Báo cáo: Hợp tác Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông hồng - sông thái bình

Bé n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n tr−êng ®¹i häc thñy lîi B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi hîp t¸c theo nghÞ ®Þnh th− víi italia hîp t¸c Nghiªn cøu x©y dùng c«ng nghÖ dù b¸o lò trung h¹n kÕt nèi víi c«ng nghÖ ®iÒu hµnh hÖ thèng c«ng tr×nh phßng chèng lò cho ®ång b»ng s«ng hång - s«ng th¸i b×nh

Chñ nhiÖm ®Ò tµi: pgs, ts. vò minh c¸t

6735 24/2/2008

hµ néi - 2007

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ **********

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN **********

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ============================================================= BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP NHÀ NƯỚC

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

BÁO CÁO TỔNG KẾT

Cơ quan quản lý: Bộ Khoa học Công Nghệ

Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn

Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Thuỷ lợi Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Vũ Minh Cát

Hà nội tháng 11 - 2007

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ **********

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN **********

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ============================================================ BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP NHÀ NƯỚC Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

GIAI ĐOẠN 2006 - 2007

BÁO CÁO TỔNG KẾT

Cơ quan quản lý: Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn Bộ Khoa học Công Nghệ Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Thuỷ lợi

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Vũ Minh Cát Những người thực hiện: PGS.TS Vũ Minh Cát, ĐHTL

PGS.TS Lê Văn Nghinh, ĐHTL TS. Nguyễn Lan Châu, TTDBKTTVTW Ths. Đỗ Lệ Thủy, TTDBKTTVTW Ths. Hoàng Thanh Tùng Ths. Nguyễn Hoàng Sơn Ths. Phạm Xuân Hoà NCS. Ngô Lê An Và những cộng tác viên khác

Hà Nội Tháng 11 - 2007

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU...............................................................................................1

1.1. Mở đầu .................................................................................................................1

1.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ..........................................................................2

1.3. Phạm vi của đề tài.................................................................................................3

1.4. Nội dung và các phương pháp nghiên cứu.............................................................3

1.4.1. Dự báo mưa trung hạn..................................................................................3

1.4.2. Dự báo lũ trung hạn......................................................................................4

1.4.3. Tích hợp dự báo mưa lũ trung hạn trong điều hành hệ thống hồ chứa...........6

1.5. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài.....................................6

1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước .................................................................6

1.5.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ..............................................................11

1.6 Đóng góp của mỗi bên trong đề tài hợp tác nghiên cứu ........................................ 13

1.6.1 Phía đối tác Italy .........................................................................................14

1.6.2 Phía đối tác Việt Nam .................................................................................15

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG HỒNG –THÁI BÌNH THU

THẬP, PHÂN TÍCH VÀ QUẢN LÝ CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN ............ 19

2.1 Tổng quan về lưu vực sông Hồng – Thái Bình ..................................................... 19

2.1.1. Tổng quan chung........................................................................................19

2.1.2. Đặc điểm địa hình ......................................................................................20

2.1.3. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng và thực vật.................................................21

2.1.4. Đặc điểm khí hậu .......................................................................................22

2.1.5. Đặc điểm hệ thống sông ngòi ....................................................................25

2.1.6. Đặc điểm dân sinh kinh tế ..........................................................................28

2.2. Thu thập và phân tích tài liệu cơ bản................................................................... 28

2.2.1. Số liệu khí tượng.....................................................................................28

2.2.1.1 Mạng lưới trạm đo khí tượng...........................................................28

2.2.1.2. Đánh giá chung về tài liệu khí tượng ...........................................29

ii

2.2.1.3. Một số đặc điểm chung về khí tượng trên hệ thống........................30

2.2.2. Số liệu thủy văn ......................................................................................31

2.2.2.1 Mạng lưới trạm đo đạc thủy văn .....................................................31

2.2.2.2 Đánh giá chung về tài liệu khí tượng thuỷ văn...............................31

2.2.2.3. Đặc điểm thủy văn trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình ................32

2.2.3. Số liệu thủy văn các hồ chứa ...................................................................35

2.2.4. Tài liệu địa hình hệ thống sông Hồng -Sông Thái Bình ..............................36

2.2.4.1. Tài liệu địa hình các hồ chứa ..........................................................36

2.2.4.2. Bản đồ số DEM thuộc lưu vực sông Hồng......................................36

2.2.4.3. Tài liệu địa hình hệ thống sông Hồng .............................................36

2.2.4.4. Tài liệu địa hình các khu phân chậm lũ...........................................36

2.2.5. Tài liệu về thảm phủ thực vật và bản đồ đất lưu vực sông Hồng.................37

2.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu ....................................................................................... 37

2.3.1. Cơ sở số liệu bản đồ...................................................................................38

2.3.2. Cơ sở số liệu KTTV ...................................................................................40

2.3.2.1. Giới thiệu phần mềm WRDB ........................................................41

2.3.2.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu KTTV sử dụng phần mềm WRDB ...........42

2.3.2.3. Khai thác cơ sở dữ liệu KTTV đã xây dựng...................................58

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO MƯA

TRUNG HẠN ......................................................................................... 65

3.1. Dự báo mưa ở Việt Nam ..................................................................................... 65

3.1.1. Đặc điểm sự hình thành mưa và tổ hợp các kiểu hình thời tiết gây mưa lớn lưu vực sông Hồng.....................................................................................................65

3.1.1.1. Các hình thế điển hình....................................................................65

3.1.1.2. Đặc điểm hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn trên lưu vực sông Hồng66

3.1.2. Đánh giá hiện trạng các phương pháp dự báo mưa ở Việt nam ...................69

3.2. Thử nghiệm mô hình BOLAM của Italia............................................................. 70

3.2.1. Giới thiệu mô hình BOLAM ......................................................................70

iii

3.2.1.1. Động lực học và phương pháp số ...................................................71

3.2.1.2. Vật lý và các sơ đồ tham số hóa vật lý............................................73

3.2.1.3. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên ...............................................74

3.2.1.4. Tiền xử lý và hậu xử lý trong mô hình BoLAM..............................76

3.2.2. Nghiên cứu ứng dụng mô hình BoLAM cho Việt Nam ..............................76

3.2.2.1. Thay đổi cấu trúc thư mục trong mô hình BoLAM .........................79

3.2.3. Dự báo thử nghiệm bằng mô hình BOLAM mùa lũ 2007 ...........................83

3.3 Một số kết qủa so sánh mô hình BoLAM và mô hình HRM ............................... 95

3.4. Kết luận và kiến nghị ........................................................................................ 102

CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO LŨ............ 103

4.1. Các phương pháp dự báo thủy văn thường dùng ở Việt Nam ............................ 103

a. Các phương pháp thường dùng trong dự báo thủy văn....................................103

1. Phương pháp xu thế ..............................................................................103

2.Phương pháp lưu lượng và mực nước tương ứng....................................104

3. Phương pháp lượng trữ .........................................................................104

4. Nhóm các phương pháp phân tích thống kê...........................................105

5. Phương pháp mạng Nơ ron thần kinh – Mạng trí tuệ nhân tạo (Artificial Neural Network)..................................................................................................105

6. Phương pháp sử dụng các mô hình thủy văn và thủy lực .......................106

7. Phương pháp kỹ thuật số.......................................................................106

b.Tổng kết các phương pháp thường dùng trong dự báo ngắn hạn, trung hạn và dài hạn ở Việt Nam........................................................................................................107

1. Các phương pháp dự báo ngắn hạn........................................................108

2. Các phương pháp dự báo trung hạn .......................................................108

3. Các phương pháp dự báo dài hạn ..........................................................109

4.2. Phân tích đặc điểm mưa lũ trên hệ thống sông Hồng......................................... 109

4.2.1. Đặc điểm của mưa gây lũ trên lưu vực hệ thống sông Hồng .....................109

4.2.2. Vai trò của trữ lượng nước trên lưu vực đối với sự hình thành lũ..............113

iv

4.2.3. Tổ hợp lũ sông Đà, Lô, Thao....................................................................116

1. Đặc điểm mưa gây lũ lưu vực sông Thao: .............................................117

Dòng chảy lũ sông Lô ...............................................................................121

4.3. Xây dựng công nghệ dự báo lũ ngắn hạn hệ thống sông Hồng .......................... 125

4.3.1 Phương pháp hồi quy đa biến ....................................................................128

a. Cơ sở của phương pháp Hồi quy đa biến. ..............................................128

b. Các giả thiết của phương pháp và quy trình thực hiện phương pháp......128

c. Xây dựng ma trận tương quan ...............................................................129

d. Phương trình dự báo và các phép thử ....................................................130

a. Cấu trúc mạng ANN..............................................................................138

b. Quá trình quét xuôi ..............................................................................139

c. Hàm kích hoạt ......................................................................................139

d. Chuẩn hoá (Normalization) ...................................................................140

e. Lựa chọn sơ đồ mạng nơ ron thần kinh ban đầu....................................141

f. Phương pháp quét ngược (Back Propagation Method) ...........................141

g. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình học theo phương pháp lan truyền ngược sai số.........................................................................................................143

h. Vấn đề học chưa đủ và học quá thuộc của mạng ...................................144

i. Một số giải pháp cho vấn đề học quá của mạng: ....................................144

j. Giới thiệu phần mềm neuroSolutions .....................................................145

4.3.3 Xây dựng các phương án dự báo lũ ngắn hạn cho các vị trí khác nhau trên hệ thống sông Hồng......................................................................................................147

4.3.3.2. Kết quả dự báo lũ cho sông Thao: ................................................150

4.3.3.3. Kết quả dự báo lũ cho sông Lô - Gâm: .........................................160

4.3.3.2. Kết quả dự báo lũ cho sông Đà:....................................................166

4.4. Xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn hệ thống sông Hồng......................... 176

4.4.1. Ứng dụng mô hình của đối tác đề nghị DIMOSHONG............................176

4.4.1.1. Giới thiệu mô hình DIMOSHONG..............................................176

v

4.4.1.2. Xây dựng mô hình DIMOSHONG cho lưu vực hệ thống sông Hồng ..178

4.4.1.3. Kết quả mô phỏng mô hình DIMOSHONG cho các trận lũ lớn cho hệ thống sông Hồng.............................................................................................186

4.4.2. Ứng dụng mô hình HEC-HMS.................................................................191

4.4.2.1. Giới thiệu mô hình HEC-HMS ....................................................191

4.4.2.2. Xây dựng mô hình HEC-HMS cho lưu vực hệ thống sông Hồng.192

b. Kết nối dữ liệu liệu mưa vào dự báo dòng chảy.............................................193

c. Tóm tắt một số kết quả tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa .......................196

4.5. Xây dựng công nghệ dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng.................................. 197

4.5.1. Lập trình kết nối và xây dựng công nghệ..................................................197

4.5.2. Sử dụng công nghệ dự báo ngắn hạn .......................................................198

4.5.3. Sử dụng công nghệ dự báo trung hạn bằng mô hình DIMOSHONG........199

4.5.4. Sử dụng công nghệ dự báo trung hạn bằng HEC-HMS.............................201

4.6. Thử nghiệm công nghệ dự báo lũ trung hạn cho mùa lũ 2007 ........................... 207

4.6.1 Dự báo thử nghiệm sử dụng mô hình DIMOSHONG ................................207

4.6.2 Dự báo thử nghiệm sử dụng mô hình HEC-HMS ......................................210

CHƯƠNG V: CÔNG NGHỆ KẾT NỐI DỰ BÁO MƯA VỚI DỰ BÁO LŨ

TRUNG HẠN ....................................................................................... 213

5.1. Xây dựng phần mềm kết nối giữa dự báo mưa với dự báo lũ.......................214

5.1.1. Lập trình đọc và ghi kết quả dự báo từ BOLAM ra file PPF – file số liệu vào cho DIMOSHONG ..................................................................................................214

5.1.2. Lập trình giao diện xử lý số liệu đầu vào và hiển thị kết quả ....................224

1) Chương trình Nhập dữ liệu ...................................................................224

2) Chương trình hiển thị kết quả chạy mô hình DIMOSHONG................236

CHƯƠNG VI: KẾT NỐI MÔ HÌNH DỰ BÁO MƯA LŨ TRONG ĐIỀU HÀNH

HỆ THỐNG HỒ CHỨA PHÒNG CHỐNG LŨ.................................... 257

6.1. Xây dựng mô hình kết nối dự báo mưa lũ với điều hành hệ thống hồ chứa

phòng lũ................................................................................................ 257

6.1.1. Giới thiệu tóm tắt mô hình HEC-HMS về khả năng điều tiết hồ chứa.......257

vi

6.1.2. Mô phỏng hệ thống sông Hồng phục vụ điều hành hệ thống hồ chứa bằng HEC-HMS...............................................................................................................261

6.2. Lựa chọn hệ thống kịch bản về mưa và dòng chảy lũ phục vụ điều hành thử

nghiệm theo mô hình dự báo lũ trung hạn . ........................................... 265

6.2.1. Những căn cứ để thiết lập hệ thống kịch bản ...........................................265

6.2.2. Lựa chọn kịch bản mưa lũ ........................................................................266

6.3. Phương án vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian dự kiến của dự

báo hạn trung (từ 3 đến 5 ngày)............................................................. 268

6.3.1. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ sớm........................................................268

6.3.2. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ chính vụ.................................................269

6.3.3. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ muộn ....................................................270

6.3.4. Vận hành đảm bảo an toàn công trình.......................................................271

6.4. Kết quả vận hành thử nghiệm hệ thống hồ chứa theo các kịch bản đề ra ........... 272

1. Trận lũ lịch sử năm 1971 xảy ra trong thời kỳ lũ sớm từ 15 tháng 6 đến 15 tháng 7. .............................................................................................................................272

2. Trận lũ lịch sử năm 1971 xảy ra trong thời kỳ lũ chính vụ từ 16 tháng 7 đến 25 tháng 8.....................................................................................................................275

3. Trận lũ lịch sử năm 1971 xảy ra trong thời kỳ lũ muộn từ 26 tháng 8 đến 15 tháng 9.....................................................................................................................279

6.5. Thử nghiệm mô hình vận hành trong mùa lũ 2007 ............................................ 283

CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................ 287

7.1. Kết luận ............................................................................................................ 287

a. Về khoa học công nghệ ..................................................................................287

b. Về mặt hợp tác quốc tế...................................................................................290

c. Về mặt đào tạo ...............................................................................................290

d. Về phục vụ sản xuất.......................................................................................291

7.2 Kiến nghị ........................................................................................................... 291

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 293

vii

MỤC LỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Vị trí địa lý lưu vực sông Hồng – Thái Bình lãnh thổ Việt Nam ................. 19

Hình 2.2: Giao diện trang đầu của Chương trình quản lý cơ sở dữ liệu ...................... 38

Hình 2.3: CSDL quản lý bản đồ DEM có độ phân giải khác nhau của cả nước ......... 39

Hình 2.4: CSDL quản lý toàn bộ bản đồ quét tỷ lệ 1:50.000 của cả nước .................. 39

Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc CSDL trong WRDB........................................................... 42

Hình 2.6: Sơ đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên hệ thống sông Hồng -

Thái Bình................................................................................................ 43

Hình 2.7: Giao diện bảng support .............................................................................. 48

Hình 2.8: Các yếu tố đo ............................................................................................ 49

Hình 2.9: Phân nhóm các yếu tố đo........................................................................... 50

Hình 2.10: Phân nhóm các yếu tố đo.......................................................................... 50

Hình 2.11: Sơ đồ nhập dữ liệu cho CSDL KTTV....................................................... 57

Hình 2.12: Ví dụ nhập dữ liệu mực nước và lưu lượng trạm Sơn Tây ........................ 58

Hình 2.13: Dữ liệu mực nước và lưu lượng trạm Sơn Tây trong bảng Import............. 58

Hình 2.14: Bảng thống kê theo trạm và thông số........................................................ 59

Hình 2.15: Lọc dữ liệu mực nước trạm có mã trạm là 74165..................................... 60

Hình 2.16: Sắp xếp dữ liệu từ lớn đến nhhỏ theo mã trạm và theo kết quả ................. 60

Hình 2.17. Lựa chọn dữ liệu mực nước trạm Sơn Tây bằng QBE Query.................... 61

Hình 2.18: Đường quá trình mực nước trạm Mường Tè và Lai Châu trên cùng một

trục tọa độ............................................................................................... 61

Hình 2.19: Mối tương quan mực nước tại 2 trạm Mường Tè và Lai Châu .................. 62

Hình 2.20: Đường dẫn chọn các vùng dữ liệu quan tâm ............................................ 62

Hình 2.21: Chọn các vùng dữ liệu quan tâm.............................................................. 63

Hình 2.22: Kiểm tra vùng dữ liệu được chọn ............................................................ 63

Hình 3.1: Biểu đồ quy trình chạy mô hình BoLAM trên máy tính PC-Linux.............. 78

Hình 3.2: Cấu trúc thư mục mới của mô hình BoLAM .............................................. 80

viii

Hình 3.3: Ví dụ minh họa dự báo +24h cho trường mưa, khí áp và hàm dòng bề

mặt của mô hình BoLAM_FATHER (trái) và BoLAM_SON (phải) ....... 83

Hình 3.4: Ví dụ minh họa dự báo +24h cho trường gió và độ cao địa thế vị mực

500mb của mô hình BoLAM_FATHER (trái) và BoLAM_SON (phải) .. 83

Hình 3.5: Ví dụ minh họa dự báo +24h cho trường nhiệt độ tại độ cao 2m của mô

hình BoLAM_FATHER (trái) và BoLAM_SON (phải) .......................... 83

Hình 3.6: Miền số liệu đầu vào của mô hình toàn cầu GFS và miền tính toán của

mô hình khu vực BoLAM cho phiên bản FATHER và SON ................... 85

Hình 3.7: Lượng mưa phân tích trên khu vực Bắc Bộ từ ngày 26/07/2007 đến ngày

28/07/2007.............................................................................................. 87

Hình 3.8: Tổng lượng mưa từ tháng 02/2007 đến tháng 08/2007 theo phân tích (trái, trên) và dự báo với hạn dự báo 1 ngày (phải, trên), 2 ngày (trái, dưới) và 3 ngày (phải, dưới) theo BoLAM_FATHER. ............................ 90

Hình 3.9: Tổng lượng mưa từ tháng 02/2007 đến tháng 08/2007 theo phân tích (trái, trên) và dự báo với hạn dự báo 1 ngày (phải, trên), 2 ngày (trái, dưới) và 3 ngày (phải, dưới) theo BoLAM_SON. ................................... 91

Hình 3.10: Phân bố sai số hệ thống (ME) từ tháng 02 đến tháng 08/2007 theo theo tích và dự báo với hạn dự báo 1 và 2 ngày phân BoLAM_FATHER (các hình bên trái) và BoLAM_SON (các hình bên phải)........................................................................................................ 92

Hình 3.11: Phân bố sai số hệ thống tần suất (FB) với ngưỡng mưa 10mm/ngày từ tháng 02/2007 đến tháng 08/2007 theo phân tích và dự báo với hạn dự báo 1 và 2 ngày theo BoLAM_FATHER (hình trái) và BoLAM_SON (hình phải). ............................................................................................. 93

Hình 3.12: Phân bố hệ số tương quan (COR) từ tháng 02 đến tháng 08/2007 theo theo

tích và dự báo với hạn dự báo 1 và 2 ngày

phân BoLAM_FATHER (hình trái) và BoLAM_SON (hình phải) .................. 94

Hình 3.13: Phân bố điểm số kỹ năng thực với ngưỡng mưa 10mm/ngày từ tháng 02/2007 đến tháng 08/2007 theo phân tích và dự báo với hạn dự báo 1 và 2 ngày theo BoLAM_FATHER (hình trái) và BoLAM_SON (hình phải)........................................................................................................ 95

ix

Hình 3.14: Tổng lượng mưa từ tháng 02/2007 đến tháng 08/2007 theo phân tích (trái) và dự báo với hạn dự báo ngày thứ nhất từ BoLAM (giữa) và HRM (phải) ............................................................................................ 96

Hình 3.15: Tổng lượng mưa từ tháng 02/2007 đến tháng 08/2007 theo phân tích (trái) và dự báo với hạn dự báo ngày thứ hai từ BoLAM (giữa) và HRM (phải) ............................................................................................ 97

Hình 3.16: Phân bố sai số hệ thống (ME) từ tháng 02/2007 đến tháng 08/2007 theo phân tích và dự báo với hạn dự báo ngày thứ nhất và ngày thứ hai từ BoLAM (trái) và HRM (phải)............................................................. 98

Hình 3.17: Phân bố sai số hệ thống tần suất (FB) với ngưỡng mưa 10mm/ngày từ tháng 02/ 2007 đến tháng 08/2007 với hạn dự báo ngày thứ nhất và ngày thứ hai từ BoLAM (trái) và HRM (phải)......................................... 99

Hình 3.18: Phân bố hệ số tương quan (COR) từ tháng 02, 2007 đến tháng 08, 2007 theo phân tích và dự báo với hạn dự báo ngày thứ nhất và ngày thứ hai từ BoLAM (trái) và HRM (phải). .............................................. 100

Hình 3.19: Phân bố điểm số kỹ năng thực với ngưỡng mưa 10mm/ngày từ tháng 02/2007 đến tháng 08/2007 theo phân tích và dự báo với hạn dự báo ngày thứ nhất và ngày thứ hai từ BoLAM (trái) và HRM (phải)............ 101

Hình 4.1: Một số phương pháp thường dùng trong dự báo thủy văn........................ 103

Hình 4.2: Sơ đồ mô phỏng phương pháp dự báo kỹ thuật số .................................... 107

Hình 4.3: Quy trình dự báo theo phương pháp tương quan đa biến .......................... 130

Hình 4.4: Mạng Nơ ron Thần kinh 3 lớp .................................................................. 139

Hình 4.5: Một neron thần kinh với hàm kích hoạt F................................................. 139

Hình 4.6: Hàm kích hoạt Logistic ............................................................................ 140

Hình 4.7: Sơ đồ khối của thuật toán quét ngược...................................................... 142

Hình 4.8- Giao diện chính của phần mềm NeuroSolutions 5.0 ................................. 146

Hình 4.9- Giao diện chính của phần mềm NeuroSolutions 5.0 cho excel.................. 147

Hình 4.10: Sơ đồ áp dụng NeuroSolutions cho Excel............................................... 147

Hình 4.11: Các bước xây dựng phương án dự báo.................................................... 148

Hình 4.12: Sơ đồ mạng lưới sông Hồng-Thái Bình sử dụng trong viêc xây dựng

các phương án dự báo tại ...................................................................... 150

x

các trạm trên hệ thống sông ..................................................................................... 150

Hình 4.13: đường quá trình dự báo và thực đo trạm Yên Bái khi xây dựng PT dự

báo với thời gian dự kiến 24h................................................................ 152

Hình 4.14: đường quá trình dự báo và thực đo trạm Yên Bái khi dự báo thử

nghiệm với thời gian dự kiến 24h.......................................................... 152

Hình 4.15: đường quá trình dự báo và thực đo trạm Phú Thọ khi xây dựng PT dự

báo với thời gian dự kiến 24h................................................................ 155

Hình 4.16: đường quá trình dự báo và thực đo trạm Phú Thọ khi dự báo thử

nghiệm với thời gian dự kiến 24h.......................................................... 155

Hình 4.17: đường quá trình dự báo và thực đo trạm Yên Bái khi xây dựng mạng

với thời gian dự kiến 24h ...................................................................... 157

Hình 4.18: đường quá trình dự báo và thực đo trạm Yên Bái khi dự báo kiểm tra

với thời gian dự kiến 24h ...................................................................... 157

Hình 4.19: đường quá trình dự báo và thực đo trạm Phú Thọ khi xây dựng mạng

thời gian dự kiến 24h ............................................................................ 159

