Thủy văn, Phòng Đào tạo,
Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác
giả được học tập và nghiên cứu thực hiện luận văn.
Học viên cũng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Đặng Thanh Mai, Trung tâm dự
báo Khí tượng Thủy văn Trung ương và TS. Trương Vân Anh, Trường Đại học Tài
nguyên và Môi trường Hà Nội, đã tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình tìm
hiểu, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Học viên cũng chân thành cám ơn quý cơ quan: Trung tâm Dự báo Khí tượng
Thủy văn Trung ương, Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Nam Trung Bộ, Đài Khí tượng
Thủy văn tỉnh Phú Yên, Ban chỉ huy PCTT & TKCN tỉnh Phú Yên, đã giúp đỡ tác giả
trong quá trình tìm hiểu thực tế, thu thập dữ liệu và thực hành tác nghiệp liên quan đến
luận văn này.

Cuối cùng Học viên xin gửi lời cám ơn đến các thầy cô, các đồng nghiệp, bạn bè
học viên lớp cao học CH2AT đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trong suốt
quá trình thực hiện luận văn.

Người viết

Võ Anh Kiệt


LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Võ Anh Kiệt, tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của
riêng tôi. Những nội dung trong luận văn này là trung thực và chưa được ai công bố trong
bất kỳ công trình khoa học nào.

Người cam đoan

Võ Anh Kiệt


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
TANK

: Mô hình thủy văn thông số tập trung của Nhật Bản

MIKE 11

: Mô hình thủy lực 1 chiều của Viện Thủy lực Đan Mạch

MIKE 21


: Mô hình thủy lực 2 chiều của Viện Thủy lực Đan Mạch

DHI

: Danish Hydraulic Institute - Viện Thủy lực Đan Mạch

WMO

: World Meteorological Organization - Tổ chức Khí tượng Thế giới

HR

: Ký hiệu của trạm Thủy văn

RR

: Ký hiệu của điểm đo mưa nhân dân

UCAR

: University Corporation for Atmospheric Research

GFS

: Global Forecast System - Hệ thống dự báo toàn cầu

IFS

: Integnated Forecasting system – Hệ thống dự báo tích hợp


NCEP

: National Centers for Environmental Prediction - Trung tâm dự báo môi
trường Quốc gia Mỹ