Hình 4.20: đường quá trình dự báo và thực đo trạm Phú Thọ khi dự báo kiểm tra

với thời gian dự kiến 24h ...................................................................... 159

Hình 4.21: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại Hàm Yên trước

(t+24) khi xây dựng mạng..................................................................... 164

Hình 4.22: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại Hàm Yên trước

(t+24) khi dự báo kiểm tra..................................................................... 165

Hình 4.23: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại Bắc Mê trước

(t+24) khi xây dựng mạng..................................................................... 166

Hình 4.24: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại Bắc Mê trước

(t+24) khi dự báo kiểm tra..................................................................... 166

Hình 4.25: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo trạm Lai Châu (trước

12h) khi kiểm định mô hình .................................................................. 170

Hình 4.26: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Quỳnh Nhai giai

đoạn kiểm định mô hình........................................................................ 171

Hình 4.27: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Tạ Bú với thời gian

dự kiến 24h – giai đoạn kiểm định ........................................................ 172

xi

Hình 4.28: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm LaiChâu với thời

gian dự kiến 12h – giai đoạn kiểm định................................................. 174

Hình 4.29: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Quỳnh Nhai với

thời gian dự kiến 24h – giai đoạn kiểm định.......................................... 174

Hình 4.30: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Tạ Bú với thời gian

dự kiến 24h ........................................................................................... 175

Hình 4.31: Tóm tắt sơ đồ xử lý và xây dựng các file DEM cho mô hình .................. 180

Hình 4.32: Bản đồ DEM lưu vực sông Hồng ........................................................... 181

Hình 4.33: Mạng lưới sông lưu vực sông Hồng tính đến Sơn Tây theo định dạng

của DIMOSHONG ............................................................................... 183

Hình 4.34: Bản đồ thổ nhưỡng dạng Grid lưu vực sông Hồng cả phần lãnh thổ

Trung Quốc........................................................................................... 185

Hình 4.35: Bản đồ địa chất dạng Grid lưu vực sông Hồng cả phần lãnh thổ Trung

Quốc ..................................................................................................... 186

Hình 4.36: Vị trí các trạm đo mưa vực sông Hồng cả phần lãnh thổ Trung Quốc đưa vào mô hình (trong trường hợp sử dụng số liệu thực mưa đo vào dự báo).................................................................................................. 186

Hình 4.37: Mô phỏng mưa lũ cho năm 1971 ........................................................... 187

Hình 4.38: Mô phỏng mưa lũ cho năm 1996 ........................................................... 188

Hình 4.39: Mô phỏng mưa lũ cho năm 2000 ........................................................... 189

Hình 4.40: Mô phỏng mưa lũ cho năm 2002 ........................................................... 190

Hình 4.41: Sơ đồ mô phỏng lưu vực hệ thống sông Hồng đến Hà Nội bằng phần

mềm HEC-HMS 3.01............................................................................ 193

Hình 4.42: Thư mục chứa các File dữ liệu ............................................................... 194

Hình 4.43: Menu dự báo .......................................................................................... 194

Hình 4.44: Cửa sổ lọc dữ liệu .................................................................................. 195

Hình 4.45: Kết quả lọc dữ liệu ................................................................................. 195

Hình 4.46: Menu ghi kết quả.................................................................................... 196

Hình 4.47: Hộp hội thoại ghi kết quả ....................................................................... 196

xii

Hình 4.48: Đường quá trình dòng chảy vào hồ Hoà Bình tính toán và thực đo năm

2003...................................................................................................... 197

Hình 4.49: Giao diện chương trình dự báo lũ hệ thống sông Hồng........................... 198

Hình 4.50: Giao diện chương trình dự báo lũ ngắn hạn hệ thống sông Hồng........... 199

Hình 4.51: File Bolam ............................................................................................. 200

Hình 4.52: Hộp hội thoại thông số ........................................................................... 200

Hình 4.53: Kết quả chạy mô hình............................................................................ 201

Hình 4.54: Danh sách các trạm khí tượng – thủy văn .............................................. 202

Hình 4.55: Menu lọc dữ liệu .................................................................................... 202

Hình 4.56: kết quả lọc dữ liệu .................................................................................. 203

Hình 4.57: Tải chương trình DSS............................................................................. 204

Hình 4.58: Mở File DSS .......................................................................................... 205

Hình 4.59: Ghi lại dữ liệu ........................................................................................ 205

Hình 4.60: Dòng chảy ban đầu................................................................................. 206

Hình 4.61: Thông số hồ Hòa Bình ........................................................................... 206

Hình 4.62:Thử nghiệm công nghệ dự báo lũ trung hạn cho mùa lũ 2007.................. 207

Hình 4.63: Đường quá trình dòng chảy dự báo và dòng chảy thực đo tại trạm Tạ

Bú tháng 7/2007................................................................................... 208

Hình 4.64: Đường quá trình dòng chảy dự báo và dòng chảy thực đo tại trạm Yên

Bái trận lũ tháng 7/2007........................................................................ 209

Hình 4.65: Đường quá trình dòng chảy dự báo đến trạm Bắc Mê trận lũ tháng

7/2007................................................................................................... 210

Hình 4.66: Đường quá trình dự báo và thực đo dòng chảy vào hồ Hoà Bình từ

16/7 đến 12/9/2007 ............................................................................... 211

Hình 4.67: Đường quá trình dự báo và thực đo dòng chảy vào hồ Tuyên Quang từ

18/7 đến 10/9/2007 ............................................................................... 212

Hình 4.68: Đường quá trình dự báo dòng chảy vào hồ Thác Bà từ 18/7 đến

10/9/2007.............................................................................................. 212

Hình 5.1: Hộp hội thoại thông báo lỗi...................................................................... 231

xiii

Hình 5.2: Giao diện ban đầu của chương trình Nhập dữ liệu cho DIMOSHONG ..... 231

Hình 5. 3: Giao diện phần nhập dữ liệu Thông số chung.......................................... 233

Hình 5.4: Giao diện phần nhập dữ liệu cho Thông số DIMOSHONG ...................... 234

Hình 5.5: Giao diện phần nhập dữ liệu cho Thông số BOLAM............................... 235

Hình 5.6: Giao diện phần Kết quả nhập số liệu ........................................................ 236

Hình 5.7 : Hộp hội thoại thông báo lỗi đường dẫn.................................................... 237

Hình 5.8: Giao diện chương trình Xem kết quả....................................................... 237

Hình 5.8: Giao diện phần Lựa chọn trạm cần hiển thị kết quả dự báo..................... 238

Hình 5.10: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho trận

lũ 8/2002............................................................................................... 243

Hình 5.11: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho trận

lũ 8/2002............................................................................................... 243

Hình 5.12: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho trận

lũ 8/2002............................................................................................... 244

Hình 5.13: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa thực đo cho trận lũ

8/2002................................................................................................... 244

Hình 5.14: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa thực đo cho trận lũ

7/2000................................................................................................... 245

Hình 5.15: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa thực đo cho trận lũ

7/2000................................................................................................... 245

Hình 5.16: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho trận

lũ 7/2000............................................................................................... 246

Hình 5.17: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho trận

lũ 7/2000............................................................................................... 246

Hình 5.18: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho trận

lũ 7/2000............................................................................................... 247

Hình 5.19: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho trận

lũ 7/2000............................................................................................... 247

Hình 5.20: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa thực đo cho trận lũ

8/1996................................................................................................... 248

xiv

Hình 5.21: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa thực đo cho trận lũ

8/1996................................................................................................... 248

Hình 5.22: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa thực đo cho trận lũ

8/1996................................................................................................... 249

Hình 5.23: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa thực đo cho trận lũ

8/1996................................................................................................... 249

Hình 5.24: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho trận

lũ 8/1996............................................................................................... 250

Hình 5.25: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho trận

lũ 8/1996............................................................................................... 250

Hình 5.26: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho trận

lũ 8/1996............................................................................................... 251

Hình 5.27: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa Thực đo cho trận

lũ 7/1971............................................................................................... 251

Hình 5.28: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa Thực đo cho trận

lũ 7/1971............................................................................................... 252

Hình 5.29: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa Thực đo cho trận

lũ 7/1971............................................................................................... 252

Hình 5.30: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa Thực đo cho trận

lũ 7/1971............................................................................................... 253

Hình 5.31: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho trận

lũ 7/1971............................................................................................... 253

Hình 5.32: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho trận

lũ 7/1971............................................................................................... 254

Hình 5.33: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho trận

lũ 7/1971............................................................................................... 254

Hình 5.34: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho trận

lũ 7/1971............................................................................................... 255

Hình 6.1: Mô phỏng dòng chảy qua hồ chứa............................................................ 259

Hình 6.2: Các đường đặc tính hồ.............................................................................. 260

xv

Hình 6.3: Sơ đồ mô phỏng lưu vực hệ thống sông Hồng đến Hà Nội bằng phần

mềm HEC-HMS 3.01............................................................................ 262

Hình 6.4: Đường quá trình lưu lượng đến hồ Hòa Bình và lưu lượng xả ra khỏi hồ

từ 20/07/07 – 24/08/07 .......................................................................... 262

Hình 6.5: Quan hệ mực nước –dung tích hồ chứa hồ Tuyên Quang ......................... 263

Hình 6.6: Quan hệ mực nước –dung tích hồ chứa hồ Thác Bà.................................. 263

Hình 6.7: Mực nước tại Hà Nội năm 1971 khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và khi có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà ......................................................................... 273

Hình 6.8 :Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Hòa

Bình điều tiết theo dạng lũ năm 1971 .................................................... 274

Hình 6.9 :Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Tuyên

Quang điều tiết theo dạng lũ năm 1971 ................................................. 275

Hình 6.10 :Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Hòa

Bình điều tiết theo dạng lũ năm 1971 .................................................... 276

Hình 6.11:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Tuyên

Quang điều tiết theo dạng lũ năm 1971 ................................................. 277

Hình 6.12:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Thác

Bà điều tiết theo dạng lũ năm 1971 ....................................................... 278

Hình 6.13: Mực nước tại Hà Nội năm 1971 khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và khi có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà ......................................................................... 279

Hình 6.14:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Hòa

Bình điều tiết theo dạng lũ năm 1971 .................................................... 280

Hình 6.15:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Tuyên

Quang điều tiết theo dạng lũ năm 1971 ................................................. 281

Hình 6.16:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Thác

Bà điều tiết theo dạng lũ năm 1971 ....................................................... 282

Hình 6.17: Mực nước tại Hà Nội năm 1971 khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và khi có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà ......................................................................... 283

xvi

Hình 6.18: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tại Sơn Tây

từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007........................................... 284

Hình 6.19: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tạiHà Nội từ

7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007 ............................................... 285

xvii

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 2.1: Lượng mưa trung bình năm và lượng mưa ứng với các tần suất ở một số

trạm trên lưu vực..................................................................................... 24

Bảng 2.2. Tổng hợp tổng số lượng sông..................................................................... 27

Bảng 2.3 Chiều dài sông hệ thống sông Hồng – Thái Bình (phần trong nước)........... 27

Bảng 2.5 Đặc trưng dòng chảy năm trung bình nhiều năm hệ thống sông Hồng -

Thái Bình................................................................................................ 33

Bảng 2.5: Thống kê tài liệu thủy văn thu thập được tại một số trạm chính ................. 43

Bảng 2.6: Thống kê tài liệu khí tượng một số trạm chính thu thập được..................... 46

Bảng 2.7: Bảng thống kê đặc trưng một số trạm thủy văn trong lưu vực .................... 52

Bảng 2.8: Bảng mẫu dạng tabular format.................................................................. 56

Bảng 3.1: Các hình thế thời tiết gây mưa lớn ở Bắc Bộ............................................. 67

Bảng 3.2: Đặc trưng đỉnh lũ đặc biệt lớn trên các sông thuộc sông Hồng ................... 68

Bảng 3.3. Các chi phí tính toán thời gian chạy mô hình BoLAM ............................... 78

Bảng 3.4: Danh sách các khối chương trình bị thay đổi hoặc viết mới trong phiên

bản mô hình BoLAM được cài đặt tại TT DBKTTV TƯ......................... 81

Bảng 3.5: Cấu hình động lực, vật lý và phương pháp số của 2 phiên bản mô hình

BoLAM trong nghiên cứu dự báo định lượng mưa cho khu vực.............. 85

Việt Nam 85

Bảng 4.1: Quan hệ mức độ lũ với tổ hợp mưu và trữ lượng nước trên lưu vực ........ 115

Bảng 4.2: Các trận lũ lớn xảy ra vào tháng VII & VIII trên sông Hồng.................. 115

Bảng 4.3: Tỷ lệ đóng góp (%) vào đỉnh lũ tại Sơn Tây của từng sông trong các

trận lũ lơn đã xẩy ra trên sông Hồng ..................................................... 116

Bảng 4.4: Thời gian truyền lưu lượng từ Hòa Bình về hạ lưu sông Hồng dưới tác

động của công trình Hòa Bình............................................................... 125

Bảng 4.5 Tiêu chuẩn đánh giá phương án dự báo bằng hệ số tương quan của biên

độ dự báo .............................................................................................. 135

xviii

Bảng 4.6: Phương trình dự báo lũ tại trạm Bảo Hà và Yên Bái (trước 24h) trên

sông Thao bằng phương pháp hồi qui đa biến ....................................... 151

Bảng 4.7: Đánh giá phương án dự báo tại trạm Bảo Hà và Yên Bái (trước 24h)

trên sông Thao bằng phương pháp hồi quy đa biến................................ 151

Bảng 4.8: Phương trình dự báo lũ tại trạm Yên Bái (trước 12h) và Phú Thọ (trước

24h) trên sông Thao bằng phương pháp hồi qui đa biến ........................ 153

Bảng 4.9: Đánh giá phương án dự báo tại trạm Yên Bái (trước 12h) và Phú Thọ

(trước 24h) trên sông Thao bằng phương pháp hồi quy đa biến ............. 153

Bảng 4.10: Đánh giá phương án dự báo tại trạm Bảo Hà (trước 12h) trên sông

Thao bằng phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo...................................... 155

Bảng 4.11: Đánh giá phương án dự báo tại trạm Yên Bái (trước 24h) trên sông

Thao bằng phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo...................................... 156

Bảng 4.12: Đánh giá phương án dự báo tại trạm Yên Bái (trước 12h) trên sông

Thao bằng phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo...................................... 157

Bảng 4.13: Đánh giá phương án dự báo tại trạm Phú Thọ (trước 24h) trên sông

Thao bằng phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo...................................... 158

Bảng 4.14: Dự báo trực tiếp mực nước 24h tại trạm Hàm Yên theo phương pháp

hồi qui................................................................................................... 161

Bảng 4.15: Đánh giá phương án trực tiếp mực nước 24h theo phương pháp hồi qui

tại trạm Hàm Yên.................................................................................. 162

Bảng 4.16: Dự báo trực tiếp mực nước 24h tại trạm Bắc Mê theo phương pháp hồi

qui......................................................................................................... 163

Bảng 4.17: Đánh giá phương án trực tiếp mực nước 24h theo phương pháp hồi qui

tại trạm Bắc Mê .................................................................................... 163

Bảng 4.18: Đánh giá phương án trực tiếp mực nước 24h theo phương pháp mạng

trí tuệ nhân tạo ANN tại trạm Hàm Yên ................................................ 164

Bảng 4.19: Đánh giá phương án trực tiếp mực nước 24h theo phương pháp mạng

trí tuệ nhân tạo ANN tại trạm Bắc Mê................................................... 165

Bảng 4.20: Phương trình dự báo lũ tại trạm Lai Châu (thời gian dự kiến 12h) trên

sông Đà bằng phương pháp hồi qui đa biến........................................... 169

xix

Bảng 4.21: Đánh giá kết quả dự báo mực nước trạm Lai Châu (thời gian dự kiến

12h) ...................................................................................................... 169

Bảng 4.22: Phương trình dự báo lũ tại trạm Quỳnh Nhai (thời gian dự kiến 24h)

bằng phương pháp hồi qui đa biến......................................................... 170

Bảng 4.23: Đánh giá kết quả dự báo mực nước trạm Quỳnh Nhai với thời gian dự

kiến 24h ................................................................................................ 171

Bảng 4.24: Phương trình dự báo lũ tại trạm Tạ Bú (thời gian dự kiến 24h) bằng

phương pháp hồi qui đa biến ................................................................. 171

Bảng 4.25: Đánh giá kết quả dự báo mực nước trạm Tạ Bú (thời gian dự kiến

24h) ...................................................................................................... 172

Bảng 4.26: Cấu trúc mô hình mạng thần kinh (BPNN) được xây dựng cho các

trạm trên sông Đà.................................................................................. 173

Bảng 4.27: Kết quả dự báo các trạm bằng mô hình trí tuệ nhân tạo .......................... 173

Bảng 4.28. Bảng phân loại đất theo USDD- SCS-CN được sử dụng xây dựng bản

đồ lưới (grid) lớp phủ bề mặt ................................................................ 184

Bảng 4.29: Kết quả đánh giá sai số dự báo từ mô hình DIMOSHONG .................... 210

Bảng 4.30: Kết quả đánh giá sai số dự báo từ mô hình HEC .................................... 213

Bảng 6.1: Kịch bản các phương án vận hành hệ thống phòng lũ............................... 267

Bảng 6.2: Quy định về mực nước trước lũ trong các hồ thời kỳ lũ sớm.................... 268

Bảng 6.3: Quy định về mực nước trước lũ trong các hồ thời kỳ chính vụ................. 269

Bảng 6.4: Cao trình mực nước trước lũ .................................................................... 275

Bảng 6.5: thống kê sai số dự báo tại trạm Sơn Tây và Hà Nội.................................. 285

xx

CÁC TỪ VIẾT TẮT

NN&PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn

GFS

(Cơ quan thời tiết quốc gia Hoa Kỳ USNWS)

GSM

(Cơ quan khí tượng Nhật Bản – JMA)

MNDBT

Mực nước dâng bình thường

xxi

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

0

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU

1.1. Mở đầu

Dự báo khí tượng thủy văn đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc điều hành hệ thống các hồ chứa thượng nguồn phục vụ phát điện, cấp nước và chống lũ cho hạ du. Đối với những nước nằm trong khu vực nhiệt đới như nước ta thì lũ chủ yếu hình thành từ mưa. Tương tác giữa bức xạ mặt trời và các nhân tố mặt đệm hình thành các tổ hợp thời tiết gây mưa. Nước mưa sau khi đã lấp đầy chỗ trũng, ngấm xuống đất thì chảy tràn trên bề mặt lưu vực vào các sông suối nhỏ, rồi chảy ra những sông lớn hơn. Trên cơ sở bản chất vật lý của hiện tượng, việc dự báo lũ tại 1 địa điểm nào đó sẽ bao gồm các công đoạn như: i) Dự báo thời tiết bao gồm các yếu tố như nhiệt độ, nắng, gió, độ ẩm, mưa, bốc hơi; ii) Mô phỏng quá trình mưa rơi xuống lưu vực, chảy tràn trên sườn dốc và chảy vào sông suối; iii) Dự báo dòng chảy trên cơ sở qui luật chảy truyền từ những vùng cao xuống các vùng thấp.

Dựa vào thời gian dự kiến, người ta chia dự báo nói chung thành 3 hạn: dự báo ngắn hạn với thời gian dự kiến nhỏ hơn hoặc bằng 24 giờ; dự báo trung hạn với thời gian dự kiến từ 2 đến 5 ngày, và dự báo dài hạn thời gian dự báo lớn hơn 5 ngày.

Lũ trên hệ thống sông Hồng tập trung nhanh, thời gian lũ ở phần thượng lưu các sông cũng chỉ kéo dài từ 3 đến 5 ngày, trong khi các phương pháp dự báo lũ hiện nay chỉ mới đạt thời gian dự kiến 24 đến 36 giờ, do đó các quy trình vận hành hệ thống công trình phòng lũ hạ du cũng chỉ được xây dựng với thời gian dự kiến 24 đến 36 giờ. Để công tác điều hành các công trình phòng lũ cho hạ du có hiệu quả, các nhà khoa học đã nghĩ tới việc kéo dài thời gian dự kiến thông qua việc dự báo mưa. Điều đó có nghĩa là nếu như chúng ta dự báo được lượng mưa trước một khoảng thời gian (chẳng hạn 24 đến 36 giờ) thì cũng có nghĩa là đã kéo dài được thời gian dự báo lũ lên gấp đôi.

Hiện nay trên thế giới công nghệ dự báo mưa và dự báo lũ đã phát triển ở mức độ cao. Công nghệ dự báo hiện đại trong đó kết hợp nhiều mô hình toán đã kết nối với hệ thống cơ sở dữ liệu như hệ thông tin địa lý (GIS), các vệ tinh, Rada để tăng tính hiệu quả của các mô hình toán. Các mô hình thuỷ văn – thuỷ lực với công nghệ cao được tích hợp với các mô hình dự báo thời tiết được xây dựng ở Châu Âu, Mỹ, Nhật và nhiều nước khác trên thế giới. Ở Châu âu, người ta đã tiến hành tích hợp mô hình thuỷ văn DIMOSOP với mô hình dự báo thời tiết BOLAM trong khuôn khổ nghiên cứu RAPHAEL và MAP-SOP để dự báo mưa lũ trung hạn cho rất nhiều khu vực ở

1

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Châu Âu. Các mô hình tích hợp trên có khả năng dự báo hạn trung có độ chính xác tương đối cao với thời gian dự kiến từ 3 đến 5 ngày.

Xuất phát từ nhu cầu cần thiết phải nâng cao chất lượng dự báo và kéo dài thời gian dự báo mưa lũ trên hệ thống sông Hồng phục vụ điều hành hệ thống liên hồ chứa phòng lũ cho hạ du thì việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ mới trên thế giới về dự báo mưa lũ trung hạn là rất cần thiết. Chính vì vậy trường Đại học Thủy lợi đã được Bộ Khoa học Công nghệ và Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn giao nhiệm vụ thực hiện đề tài ”Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình” trong khuôn khổ nghị định thư đã được ký kết giữa 2 chính phủ Việt Nam và Italy về hợp tác khoa học công nghệ.

Tham gia vào thực hiện nghiên cứu này phía đối tác Italia gồm các chuyên gia của Đại học Brescia, Đại học Bách khoa Milano – nơi xây dựng và phát triển mô hình thủy văn DIMOSOP và các chuyên gia của Viện Nghiên cứu Khoa học Khí Quyển và Khí hậu Bologna (Institute of Atmospheric Sciences and Climate in Bologna (ISAC- CNR) – nơi xây dựng và phát triển mô hình dự báo thời tiết BOLAM. Phía Việt Nam, tham gia vào đề tài này ngoài các chuyên gia, giảng viên của trường Đại học Thủy lợi còn có các chuyên gia đầu ngành về dự báo mưa lũ trung hạn của Trung tâm Dự báo KTTVTW, nơi sẽ tiếp nhận kết quả của đề tài, cải tiến, hoàn thiện cho phù hợp với điều kiện Việt Nam để đưa vào dự báo tác nghiệp trong tương lai.

1.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài là: “Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo mưa lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – Thái Bình”.

Với mục tiêu đã nêu trên, các nội dung chính của đề tài bao gồm:

1. Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo mưa trung hạn

2. Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn

3. Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ tích hợp giữa dự báo mưa và lũ

trung hạn

4. Kết nối dự báo mưa lũ trung hạn với công nghệ điều hành hệ thống công

trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – Thái Bình.

2

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1.3. Phạm vi của đề tài

Khu vực nghiên cứu của đề tài là lưu vực sông Hồng – sông Thái Bình, chủ yếu cho phần lãnh thổ lưu vực phía Việt Nam, vì các thông tin phần lưu vực phía Trung quốc rất thiếu. Với mục tiêu nghiên cứu như đã nêu ở trên thì công nghệ dự báo mưa trung hạn (dự báo thời tiết nói chung) sẽ được xây dựng cho toàn bộ lưu vực sông Hồng và sông Thái Bình, nhưng kết quả đưa ra sẽ chỉ là các khu vực nằm trong lãnh thổ Việt Nam. Công nghệ dự báo lũ trung hạn sẽ được thực hiện cho mọi vị trí của lưu vực sông Hồng – sông Thái Bình, nhưng kết quả đưa ra là các vị trí thuộc thượng nguồn của các hồ chứa hiện tại bao gồm Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà. Phần kết nối dự báo mưa lũ trung hạn với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái bình chỉ là kết nối và thử nghiệm một số kịch bản đề ra nhằm hỗ trợ cho việc điều hành các hồ chứ không phải đi xây dựng quy trình vận hành cho các hồ chứa trên lưu vực nghiên cứu.

1.4. Nội dung và các phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện các nội dung chính nêu trong phần (1.2), các phương pháp nghiên cứu được sử dụng để nghiên cứu là điều tra, thu thập số liệu, các thông tin liên quan; phân tích, tổng hợp số liệu, thông tin; phương pháp mô hình hoá và phương pháp chuyên gia. Phương pháp nghiên cứu cụ thể cho từng vấn đề được tóm tắt dưới đây:

1.4.1. Dự báo mưa trung hạn

Trước đây, dự báo thời tiết nói chung và dự báo mưa nói riêng ở nước ta chủ yếu dựa vào phương pháp sinop, nghĩa là sử dụng các bản đồ để dự tính sự tiến triển của các hình thế thời tiết và trên cơ sở đó dự báo các yếu tố. Tuy nhiên, từ năm 1997 trở lại đây, với sự trợ giúp của các cơ quan khí tượng khu vực và toàn cầu, Trung tâm dự báo khí tượng thuỷ văn trung ương (TTDBKTTVTW) đã bước đầu ứng dụng các mô hình số trị vào dự báo thời tiết như sử dụng mô hình GME-HRM (Global Model for Europe-High-resolution Regional Model) do Tổng cục thời tiết CHLB Đức (DWD) cung cấp. Việc áp dụng các mô hình số trị vào dự báo thời tiết, bão, ATNĐ, mưa… đang rất được quan tâm nghiên cứu và phát triển ở các nước tiên tiến trên thế giới vì các mô hình này có khả năng dự báo trung hạn với độ chính xác cao và với thời gian dự kiến lên đến 5 ngày, thậm chí là 10 ngày.

Các mô hình số trị đang được sử dụng hiện nay trên thế giới là:

− Mô hình MM5 của Hoa kỳ: mô hình này do Trung Tâm Nghiên Cứu Khí quyển Hoa Kỳ (NCAR) xây dựng và phát triển. Mô hình MM5 đang được Cơ quan Khí

3

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tượng Hoa Kỳ, NASA, và nhiều trường đại học trên thế giới (Hoa Kỳ, Âu Châu, Hồng Kông và Đài Loan) dùng để dự báo thời tiết.

− Mô hình BOLAM do Viện Nghiên cứu Khoa học Khí Quyển và Khí hậu Bologna (Institute of Atmospheric Sciences and Climate in Bologna (ISAC-CNR), Italia xây dựng và phát triển từ những năm 1990, đây là một trong những mô hình khí tượng hiện đại có độ chính xác cao, hiện nay được các nước Châu Âu sử dụng rất nhiều để dự báo thời tiết.

− Các mô hình khác như mô hình dự báo số trị phân giải cao GME-HRM (Global Model for Europe-High-resolution Regional Model) do Tổng cục thời tiết CHLB Đức (DWD) xây dựng và phát triển …vv

Trong khuôn khổ dự án hợp tác về khoa học công nghệ giữa Chính phủ Việt Nam và Chính phủ Italy theo nghị định thư đã ký kết, chúng tôi lựa chọn mô hình BOLAM vào nghiên cứu và ứng dụng dự báo mưa trung hạn cho lưu vực sông Hồng và sông Thái Bình. Mô hình này được chính TS. Buzzi – tác giả của mô hình cùng tham gia nghiên cứu, mô phỏng và chuyển giao cho Trường Đại học Thủy lợi và Trung tâm Dự báo KTTVTW để áp dụng cho khu vực nghiên cứu.

1.4.2. Dự báo lũ trung hạn

Từ khi hồ Hoà bình bắt đầu vận hành vào năm 1988, vấn đề dự báo lũ đóng vai trò quan trọng trong việc điều hành hồ Hoà Bình chống lũ cho hạ du và sản xuất điện năng. Đây là một vấn đề hết sức phức tạp và được nhiều nhà nghiên cứu trong nước quan tâm. Để phục vụ điều hành hiệu quả hồ Hoà bình, các nghiên cứu xác định các số liệu đầu vào được đồng thời thực hiện theo hai hướng chính sau:

- Nhận dạng lũ: Các nghiên cứu của các nhà khoa học Trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội tập trung phân tích rõ tính chất phân kỳ của lũ, tổ hợp lũ và những dấu hiệu nhận biết về quy mô lũ trên sông Hồng.

- Dự báo dòng chảy lũ: Các nghiên cứu về dự báo lũ tác nghiệp do Trung tâm Dự báo Khí tượng Thuỷ văn trung ương và Viện nghiên cứu khí tượng thuỷ văn thực hiện.

Từ năm 1992 đến nay, để đáp ứng yêu cầu điều hành hồ chứa Hòa Bình, chúng ta đã tiến hành dự báo dòng chảy đến hồ trước 1-2 ngày và 5-10 ngày. Tuy nhiên, khi thời gian dự báo càng dài thì độ chính xác càng thấp. Công cụ dự báo chủ yếu là các phương pháp truyền thống, thống kê đơn giản.

4

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Dự báo dòng chảy ngắn hạn sử dụng các biểu đồ kinh nghiệm, mô hình SSARR dạng thu gọn, mô hình diễn toán lũ trong sông, quan hệ mưa rào dòng chảy, phương pháp mực nước tương ứng. Mức bảo đảm của dự báo thuỷ văn đạt mức 80% - 85% với thời gian dự kiến trên sông Đà từ 24-30 giờ; nếu kéo dài thời gian dự kiến tăng thêm 12-24 giờ nữa thì độ chính xác giảm xuống còn 70-75%.

Dự báo dòng chảy trung hạn được tiến hành với việc sử dụng các mô hình mưa rào - dòng chảy như mô hình TANK; mô hình HBV của Viện Khí tượng Thuỷ văn Thụy Điển, Mô hình SSARR, Muskingum, mô hình HEC-RESSim kết hợp với các mô hình thuỷ lực 1 chiều và 2 chiều đã được nghiên cứu ứng dụng trong diễn toán lũ trên hệ thống sông Hồng. Đó là các mô hình VRSAP, KOD01. Hiện nay các mô hình MIKE11 và MIKE21 đang được nghiên cứu thử nghiệm trong dự báo tác nghiệp.

Ngoài các mô hình thủy văn có thông số gộp đã nêu trên đây, gần đây xu thế áp dụng các mô hình thủy văn có thông số phân bố cũng đã được áp dụng nhiều trên thế giới như:

- Mô hình Marine của Viện Cơ học chất lỏng Toulouse, Cộng hoà Pháp xây dựng. Mô hình này đang được Viện Cơ học Việt nam và Trung tâm Dự báo KTTVTW nghiên cứu và áp dụng trong đề tài NCKH cấp Bộ đã được nghiệm thu và đang được dự báo thử nghiệm.

- Mô hình DIMOSOP do Trường Đại học Bách khoa Milano và Brescia, Italia xây dựng. Mô hình này đã được sử dụng rất nhiều và cho kết quả rất tốt ở một số nước Châu Âu như Italia, Pháp, Thụy Sĩ trong dự báo lũ trung hạn.

- Mô hình TOP MODEL của Hoa kỳ, và nhiều mô hình khác của Nhật…

Trong khuôn khuôn khổ dự án hợp tác khoa học công nghệ giữa chính phủ Việt Nam và chính phủ Italia theo nghị định thư, chúng tôi lựa chọn mô hình DIMOSOP để tiến hành dự báo lũ trung hạn cho hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình vì mô hình được chính GS. TS. Ranzi – tác giả của mô hình cùng tham gia nghiên cứu, mô phỏng và chuyển giao cho Trường ĐH Thủy lợi và Trung tâm Dự báo KTTVTW. Thêm vào đó, điểm nổi bật của mô hình DIMOSOP so với các mô hình thủy văn thông số tập trung khác đó là khả năng sử dụng thông tin toàn cầu như bản đồ đất, hiện trạng sử dụng đất, ảnh vệ tinh để mô phỏng lưu vực, đặc biệt hữu ích cho các lưu vực liên quốc gia như lưu vực hệ thống sông Hồng và Thái Bình, khi mà thông tin về lưu vực ở phần Trung Quốc không thu thập được hoặc thu thập được, nhưng rất sơ lược.

5

Bên cạnh việc nghiên cứu ứng dụng DIMOSOP cho dự báo trung hạn, đề tài còn nghiên cứu sử dụng mô hình HEC-HMS là mô hình do Hoa Kỳ xây dựng để so Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

sánh và đánh giá, đồng thời sử dụng các phương pháp phân tích thống kê, mạng Trí tuệ nhân tạo để xây dựng các phương án dự báo ngắn hạn cho hệ thống sông nghiên cứu để từ đó phát triển thành một công nghệ dự báo lũ (cả ngắn hạn và trung hạn) phục vụ điều hành hệ thống hồ chứa chống lũ cho hạ du.

1.4.3. Tích hợp dự báo mưa lũ trung hạn trong điều hành hệ thống hồ chứa

Hiện nay, trên hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình đã hình thành hệ thống liên hồ chứa gồm có 3 hồ chứa là hồ Hoà Bình, hồ Tuyên Quang, và hồ Thác Bà trên 3 sông của hệ thống tham gia vào phòng lũ, cấp nước, và phát điện. Trong tương lai sẽ có hồ Sơn La, và một số hồ nữa trên các nhánh sông của sông Đà. Vì vậy vấn đề điều hành hệ thống hồ chứa trên phục vụ đa mục tiêu, đem lại hiệu quả kinh tế lớn nhất là vấn đề cấp bách.

Chính phủ vừa qua đã phê duyệt Qui hoạch phòng chống lũ hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình - Quyết định số 92/2007/QĐ-TTg ngày 21/06/2007. Tuy nhiên Qui hoạch này mới chỉ tập trung vào vấn đề phòng chống lũ mà chưa xem xét đến các vấn đề khác của điều hành, để mang lại hiệu quả kinh tế lớn nhất. Ở các nước phát triển, để điều hành hệ thống liên hồ chứa, người ta thường xây dựng một quy trình với nhiều phương án vận hành đã được tối ưu hoá đáp ứng được sự thay đổi của các mục tiêu trong từng điều kiện cụ thể và nó sẽ được vận hành khá linh hoạt, tùy thuộc vào điều kiện thời tiết cụ thể. Vì vậy, vấn đề dự báo lũ trung hạn là một vấn đề quan trọng và ưu tiên hàng đầu để có thể vận hành tốt hệ thống liên hồ đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất và an toàn.

Trong đề tài này chúng tôi tiến hành lập trình đưa ra công nghệ kết nối dự báo mưa và dự báo lũ trung hạn phục vụ dự báo tác nghiệp (công nghệ kết nối BOLAM – DIMOSOP) và thử vận hành một vài phương án phòng lũ, chứ không đi sâu vào tìm ra tập hợp các phương án vận hành tối ưu hệ thống liên hồ chứa đáp ứng đa mục tiêu do hạn chế về kinh phí và thời gian thực hiện. Việc kết nối cũng chỉ thực hiện trong điều kiện có 3 hồ Hòa Bình, Tuyên Quang và Thác Bà.

1.5. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài

1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước

a. Dự báo thời tiết

Trước những năm 1995, dự báo thời tiết chủ yếu dựa vào phương pháp sinop, có nghĩa là sử dụng các bản đồ để dự tính sự tiến triển của các hình thế thời tiết và trên cơ sở đó dự báo các yếu tố.

6

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Từ năm 1997 trở lại đây, với việc trợ giúp của các cơ quan khí tượng khu vực và toàn cầu, Trung tâm dự báo khí tượng thuỷ văn trung ương (TTDBKTTVTW) đã thu được một số sản phẩm dự báo số trị từ các Cơ quan khí tượng Nhật bản (JMA), Cơ quan khí tượng Ôxtrâylia (BOM) (dạng bản đồ (1999), dạng số (đầu năm 2001), mô hình dự báo số trị phân giải cao GME-HRM (Global Model for Europe-High- resolution Regional Model) do Tổng cục thời tiết CHLB Đức (DWD) cung cấp. Việc sử dụng các Radar thời tiết cũng bắt đầu thực hiện. Mạng lưới radar thời tiết có 5 trạm với 7 radar trong đó 2 radar MRL-5 của Liên Xô và TRS-2730 của Pháp đặt tại Phủ Liễn, 01 radar TRS-2730 của Pháp đặt tại Việt Trì; 02 radar MRL-5 của Liên Xô và TRS-2730 của Pháp đặt tại Vinh; 01 radar DWSR của Mỹ đặt tại Tam Kỳ và 01 radar DWSR đặt tại Nha Trang. Việc khai thác các sản phẩm từ radar thời tiết có tác dụng rất quan trọng đối với dự báo bão, ATNĐ, mưa, dông, tố, lốc.

Từ năm 1997, Trung tâm Quốc gia Dự báo Khí tượng Thuỷ văn đã được trang bị hệ thống thu nhận ảnh mây vệ tinh phân giải cao. Đây là một hệ thống hiện đại cho phép thu được các ảnh mây với các dải phổ khác nhau chụp từ vệ tinh địa tĩnh GMS-5 của Nhật có độ phân giải từ 5 đến 7 km. Các ảnh vệ tinh dạng số (S-VISSR: Stretched Visible and Infrared Spin Scan Radiometer) của tất cả các kênh ảnh gồm hai ảnh hồng ngoại nhiệt (IR1, IR2), một ảnh hơi nước (WV) và một ảnh hiển thị phổ (VIS) nhận được liên tục từng giờ qua vệ tinh GMS-5 trở thành một công cụ đắc lực trong công tác nghiệp vụ dự báo khí tượng thuỷ văn của Trung tâm.

Bên cạnh các sản phẩm định tính như các ảnh mây từ 4 kênh (IR1, IR2, WV và VIS), còn có các sản phẩm ứng dụng đã được tạo ra từ ảnh mây vệ tinh phân giải cao dạng số như: ảnh tổ hợp từ nhiều kênh phổ; Cường độ mưa và tổng lượng mưa bằng phương pháp kết hợp các kênh phổ hồng ngoại nhiệt (phương pháp Kurino). Các sản phẩm dạng số này đã góp phần quan trọng trong dự báo thời tiết, thuỷ văn hàng ngày và đặc biệt trong mùa bão, lũ.

Mặc dù đã được trang bị những thiết bị đo đạc và thu nhận hiện đại và một số mô hình tính toán của nước ngoài, nhưng do thời tiết mang tính địa phương rất mạnh nên kết quả dự báo thời tiết chưa cao, mới chỉ đảm bảo dự báo ngày, còn thời hạn dài hơn đạt độ chính xác thấp.

b. Dự báo thủy văn

Theo những tài liệu trước ngày giải phóng miền Bắc (1954) còn để lại thì công tác dự báo hầu như không có gì. Chỉ có các số liệu quan trắc các yếu tố mực nước của các trạm đặt tại các thị xã và có vài công thức tính toán do một kỹ sư người Pháp và

7

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

một kỹ sư Việt Nam đưa ra mà không có nguồn gốc sử dụng phương pháp nào để xây dựng. Chỉ sau ngày giải phóng, công tác dự báo thủy văn đặc biệt là dự báo lũ mới được quan tâm chú ý và trải qua nhiều giai đoạn:

- Giai đoạn từ 1955 đến 1976: công cụ dự báo thủy văn trên khu vực nghiên cứu được xây dựng chủ yếu theo các phương pháp dự báo truyền thống như phương pháp xu thế, phương pháp mực nước tương ứng. Nổi bật nhất là phối hợp phương pháp diễn toán lũ với phương pháp mưa dòng chảy để xử lý gia nhập khu giữa trong những đoạn sông có nhập lưu lớn (1965-1971).

- Giai đoạn từ 1977 đến nay: nhờ có sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử mà dự báo lũ đã có nhưng đã có những biến đổi mạnh. Trong thời kỳ này có rất nhiều mô hình dự báo lũ (thủy văn, thủy lực) được xây dựng và ứng dụng để dự báo lũ. Các mô hình thủy văn như TANK, SSARR, NAM, HEC-HMS, ANN… đã được Trung tâm DBKTTV Quốc gia, Viện nghiên cứu KTTV kết hợp với các phương pháp dự báo truyền thống như phân tích thống kê, nhận dạng hình thế thời tiết gây mưa lớn, phương pháp hồi quy bội để dự báo lũ. Các mô hình thuỷ lực như VRSAP, KOD1, TLUC96… cũng đã được trường ĐHTL và Viện KTTV áp dụng để dự báo lũ. Tuy nhiên, khi lũ lớn, mức đảm bảo của các phương pháp dự báo ngắn hạn chưa cao, đặc biệt khi kéo dài thời gian dự kiến tăng thêm 12-24 giờ nữa thì độ chính xác giảm xuống còn 70-75%; Hiện nay các mô hình MIKE11 và MIKE21, cùng với xu hướng sử dụng các mô hình phân bố như MARINE cũng đang được nghiên cứu thử nghiệm trong dự báo tác nghiệp.

c. Những tồn tại của việc dự báo mưa - lũ hiện nay ở nước ta

Chất lượng dự báo còn ở mức thấp cụ thể như sau

- Dự báo mưa phục vụ điều hành hồ Hoà Bình thường dùng hiện nay là các phương pháp Synop, thống kê khách quan, phân tích biến trình, động lực thống kê, tương tự nhân tố. Các phương pháp thường đơn giản với các yếu tố dự báo như: mưa, gió, nhiệt độ, độ ẩm...

- Mức bảo đảm của dự báo thời tiết ngắn hạn khoảng 80-85%, trung hạn khoảng 70% (tính trung bình trong khoảng hơn 10 năm phục vụ công trình thuỷ điện Hoà Bình). Những trường hợp có mưa lớn diện rộng, diễn biến phức tạp, mức bảo đảm của dự báo mưa đạt thấp hơn 70%.

- Mức bảo đảm của dự báo thuỷ văn ngắn hạn đạt 85 - 90% với thời gian dự kiến là 24 giờ. Tất nhiên nếu kéo dài thời gian dự kiến ra 36 - 48 giờ, những trường hợp có

8

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

mưa lũ lớn đột xuất trong thời gian dự kiến ở vùng hạ lưu sông Đà, Thao, Lô và Hồng thì trị số dự báo thường có sai số lớn và mức đảm bảo chỉ đạt 70-75%.

- Mức bảo đảm dự báo thủy văn trung hạn (trước 5 ngày vào mùa lũ), hạn dài (15 ngày) cho không vượt quá 70%, trong trường hợp lũ lớn còn xuống dưới 60%.

Về lưới trạm, thiết bị quan trắc, hệ thống truyền và xử lý thông tin:

- Về lưới trạm đo mưa: Trên lưu vực sông Đà (tính riêng phần Việt Nam) mật độ trạm đo mưa là 724 km2/trạm, khoảng cách trung bình giữa các trạm khoảng 25 - 30 km. So với Nhật Bản (290 km2/trạm) thì lưới trạm đo mưa ở thượng nguồn lưu vực sông Hồng ở mức quá thấp. Mặt khác, nhiều trạm đặt không đúng vị trí mong muốn, nên số liệu thu được chưa phản ánh đúng chế độ mưa của lưu vực.

- Về lưới trạm quan trắc thủy văn: Theo tiêu chuẩn của WMO, mật độ tối thiểu cho các trạm thủy văn vùng ven biển là 2750 km2/trạm, vùng núi là 1000 km2/trạm, trong khi đó ở lưu vực sông Đà (phần Việt Nam) mật độ lưới trạm đo mực nước là 2440 km2/trạm; trạm đo lưu lượng nước là 3830 km2/trạm. Như vậy mật độ trạm đo lưu lượng nước trên lưu vực sông Đà (phần Việt Nam) mới đạt 25 - 28% tiêu chuẩn Quốc tế. Đó là chưa kể đến sự hạn chế rất nhiều về những thông tin cần thiết của lưu vực trên lãnh thổ Trung Quốc. Trên đây chúng ta mới chỉ phân tích số lượng trạm đo mà ta chưa đề cập đến vị trí mạng lưới trạm đo mưa, lũ đặt chưa hợp lý và chưa đặc trưng.

-

Về thiết bị đo: Số trạm tự ghi mưa ít, phần lớn các trạm mưa khí hậu là thùng đo mưa chưa đáp ứng yêu cầu về dự báo tác nghiệp theo hướng hiện đại.

- Thiết bị thông tin tại các trạm đo: Các trạm đo tham gia phát báo đều sử dụng một trong 3 loại phương tiện sau: Vô tuyến điện chuyên ngành, Thuê bao bưu điện, Điện thoại tự động. Tại Trung tâm dự báo KTTV Trung ương, hàng ngày thu thập khối lượng lớn các thông tin từ các trạm mặt đất, cao không trên lưu vực sông Đà, Hồng; các thông tin khí tượng, radar thời tiết, các thông tin qua mạng GTS, thông tin và sản phẩm dự báo số trị của trung tâm dự báo thế giới (INTERNET). Ngoài các mạng nghiệp vụ, tại Trung tâm Dự báo KTTVTW có một hệ thống thu và xử lý ảnh vệ tinh khí tượng, xử lý ảnh radar với công nghệ tiên tiến có khả năng thu thập, lưu trữ, xử lý, hiển thị khối lượng lớn các thông tin ảnh vệ tinh phục vụ nghiệp vụ dự báo xoáy thuận nhiệt đới và một số hiện tượng thời tiết nguy hiểm khác và nhận định tình hình mưa trên quy mô lớn ở lưu vực sông Đà, Hồng. Tuy nhiên, việc khai thác các phương tiện và công nghệ thu thập, xử lý thông tin KTTV còn có những

9

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

hạn chế về phần mềm quản lý hệ thống, phần mềm khai thác thông tin trong nghiệp vụ dự báo, tốc độ còn thấp của các kênh thông tin...

- Công nghệ thu thập lưu trữ, xử lý, hiển thị thông tin vệ tinh khí tượng và radar thời tiết vào loại hiện đại. Tuy nhiên công nghệ khai thác thông tin trong dự báo bão và mưa lưu vực sông Đà, Hồng vẫn chưa được xây dựng. Thông tin chưa có tính hệ thống và chưa liên tục theo thời gian và theo lưu vực. Với các phương tiện và công nghệ thu thập, lưu trữ, xử lý thông tin hiện nay của TTDBKTTVTW mới chỉ đảm bảo các thông tin tối thiểu cho công tác dự báo phục vụ điều hành hồ Hoà Bình.

- Nhìn chung, số liệu KTTV từ các trạm trên lưu vực được truyền về Trung tâm sau khoảng 3- 6 giờ; từ các trạm khí tượng thế giới thường sau khoảng 2-3 giờ. Thời gian thu nhận thông tin như vậy còn quá chậm. Nguyên nhân chủ yếu do phương tiện truyền tin từ các trạm trong nước về Trung tâm còn lạc hậu; các kênh thông tin viễn thông khí tượng giữa Hà Nội và Bắc Kinh, Moskva và Băng Cốc còn ở tốc độ thấp.