MRF

: Medium Range Forecast - Mô hình dự báo hạn vừa

Pbl

: Planetary boundary layer - Lớp biên hành tinh

IR

: Infra Red - Bức xạ hồng ngoại

UV

: Ultraviolet - Bức xạ tử ngoại

K

: Độ Kelvin

CAPE

: Convective available potential energy - Chỉ số bất ổn định

SAS


: Sơ đồ đối lưu Schubert - Arakawa-Schubert

UTC

: Giờ quốc tế

ATNĐ

: Áp thấp nhiệt đới

KKL

: Không khí lạnh

XTNĐ

: Xoáy thuận nhiệt đới

ITCZ

: Intertropical Convergence Zone - Dải hội tụ nhiệt đới

KTTV

: Khí tượng thủy văn

CSDL

: Cơ sở dữ liệu



MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .............................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 ........................................................................................................................3
TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH DỰ BÁO LŨ VÀ LƯU VỰC NGHIÊN CỨU..............3
1.1. KHÁI QUÁT MÔ HÌNH DỰ BÁO ..........................................................................3
1.1.1. Quá trình phát triển mô hình dự báo thủy văn ....................................................3
1.1.2. Phân loại mô hình thủy văn .................................................................................4
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ....................................7
1.2.1. Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước ........................................7
1.2.2. Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước ......................................10
1.2.3. Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu trên lưu vực.....................................12
1.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN ...........................................................................14
1.3.1. Đặc điểm hình thái lưu vực sông ......................................................................14
1.3.2. Đặc điểm địa hình, địa chất, thổ nhưỡng, thảm phủ thực vật ...........................15
1.3.3. Khái quát đặc điểm khí hậu thủy văn ................................................................20
1.4. ĐẶC ĐIỂM MƯA LŨ LƯU VỰC SÔNG KỲ LỘ ................................................22
1.4.1. Đặc điểm chung.................................................................................................22
1.4.2. Các đợt mưa lũ điển hình ..................................................................................23
1.5. ĐIỀU KIỆN KINH TẾ XÃ HỘI .............................................................................25
1.6. MẠNG LƯỚI TRẠM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN ...............................................26
CHƯƠNG 2 ......................................................................................................................28
CƠ SỞ MÔ HÌNH VÀ BỘ SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU ..................................................28
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MARINE ...........................................................28
2.1.1. Các giả thiết và nguyên lý mô phỏng ................................................................28
2.1.2. Lý thuyết sinh dòng chảy ..................................................................................29
2.1.3. Lý thuyết thấm ..................................................................................................30
2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MUSKINGUM .................................................32

2.2.1. Các phương trình cơ bản ...................................................................................32
2.2.2. Xây dựng mô hình Muskingum ........................................................................34
2.3. TÍNH TOÁN VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU ......................................................................34
2.3.1. Số liệu địa hình..................................................................................................34


2.3.2. Số liệu thảm phủ................................................................................................37
2.3.3. Số liệu đất ..........................................................................................................38
2.3.4. Xử lý mưa phân bố theo không gian .................................................................39
2.3.5. Số liệu sông .......................................................................................................41
2.4. DẪN SUẤT ĐẦU VÀO MÔ HÌNH MARINE ......................................................42
2.4.1. Xây dựng các bản đồ dẫn suất từ bản đồ DEM phục vụ đầu vào cho mô hình
MARINE .....................................................................................................................42
2.4.2. Kết quả xây dựng bản đồ dẫn suất đầu vào mô hình MARINE .......................45
CHƯƠNG 3 ......................................................................................................................49
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MARINE VÀ MUSKINGUM XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN
CẢNH BÁO, DỰ BÁO LŨ VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG LŨ ... 49
3.1. HIỆU CHỈNH BỘ THÔNG SỐ MÔ HÌNH ............................................................49
3.2. KIỂM ĐỊNH BỘ THÔNG SỐ MÔ HÌNH ..............................................................52
3.3. DỰ BÁO THỬ TRẬN LŨ NĂM 2017...................................................................54
3.4. XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN CẢNH BÁO, DỰ BÁO LŨ SÔNG KỲ LỘ ............56
3.5. HƯỚNG DẪN QUY TRÌNH DỰ BÁO LŨ BẰNG MÔ HÌNH MARINE VÀ
MUSKINGUM ...............................................................................................................56
3.6. CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG KỲ LỘ .......58
3.6.1. Các giải pháp công trình ....................................................................................58
3.6.2. Các giải pháp phi công trình..............................................................................60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .........................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................65
PHẦN PHỤ LỤC .............................................................................................................67



DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cây phân loại mô hình toán thủy văn ................................................................6
Hình 1.2. Bản đồ địa hình lưu vực sông Kỳ Lộ ................................................................17
Hình 1.3. Mức nước lũ ngập sâu tại trạm thủy văn Hà Bằng tại trạm thủy văn Hà Bằng, trận lũ
lịch sử tháng 11/2009 ........................................................................................................25
Hình 1.4. Lũ cuốn trôi công trình đo mực nước tự ghi tại trạm thủy văn Hà Bằng, trận lũ
lịch sử tháng 11/2009 .........................................................................................................25
Hình 1.5. Bản đồ sông suối lưu vực sông Kỳ Lộ ..............................................................27
Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát của mô hình MARINE ...........................................................28
Hình 2.2. Mô tả vùng thấm trong lý thuyết Green Ampt .................................................31
Hình 2.3. Code mô hình Muskingum ............................................................................... 34
Hình 2.4. Chi tiết địa hình khu vực trung lưu ...................................................................35
Hình 2.5. Kiểm tra bản đồ mô hình số độ cao (DEM) và đường bình đồ địa hình ..........35
Hình 2.6. Kiểm tra bản đồ mô hình số độ cao (DEM) và hệ thống sông suối ..................36
Hình 2.7. Bản đồ mô hình số độ cao (DEM) lưu vực sông Kỳ Lộ ...................................36
Hình 2.8. Bản đồ lớp phủ thực vật lưu vực sông Kỳ Lộ ...................................................38
Hình 2.9. Bản đồ đất lưu vực sông Kỳ Lộ ........................................................................39
Hình 2.10. Bản đồ phân bố mưa các ô lưới theo đa giác Theissen ...................................41
Hình 2.11. Bản đồ mạng lưới sông và tính toán dữ liệu cho MARINE ...........................42
Hình 2.12. Sơ đồ mô tả quá trình tạo các bản đồ dẫn suất từ DEM .................................43
Hình 2.13. Sơ đồ mô tả quá trình tạo hướng chảy từ bản đồ DEM ..................................44
Hình 2.14. Sơ đồ mô phỏng số ô hội tụ nước và hình thành mạng sông ..........................44
Hình 2.15. Tạo các bản đồ dẫn suất từ AML files ............................................................45
Hình 2.16. Bản đồ hướng dòng chảy lưu vực sông Kỳ Lộ ...............................................46
Hình 2.17. Bản đồ độ rỗng đất lưu vực sông Kỳ Lộ .........................................................46
Hình 2.18. Bản đồ độ dẫn thủy lực bão hòa lưu vực sông Kỳ Lộ ....................................46
Hình 2.19. Bản đồ lượng trữ lưu vực sông Kỳ Lộ ............................................................46
Hình 2.20. Bản đồ độ dốc lưu vực sông Kỳ Lộ ................................................................47
Hình 2.21. Bản đồ lực mao dẫn lưu vực sông Kỳ Lộ .......................................................47

Hình 2.22. Hàm lượng nước ban đầu lưu vực sông Kỳ Lộ ..............................................47
Hình 2.23. Bản đồ hệ số nhám Manning lưu vực sông Kỳ Lộ .........................................47
Hình 2.24. Bản đồ miền tính lưu vực sông Kỳ Lộ ............................................................48


Hình 3.1. Sơ đồ khối ứng dụng mô hình Marine - Muskingum dự báo lũ sông Kỳ Lộ .............49
Hình 3.2a. Biểu đồ mưa các trạm để hiệu chỉnh bộ thông số ...........................................50
Hình 3.2b. Biểu đồ mưa các trạm để hiệu chỉnh bộ thông số ...........................................50
Hình 3.3. Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trận lũ hiệu chỉnh bộ thông số ...... 52
Hình 3.4a. Biểu đồ mưa các trạm để kiểm định bộ thông số ............................................53
Hình 3.4b. Biểu đồ mưa các trạm để kiểm định bộ thông số ...........................................53
Hình 3.5. Đường quá trình lưu lượng tính toán và TĐ trận lũ kiểm định bộ thông số .....53
Hình 3.6a. Biểu đồ mưa các trạm trận lũ năm 2017 .........................................................55
Hình 3.6b. Biểu đồ mưa các trạm trận lũ năm 2017 .........................................................55
Hình 3.7. Đường qt lưu lượng tính toán và thực đo trận lũ dự báo thử năm 2017 ...........55
Hình 3.8. Đường qt mực nước tính toán và thực đo trận lũ dự báo thử năm 2017 ..........56
Hình 3.9. Mô hình hồ điều hòa chống lũ ..........................................................................59
Hình 3.10. Mô hình trạm giám sát ....................................................................................60


Luận văn đầy đủ ở file: Luận văn full