- Sau khi có thông tin, khâu xử lý số liệu, đưa vào các mô hình dự báo tác nghiệp cũng phải mất thêm 1 thời gian nữa (ít nhất từ 2-3 giờ). Như vậy, từ khi thu thập số liệu đến khi phát báo cũng đã mất khoảng 6 - 12 giờ.

d. Các công trình nghiên cứu trong nước có liên quan

1) Nhiệm vụ phòng lũ hạ du công trình trong dự án đầu tư thuỷ điện Sơn La, do

Trường ĐH Thủy lợi và Công ty KSTK Điện 1 thực hiện năm 1990.

2) Nghiên cứu công nghệ nhận dạng lũ trong điều hành hồ Hoà Bình chống lũ hạ du và nh hưởng của nó tới đồng bằng sông Hồng, sông Thái Bình (Đề tài nhà nước, Bộ KH - CN MT) do các nhà khoa học trường ĐH Thủy lợi thực hiện năm 1992.

3) Xây dựng công nghệ nhận dạng lũ thượng lưu sông Hồng phục vụ điều hành hồ Hoà Bình chống lũ hạ du - Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường (cũ), do Trường Đại học Thủy lợi thực hiện năm 1994.

4) Đề tài nghiên cứu xây dựng công cụ dự báo lũ thượng lưu hệ thống sông Hồng do

Trung tâm Quốc gia DBKTTV thực hiện 1995 – 1997.

5) Đề tài xây dựng công cụ mô phỏng số phục vụ cho đề xuất, đánh giá và điều hành các phương án phòng chống lũ sông Hồng – Thái Bình do Viện cơ học Thực hiện.

6) Chương trình cấp Nhà nước về Phòng chống lũ sông Hồng, sông Thái Bình do Cục Quản lý đê điều và Phòng chống lụt bão chủ nhiệm, chương trình 1999 - 2002.

10

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

7) Đánh giá tình hình thời tiết sinh lũ phục vụ cảnh báo và dự báo lũ trên hệ thống

sông Hồng, ĐH Thủy lợi, Trung tâm Quốc gia dự báo KTTV, 2002.

8) Tuyển tập báo cáo “Khoa học công nghệ dự báo và phục vụ dự báo khí tượng thủy

văn” Hà nội, 26-27/12/2000. Trung tâm quốc gia dự báo KTTV.

9) Qui trình vận hành hồ chứa thủy điện Hòa Bình và các công trình cắt giảm lũ sông Hồng trong mùa lũ hàng năm (gọi tắt là Quy trình vận hành 2005) – Quyết định số 103/PCLBTW ngày 16/6/2005, do Đại học Thủy lợi chủ trì, nhóm chuyên gia thực hiện 2004 - 2005.

10) Quy hoạch phòng chống lũ hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình - Quyết định số

92/2007/QĐ-TTg ngày 21/06/2007

1.5.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

a. Tổng quan tình hình nghiên cứu ở ngoài nước của nhiệm vụ

Hiện nay trên thế giới công nghệ dự báo mưa và dự báo lũ đã phát triển ở mức độ cao. Công nghệ dự báo hiện đại trong đó kết hợp nhiều mô hình toán đã kết nối với hệ thống cơ sở dữ liệu như hệ thông tin địa lý (GIS), các vệ tinh, Rada để tăng tính hiệu quả của các mô hình toán. Các mô hình thuỷ văn – thuỷ lực với công nghệ cao được tích hợp với các mô hình dự báo thời tiết được xây dựng ở Châu Âu, Mỹ , Nhật và nhiều nước khác trên thế giới. Ví dụ ở Châu âu đã tiến hành tích hợp mô hình thuỷ văn DIMOSOP với mô hình dự báo thời tiết BOLAM trong khuôn khổ nghiên cứu RAPHAEL và MAP-SOP. Các mô hình tích hợp trên có khả năng dự báo hạn trung có độ chính xác cao với thời gian dự kiến từ 3 đến 5 ngày

Dự báo mưa, áp thấp nhiệt đới, bão theo mô hình HRM từ ảnh mây vệ tinh phân giải cao, ảnh Radar với số liệu đầu vào là các trường phân tích và dự báo của một số mô hình toàn cầu như GFS (Cơ quan thời tiết quốc gia Hoa Kỳ - USNWS) GSM (Cơ quan khí tượng Nhật Bản - JMA) cũng đã được thực hiện.

Việc xử lý số liệu đầu vào của các mô hình dự báo thời tiết được thực hiện theo hướng hiện đại, chẳng hạn chương trình tính mưa từ ảnh mây vệ tinh kết hợp nhiều kênh phổ và chỉ sử dụng 1 kênh ảnh IR1 và từ ảnh mây vệ tinh NOAA của Mỹ bằng cách tạo ảnh tổ hợp từ 5 kênh ảnh NOAA. Việc ứng dụng các sản phẩm từ ảnh Rađa: phần mềm ViewSRdar hiển thị ảnh đơn lẻ quan trắc tại các trạm; phần mềm ViewCRdar tạo ảnh tổ hợp từ các ảnh đơn lẻ của mạng Radar giúp cho việc quản lý số liệu của các trạm và theo dõi các hệ thống thời tiết trên phạm vi rộng.

11

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Nhằm điều hành thống nhất và có hiệu quả kiểm soát lũ, chia sẻ nguồn nước trên phạm vi quốc gia phần lớn các nước tiên tiến như Nga, Mỹ, Anh, Nhật, Hà Lan, Đan Mạch, Canada, Cộng hoà Liên bang Đức v.v đã xây dựng các trung tâm, chia sẻ thông tin. ở các trung tâm này có các trang thiết bị thu phát thông tin hiện đại, các phần mềm mạnh và đặc biệt là việc ứng dụng công nghệ Viễn thám cho phép phân tích ngập lụt, hạn hán và tổn thất thiên tai, nhằm trợ giúp lựa chọn giải pháp phòng tránh hiệu quả. Các trung tâm có trang WEB riêng và thường xuyên phát tin trên mạng Internet.

Khoa kỹ thuật dân dụng của Trường đại học Brescia, Italy (cơ quan đối tác khoa học nước ngoài) đã có nhiều năm tham gia giảng dạy và thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu có liên quan tới lĩnh vực nguồn nước, đặc biệt là các nghiên cứu chuyên sâu trong lĩnh vực dự báo lũ, mô hình toán thủy văn, thủy lực trên các lưu vực có địa hình phức tạp.

Khoa đã tham gia dự án của Cộng đồng Châu Âu (EU Project "RAPHAEL" - ENV 4-CT97-0552 (http://civserv.ing.unibs.it/raphael/) với tư cách là điều phối viên của dự án (Giáo sư B. Bacchi, chủ nhiệm khoa đồng thời là điều phối viên của dự án). Mục tiêu của dự án là phát triển, thiết lập và ứng dụng thử nghiệm các mô hình tích hợp khí tượng và thủy văn cho một vùng nhằm nâng cao chất lượng dự báo lũ trung hạn và quản lý lũ cho các lưu vực có điều kiện địa hình phức tạp.

Giáo sư Roberto Ranzi là điều phối viên của các nghiên cứu tính toán thủy văn thử nghiệm của “Chương trình Thủy văn hạn trung cho các lưu vực ở vùng An-pơ”, Chương trình đã tiến hành kiểm nghiệm và ứng dụng dự báo kiểm chứng các công nghệ và phương pháp dự báo lũ hiện đại cho lưu vực miền núi và lưu vực có địa hình phức tạp thông qua các mô hình tích hợp khí tượng – thủy văn. Đây là dự án nằm trong chương trình tài trợ của Hội đồng Nghiên cứu Quốc Gia của Italia (http://civserv.ing.unibs.it/utenti/ranzi/MAP/maphyd.htm), của Bộ Đại học và Nghiên cứu của Italia, Cơ quan nghiên cứu không gian của Italia và các tổ chức khác.

Bên cạnh đó Tiến sỹ Grossi, trong chương trình nghiên cứu sinh tiến sỹ của mình tại Trường đại học tổng hợp Milan, đã tham gia thực hiện dự án POPSICLE của cộng đồng Châu Âu (‘Production of Precipitation Scenarios for Impact assessment of CLimate change in Europe’). Các nghiên cứu của tiến sỹ Grossi chủ yếu là ứng dụng các mô hình thủy văn để phân tích tác động của sự biến đổi các kịch bản mưa theo mùa tới dòng chảy trên các lưu vực tại khu vực miền Trung Italia.

12

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hiện nay Khoa đang tiến hành áp dụng mô hình thủy văn (Mô hình DIMOSOP) đã được thử nghiệm tích hợp thành công với mô hình thời tiết BOLAM dự báo thời gian thực trong khuôn khổ của chương trình nghiên cứu RAPHAEL và MAP-SOP. Các mô hình thủy văn – khí tượng tích hợp này đang được các nghiên cứu sinh Việt Nam tại Trường Brescia phát triển ứng dụng cho lưu vực sông Hồng.

Mô hình thời tiết BOLAM đã được sử dụng tính toán cho các trận lũ lịch sử trong quá khứ tại Italia, đây là mô hình được phát triển và thiết lập tại CNR-ISAO. Các mô hình tích hợp nói trên có thể đưa ra các dự báo trung hạn với kết quả dự báo trước từ 3 đến 5 ngày có độ chinh xác cao.

b. Danh mục các công trình nghiên cứu của đối tác Italia có liên quan

1) Mô phỏng lại “trận lũ thế kỷ” xảy ra năm 1966 tại vùng Florence và Venice bằng mô hình tích hợp khí tượng – thủy văn do Đại học Brescia và ISAC thực hiện từ 2003-2005

2) Thiết kế hệ thống viễn thám và mô hình tích hợp hệ thống khí tượng thủy văn sử

dụng trong dự báo lũ do và Đại học Brescia thực hiện năm 2004

3) Sử dụng công nghệ viễn thám để giám sát sự biến đổi các thông số trong mô hình

thủy văn và dòng chảy do Đại học Brescia thực hiện từ 2000-2002

4) Điều phối trong lĩnh vực thủy văn về chương trình dự báo hạn trung cho vùng núi An Pơ, trong giai đoạn thử nghiệm có sử dụng phương pháp dự báo lũ thời gian thực bằng các mô hình tích hợp khí tượng – thủy văn do Đại học Brescia và Đại học Bách khoa Milano thực hiện từ năm 1999.

5) Điều phối dự án nghiên cứu của Cộng đồng Châu Âu –RAPHAEL về phát triển, thiết lập và ứng dụng thử nghiệm các mô hình tích hợp khí tượng và thủy văn cho một vùng nhằm nâng cao chất lượng dự báo lũ trung hạn và quản lý phòng lũ cho các lưu vực có điều kiện địa hình phức tạp do Đại học Brescia, Đại học Bách khoa Milano và ISAC thực hiện từ năm1998 -2000

1.6 Đóng góp của mỗi bên trong đề tài hợp tác nghiên cứu

Như đã trình bày ở trên, thực hiện nhiệm vụ KHCN trong khuôn khổ nghị định thư đã được ký kết giữa 2 chính phủ Việt Nam và Italy về hợp tác khoa học công nghệ giai đoạn 2006 - 2008, Trường Đại học Thủy lợi phối hợp với Trung tâm dự báo KTTV trung ương cùng với các đối tác Italy bao gồm các chuyên gia của Đại học Brescia, Đại học Bách khoa Milano – nơi xây dựng và phát triển mô hình thủy văn DIMOSOP và các chuyên gia của Viện Nghiên cứu Khoa học Khí Quyển và Khí hậu

13

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bologna (Institute of Atmospheric Sciences and Climate in Bologna (ISAC-CNR) – nơi xây dựng và phát triển mô hình dự báo thời tiết BOLAM nghiên cứu đề tài ”Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình”. Đề tài được thực hiện trong 2 năm 2006 - 2007 theo hợp đồng của Bộ Khoa học & Công nghệ ký với trường Đại học Thủy lợi.

Theo văn bản thỏa thuận giữa Đại học Thủy lợi và Đại học Brescia, phía đối tác chuyển giao cho phía Việt Nam 2 mô hình (1) dự báo mưa trung hạn BOLAM và (2) dự báo lũ trung hạn DIMOSOP.

Đây là 2 mô hình đã khá hoàn chỉnh, đã được thử nghiệm và đưa vào dự báo tác nghiệp cho vùng trung âu đạt kết quả tốt. Tuy nhiên, khi áp dụng cho vùng nhiệt đới như Việt nam thì chắc chắn phải có hiệu chỉnh, nâng cấp, thử nghiệm ít nhất từ 2 - 3 năm mới có thể đưa vào dự báo tác nghiệp được.

Vì là đề tài hợp tác nghiên cứu, nên đóng góp của mỗi bên được thể hiện như

sau:

1.6.1 Phía đối tác Italy

Từ tháng 3/2006, các đối tác Italy đã cho phép các cán bộ Việt nam tiếp cận các

mô hình dự kiến chuyển giao là BOLAM và DIMOSOP.

4 cán bộ của trường đại học Thủy lợi và trung tâm dự báo quốc gia đã được cử sang Italy học tập, nghiên cứu mô hình với sự giúp đỡ trực tiếp của tiến sĩ Buzzi và giáo sư Ranzi là tác giả phát triển các mô hình trên. Giáo sư Ranzi còn là chủ nhiệm của đề tài hợp tác phía Italy. Cũng trong khuôn khổ của đề tài này, 1 cán bộ của đại học Thủy lợi hiện là nghiên cứu sinh của GS Ranzi được nghiên cứu mô hình trong thời gian khá dài, đã giúp các cán bộ phía Việt nam rất nhiều trong việc tìm hiểu, rút ngắn thời gian tiếp cận và kiểm soát các mô hình nghiên cứu. Trong thời gian học tập, các cán bộ của Việt Nam còn được làm việc trực tiếp với các cán bộ của Viện Nghiên cứu Khoa học Khí Quyển và Khí hậu Bologna, đại học Brescia học hỏi tích lũy thêm kinh nghiệm xử lý các mô hình.

Phía Italy đã làm việc và cho phép chúng ta kết nối với nguồn dữ liệu toàn cầu,

khu vực là đầu vào của mô hình dự báo mưa BOLAM.

Giáo sư Ranzi cùng các chuyên gia khác đã sang Việt Nam cùng với các cán bộ của trường đại học Thủy lợi cài đặt, hiệu chỉnh và chạy thử mô hình gốc; đi thực địa một số điểm trên lưu vực nghiên cứu để hiểu biết thêm các điều kiện của Việt nam như

14

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

tình hình sông suối, mặt đệm, các công trình trên sông v.v... nhằm hiệu chỉnh bước đầu các thông số của mô hình và đổi tên mô hình dự báo lũ trong hạn DIMOSOP thành DIMOSHONG với các thông số gần với điều kiện của lưu vực sông Hồng hơn.

Đào tạo các chuyên gia, các nghiên cứu sinh với mục tiêu hợp tác lâu dài về khoa học công nghệ trong lĩnh vực khí tượng thủy văn và mở rộng ra các hướng khác như kết nối các mô hình thành một khối cùng với xây dựng các trạm quan trắc tự động để dự báo thời gian thực, một hướng tiếp cận hiện đại mà chúng ta mong đợi trong những năm tới.

Với kế hoạch rất cụ thể và những đóng góp có hiệu quả của chuyên gia, chỉ trong một thời gian ngắn, các cán bộ phía Việt nam thuộc trường đại học Thủy lợi và Trung tâm dự báo KTTV trung ương đã tiếp nhận và cài đặt, chạy thông 2 mô hình trên các máy tính của 2 cơ quan.

1.6.2 Phía đối tác Việt Nam

Như đã trình bày ở trên, các mô hình được thiết lập cho một khu vực nhất định với điều kiện khí hậu và mặt đệm đặc trưng, nên khi chuyển sang ứng dụng cho lưu vực sông Hồng, nhất thiết cần có các nghiên cứu hiệu chỉnh để phù hợp với điều kiện của chúng ta.

a) Đối với mô hình BOLAM

Mô hình dự báo thời tiết do trung tâm dự báo KTTV trung ương tiếp nhận chuyển giao, cài đặt và sử dụng. Như đã biết, phiên bản mô hình BoLAM được chuyển giao là phiên bản nghiên cứu nên gây ra nhiều khó khăn trong quá trình cài đặt và chạy thử nghiệm. Để tạo ra những phù hợp cho chạy nghiệp vụ với điều kiện tại Việt Nam, chúng tôi đã nghiên cứu cải tiến như sau:

- Thay đổi cấu trúc thư mục mô hình về cấu trúc thư mục chuẩn của một mô hình dự báo thời tiết số trên hệ điều hành Linux và sắp xếp lại các chương trình mã nguồn theo cấu trúc thư mục này.

- Thay đổi bộ biên dịch cho toàn bộ mã nguồn mô hình BoLAM. Cụ thể, sử dụng bộ biên dịch ifort thay vì pgf90 để tăng tốc độ tính toán và tối ưu hóa một số chương trình.

- Viết mới gần như toàn bộ các chương trình (script) điều khiển mô hình BoLAM từ cài đặt, chuẩn bị số liệu đầu vào, chạy mô hình và tạo sản phẩm bằng ngôn ngữ lập trình bash-shell.

15

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Phát triển một bộ chương trình hậu xử lý cho mô hình BoLAM phục vụ bài toán hiển thị kết quả (sử dụng phần mềm đồ họa GrADS-Grid Analysis and Display System) và đánh giá kết quả (chuyển định dạng đầu ra của BoLAM về dạng mã NetCDF-Network Common Data Form để phù hợp với chương trình đánh giá nghiệp vụ tại TT DBKTTV TƯ)

- Thay đổi lưới sai phân ngang của mô hình BoLAM (sử dụng lưới kinh vĩ có độ

phân giải như nhau thay vì sử dụng lưới sai phân quay).

Với những thay đổi này đã cải thiện được thời gian chạy mô hình, xuất nhập kết quả theo các trường trực tiếp phục vụ các dự báo khác. Trong năm 2006, các cán bộ của trung tâm dự báo KTTV trung ương đã cài đặt và chạy thông chương trình. Từ tháng 1/2007 đến tháng 8/2007 đã chạy thử nghiệm dự báo thời tiết cho khu vực Việt Nam song song với các mô hình khác, nhằm so sánh kết quả, đánh giá sai số và tiếp tục cải tiến mô hình

b) Đối với mô hình DIMOSHONG

Trường đại học Thủy lợi là cơ quan tiếp nhận, cải tiến cho phù hợp và ghép nối với các mô hình dự báo khác phục vụ điều hành phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng. DIMOSOP là mô hình thủy văn thông số tập trung có ưu điểm hơn hẳn các mô hình thông số tập trung khác là khả năng sử dụng thông tin toàn cầu như bản đồ đất, hiện trạng sử dụng đất, địa hình, lớp phủ, hệ thống sông suối dưới dạng số, nghĩa là cho phép nhập trực tiếp các thông tin đầu vào ở dạng ô lưới. Tuy nhiên, khi áp dụng vào nước ta, các cán bộ của trường đã xử lý một số lỗi gặp phải và cùng chuyên gia xử lý, nâng cấp một số modul thuộc mô hình. Những cải tiến, nâng cấp bao gồm:

-

Sai khác giữa hệ qui chiếu tài liệu hiện có và hệ qui chiếu mà mô hình yêu cầu. Chúng tôi sử dụng phần mềm ArcGIS 9.0 để chuyển đổi.

-

DEM thu thập được gồm nhiều mảnh, mỗi mảnh chỉ bao một khu vực trong lưu vực nghiên cứu. Sử dụng phần mềm ArcGIS 9.0 để ghép mảnh DEM rồi cắt về khu vực nghiên cứu. Tuy nhiên, xuất hiện các lỗi trên dữ liệu DEM như lỗi giá trị sụt giảm (sink) hoặc nâng cao đột ngột (peak). Chúng tôi dùng ArcGIS 9.0 hoặc HEC-geo-HMS để xử lý.

-

Các lỗi khi xây dựng mạng sông suối từ DEM ở những vùng mà độ cao là không rõ ràng hoặc chuyển tiếp rất nhanh trong khu vực hẹp mà độ phân giải của DEM không thể hiện được. Đối với lỗi này, chúng tôi đề xuất hiệu chỉnh với việc sử dụng các bản đồ số địa hình với tỷ lệ lớn chuyển sang DEM, sau đó dùng kỹ thuật Fussion trong GIS để chỉnh sửa.

16

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

-

Xử lý format mô hình DIMOSHONG với tất cả các file DEM phải ở định dạng format của IDRISI – là phần mềm GIS chuyên dụng được sử dụng ở Châu Âu.

-

Lập trình kết nối đưa các kết quả dự báo mưa từ mô hình BOLAM sang mô hình DIMOSHONG trực tiếp từ files mà không phải nhập dữ liệu thủ công.

- Mô hình gốc chưa đưa thêm modul tính dòng chảy sát mặt cũng như dòng chảy ngầm, do vậy chưa phản ánh đúng quá trình hình thành dòng chảy trên bề mặt lưu vực, chúng tôi cùng chuyên gia đã đưa thêm modul này vào và hiệu chỉnh cho phù hợp với điều kiện Việt Nam

-

Lập trình giao diện xử lý số liệu đầu vào và hiển thị kết quả

-

Kết nối mô hình dự báo mưa lũ trong điều hành hệ thống hồ chứa phòng chống lũ.

Với các thay đổi như trên và việc áp dụng trực tiếp cho sông Hồng, các chuyên

gia đề nghị đổi tên cho phiên bản mới là DIMOSHONG.

Mô hình mới chỉ chạy thử nghiệm cho mùa lũ từ tháng 5 đến tháng 8 năm 2007

trên lưu vực sông Hồng. Kết quả chưa tốt như mong muốn.

Có thể nhận thấy rằng mục tiêu của đề tài là tiếp nhận, chuyển giao các tiến bộ KHCN thông qua việc hợp tác giữa các nhà khoa học của 2 phía. Thành công của đề tài là ở chỗ:

-

Các cán bộ khoa học của 2 phía đã hợp tác trên tinh thần giúp đỡ cho phía Việt Nam tiếp nhận, cập nhật những tiến bộ về khoa học công nghệ.

-

Các mô hình khá phức tạp nhưng đã cài đặt, chạy thông trên các hệ máy tính hiện có của Việt Nam

-

Đã chạy thử nghiệm cho một mùa lũ song song với các mô hình khác được sử dụng dự báo tác nghiệp từ nhiều năm nay. Các kết quả của 2 mô hình mới chưa thực sự tốt, sai số còn lớn và còn cần tiếp tục thử nghiệm ít nhất cho một vài năm tới, hiệu chỉnh cho phù hợp trước khi đưa vào dự báo tác nghiệp.

-

Ngoài việc sử dụng mô hình, thông qua đề tài này đã có 3 nghiên cứu sinh hoặc trực tiếp hoặc thực hiện 1 phần cùng với chuyên gia và cán bộ Việt Nam thử nghiệm có kết quả các mô hình dự báo.

Thông qua đề tài, chúng tôi đánh giá cao sự giúp đỡ, tinh thần trách nhiệm của các chuyên gia, đặc biệt là GS. Roberto Ranzi (ĐH Brescia), Tiến sĩ Buzzi (Viện Nghiên cứu Khoa học Khí Quyển và Khí hậu Bologna (Institute of Atmospheric

17

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sciences and Climate in Bologna (ISAC-CNR) và các chuyên gia của 2 cơ quan phối hợp phía Italy.

Về phía Việt Nam, sự phối hợp khá tốt giữa Trường đại học Thủy lợi và Trung

tâm dự báo KTTV trung ương là cơ sở cho sự thành công của đề tài.

18

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG HỒNG –THÁI BÌNH THU THẬP, PHÂN TÍCH VÀ QUẢN LÝ CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN

2.1 Tổng quan về lưu vực sông Hồng – Thái Bình

2.1.1. Tổng quan chung

Lưu vực sông Hồng - Thái Bình trải dài từ vĩ độ 20o00’ tới 25o30’ và từ kinh độ 100o00’ đến 107o10’ Đông. Lưu vực tiếp giáp với lưu vực sông Trường Giang và Châu Giang của Trung Quốc ở phía Bắc, lưu vực sông Mê Công ở phía Tây, lưu vực sông Mã ở phía Nam và vịnh Bắc Bộ ở phía Đông.

Tổng diện tích lưu vực sông Hồng - Thái Bình (lưu vực) xấp xỉ 169.000 km2. Trong đó, phần diện tích ở Việt Nam là 86.700 km2, bằng 26% diện tích nước ta và 51.3 % so với toàn bộ lưu vực; phần ngoài nước 81.200 km2, tương đương với 48% tổng diện tích lưu vực và 1.100 km2 thuộc cộng hòa dân chủ nhân dân Lào (0.7%).

Hình 2.1: Vị trí địa lý lưu vực sông Hồng – Thái Bình lãnh thổ Việt Nam Lưu vực sông Hồng - Thái Bình liên quan tới 26 tỉnh, thành phố thuộc vùng đồng bằng sông Hồng, Tây Bắc và Đông Bắc có tổng diện tích tự nhiên khoảng 115.750 km2.

Như vậy, toàn bộ phía Bắc nước ta, bao gồm vùng Đồng bằng sông Hồng, Tây Bắc, Đông Bắc, với khoảng 75,4% diện tích thuộc lưu vực sông Hồng - Thái Bình,

19

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

cùng với các hệ thống sông khác như: Bằng Giang, Kỳ Cùng ở Lạng Sơn, thượng nguồn sông Mã, sông Mê Công ở Sơn La, Lai Châu (cũ) và các sông ven biển Quảng Ninh bao trùm toàn bộ 26 tỉnh, thành phố trên tổng số 64 tỉnh, thành phố cả nước và khoảng 35% diện tích lãnh thổ nước ta.

Lưu vực sông có vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, bao gồm 8 tỉnh, thành phố: Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh, Hải Dương, Hưng Yên và năm 2004 đã bổ sung thêm 3 tỉnh mới là: Hà Tây, Vĩnh Phúc và Bắc Ninh. Đây là vùng kinh tế có tầm quan trọng đặc biệt trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh phía Bắc nói riêng và cả nước nói chung, bởi lưu vực có một tiềm năng kinh tế đa dạng và dồi dào, nguồn nhân lực phong phú và năng động, lại nằm ở một vị trí địa lý vô cùng trọng yếu, có thủ đô Hà Nội và cảng Hải Phòng, cảng hàng không quốc tế Nội Bài và trung tâm du lịch nổi tiếng ở tỉnh Quảng Ninh.

Dân số sống trên lưu vực khoảng 29,26 triệu người, trong đó 20% sống ở đô thị, 80% còn lại sống ở khu vực nông thôn. Mật độ trung bình ở vùng đồng bằng Bắc Bộ khoảng 1.000 người/km2, bình quân trên lưu vực là 277 người/km2.

Lưu vực sông Hồng - Thái Bình có thế mạnh về phát triển các ngành kinh tế như sản xuất nông nghiệp, chủ yếu là cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao, đánh bắt thủy, hải sản, công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp, du lịch, dịch vụ, năng lượng, chủ yếu là thủy điện, các dạng năng lượng khác, giao thông vận tải và viễn thông. Với thế mạnh đó, lưu vực sông Hồng-Thái Bình, mà trọng tâm là tam giác kinh tế Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh và vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ nổi lên như là một lưu vực có tiềm năng kinh tế quan trọng vào bậc nhất nước ta hiện nay.

2.1.2. Đặc điểm địa hình

Lưu vực sông Hồng-Thái Bình là nơi tổng hợp của nhiều loại địa hình, gồm ven biển, đồng bằng, trung du và rừng núi. Các loại địa hình này đều chiếm một diện tích đáng kể so với toàn bộ lưu vực. Nhìn một cách tổng quát, lưu vực sông Hồng-Thái Bình có địa hình thấp dần theo hướng tây bắc và đông nam.

Vùng núi

Vùng rừng núi bao trọn các tỉnh Sơn La, Lai Châu, Điện Biên, Hoà Bình, Lào Cai, Yên Bái, Tuyên Quang, Bắc Cạn, Lạng Sơn, Cao Bằng và phần lớn diện tích của tỉnh Phú Thọ. Loại địa hình này chiếm phần lớn diện tích lưu vực với độ cao trung bình 1.090m. Vùng này có một số dãy núi cao điển hình như Phan Xi Pan (3.143m) Pu-Si-Lung (3.076m), Phu-Nam-Nhe (2.534m) và các cánh cung sông Gâm, Ngân Sơn

20

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

ở phía Đông. Đây là vùng có địa hình phức tạp, bị chia cắt bởi các đồi núi khe lạch tạo thành những thung lũng hẹp bởi vậy ở đây rất ít có những cánh đồng canh tác lớn.

Vùng trung du

Địa hình vùng trung du được giới hạn từ chân dãy núi Tam Đảo và các dãy núi ở thượng nguồn sông Cầu, sông Thương, sông Lục Nam chạy từ huyện Lục Nam của tỉnh Bắc Giang, qua huyện Phổ Yên của tỉnh Thái Nguyên và vòng lên huyện Vĩnh Lạc của tỉnh Vĩnh Phúc. Đây là vùng chiếm phần lớn diện tích trong lưu vực, đặc trưng bởi đồi núi hình bát úp với cao độ từ 50 đến 100 m, chủ yếu phân bố ở các vùng trung lưu của lưu vực sông Cầu, Thương và Lục Nam.

Vùng đồng bằng

Vùng đồng bằng là do phù sa của hai sông Hồng và sông Thái Bình bồi đắp, trừ một vài núi còn sót lại với độ cao nhỏ, còn lại phần lớn vùng đồng bằng có địa hình bằng phẳng, hơi nghiêng ra biển theo hướng tây bắc - đông nam. Do các đê bao bọc dọc theo các sông nên đồng bằng bị chia cắt thành những khu vực, những ô trũng, các cồn cát và bãi phù sa chạy dọc theo bờ biển.

2.1.3. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng và thực vật

Địa chất

Vùng núi cao trong hệ thống sông Hồng - Thái Bình được cấu tạo bởi các loại đá granit, đá phiến, sa diệp thạch, phiến thạch, sa thạch, cát kết, cuội kết và đá vôi. Dãy núi Hoàng Liên Sơn có đỉnh Phan Xi Pan cao nhất nước ta, tạo thành bởi hai khối núi Phan Xi Pan và Pu Luông và được cấu tạo bằng các loại đá có nguồn gốc macma như granit ở khối núi Phan Xi Pan, các đá phun trào axit như anup, riôlit và otofia ở dãy núi Pu Luông. Các dãy núi ở vùng biên giới Việt-Lào cũng được cấu tạo bằng các loại đá macma. Khối núi vòm sông Chảy thuộc thượng nguồn sông Chảy có đỉnh Tây Côn Lĩnh với độ cao 2.419m, là khối núi granit lớn nhất với diện tích lên tới 2.500 km2. Phía Nam khối núi này là vùng đồi và núi thấp, bao gồm thung lũng các sông Chảy và Lô, hạ lưu các sông Gâm và Phó Đáy, thành phần cấu tạo chủ yếu là đá phiến, đá kết cát, đá phiến kết tinh và các loại đá biến chất khác.

Thổ nhưỡng

Đất trong lưu vực sông Hồng-Thái Bình được phát triển trên các loại đá gốc

khác nhau. Có những loại đất chính như sau:

21

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Đất granit phát triển trên các loại đá như đá granit, sa thạch, cuội kết, đá kết, phiến thạch mica, phiến sa, đá vôi, phù sa cổ… với các màu sắc khác nhau như vàng nhạt, vàng, đỏ vàng, nâu đỏ,…

- Đất mùn trên núi cao;

- Đất đá vôi;

- Đất bồi tụ;

- Đất phù sa sông suối và đất cát ven biển;

- Đất lầy thụt.

Thực vật, rừng

Thực vật trong lưu vực sông Hồng-Thái Bình rất phong phú. Do sự khác biệt về điều kiện khí hậu và thuỷ văn, rừng phân bố theo độ cao và được chia ra 2 loại chính, từ 700m trở lên và dưới 700m. Từ 700m trở lên, chủ yếu là rừng kín hỗn hợp lá cây rộng, lá kim ẩm á nhiệt đới và rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới. Ở độ cao dưới 700m, rừng chủ yếu là rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới. Ngoài ra, còn có các loại rừng trồng, các loại cây bụi trên các đồi trọc.

Do khai thác, đốt phá bừa bãi vào các thập kỷ 70 và 80 của thế kỷ 20, nên độ che phủ trong lưu vực còn tương đối thấp. Theo kết quả điều tra của Viện điều tra Quy hoạch rừng, tỷ lệ rừng che phủ vào đầu thập kỷ 80 trong lưu vực sông Hồng - Thái Bình phần thuộc lãnh thổ Việt Nam chỉ còn khoảng 17,4%.

Trong những năm gần đây, nhờ có phong trào trồng và bảo vệ rừng nên tỷ lệ rừng che phủ ở các tỉnh trong lưu vực sông Hồng-Thái Bình đã tăng lên. Tính đến năm 1999, tỷ lệ rừng che phủ ở vùng trung du và miền núi đã tăng lên 35%.

2.1.4. Đặc điểm khí hậu

Khí hậu trong hệ thống sông Hồng - Thái Bình ở phần lãnh thổ Việt Nam là khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhưng do chịu tác động của địa hình nên các yếu tố khí hậu biến đổi mạnh mẽ theo không gian và thời gian.

22

Gió, nhiệt độ, độ ẩm bốc hơi và bức xạ mặt trời Bức xạ tổng cộng trung bình hàng năm ở vùng núi khoảng 80 kcal/cm2, con số này tăng lên tới 120 kcal/cm2 ở vùng đồng bằng. Cân bằng bức xạ trung bình năm biến đổi từ dưới 40 kcal/cm2 ở vùng núi lên đến 70 kcal/cm2 ở vùng đồng bằng. Cân bằng bức xạ tháng tương đối cao (7-9 kcal/cm2) trong các tháng mùa hè, tương đối thấp trong các tháng mùa đông (3-6 kcal/cm2). Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Số giờ nắng trung bình năm biến đổi trong phạm vi từ dưới 1.400 giờ ở vùng

núi cao lên đến hơn 2.000 giờ ở các thung lũng trong lưu vực sông Đà.

Nhiệt độ không khí trung bình năm cũng có xu thế giảm dần theo sự tăng của độ cao địa hình. Nhiệt độ không khí trung bình năm giảm xuống dưới 15oC ở vùng núi cao và tăng lên tới 20-24oC ở vùng trung du và đồng bằng.

Nhiệt độ không khí trung bình năm cũng biến đổi theo mùa. Trong thời kỳ gió mùa mùa hạ, nhiệt độ không khí trung bình tháng khoảng 15 - 20oC ở vùng núi, 20 - 30oC ở các vùng trung du và đồng bằng. Trong thời kỳ gió mùa mùa Đông, nhiệt độ không khí trung bình tháng khoảng 10 - 15oC ở vùng núi và 15 - 20oC ở các vùng trung du và đồng bằng.

Độ ẩm tương đối của không khí trung bình năm bằng khoảng 80-85%, biến đổi không lớn trong lưu vực. Tuy nhiên, độ ẩm không khí cũng biến đổi theo mùa. Độ ẩm không khí trung bình tháng tương đối cao trong mùa mưa và tương đối thấp trong mùa khô. Lượng mây tổng quan trung bình biến đổi trong phạm vi từ 6 đến 8,5 phần mười bầu trời, tương đối thấp ở lưu vực sông Đà và tương đối cao ở tiểu lưu vực sông Lô và và lưu vực sông Thái Bình.

Tốc độ gió biến đổi trong phạm rộng, từ dưới 1m/s ở thung lũng, 3 - 4m/s ở sườn núi khuất gió thuộc vùng núi cao Hoàng Liên Sơn. Tốc độ gió ở một số nơi lên đến 40 m/s và thường xuất hiện khi có bão.

Lượng bốc hơi trung bình năm (đo bằng pie-che) cũng biến đổi mạnh theo không gian, có xu thế lớn ở những vùng trung du và đồng bằng, nhỏ ở miền núi. Lượng bốc hơi trung bình năm nhỏ hơn 500 - 700 mm ở vùng núi cao, tăng lên trên 900 - 1000 mm ở trung du và đồng bằng. Do điều kiện nóng ẩm của khí hậu nhiệt đới gió mùa ở lưu vực sông Hồng - Thái Bình, lượng bốc hơi hàng năm không lớn và ít biến động (trung bình từ 600 đến 1.200 mm).

Đặc điểm chế độ mưa

Lượng mưa trên lưu vực khá phong phú, bình quân nhiều năm trên toàn lưu vực khoảng 1.500 mm/năm. Tuy nhiên, sự biến đổi lượng mưa trên lưu vực rất lớn, dao động từ 700 đến 4.800 mm/năm, trong đó phần lưu vực ở Trung Quốc từ 700 đến 2.100 mm/năm, phần Việt Nam từ 1.200 đến 4.800 mm/năm. Như vậy, lượng mưa ở nơi nhiều mưa nhất lớn gấp 5 lần ở nơi mưa ít nhất và lớn hơn lượng mưa trung bình năm của thế giới 770 mm/năm. Lượng mưa dồi dào đã hình thành tài nguyên nước phong phú trên lưu vực. Dưới đây là lượng mưa trung bình ở một số nơi trên lưu vực.

23

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 2.1: Lượng mưa trung bình năm và lượng mưa ứng với các tần suất ở một số trạm trên lưu vực

Ứng với tần suất, mm

STT

Trạm

Trung bình năm (mm) 50%

75%

80%

85%

90%

1

2.452

2.480

2.237

2.173

2.096

1.996

Mường Tè

2

2.734

2.175

2.504

2.454

2.398

2.329

Sìn Hồ

3

2.075

1.752

1.657

1.537

1.373

Lai Châu (cũ) 1.976

4

Than Uyên

2.012

2.027

1.817

1.763

1.699

1.616

5

1.408

1.398

1.249

1.219

1.173

1.123

Sơn La

6

1.589

1.581

1.392

1.346

1.294

1.228

Mộc Châu

7

Hoà Bình

1.909

1.890

1.661

1.584

1.546

1.470

8

Lào Cai

1.737

1.719

1.506

1.456

1.398

1.328

9

Sa Pa

2.835

2.820

2.552

2.487

2.412

2.320

10

Yên Bái

2.102

2.076

1.817

1.756

1.687

1.602

11

2.117

2.094

1.849

1.791

1.726

1.645

Lục Yên

12

Hà Giang

2.472

2.451

2.195

2.134

2.865

1.980

13

4.777

4.729

4.204

4.108

3.917

3.774

Bắc Quang

14

Tuyên Quang 1.650

1.643

1.464

1.421

1.371

1.308

15

Thái Nguyên 2.046

2.084

1.807

1.733

1.674

1.527

16

1.603

1.588

1.412

1.370

1.323

1.265

Bắc Cạn

17

1.738

1.655

1.502

1.474

1.445

1.416

Phú Hộ

18

1.558

1.537

1.338

1.292

1.239

1.174

Bắc Giang

19

1.543

1.525

1.337

1.293

1.243

1.181

Sơn Động

20

1.254

1.260

1.130

1.097

1.059

1.010

Bảo Lạc

21

1.753

1.730

1.506

1.433

1.394

1.321

Nam Định

22

Thái Bình

1.780

1.725

1.483

1.430

1.372

1.303

24

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mưa trên lưu vực sông Hồng-Thái Bình khá phong phú nhưng phân bố không

đều theo không gian và thời gian.

+ Theo không gian, các trung tâm mưa lớn bao gồm: khu vực Bắc Quang thuộc sườn núi Tây Côn Lĩnh với Xo lớn nhất đạt tới gần 5.000 mm/năm; dãy núi Hoàng Liên Sơn có lượng X0 khoảng trên 3.000 mm/năm; các khu vực Tam Đảo và Ba Vì đạt 2.400 mm/năm. Một số trung tâm mưa lớn hình thành ở khu vực biên giới Việt Trung và tả ngạn sông Đà. Nhìn chung, những tâm mưa lớn thường hình thành nhờ sự hội tụ của gió Đông Nam và địa hình dạng phễu đặc biệt. Các trung tâm ít mưa bao gồm thung lũng Yên Châu - Mộc Châu thuộc hữu ngạn sông Đà, nơi đây được coi là trung tâm khô hạn của nhất; tiếp theo là đến vùng Bảo Lạc trên sông Gâm và thung lũng thượng nguồn sông Chảy với Xomin= 1.100 - 1.200 mm/năm; thung lũng sông Miên ở cao nguyên Đồng Văn trong lưu vực sông Lô và khu vực Phúc Yên thuộc tỉnh Vĩnh Phúc cũng có Xo tương đối nhỏ (1.200 - 1.400 mm/năm).

+ Theo thời gian, mưa cũng biến đổi theo mùa giống như các yếu tố khí tượng khác. Mùa mưa trong lưu vực của hệ thống sông Hồng-Thái Bình từ tháng 5 đến tháng 9 hoặc 10 (khoảng 6 tháng, có nơi đến tháng 7, 8 tháng là nơi mưa nhiều, nơi mưa ít giảm xuống từ 4-5 tháng), những năm đặc biệt mưa đến sớm hoặc kết thúc muộn. Lượng mưa trong mùa mưa chiếm khoảng 75-85% lượng mưa năm (lớn nhất vào tháng 7 hoặc tháng 8, có nơi đặc biệt vào tháng 6 như Na Hang và tháng 9 như Kim Bôi). Mùa khô kéo dài từ 6 đến 7 tháng. Tháng có lượng mưa nhỏ nhất thường là tháng 1 và tháng 2, do chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của gió mùa Đông Bắc biến tính qua lục địa. Lượng mưa trong mùa khô từ tháng 11đến 6 năm sau chỉ chiếm 15-20 % lượng mưa năm. Nhìn chung, chế độ mưa và lượng mưa trên lưu vực phụ thuộc vào chế độ gió mùa và cũng phân theo mùa khá rõ rệt. Mùa mưa gần như trùng với gió mùa Đông Nam. Mùa đông thường có mưa phùn và ẩm ướt, mùa hè thường có mưa rào, mưa dông. Số ngày có mưa trung bình năm trên lưu vực vào khoảng từ 125 đến 160 ngày, ở các vùng kín gió có số ngày ít hơn như Tân Yên thuộc tỉnh Bắc Giang (90 ngày/năm) và Yên Châu thuộc tỉnh Sơn La (114 ngày/năm), ở đồng bằng châu thổ phổ biến từ 130 đến 150 ngày/năm.

2.1.5. Đặc điểm hệ thống sông ngòi

Hệ thống sông Hồng - Thái Bình là hệ thống sông lớn nhất miền Bắc nước ta, so với cả nước, chỉ đứng sau sông Mê Kông. Đây là một trong số ít hệ thống sông liên quốc gia.

25

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sông Hồng phần ngoài nước có 5 phụ lưu lớn đều bắt nguồn từ tỉnh Vân Nam - Trung Quốc, gồm các sông: Lý Tiên, Đăng Điều, Nguyên, Bàn Long và sông Phổ Mai. Năm nhánh sông này khi chảy vào nước ta hợp thành 3 nhánh sông lớn là: sông Đà, sông Lô và sông Thao. Ba nhánh Đà, Lô, Thao lại gặp nhau tại Việt Trì và được gọi là sông Hồng. Sông Thao được coi là dòng chính của sông Hồng; sông Đà, sông Lô là những nhập lưu lớn của sông Hồng.

Sông Hồng, khi chảy vào vùng đồng bằng châu thổ phân lưu thành nhiều

nhánh dọc hai bên bờ và phân chia nước khắp vùng châu thổ.

Hiện nay, bên bờ tả còn ba nhánh sông gồm: sông Đuống, sông Luộc và sông Trà Lý; bên bờ hữu còn hai nhánh là sông Đào Nam Định và sông Ninh Cơ. Sông Đáy, trước đây là phân lưu của sông Hồng ở bên bờ hữu nhưng hiện nay chỉ thông với sông Hồng trong trường hợp phân lũ ở Đập Đáy.

Ở bên bờ tả, trước đây còn có các sông khác như: sông Phan, Cà Lồ, Thiếp, Đình Đào và Cửu An. Tuy nhiên, do tác động của con người, các sông này không còn thông với sông Hồng nữa. Tương tự như vậy, bên bờ hữu còn có các sông Nhuệ, Đáy, Tô Lịch, Lấp, Châu Giang và sông Sò.

Khác với sông Hồng, sông Thái Bình có lưu vực nằm toàn bộ trong nước ta. Sông Thái Bình cũng có 3 nhánh sông lớn hợp thành gồm: sông Cầu, Thương và sông Lục Nam. Sông Cầu được coi là dòng chính của sông Thái Bình, còn sông Thương và sông Lục Nam là hai nhánh sông lớn nhất của sông Thái Bình.

Ba nhánh sông này gặp nhau tại Phả Lại, sau đó lại tiếp tục phân thành nhiều

phân lưu khác như: Kinh Thầy, Văn úc, Kinh Môn,...

Sông Hồng và sông Thái Bình được nối với nhau qua sông Đuống và sông Luộc. Hai sông này, cùng với các nhánh sông khác của sông Thái Bình ở khu vực đồng bằng đã tạo thành hệ thống sông Hồng - Thái Bình có nguồn tài nguyên nước liên quan chặt chẽ với nhau.

Hệ thống sông Hồng - Thái Bình đổ ra biển bằng 9 cửa sông, gồm: Cửa Đáy, Ninh Cơ, Ba Lạt, Trà Lý, Thái Bình, Văn úc, Lạch Tray, Cấm và Bạch Đằng. Trong số đó, cửa Trà Lý, Văn úc và Ba Lạt là những cửa vận chuyển nước ra biển chính của hệ thống.

26

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

a. Số lượng sông

Hệ thống sông Hồng - Thái Bình có 767 sông có chiều dài trên 10 km, so với cả nước chiếm 32.4%, trong số đó sông Hồng có 620 sông còn sông Thái Bình có 147 sông.

Bảng 2.2. Tổng hợp tổng số lượng sông.

STT Tên sông

Tổng số sông

Tỷ lệ số sông so với toàn quốc, %

Tỷ lệ so với tổng số, %

1

Sông Thái Bình

147

6,2

19,17

2

620

26,1

80,83

Sông Hồng

767

32,4

100

Tổng cộng

b. Chiều dài sông

Hệ thống sông Hồng - Thái Bình có tổng chiều dài sông các cấp là 18.403km, trong đó, sông Hồng 14.731km, sông Thái Bình 3.673km. So với toàn quốc chiếm khoảng 29,6% tổng chiều dài sông các loại.

Sông chính

Tổng chiều dài dòng chính của hệ thống sông dài 1.511km, trong đó, sông Hồng 1.126km, sông Thái Bình 385km. Phần trong nước dài 941km, trong đó, sông Hồng 556km, sông Thái Bình 385km, chiếm 11,5% tổng chiều dài dòng chính của 102 sông ở nước ta.

Các sông phân lưu

Với 12 sông phân lưu ở khu vực đồng bằng, hệ thống sông này có tổng chiều dài các phân lưu là 842km, chiếm 51% so với tổng chiều dài các sông phân lưu trong toàn quốc. Trong đó, sông Hồng 585km, sông Thái Bình 257km.

Chi tiết kết quả tổng hợp chiều dài sông được trình bày ở các bảng dưới.

Bảng 2.3 Chiều dài sông hệ thống sông Hồng – Thái Bình (phần trong nước)

STT Tên sông

Tổng chiều dài sông các loại, km

Tỷ lệ so với toàn quốc, %

Tỷ lệ so với lưu vực, %

1

Sông Thái Bình

3.673

5,9

20

27

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

STT Tên sông

Tổng chiều dài sông các loại, km

Tỷ lệ so với toàn quốc, %

Tỷ lệ so với lưu vực, %

14.731

23,7

80

2

Sông Hồng

18.403

29,6

100

Tổng cộng

2.1.6. Đặc điểm dân sinh kinh tế

Lưu vực sông Hồng - Thái Bình (bao gồm cả khu vực phụ cận ở toàn bộ 26 tỉnh, thành phố ở khu vực phía Bắc) có tổng diện tích tự nhiên khoảng 115,75 nghìn km2, chiếm khoảng 35% lãnh thổ toàn quốc. Trong đó, diện tích đất nông nghiệp khoảng 2,17 triệu ha, chiếm khoảng 23% so với tổng diện tích đất nông nghiệp toàn quốc; dân số 29,26 triệu người, chiếm khoảng 36% dân số toàn quốc. Dân số đô thị chiếm khoảng 28,2%, nông thôn 39% so với toàn quốc.

Lưu vực sông Hồng - Thái Bình có 2 thành phố trực thuộc trung ương là Hà Nội, Hải Phòng; 24 tỉnh, 7 thành phố trực thuộc các tỉnh; 26 thị xã, 14 quận, 208 huyện và 381 phường, 235 thị trấn, 4286 xã.

2.2. Thu thập và phân tích tài liệu cơ bản

2.2.1. Số liệu khí tượng

2.2.1.1 Mạng lưới trạm đo khí tượng

Trên lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình việc xây dựng các trạm quan trắc các yếu tố khí tượng bắt đầu từ thế kỷ 20. Ở Việt Nam năm 1890 xây dựng trạm đầu tiên là Hà Nội, vào năm 1902 thành lập Nha khí tượng để quản lý, chỉnh lý và lưu trữ số liệu. Ở Trung Quốc có 2 trạm quan trắc đầu tiên từ năm 1938 là trạm Tân Bình và Ca Cựu.

Mạng lưới quan trắc đi dần hoàn chỉnh ở Trung Quốc là sau năm 1949 và ở

Việt Nam từ năm 1954.

a. Tình hình quan trắc trên lãnh thổ ở Trung Quốc

Sau ngày giải phóng 1949 hệ thống quan trắc đã hình thành với khoảng 24 trạm khí tượng trên các sông: sông Nguyên (đầu nguồn sông Hồng) có 15 trạm, sông Lý Tiên (đầu nguồn sông Đà) có 5 trạm và sông Bàn Long (đầu nguồn sông Lô) có 4 trạm. Năm 1964 trong cuốn tài liệu khí tượng lưu vực sông Hồng của Trung Quốc thì

28

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

lưu vực sông Hồng và vùng phụ cận có 16 trạm khí tượng, khí hậu. Tuy nhiên phần lớn các trạm quan trắc không được liên tục.

Số liệu quan trắc trên địa phận Trung Quốc đã ít, lại chỉ thông báo cho phía Việt Nam đến 1963; ngừng cung cấp cho tới năm 2000 và cung cấp trở lại từ sau năm 2000 đến nay, nhưng không đầy đủ, nên các hiểu biết về khí hậu phần lưu vực thuộc địa phận Trung quốc rất hạn chế.

b. Tình hình quan trắc trên phần lưu vực thuộc Việt Nam

Năm 1890 đã bắt đầu đo mưa ở Hà Nội nhưng mãi tới năm 1905 mới có thêm ở Tuyên Quang, Hà Giang, Phủ Liễn, Lào Cai vv... năm 1911 ở Nam Định, Sa Pa.. và đến năm 1920 mới mở rộng lưới trạm đo ra các tỉnh đồng bằng và một số nơi quan trọng ở miền núi. Tới năm 1940 tất cả các trạm trên lưu vực sông Hồng của Việt Nam chưa đầy 110 trạm và hầu hết các trạm này đều ngưng hoạt động trong thời kỳ 1946 ÷ 1954.

Sau năm 1954 và nhất là từ năm 1960 lưới trạm đo khí tượng khí hậu được khôi phục và phát triển mạnh do yêu cầu của công tác trị thủy và khai thác sông Hồng. Số lượng trạm mưa tăng lên nhanh chóng từ 87 trạm năm 1939 lên 303 trạm năm 1960. Sau năm 1985 một số trạm ngừng quan trắc. Thời điểm hiện tại còn 275 trạm đo mưa trong đó có 83 trạm đo khí hậu khí tượng.

2.2.1.2. Đánh giá chung về tài liệu khí tượng

Tài liệu khí tượng nhìn chung khá nhiều, song chất lượng chưa thật tốt và còn

nhiều bất cập như sau:

1. Số liệu quan trắc bị gián đoạn do chiến tranh hoặc do một số nguyên nhân

khác.

2. Số trạm đo tuy nhiều, song phần lớn tập trung ở vùng đồng bằng, vùng núi

cao số trạm đo rất ít, thậm chí có một số vùng núi xa xôi hẻo lánh thiếu trạm đo.

3. Số liệu đo đạc do nhiều thành phần thực hiện (cán bộ nhà nước quan trắc ở các trạm khí tượng, còn ở các điểm đo mưa có thể là nhân viên bưu điện, trường học, nông trường, nhân viên ủy ban ND xã), nên chất lượng số liệu còn hạn chế, thiếu sót hoặc thiếu chính xác, vì vậy khi sử dụng cần xem xét phân tích cẩn thận.

4. Phần diện tích lưu vực thuộc lãnh thổ Trung Quốc chiếm gần một nửa diện tích, nhưng số liệu không được phía bạn cung cấp nên gặp nhiều khó khăn trong cho nghiên cứu và chắc chắn ảnh hưởng tới độ chính xác.

29

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Các số liệu khí tượng này được tập hợp trong một đĩa CD.

2.2.1.3. Một số đặc điểm chung về khí tượng trên hệ thống

Toàn bộ hệ thống sông Hồng - sông Thái Bình nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa với mùa Đông lạnh, khô, ít mưa và mùa hè nóng ẩm mưa nhiều, chịu tác động của cơ chế gió mùa Đông Nam á với hai mùa gió: Gió mùa Đông và gió mùa Hạ.

Gió mùa Đông bị chi phối bởi không khí cực đới biến tính và không khí biển Đông. Trong khi, gió mùa Hạ bị chi phối bởi ba không khí (i) Không khí nhiệt đới biển bắc ấn Độ (gió Tây Nam), (ii) Không khí xích đạo (gió Nam) và (iii) Không khí biển Thái Bình Dương (gió Đông Nam)

Lượng mưa khá phong phú nhưng phân bố không đều theo không gian. Lượng mưa năm khá lớn, nhưng chủ yếu tập trung vào mùa mưa. Lượng mưa năm biến động rất mạnh so với yếu tố khí tượng khác, giá trị cực đại tiểu cực đại của lượng mưa có thể chênh nhau từ hai đến ba lần. Nếu xét theo không gian trong lưu vực dao động trong khoảng 1.200 ÷ 2.000 mm, phần lớn trong khoảng 1.800 mm/năm. Lượng mưa năm biến đổi rất lớn từ 700 ÷ 4.800 mm, trong đó địa phận Trung Quốc 700 ÷ 2.100 mm/năm, phần Việt Nam 1.200 mm ÷ 4800mm (thuộc loại mưa lớn của thế giới). Tạo ra tài nguyên khí hậu và tài nguyên nước rất phong phú trong lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình.

Sự phân bố lượng mưa trên lưu vực phụ thuộc rất nhiều vào địa hình và sự xắp xếp các dãy núi: hướng đón gió và khuất gió. Địa hình cao, hướng đón gió mưa nhiều và tạo thành các tâm mưa lớn là Bắc Quang, Mường Tè, Hoàng Liên Sơn có lượng mưa khá lớn. Lượng mưa lớn nhất có nơi đạt đến 600-700 mm/tuần; 1.200 mm/tháng đặc biệt là trung tâm mưa Bắc Quang có năm đạt đến 5.499 mm/năm. Những vùng khuất sau dãy núi chắn gió như thung lũng Yên Châu, Cao nguyên Sơn La, lòng chảo Nghĩa Lộ, vùng thượng nguồn sông Gâm có lượng mưa nhỏ chỉ đạt khoảng 1.200mm đến 1.600 mm/năm. Vùng đồng bằng có lượng mưa trung bình từ 1.400 mm đến 2.000 mm.

Lượng mưa biến đổi qua nhiều năm không lớn, năm mưa nhiều gấp 2-3 lần năm mưa ít. Do đặc tính khí hậu nhiệt đới gió mùa, nên chế độ mưa trên lưu vực sông Hồng biểu hiện tính mùa khá rõ rệt. Mùa mưa thường kéo dài 6 tháng từ tháng V đến tháng X. Nơi mưa nhiều có thể kéo dài 7-8 tháng. Nhiệt độ không khí trung bình từ 15oC – 24oC. Lượng bốc hơi trung bình năm (đo bằng ống Piche) từ 600 mm ở vùng núi cao đến hơn 1.000 mm ở vùng đồng bằng.

30

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

2.2.2. Số liệu thủy văn

2.2.2.1 Mạng lưới trạm đo đạc thủy văn

Mạng lưới đo đạc thủy văn trên hệ thống sông Hồng - sông Thái Bình có từ 1902 gồm 10 trạm nhưng trong đó chỉ có 5 trạm đo cả mực nước và lưu lượng. Trước năm 1945, xây dựng thêm 20 trạm vùng hạ lưu hệ thống, chủ yếu là trạm đo mực nước phục vụ cho phòng chống lũ lụt. Sau Hòa Bình lập lại số trạm được mở rộng thêm, đặc biệt là sau năm 1960. Cho đến nay, trên hệ thống sông Hồng có 96 trạm thủy văn, trong đó 32 trạm đo cả mực nước và lưu lượng (đến 1985), sau 1985 số trạm đo mực nước và lưu lượng chỉ còn 22 trạm.

2.2.2.2 Đánh giá chung về tài liệu khí tượng thuỷ văn

1. Nguồn tài liệu khí tượng, thuỷ văn do Trung tâm lưu trữ số liệu của Bộ Tài nguyên và Môi trường cung cấp. Các số liệu đã được chỉnh biên, kiểm tra đảm bảo yêu cầu cho nhiều đề tài nghiên cứu khoa học và sử dụng trong phân tích tính toán thuỷ văn phục vụ cho việc xây dựng công trình lớn nhỏ trên hệ thống sông.

2. Chuỗi tài liệu khí tượng thuỷ văn ở các trạm trên lưu vực được phân tích đánh giá tính đồng nhất, ngẫu nhiên trước khi đưa vào sử dụng. Về lưu lượng số trạm biến động lớn và nhiều trạm số liệu đo không được liên tục do ảnh hưởng của chiến tranh cũng như nguồn kinh phí eo hẹp nên nhiều trạm sau 1985 phải ngừng đo đạc một số yếu tố. Tuy nhiên, hiện nay do được sự quan tâm của nhà nước, nên mạng lưới quan trắc đang được bổ sung, nâng cấp và xây dựng mới.

3. Tuy nhiên chuỗi số liệu đo đạc trên hệ thống sông Hồng – Thái bình vẫn còn

tồn tại một số bất cập chính như sau:

- Quá trình quan trắc dài qua nhiều thập kỷ, dòng sông đã chịu tác động mạnh mẽ của con người như phá rừng, đắp đê, làm hồ, làm các công trình lấy nước, điều chỉnh dòng chảy, song mức độ thay đổi đó chưa được đưa vào chỉnh biên trong chuỗi số liệu đo đạc để đồng nhất tính tự nhiên (như việc vỡ đê, việc điều tiết hồ chứa chưa được hoàn nguyên đầy đủ).

- Hệ thống cao độ thay đổi qua nhiều thời kỳ quan trắc, nên rất dễ gặp phải lỗi hệ

thống trong quá trình tác nghiệp.

- Số liệu tài nguyên khí hậu và tài nguyên nước phần Trung Quốc rất thiếu, nên trong tính toán phải xử lý bằng các phương pháp khác nhau. Điều này cũng có thể dẫn tới sai số của các nghiên cứu.

Các số liệu thủy văn được tập hợp trong một đĩa CD.

31

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

2.2.2.3. Đặc điểm thủy văn trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình

a. Dòng chảy năm

Dòng chảy trên lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình được hình thành từ mưa. Tổng lượng bình quân nhiều năm qua Sơn Tây là 118 tỷ m3 tương ứng với lưu lượng trung bình 3.743 m3/s, nếu tính cả sông Thái Bình, sông Đáy và vùng đồng bằng thì tổng lượng dòng chảy đạt tới 135 tỷ m3, trong đó 82,54 tỷ m3 (tương đương 61,1%) dòng chảy sản sinh trên lãnh thổ Việt Nam và 52,46 tỷ m3 (tương đương 38,9%) sản sinh trên lãnh thổ Trung Quốc. Tuy nhiên, do địa hình chia cắt, lượng mưa phân bố không đều theo không, thời gian nên dòng chảy trên các phần lưu vực cũng rất khác nhau.

Dòng chảy ở địa phận Việt Nam phong phú hơn nhiều so với phần thượng nguồn lưu vực nằm ở đất Trung Quốc (lượng mưa trung bình ước tính trên sông Đà phần Việt Nam 2.900 mm/năm; phần Trung Quốc 1.800 mm/năm; trên sông Lô phần lưu vực ở Trung Quốc là 1.200 mm/năm thì lưu vực thuộc Việt Nam lên tới 1.900 mm/năm; trên sông Thao phần Trung Quốc còn thấp hơn là 1.100 mm/năm và thuộc lãnh thổ Việt Nam cũng đạt 1.900 mm/năm).

Nhìn chung, lượng nước trung bình hàng năm trên lưu vực biến đổi khá lớn và tuỳ thuộc từng sông. Năm nhiều nước nhất so với năm ít nước nhất gấp 1,7 đến 2,2 lần ở sông Hồng và từ 3 đến 4,6 lần ở sông Thái Bình. Trên các sông nhỏ, biến động nước trung bình năm nhiều hơn, đặc biệt là các nhánh nhỏ của sông Thái Bình.

Bảng 2.4: Biến động lượng nước trung bình năm tại một số vị trí

Lượng nước năm, tỷ m3

STT

Sông

max/min

Trung bình

Lớn nhất

Nhỏ nhất

1

160,5

93,0

1,7

Sông Hồng (Sơn Tây) 117,9

2

55,4

68,7

39,7

1,7

Sông Đà (Hoà Bình)

3

Sông Thao (Yên Bái) 24,2

41,0

18,4

2,2

4

Sông Lô (Phù Ninh)

32,7

46,0

23,6

1,9

5

2,6

0,9

3,0

Sông Cầu (Thác Bưởi) 1,6

6

2,5

0,5

4,6

Sông Lục Nam (Chũ) 1,3

* Nguồn: Viện quy hoạch Thuỷ lợi.

32

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Trong 3 nhánh lớn của sông Hồng thì sông Đà có lượng dòng chảy lớn nhất chiếm khoảng 42%, sông Thao có diện tích lưu vực xấp xỉ sông Đà song lại có lượng dòng chảy nhỏ nhất chỉ chiếm 19%, sông Lô có diện tích lưu vực là nhỏ nhất song có lượng dòng chảy đáng kể đứng thứ hai sau sông Đà chiếm 25,4% (tỷ lệ này so với lượng dòng chảy đến tại Sơn Tây).

Diễn biến dòng chảy năm trong thời kỳ nhiều năm

Sự biến động dòng chảy năm biến đổi không nhiều lắm, năm nhiều nước nhất so với năm ít nước nhất trong thời gian từ đầu thế kỷ 20 tới nay cũng chỉ khoảng 2,0 ÷ 2,6 lần đối với các trạm trên sông lớn và khoảng 3 ÷ 4 lần đối với các trạm trên sông nhánh của sông Thái Bình. Từ khi có chế độ quan trắc tốt hơn (1956 đến nay) lại rơi vào thời kỳ sông Hồng ít nước thì tỷ lệ đó chỉ còn 1,6 ÷ 2,0 lần ở sông lớn và khoảng 3,0 ÷ 4,5 ở thượng lưu sông Thái Bình.

Hệ số biến đổi Cv của dòng chảy năm tăng khi diện tích lưu vực giảm và khi lượng nước trung bình năm trên lưu vực giảm. Hệ số Cv ở các lưu vực sông lớn: 0,16 ÷ 0,23 các lưu vực trung bình và các lưu vực nhỏ: 0,30 ÷ 0,50.

Bảng 2.5 Đặc trưng dòng chảy năm trung bình nhiều năm hệ thống sông Hồng - Thái Bình

Phân phối dòng chảy trong năm

Dòng chảy sông Hồng phân bố không đều trong năm và biến đổi theo mùa rõ rệt: mùa lũ và mùa cạn. Mùa lũ thường kéo dài 5 tháng, từ tháng VI đến tháng X. Lũ lớn nhất thường xuất hiện vào tháng VII, tháng VIII hàng năm. Lượng dòng chảy

33

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

trong 5 tháng mùa lũ chiếm 75-85% lượng dòng chảy cả năm, 7 tháng mùa cạn còn lại từ 15 đến 20 % tùy theo từng lưu vực, khu vực.

Tháng VII, VIII và IX là ba tháng liên tục có dòng chảy lớn nhất, chiếm 60- 70% dòng chảy năm. Mực nước và lưu lượng lớn nhất thường xuất hiện vào tháng VII hoặc tháng VIII. Lượng nước trong tháng VIII có thể chiếm tới 20% lượng nước cả năm.

b. Dòng chảy lũ

Nước lũ sông Hồng mang tính chất lũ của sông miền núi, có nhiều đỉnh, lên nhanh, xuống nhanh, biên độ lớn (biến đổi mực nước hàng năm trung bình từ 5m ÷ 8m ở trung du và đồng bằng, tối đa có năm lên tới 8 m ÷ 14 m. Lũ trên lưu vực do mưa rào do tổ hợp nhiều hình thế thời tiết gây ra. Lũ hình thành gần như đồng thời trên các lưu vực sông, song khác về quy mô và thời gian xuất hiện đỉnh ít trùng nhau. Trong 90 năm số liệu đo đạc chưa xuất hiện trường hợp lũ lớn nhất trên cả ba nhánh sông Hồng cùng xuất hiện.

Do chế độ mưa trên lưu vực biến đổi cả về không gian và thời gian, nên sự xuất hiện lũ lớn trên sông Hồng có tính chất phân kỳ rõ rệt. Ở Bắc Bộ mùa lũ từ tháng VI ÷ tháng X; ở phía Đông Bắc có thể xảy ra lũ lớn vào tháng XI; ở Tây Bắc mùa lũ có thể sớm hơn. Trên lưu vực sông Hồng có trên 45% số năm có lũ lớn vào tháng VIII, trên 29% vào tháng VII, chỉ có 17% xảy ra vào tháng IX. Tuy vậy những trận lũ đặc biệt lớn chỉ xảy ra vào tháng VIII. Ví dụ như các trận lũ tháng 8/1945, tháng 8/1971.

Lũ ở vùng đồng bằng gây ảnh hưởng lớn đến hoạt động kinh tế xã hội của 14 triệu dân. Hàng năm có từ 3 ÷ 5 trận lũ hình thành trên lưu vực sông Hồng với thời gian lũ lên từ 3 ÷ 5 ngày, thời gian lũ xuống từ 5 ÷ 7 ngày. Những trận lũ lớn ở lưu vực sông Hồng - Thái Bình thường do từ 2 ÷ 3 con lũ liên tiếp tạo thành và thường kéo dài 15 ÷ 20 ngày như lũ tháng VIII/1969; tháng VIII/1971.

Cường suất lũ lên khá nhanh đạt 5 ÷ 7 m/ngày ở thượng lưu sông Đà, sông Lô; ở trung lưu 2 ÷ 3 m/ngày và ở hạ lưu là 0,5 ÷ 1,5 m/ngày. Ở thượng lưu sông Thái Bình có thể đạt tới 1 ÷ 2 m/giờ.

Biên độ mực nước ở các sông nhỏ đạt 3 ÷ 4m, sông lớn tới 10 m. Biên độ tuyệt đối đạt tới 13,2m ở Lào Cai (sông Thao); 31,1m ở Lai Châu (sông Đà); 20,4m ở Hà Giang (sông Lô) và 13,1m ở Hà Nội (sông Hồng). Trên sông Thái Bình đạt 12,76m tại Chũ; ở Phả Lại đạt 7,91m.

34

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Nói chung, cao độ bờ sông tự nhiên phần trung và hạ lưu các sông thuộc hệ thống sông Hồng - Thái Bình sẽ bị tràn khi có lũ ứng với tần suất P = 50 ÷ 60%. Chính vì vậy, phần lớn các sông vùng trung và hạ lưu sông Hồng đều có hệ thống đê điều hoàn chỉnh. Toàn bộ hệ thống đê sông Hồng kể cả đê bối và đê nội đồng dài đến 5000 km. Cao trình đê đảm bảo không tràn với mức 85 ÷ 90% đối với đê bối, 96 ÷ 99,5% đối với đê chính tương ứng với cao trình 13,30m tại Hà Nội, trừ vùng hạ lưu sông Thái Bình có mức bảo đảm thấp hơn từ 5 ÷ 10%.

Mùa lũ thường kéo dài 5 tháng từ tháng VI đến tháng X. Lũ lớn nhất thường xuất hiện vào tháng VII, tháng VIII hàng năm. Lượng dòng chảy 5 tháng mùa lũ chiếm 75-85 % lượng dòng chảy cả năm; 3 tháng VII, VIII và IX chiếm 60-70% và tháng VIII chiếm tới 20% lượng nước cả năm.

c. Dòng chảy kiệt

Mùa cạn trên lưu vực sông Hồng kéo dài 7 tháng, bắt đầu từ tháng XI năm trước đến tháng V năm sau. Lượng nước trong mùa cạn chỉ chiếm 15-25% lượng nước cả năm. Tháng II, III và IV là 3 tháng liên tục có lượng nước nhỏ nhất và chiếm 4-6% lượng nước nước cả năm. Mực nước và lưu lượng nhỏ nhất thường xuất hiện vào tháng III, đôi khi xuất hiện vào tháng II hoặc tháng IV.

2.2.3. Số liệu thủy văn các hồ chứa

Trên hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình đã và đang xây dựng nhiều hồ chứa lớn có vai trò điều tiết dòng chảy rất lớn như hồ Hoà Bình, Thác Bà, Tuyên Quang, Sơn La, Lai Châu. Đối với các hồ chứa đề tài đã thu thập được các số liệu sau:

- Tài liệu quan trắc thuỷ văn và hiện trạng điều hành các hồ chứa Hoà bình, Thác

bà (mực nước hồ, lưu lượng xả, tình trạng công trình....).

- Tài liệu đo mực nước, lưu lượng ngày và giờ tại tuyến Hoà bình và Thác bà từ

1989 đến 2004

- Tài liệu vận hành hồ Hoà bình, Thác bà từ 1989 đến 2004

- Tài liệu đóng mở các cửa xả lũ và cửa lấy nước vào nhà máy thuỷ điện

- Tài liệu công suất và điện năng phát điện

35

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

2.2.4. Tài liệu địa hình hệ thống sông Hồng -Sông Thái Bình

2.2.4.1. Tài liệu địa hình các hồ chứa

Bao gồm tài liệu mặt cắt ngang, dọc các hồ chứa Thác Bà, Hòa Bình, Tuyên

Quang, Sơn La, Lai châu

- Tài liệu các đặc trưng địa hình: các đường quan hệ Z~V, Z~F các hồ Hoà bình,

Thác bà, Sơn la, Lai châu, Tuyên Quang thời kỳ thiết kế và hiện tại.

- Tài liệu mặt cắt ngang, dọc các hồ chứa Tuyên Quang, Sơn La, Lai châu...

- Tài liệu mặt cắt sông thượng lưu các hồ Sơn la, Lai châu do Công ty Tư vấn điện I

thực hiện từ năm 2001 -2002

2.2.4.2. Bản đồ số DEM thuộc lưu vực sông Hồng

- Bản đồ DEM độ phân giải 90m, 1km của khu vực nghiên cứu (cả phần lãnh thổ Trung Quốc) đã được tải về từ Website USSG của Hoa Kỳ. Đây là bản đồ có độ tin cậy cao vừa được Hoa Kỳ tổ chức bay chụp để sử dụng cho các dự án toàn cầu.

- Bản đồ số của lưu vực sông Hồng (phần Việt Nam) tỷ lệ 1:25.000 gồm các lớp địa

hình, thảm phủ thực vật, hành chính.

- Bản đồ giấy tỷ lệ 1:50.000 lưu vực sông Hồng, Thái Bình (300 mảnh)

2.2.4.3. Tài liệu địa hình hệ thống sông Hồng

- Tài liệu mặt cắt ngang, dọc của các sông của đồng bằng sông Hồng - Thái Bình thuộc hạ lưu các hồ chứa lớn được đo đạc trong Chương trình “Phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng-Thái bình” thực hiện năm 1999 - 2000

- Các tài liệu đo bổ sung lòng sông Hồng do Viện Quy hoạch thuỷ lợi Bộ

NN&PTNT, Công ty Tư vấn điện I thực hiện từ năm 2000 đến nay.

2.2.4.4. Tài liệu địa hình các khu phân chậm lũ

- Tài liệu địa hình các vùng phân chậm lũ đã được đo đạc trong Chương trình

“Phòng chống lũ sông Hồng-Thái bình” thực hiện năm 1999-2000.

- Tài liệu địa hình do Viện quy hoạch thuỷ lợi Bộ NN&PTNT thực hiện năm 2000-

2002

- Tài liệu điều tra lũ sông Đáy (Chương trình Phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng-

Thái bình thực hiện năm 1999).

36

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

2.2.5. Tài liệu về thảm phủ thực vật và bản đồ đất lưu vực sông Hồng

- Bản đồ thảm phủ thực vật đồng bằng sông Hồng (phần Việt Nam) dạng số tỉ lệ 1:

25.000 từ nguồn Tổng cục Địa chính

- Bản đồ thảm phủ thực vật và bản đồ đất lưu vực sông Hồng cả phần lưu vực Việt

Nam và Trung Quốc dạng ô lưới (grid) kích thước 1km từ nguồn FAO

- Bản đồ đất lưu vực sông Hồng tỷ lệ 1: 250.000

2.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu

Để quản lý số liệu và tài liệu đã thu thập được phục vụ cho việc xây dựng và thử nghiệm công nghệ dự báo, đồng thời tiếp tục được cập nhập và sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo trên Hệ thống sông Hồng – Thái Bình và mở rộng cho tất cả các lưu vực lớn của Việt Nam. Đề tài đã tiến hành xây dựng chương trình quản lý cơ sở dữ liệu. Chương trình cho phép quản lý 2 cơ sở dữ liệu chính đó là: Cơ sở dữ liệu bản đồ và Cơ sở dữ liệu KTTV. Trong đó Cơ sở dữ liệu bản đồ được xây dựng trên nền GIS sử dụng phần mềm ArcGIS 9.0, trong khi cơ sở dữ liệu KTTV sử dụng phần mềm cơ sở dữ liệu WRDB (Water Resources Data Base) do Hoa Kỳ xây dựng. Ngôn ngữ sử dụng trong Chương trình quản lý cơ sở dữ liệu là tiếng Anh, tuy nhiên phần quản lý giao diện chung có thể hiển thị bằng cả tiếng Việt và tiếng Ý để phục vụ nghiên cứu của Đề tài.

Cơ sở dữ liệu được xây dựng theo các tiêu chí sau:

(cid:1) Có hệ thống (cid:1) Có cơ chế kiểm tra và phát hiện những lỗi do đánh máy sai, vào nhầm lẫn số liệu

của trạm khác

(cid:1) Có phần đánh giá chất lượng của số liệu để người sử dụng sau này biết và lưu ý khi

dùng

(cid:1) Có khả năng lưu trữ và phân biệt đâu là số liệu đo đạc gốc, đâu là kết quả tính toán

để phục hồi số liệu, đâu là kết quả phân tích...

(cid:1) Có khả năng cập nhật số liệu từ nhiều định dạng, nhiều biểu mẫu khác nhau thường dùng ở Việt Nam để dễ dàng cho việc cập nhật thủ công, cập nhật tự động sau này từ các data logger của các trạm tự động.

(cid:1) Có khả năng thực hiện các phép tính phân tích thống kê thông dụng như nhiều

phần mềm phân tích thông kê hiện nay.

37

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

(cid:1) Phải có cơ chế phân cấp để nhiều người và nhiều nơi đều có thể cập nhật số liệu cùng một lúc, nhưng chỉ có một số người có quyền cao nhất được đưa vào cơ sở số liệu sau khi đã kiểm duyệt tính chính xác.

Giao diện chương trình quản lý cơ sở dữ liệu được đưa ra trong hình 2.2.

Hình 2.2: Giao diện trang đầu của Chương trình quản lý cơ sở dữ liệu

2.3.1. Cơ sở số liệu bản đồ

Quản lý cơ sở dữ liệu bản đồ trên nền GIS bao gồm:

(cid:1)

Bản đồ số tỷ lệ 1:25000 của đồng bằng sông Hồng – Thái Bình

(cid:1)

Bản đồ quét tỷ lệ 1: 50.000 của toàn quốc

(cid:1)

Bản đồ quét tỷ lệ 1: 250.000 của phần lãnh thổ Trung Quốc thuộc lưu vực hệ thống sông Hồng

(cid:1)

Các mô hình số hoá độ cao DEM 1km, 90m

(cid:1)

Bản đồ thảm phủ 1km, bản đồ địa chất 1km của cả lãnh thổ Việt Nam và Trung Quốc.

Tất cả các bản đồ này đều được quản lý trên nền GIS sử dụng phần mềm quản lý ArcGIS. Đây là phần mềm rất mạnh, chính vì vậy bên cạnh việc lưu trữ số liệu,

38

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

chúng ta hoàn toàn có thể tiến hành các chức năng xây dựng bản đồ chuyên đề theo ý muốn, tiến hành phân tích không gian, lưu trữ và cập nhập số liệu mới.

Hình 2.3: CSDL quản lý bản đồ DEM có độ phân giải khác nhau của cả nước

Hình 2.4: CSDL quản lý toàn bộ bản đồ quét tỷ lệ 1:50.000 của cả nước

39

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

2.3.2. Cơ sở số liệu KTTV

Qua nghiên cứu, tham khảo các phần mềm quản lý CSDL cũng như các chương trình quản lý CSDL hiện có, đề tài lựa chọn phần mềm Water Resources Data Base - WRDB để quản lý cơ sở dữ liệu KTTV vì những lý do sau:

(cid:1) Phần mềm này quản lý dữ liệu có hệ thống, cấu trúc của phần mềm cho phép

mô tả hiệu quả và toàn diện tất cả các dữ liệu thu thập được.

(cid:1) Cơ sở dữ liệu ở định dạng paradox cho phép truy cập nhanh dữ liệu trên PC trong môi trười Windows. Đồng thời, cơ sở dữ liệu này hoàn toàn có thể chuyển sang các định dạng cơ sở dữ liệu hoặc hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu khác như Oracle và SOL Server.

(cid:1) Các bảng dữ liệu có thể nhập từ nhiều mẫu khác nhau rất tiện lợi khi hầu hết số liệu thu thập ở Việt Nam ở nhiều dạng bảng biểu khác nhau. Đặc biệt nó có thể được thiết kế để nhập ngay các số liệu quan trắc từ các dataloger đo tự động. Các bảng số liệu của CSDL có thể xuất ra thành những bảng tính luân phiên đa dạng thành cơ sở dữ liệu hay là định dạng văn bản.

(cid:1) Toàn bộ các bảng kết hợp có thể được tạo ra, chỉnh sửa và in ấn sử dụng theo kiểu bảng tính đang hiển thị hoặc có thể tiến hành các phép phân tích thông kê đơn giản và hiển thị dưới dạng các biểu đồ thông dụng.

(cid:1) Cơ sở dữ liệu được phân cấp quản lý nên nó tính bảo mật cao. Đồng thời nó có cơ chế tự kiểm tra và phát hiện ra các trị số đặc biệt của số liệu do đánh máy sai ...vv.

(cid:1) Vị trí các trạm có thể được quản lý trên nền GIS.

Từ những đặc điểm trên đây, đề tài thấy phần mềm WRDB đáp ứng được các yêu cầu quản lý dữ liệu. Mặt khác, trong tương lai có thể tiếp tục mở rộng để không chỉ quản lý CSDL của hệ thống sông Hồng – Thái Bình mà còn cho toàn quốc và quản lý cả số liệu về môi trường, địa chất thủy văn (quản lý số liệu quan trắc tại các hố khoan thăm dò) nhằm phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau.

40

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

2.3.2.1. Giới thiệu phần mềm WRDB

Phần mềm WRDB được Tổ chức Bảo vệ Môi trường Georgia (EPD) xây dựng và phát triển liên tục từ năm 1993 với mục đích quản lý thống nhất một khối lượng lớn những dữ liệu khác nhau về khí tượng, thuỷ văn và môi trường. Phiên bản mới nhất của phần mềm này là version 4.503 ngày 15/08/2005.

Cấu trúc của WRDB được mô tả vắn tắt bao gồm các thành phần chính

sau và nó được đưa ra trong sơ đồ hình 2.5:

(cid:1) Các bảng số liệu KTTV - MT (bảng làm việc - Working, bảng Master, và các

bảng lựa chọn). Đây chính là phần CSDL chính.

(cid:1) Các trạm - Stations (cid:1) Các nhóm trạm theo phạm vi lưu vực, tỉnh – Station groups (cid:1) Các nhánh sông - Branches

(cid:1) Mã các yếu tố đo đạc - Parameter Codes (PCodes) (cid:1) Các nhóm mã trạm - Parameter Code Groups (cid:1) Phân nhóm các yếu tố đo theo thời gian (ngày, giờ, 6h…) - Compositing Codes

(CCodes)

(cid:1) Báo cáo tóm tắt quản lý việc vào và ra dữ liệu - Database Batch Tracking (cid:1) Thông số đánh giá độ tin cậy của số liệu - Quality Codes (QCodes)

41

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc CSDL trong WRDB

2.3.2.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu KTTV sử dụng phần mềm WRDB

Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình tương đối dày đặc với khoảng trên 100 trạm đo mực nước, lưu lượng cũng như lượng mưa. Hầu hết các trạm đo trên lưu vực bắt đầu vào khoảng năm 1960. Nhưng cũng chỉ có một số trạm có số liệu đo liên tục.

Trên lưu vực sông Lô có 5 trạm có số liệu đo đầy đủ và liên tục trong thời gian dài trên 40 năm (từ những năm 1960 đến nay) là trạm Hàm Yên, Chiêm Hóa, Hà Giang, Ghềnh Gà, Vĩnh Yên;

Trên sông Đà có 5 trạm: Lai Châu, Tạ Bú, Nậm Mức, Nà Hừ, Nậm Giàng;

Trên lưu vực sông Thái Bình chỉ có 1 trạm Chũ.

Nhiều trạm đã ngừng quan trắc lưu lượng cách đây hàng chục năm như Bảo Lạc,

Thác Bà, Quảng Cư, Thác Mộc, Nậm Chiến, Nậm Pô, ...

Có trạm dùng riêng nên chỉ có số liệu vài năm như Cốc Ly, Lục Yên, Thác Hốc,

Yên Lĩnh, Sơn Dương, Đát, Đầu Đẳng.

Một số trạm trong lưu vực mới được thành lập từ 1982 như trạm Bảo Yên, Khe

Lếch và Ngòi Hút, ... ..

42

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2.6: Sơ đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên

hệ thống sông Hồng - Thái Bình

Trong phạm vi của đề tài, chúng tôi chỉ xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ mục đích dự báo lũ cho đồng bằng sông Hồng và sông Thái Bình, do vậy cơ sở dữ liệu chủ yếu là mực nước giờ và mưa giờ trong các tháng mùa lũ mà chúng tôi thu thập được (01/06 (cid:2) 15/10 hàng năm). Tuy nhiên, trong tương lai chúng ta hoàn toàn có thể cập nhập thêm các dữ liệu của các tháng mùa kiệt và các số liệu về môi trường, địa chất thủy văn. (Chi tiết về xây dựng cơ sở dữ liệu KTTV được trình bày chi tiết ở phụ lục I.2 của Báo cáo Tổng kết).

Bảng 2.5: Thống kê tài liệu thủy văn thu thập được tại một số trạm chính

Tên trạm

Ngày bắt đầu

Ngày kết thúc

Mã trạm

Yếu tố đo

Số giá trị

AM,

AM,

74100 Muong Te

H

2.320

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74101 Lai Chau

H

2.319

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74102 Nam Giang H

2.289

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

43

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ngày bắt đầu

Ngày kết thúc

Tên trạm

Mã trạm

Yếu tố đo

Số giá trị

AM,

AM,

74103 Nam Po

H

2.289

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74105 Nam Muc

H

2.288

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74107 Quynh Nhai H

2.312

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74108 Ta Bu

H

4.635

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74114 Ben Ngoc

H

2.309

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

PM,

74115 Hung Thi

H

21.820

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/15/2001

AM,

AM,

74120 Bao Ha

H

2.329

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74121 Bao Yen

H

2.307

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

PM,

AM,

74122 Ngoi Nhu

H

2.145

7:00:00 07/03/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74126 Ban Cung

H

25.444

7:00:00 06/01/1960

7:00:00 10/24/2003

AM,

PM,

74126 Ban Cung

Q

23.141

7:00:00 06/01/1960

7:00:00 10/15/2002

AM,

AM,

74127 Ngoi Hut

H

2.308

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

74128 Ngoi Thia

H

2.331

74129 Yen Bai

H

2.396

7:00:00

AM, 7:00:00

AM,

44

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tên trạm

Mã trạm

Yếu tố đo

Số giá trị

Ngày bắt đầu 06/01/1962

Ngày kết thúc 10/24/2003

AM,

AM,

74135 Ha Giang

H

2.336

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74137 Bac Quang H

2.324

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74138 Vinh Tuy

H

2.336

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74139 Bac Me

H

2.327

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74144 Ham Yen

H

2.339

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74146

H

2.338

Tuyen Quang

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74147 Na Hang

H

2.336

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74148 Chiem Hoa H

2.340

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74153 Thanh Son H

2.329

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74154 Phu Tho

H

2.327

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

AM,

74155 Vu Quang

H

4.666

7:00:00 06/01/1962

7:00:00 10/24/2003

AM,

PM,

74162 Son Tay

H

40.229

1:00:00 06/01/1960

11:00:00 07/31/2007

AM,

PM,

74162 Son Tay

Q

31.280

1:00:00 06/01/1960

7:00:00 10/15/2001

45

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ngày bắt đầu

Ngày kết thúc

Tên trạm

Mã trạm

Yếu tố đo

Số giá trị

AM,

PM,

74165 Ha Noi

H

22.982

1:00:00 06/01/1960

7:00:00 10/15/2001

AM,

PM,

74165 Ha Noi

Q

17.499

1:00:00 06/01/1960

7:00:00 10/15/2001

AM,

PM,

74166 Thuong Cat H

23.016

1:00:00 06/01/1960

7:00:00 10/15/2001

AM,

PM,

74166 Thuong Cat Q

18.084

1:00:00 06/01/1960

7:00:00 10/15/2001

AM,

PM,

74169 Hung Yen

H

21.353

1:00:00 06/01/1963

7:00:00 10/15/2001

Bảng 2.6: Thống kê tài liệu khí tượng một số trạm chính thu thập được

Tên trạm

Ngày giờ bắt đầu

Ngày giờ kết thúc

Yếu tố đo

Mã trạm

Te

AM,

48/01

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

Muong KT

7:00:00 06/01/1962

AM,

48/02 Sin Ho

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

7:00:00 06/01/1962

AM,

48/03 Tam Duong X

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

AM,

48/06 Than Uyen

X

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

Cang

AM,

48/08

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

Mu Chai

7:00:00 06/01/1962

AM,

48/20 Phu Yen

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

7:00:00 06/01/1962

AM,

X

48806 Son La

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

46

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tên trạm

Ngày giờ bắt đầu

Ngày giờ kết thúc

Yếu tố đo

Mã trạm

AM,

X

48818

7:00:00 PM, 10/30/2003

Hoa Binh KT

7:00:00 06/01/1962

AM,

X

74/04 Binh Lu

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

AM,

74/13 Muong Sai

X

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

AM,

X

74/28 Km 46

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

AM,

X

74/61 Pac Ma

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

AM,

X

74/62 Vang Bo

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

AM,

X

74/71 Mai Son

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

AM,

X

74/73 Km 22

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

AM,

X

74004 Pa Tan

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

AM,

74017 Ban Chieng X

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

AM,

7:00:00 PM, 10/30/2000

74100 Muong Te

X

7:00:00 06/01/1962

AM,

74101 Lai Chau

X

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

AM,

74102 Nam Giang X

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

AM,

74103 Nam Po

X

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

47

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tên trạm

Ngày giờ bắt đầu

Ngày giờ kết thúc

Mã trạm

Yếu tố đo

AM,

74105 Nam Muc

X

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

AM,

74108 Ta Bu

X

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

AM,

74126 Ban Cung

X

7:00:00 PM, 10/30/2003

7:00:00 06/01/1962

Bên cạnh đó, đối với các trạm ở Việt Nam, trước năm 1995 cao độ các trạm lấy theo cao độ địa phương, gây khó khăn rất lớn cho người sử dụng. Sau năm 1995 cao độ các trạm được chuyển đổi về cao độ quốc gia (lấy mốc tại trạm hải văn Hòn Dáu – Đồ Sơn). Để thuận tiện cho người sử dụng sau này, các số liệu mực nước tại các trạm thủy văn trên lưu vực nghiên cứu đã được chuyển đổi về cao độ quốc gia sử dụng chức năng hiệu chỉnh mốc cao độ của phần mềm WRDB.

Xây dựng bảng Support

Việc xây dựng CSDL được bắt đầu từ việc xây dựng Bảng support (như đã được mô tả trong sơ đồ cấu trúc). Đây là bảng quan trọng nhất. Nó chứa đựng tất cả các thông tin về hệ thống mạng lưới sông ngòi và mạng lưới trạm khí tượng thủy văn. Bên cạnh đó, nó liên kết với tất cả các bảng dữ liệu khác trong phần mềm.

Hình 2.7: Giao diện bảng support Trong bảng support được chia thành các tab nhỏ thuận lợi cho việc liên kết, truy

cập, truy xuất dữ liệu

48

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

a) Tab PCODES và PCODE GROUPS thể hiện các yếu tố đo cũng như các nhóm yếu tố đo. Đối với mục đích của đề tài chỉ quan tâm đến các số liệu về mực nước, lưu lượng và mưa. Chưa đưa các yếu tố về chất lượng nước như DO, nhiệt độ … vào ngân hàng, có thể mở rộng ở những bước sau.

Hình 2.8: Các yếu tố đo b) Tab QCODES thể hiện chất lượng của dữ liệu đưa vào. Trong này chia ra

làm 3 mức

• B: Dữ liệu cần phải kiểm tra lại • N: Dữ liệu thô • G: Dữ liệu đã xử lý

Hầu hết các dữ liệu được nhập vào phần mềm đã được qua khâu xử lý số liệu nên đều ở mức G. Ví dụ như mực nước các trạm đã được quy đổi về cao độ chuẩn quốc gia. Khi cần người sử dụng chỉ cần xuất ra file để sử dụng.

49

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2.9: Phân nhóm các yếu tố đo c) Tab CCODES/RCODES xác định mức độ chi tiết của dữ liệu đo. Độ chi tiết theo giờ, ngày, tháng hay năm. Với đặc điểm của đề tài, mức độ chi tiết của dữ liệu luôn ở mức cao nhất là dữ liệu theo giờ (cấp H)

Hình 2.10: Phân nhóm các yếu tố đo d) Tab BRANCHES được sử dụng để mô tả hệ thống sông suối trong lưu vực

nghiên cứu cũng như mối liên hệ giữa chúng.

Tên sông được xác định theo tên gọi quốc gia và được nhập không dấu

Mạng lưới sông suối được đánh ID Branch theo quy luật sau:

50

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

• Đánh thứ tự các sông trên cả Việt Nam theo nguyên tắc từ bắc xuống Nam

và từ Đông sang Tây.

• Đánh lần lượt các sông chính rồi đến các phụ lưu và các phân lưu các cấp (I, II, …III). Các sông chính là các dòng chính của những hệ thống sông và những lưu vực sông trực tiếp đổ ra biển. Những sông gia nhập vào các phân lưu sông chính được gọi là phụ lưu cấp I…. Các phụ lưu không có tên được lấy theo số thứ tự.

• ID Branch của sông chính chỉ gồm 1 thành phần là số thứ tự của sông chính trong hệ thống sông của Việt Nam. Các phụ lưu cấp 1 sẽ gồm hai thành phần. Thành phần thứ nhất là ID Branch của sông chính, thành phần thứ 2 là số thứ tự của phụ lưu trong hệ thống sông đó…

Với các đánh như trên, toàn bộ sông suối Việt Nam với độ dài trên 10 km có 2864 sông, cứ 20km dọc bờ biển thì có một cửa sông. Có 134 sông chính, 139 sông nhánh cấp I, 1039 sông nhánh cấp II, 661 sông nhánh cấp III, 196 sông nhánh cấp IV, 33 sông nhánh cấp V và 7 sông nhánh cấp VI. Sông Thái Bình có, có 29 phụ lưu cấp I, 59 phụ lưu cấp II, 40 phụ lưu cấp III, 14 phụ lưu cấp IV. Sông Hồng có 57 phụ lưu cấp I, 159 phụ lưu cấp II, 245 phụ lưu cấp III, 97 phụ lưu cấp IV.

Đối với lưu vực nghiên cứu sông Thái Bình là sông thứ 20 trong hệ thống các sông chính nên có ID Branch là 20, tương tự sông Hồng có ID Branch là 21. Sông Công và sông Cà Lồ lần lượt là phụ lưu cấp I thứ 22 và 24 của sông Thái Bình nên có ID Branch lần lượt là 20/22 và 20/24. Sông Đà và sông Lô lần lượt là phụ lưu cấp I thứ 53 và 55 của sông Hồng nên có ID Branch lần lượt là 21/53 và 21/55.

e) Tab STATIONS và STATIONS GROUPS thể hiện các trạm đo trong lưu

vực cũng như là mối quan hệ giữa các trạm.

ID của các trạm đã được xác định theo ID quy ước của thế giới.

Tên trạm được nhập theo tên gọi quốc gia và được nhập không dấu

Loại trạm ( station type) được chia thành 3 loại.

• Tram Thuy Van: chỉ đo các dữ liệu về mực nước, lưu lượng • Tram Khi Tuong: chỉ đo các dữ liệu về mưa • Tram Khi Tuong Thuy Van: đo cả các dữ liệu về mực nước, lưu lượng

và mưa

Kinh vĩ độ các trạm xác định từ nguồn alats Viet Nam.

51

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Diện tích khống chế của các trạm thủy văn (Dr_Area) lấy theo “Số liệu thủy văn miền bắc Việt Nam năm 1971”, Cục thủy văn, Bộ Thủy Lợi cũ xuất bản năm 1975.

Cao độ các trạm (elevation) đã được quy về cao độ chuẩn quốc gia do cục mạng

lưới cung cấp

Bảng 2.7: Bảng thống kê đặc trưng một số trạm thủy văn trong lưu vực

Mã trạm Tên trạm

Loại trạm

Cao độ trạm (cm)

Diện tích khống chế (km2)

74100 Muong Te

3035.5

3380

Trạm KTTV

74101

Lai Chau

19939.6

33800 (8800)

Trạm TV

74102

Nam Giang

22249.9

6740(1890)

Trạm KTTV

74103

Nam Po

475

Trạm KTTV

74105

Nam Muc

2680

Trạm KTTV

74107

Quynh Nhai

15233.9

Trạm KTTV

74108

Ta Bu

12436.1

45900(19300)

Trạm KTTV

Trạm KTTV

51800

74114

Ben Ngoc

Trạm KTTV

74115

Hung Thi

1884.3

664

74119

Lao Cai

8710.4

41000

Trạm TV

Trạm KTTV

74120

Bao Ha

6009.7

Trạm KTTV

74121

Bao Yen

6525.8

52

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mã trạm Tên trạm

Loại trạm

Cao độ trạm (cm)

Diện tích khống chế (km2)

74126

Ban Cung

35161.2

2620

Trạm KTTV

74127

Ngoi Hut

5844

Trạm KTTV

74128

Ngoi Thia

4928.2

Trạm KTTV

Trạm KTTV

74129

Yen Bai

3301.3

48000

Trạm KTTV

74130

Thac Ba

3258.3

6170

74135

Ha Giang

Trạm KTTV

10992.8

8260(1190)

Trạm KTTV

74137

Bac Quang

7251.5

Trạm KTTV

74138

Vinh Tuy

5056.9

Trạm KTTV

74139

Bac Me

13014.7

Trạm KTTV

74142

Dau Dang

1890

Trạm KTTV

74144

Ham Yen

3622.3

11900

Trạm KTTV

Tuyen Quang

74146

2610.6

Trạm KTTV

74147

Na Hang

6380.3

Trạm KTTV

74148

Chiem Hoa

4188.5

16500

53

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mã trạm Tên trạm

Loại trạm

Cao độ trạm (cm)

Diện tích khống chế (km2)

74153

Thanh Son

3345.2

1190

Trạm KTTV

74154

Phu Tho

1983.0

Trạm KTTV

74155

Vu Quang

2651.3

Trạm KTTV

Trạm KTTV

74156

Viet Tri

1603.6

Trạm KTTV

74157

Quang Cu

3426.6

1190

74162

Son Tay

Trạm KTTV

1483.4

143600(61300)

Trạm KTTV

74165

Ha Noi

1063.8

Trạm KTTV

74166

Thuong Cat

1266.1

* Các giá trị trong ngoặc là diện tích lưu vực tính đến trạm trong lãnh thổ Việt

Nam

Các nhóm trạm (STATION GROUPS) trong chương trình được gộp theo lưu vực sông nhằm thuận tiện cho việc tính toán cũng như truy xuất dữ liệu theo các lưu vực sông.

Nhập dữ liệu vào CSDL hệ thống sông Hồng – Thái Bình

Sau khi xây dựng xong bảng Support, thì việc nhập dữ liệu vào cơ sở dữ liệu

cũng đóng một vai trò quan trọng, nhưng nó được thực hiện rất dễ dàng.

Các định dạng file có thể nhập trong phần mềm WRDB

Phần mềm WRBD cho phép người sử dụng có nhiều cách nhập dữ liệu. Người sử dụng có thể nhập trực tiếp bằng tay cũng như nhập dữ liệu từ file. Nếu nhập dữ liệu từ file, phần mềm cho phép người sử dụng nhập dưới năm định dạng file sau:

54

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

• Tabular format– Đây là dạng phổ biến nhất dùng để nhập dữ liệu của nhiều thông số cùng lúc cho cùng một trạm. Nó là dạng phổ biết nhất so với 4 dạng còn lại. Ví dụ ta có thể nhập số liệu mực nước và lưu lượng của một trạm trong cùng 1 file. Ưu điểm của cách nhập này là đơn giản, nhanh, có thể nhập được nhiều dữ liệu trong 1 file mà không bị không chế về mặt thời gian.

• Hour-day format– Đây là dạng đặc biệt dùng để nhập dữ liệu giờ của một thông số trong vòng một tháng. Trong định dạng này các giờ được sắp xếp theo hàng còn các ngày được để theo cột. Cấu tạo file đơn giản, nhưng có nhược điểm là chỉ có thể nhập được số liệu 1 thông số trong vòng 1 tháng.

• Date-hour format– Đây là dạng đặc biệt dùng để nhập dữ liệu dạng giờ cho một thống số trong vòng 1 ngày. Đây là dạng ít được sử dụng vì khi mỗi lần nhập được lượng dữ liệu rất ít

• Day-month format– Đây là dạng đặc biệt dùng để nhập dữ liệu dạng ngày cho một thống số trong vòng 1 năm. Các ngày được sắp xếp theo hàng còn các tháng trong năm được sắp xếp theo cột. Dạng dữ liệu này thích hợp cho đối với các dữ liệu dạng ngày.

• Columnar format– Đây là dạng có thể được sử dụng để nhập nhanh dữ liệu theo định dạng xuất ra file của WRDB. Trong định dạng này mỗi một hàng trong file ghi 1 đơn vị dữ liệu. Đây là dạng ít phổ biến nhất.

Để có thể nhập file thì nhất định file đầu vào phải ở dạng ASCII text và có cấu

tạo file theo một trong 5 mẫu qui định của phần mềm.

Đối với đề tài đang nghiên cứu thì lượng dữ liệu thu thập là rất lớn – số liệu thu thập cả mùa lũ các năm theo giờ. Do vậy việc nhập các dữ liệu bằng tay là không khả thi. Từ lý đề tài tiến hành nhập dữ liệu bằng cách import file dưới định dạng Tabular format. Sở dĩ chọn định dạng này vì đây là định dạng phổ biến nhất, có thể truy xuất dưới các định dạng khác. Bên cạnh đó định dạng này không bị khống chế về mặt thời gian, có thể nhập nhiều dạng số liệu như mưa, mực nước trong cùng 1 file.

Cấu tạo của định dạng Tabular format

Cấu trúc này yêu cầu 5 dòng đầu để làm header block. Các đối tượng trên mỗi

dòng header block được chia cắt với nhau bởi các dấu cách hoặc phẩy.

Header Block

Line 1:

Keyword,

File description

55

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Line 2:

Station_ID,

NumColumns,

Row_Incr,

Min_Incr

Line 3:

Column1,

Column2, Column3...

Line 4:

Ccode1,

Ccode2, CCode3...

Line 5:

Mult1,

Mult2,

Mult3...

• Dòng 1 Gồm 2 thành phần

Keyword:được mặc định là tabular để thể hiện dạng tabular format

File description: Mô tả về trạm

• Dòng 2

Station_ID: Xác định trạm (Xác định theo bảng support)

NumColumns: Số cột chứa dữ liệu

Row_Incr & Min_Incr thường để trống hoặc cho bằng 0

• Dòng 3 Xác nhận các trường như thơi gian, Pcode (Xác định theo bảng

support)

• Dòng 4 Xác nhận Ccode (Xác định theo bảng support) • Dòng 5 Xác nhận Qcode (Xác định theo bảng support)

Bắt đầu từ dòng 6 sẽ là các số liệu cần nhập

Bảng 2.8: Bảng mẫu dạng tabular format

Comment

Instrument calibrated on 10/3/94 by LCW

TABULAR

Mainstem sampling data - Richland Creek - Collected by LCW

Line 1

Line 2

CR0230

8

1

1

(cid:2) k c o l B

Line 3

DATE

TIME_DST

TEMP

COND

FLOWCFS

WSELEV

IGNORE

PH

Line 4

C2F

1

0.10

1

1

1

r e d a e H (cid:1)

Line 5

G

G

G

G

G

G

Line 6

8/3/94

12:30

18.3

67.1

69

1600

435.4

6.95

8/4/94

15:15

19.3

<

88

NA

7.85

STATION_ID

CR0233

8/5/94

08:00

17.5

<10.0

NA

1000

NA

9.5

(cid:2) k c o l B a t a D (cid:1)

8/6/94

09:30

15.8

58.12

79

980

NA

8.1

Cách tiến hành nhập dữ liệu vào cơ sở dữ liệu

Việc nhập số liệu vào cơ sở dữ liệu được thực hiện theo sơ đồ sau:

56

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2.11: Sơ đồ nhập dữ liệu cho CSDL KTTV Bước 1: Cơ sở dữ liệu thu thập được được chuyển cho phù hợp với định dạng Tabular format. Số liệu mực nước, lưu lượng, mưa mỗi trạm được tổng hợp lại và đưa về dạng bảng mặc định của phần mềm. Tại những dòng thời gian không có số liệu thì để trống giá trị ở dòng đó.

57

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2.12: Ví dụ nhập dữ liệu mực nước và lưu lượng trạm Sơn Tây

Bước 2: dữ liệu được nhâp vào bảng Working table

Nếu cấu tạo của bảng đã đúng thì khi nhập vào mã trạm, Pcode, Ccode và ngày tháng sẽ tự động nhập vào đúng các vị trí của nó (hình 2.13). Sau khi đã kiểm tra dữ liệu ấn

để tiếp tục quá trình nhập dữ liệu.

Hình 2.13: Dữ liệu mực nước và lưu lượng trạm Sơn Tây trong bảng Import Số liệu được nhập vào CSDL KTTV hệ thống sông Hồng – Thái bình cho tất cả

các trạm thuộc lưu vực, có tài liệu quan trắc.

2.3.2.3. Khai thác cơ sở dữ liệu KTTV đã xây dựng

Chức năng quản lý cơ sở dữ liệu

Phần mềm WRDB chia là 3 cấp.

• Cấp thông thường: người sử dụng có thể xem xét, triết xuất dữ liệu tại tất cả các

bảng. Tuy nhiên ở cấp này không cho phép cập nhật, chỉnh sửa dữ liệu

• Cấp cập nhật dữ liệu: người sử dụng có thêm chức năng nhập dữ liệu, nhưng dữ liệu được nhập mới chỉ lưu ở bảng Làm việc – Working để chờ cấp quản lý kiểm tra và đưa vào Cơ sở dữ liệu chính – các bảng Master.

• Cấp người quản lý (supervisor): cấp này có quyền chỉnh sửa cấu trúc của CSDL như thay đổi bảng Suport và chỉnh sửa dữ liệu trong các bảng Master, đồng thời

58

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

kiểm tra và chuyển dữ liệu từ bảng Working vào bảng Master. Cấp này được quản lý bằng Password.

Chức năng thống kê để quản lý

Phần mềm WRDB cho phép phân tích, thống kê những dữ liệu hiện có theo trạm, theo thông số hoặc theo cả trạm và thông số. Trong bảng thống kê theo cả trạm và thông số phần mềm sẽ chỉ các thông tin về trạm (mã trạm, trên trạm…) cũng như về các giá trị đo của trạm (đơn vị, giá trị đo, giá trị trung bình, max, min, ngày bắt đầu, ngày kết thúc…). Để thống kê dữ liệu người sử dụng kích vào 1 trong 3 biểu tượng . Từ bảng thống kê người sử dụng biết lượng dữ liệu mà mình đang có bên và để quản lý và cập nhật thêm số liệu.

Hình 2.14: Bảng thống kê theo trạm và thông số

Chức năng tìm kiếm và sắp xếp dữ liệu

Lọc dữ liệu

Việc lọc dữ liệu trong WRDB được tiến hành khá thuận tiện. Người sử dụng có thể tìm lọc dữ liệu theo ID, tên trạm, kiểu dữ liệu (mực nước, lưu lượng hoặc mưa), theo thời gian hoặc theo giá trị…

Để tìm và lọc dữ liệu, người sử dụng mở bảng Master Table chọn Options sau

đó lựa chọn filter... .

59

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2.15: Lọc dữ liệu mực nước trạm có mã trạm là 74165

Sắp xếp dữ liệu

Để thuận tiện cho người sử dụng, phần mềm WRDB cho phép sắp xếp các dữ liệu nhập vào theo yêu cầu. Tương tự như phần lọc người sử dụng có thể sắp xếp tìm kiếm dữ liệu theo ID, tên trạm, kiểu dữ liệu (mực nước, lưu lựong hoặc mưa), theo thời gian hoặc theo giá trị…

Để tìm lọc dữ liệu người sử dụng mở bảng Master Table chọn Options sau đó

lựa chọn Sort...

Hình 2.16: Sắp xếp dữ liệu từ lớn đến nhhỏ theo mã trạm và theo kết quả

Lựa chọn dữ liệu

Để tiến hành lựa chon dữ liệu trong phần mềm có rất nhiều cách chọn. Vào Select rồi tùy vào mục đích sử dụng có thể chọn 1 trong những cách sau Select ranges data, Avanced Query, QBE Query, SQL Query hoặc có thể lựa chọn từ GIS.

60

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2.17. Lựa chọn dữ liệu mực nước trạm Sơn Tây bằng QBE Query

Chức năng đồ họa

Chức năng đồ họa trong phần mềm WRDB được xây dựng trên ngôn ngữ Visual Basic. Phần mềm có khả năng vẽ đồ thị sự biến đổi các yếu tố mực nước, lưu lượng hay mưa tại các trạm theo thời gian cũng như phân tích sự tương quan giữa các trạm hoặc mối liên hệ giữa các loại dữ liệu trong cùng một trạm

Hình 2.18: Đường quá trình mực nước trạm Mường Tè và Lai Châu trên cùng

một trục tọa độ

Từ đồ thị trên người sử dụng có thể phân tích mối quan hệ giữa hai trạm Mường

Tè và Lai Châu về đường quá trình, pha hay thời gian chảy truyền giữa hai trạm.

61

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ngoài ra phần mềm có khả năng thể hiện qua đồ thị mối tương quan giữa các

trạm qua các dạng đường như tuyến tính, số mũ hay lũy thừa.

Hình 2.19: Mối tương quan mực nước tại 2 trạm Mường Tè và Lai Châu

Chức năng truy xuất dữ liệu

Để phục vụ mục đích dự báo mực nước cho một trạm thủy văn nào đó, phần

mềm WRDB có thể xuất dữ liệu theo yêu cầu.

Ví dụ để dự báo mực nước tại Sơn Tây, qua phân tích nhận thấy mực nước Sơn Tây phụ thuộc vào mực nước Sơn Tây, Bến Ngọc, Vụ Quang và Phú Thọ. Như vậy ta tiến hành chọn dữ liệu mực nước tại các trạm.

Bước 1 Chọn các đối tượng cần quan tâm

Vào Select chọn Select Data Ranges sẽ hiện ra 1 bảng để chọn vùng dữ liệu

quan tâm.

Hình 2.20: Đường dẫn chọn các vùng dữ liệu quan tâm Để có thể chọn dữ liệu tại nhiều trạm, trước tiên vào Option chọn Select from Browser and add to previous result set. Sau đó chọn các trạm, parameter code, compositing code cũng như thời gian cần quan tâm

62

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2.21: Chọn các vùng dữ liệu quan tâm

Để kiểm tra lại những dữ liệu đã chọn ta vào Select chọn Diplay Select Data sẽ

ra bảng dữ liệu mà chúng ta đã chọn.

Hình 2.22: Kiểm tra vùng dữ liệu được chọn

Bước 2 Xuất dữ liệu theo yêu cầu

Chọn output rồi export to file. Tiếp tục chọn đường dẫn, định dạng file và tên file cũng như các trường cần xuất. Tiến hành xuất các dữ liệu đã chọn sang các bảng hoặc các file theo ý muốn để sử dụng. Đặc biệt WRDB có thể xuất sang dạng DSS để có thể tích hợp vào các phần mềm họ HEC.

63

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Kết luận chung: Trong chương này, ngoài việc liệt kê, mô tả và phân tích các tài liệu đã thu thập được, chúng tôi đã xây dựng chương trình quản lý cơ sở dữ liệu cho hệ thống sông Hồng và Thái Bình bao gồm CSDL bản đồ và CSDL khí tượng thủy văn bao gồm:

CSDL bản đồ được xây dựng trên nền GIS có khả năng quản lý, hiển thị và phân tích tất cả các bản đồ ở mọi tỷ lệ khác nhau, cả bản đồ số và bản đồ giấy đã thu thập được trong quá trình thực hiện đề tài

CSDL khí tượng thủy văn được xây dựng và phát triển từ phần mềm Water Resources Database (WRDB) của Hoa Kỳ có khả năng quản lý, hiển thị, chiết xuất và phân tích tất cả các số liệu KTTV của khu vực nghiên cứu đã thu thập trong quá trình thực hiện đề tài. CSDL này được xây dựng dưới dạng mở, có thể cập nhật và quản lý không chỉ các tài liệu trong khuôn khổ đề tài mà còn mở rộng cho các lĩnh vực khác như môi trường, địa chất thủy, hải văn và có thể mở rộng không gian cho cả nước phục vụ các mục tiêu nghiên cứu khác nhau.

64

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO MƯA

TRUNG HẠN

3.1. Dự báo mưa ở Việt Nam

3.1.1. Đặc điểm sự hình thành mưa và tổ hợp các kiểu hình thời tiết gây mưa lớn lưu vực sông Hồng

3.1.1.1. Các hình thế điển hình

Bắc Bộ nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nên thời tiết chịu sự chi phối

của các hệ thống thời tiết, cụ thể như sau

(cid:1) Rãnh áp thấp mặt đất kết hợp với tác động của không khí lạnh (KKL). Rãnh áp thấp (đôi khi có áp thấp đóng kín Bắc Bộ) từ mặt đất tới mức 850 hPa, trục rãnh hướng tây bắc-đông nam (từ Tây Bắc xuống đồng bằng Bắc Bộ) kết hợp với tác động của KKL kèm theo front lạnh di chuyển xuống Bắc Bộ, thường xảy ra vào các tháng chuyển tiếp đầu mùa mưa, có khả năng gây mưa lớn kéo dài 1 đến 2 ngày, lượng mưa ngày phổ biến là 50-100mm.

(cid:1) Rãnh áp thấp mặt đất kết hợp với xoáy thấp lạnh trên cao 700 và 500 hPa. Đây là loại hình thế thời tiết có khả năng gây mưa lớn, lượng mưa ngày từ 50- 100mm, có thể kéo dài 2 đến 3 ngày với tổng lượng mưa trận từ 100-200mm trên toàn Bắc Bộ. Hình thế này thường gây mưa vào tháng VI và tháng IX. (cid:1) Hội tụ gió theo kinh hướng ở Bắc Bộ trên tầng cao 850 và 700 hPa, vào các tháng đầu mùa mưa ở Bắc Bộ, đôi khi xuất hiện sự hội tụ 2 đới gió nam và tây nam (có nguồn gốc gió tây nam từ vịnh Bengan lên) với gió nam - đông nam (nguồn gốc gió đông nam từ rìa tây nam lưỡi cao áp Thái Bình Dương) theo kinh hướng (ở đồng bằng và đông bắc Bắc Bộ), gây ra mưa lớn kéo dài 1, 2 ngày với lượng mưa ngày 50-100mm, có nơi tới 200mm.

(cid:1) Dải hội tụ nhiệt đới (ITCZ), phổ biến ở Bắc Bộ, thường hoạt động mạnh vào các tháng VII, VIII trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình. ITCZ có trục hướng đông-tây hoặc tây bắc-đông nam đi qua đồng bằng Bắc Bộ khi cường độ gió ở một hoặc 2 phía dải hội tụ mạnh lên hoặc xuất hiện các nhiễu động di chuyển từ đông sang tây (ví dụ tháng VIII/1971 là một điển hình) có khả năng gây mưa lớn, kéo dài 1 đến 2 ngày, tổng lượng mưa trận thường là 50-100mm, có khi lên tới 200-300mm, vào các tháng VII, VIII.

(cid:1) ITCZ kết hợp với tác động KKL. ITCZ có xoáy thuận nằm trong dải ở Bắc Bộ kết hợp với tác động của KKL có khả năng gây mưa lớn với tổng lượng mưa

65

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

trận có thể tới 200-300mm, một số vùng tới 300-400mm. Loại này thường gây mưa lớn vào tháng IX ở đồng bằng Bắc Bộ.

(cid:1) ITCZ có nhiễu động xoáy thuận ở vùng ven biển đồng thời lưỡi cao tây Thái Bình Dương có cường độ mạnh di chuyển theo hướng tây. Trường hợp này, do gió đông nam ở rìa tây nam Thái Bình Dương có cường độ mạnh làm độ hội tụ ở phía bắc ITCZ mạnh lên, xoáy thuận theo dòng dẫn đi vào đất liền từ đông sang tây gây mưa lớn, thường diện mưa mở rộng phía bắc dải tới 200km. Tổng lượng mưa trận thường 200-400mm ở hạ lưu sông Hồng – Thái Bình và đồng bằng Bắc Bộ.

(cid:1) Xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ) thường gây mưa lớn và các tháng VII, VIII trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình. Mưa do bão thường kéo dài 2-3 ngày, cường độ mưa tùy thuộcvào cường độ, hướng di chuyển, thời gian tan nhanh hay chậm của bão hoặc ATNĐ. Mưa do bão thường bao trùm một diện rộng, có khi toàn bộ lưu vực sông Hồng-Thái Bình với lượng mưa phổ biến 100-300mm. Xoáy thuận nhiệt đới phối hợp với các hình thế thời tiết khác như KKL, lưỡi cao áp Thái Bình Dương thường gây ra mưa rất lớn, diện rộng, lượng mưa trận tới trên 300mm.

3.1.1.2. Đặc điểm hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn trên lưu vực sông Hồng (cid:1) Mưa lũ lớn trên lưu vực sông Hồng thường do hoạt động liên tiếp hoặc tổ hợp của một số hình thế thời tiết chủ yếu hoạt động kế tiếp nhau gây nên. Lũ VIII/1971 do 3 hình thế chính là rãnh áp thấp, dải hội tụ nhiệt đới, rãnh thấp nóng. Lũ tháng VII/1971, VIII/1986 và VIII/1996 do ảnh hưởng của mưa bão và ATNĐ.

(cid:1) Hoạt động đơn độc của một hình thế thời tiết (trừ bão) chưa thấy có khả năng

gây lũ lớn trên hệ thống sông Hồng trong gần 4 thập kỉ qua.

(cid:1) Hình thế thời tiết thường gặp nhất gây lũ lớn là hoạt động của KKL, ITCZ và áp cao tây Thái Bình Dương (ACTBD) lấn sâu vào lục địa châu Á tác động với hình thế thời tiết khác như rãnh thấp nóng (RTN), hoàn lưu bão,...Chính sự hoạt động dai dẳng của ATNĐ được tăng cường bởi ACTBD và xoáy thấp trên cao đã gây trận lũ lịch sử tháng VIII năm 1971 trên sông Hồng.

(cid:1) Hoạt động của xoáy thấp lạnh trên cao bao trùm Bắc Bộ lại kết hợp với các

hình thế khác.

66

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

(cid:1) Hoạt động của rãnh thấp kết hợp với KKL tràn xuống vùng biên giới Việt

Trung.

(cid:1) Hoạt động của bão, bão kết hợp với các hình thế khác. (cid:1) Trong các loại tổ hợp gây mưa lũ lớn và đặc biệt lớn đáng chú ý nhất tới tổ hợp hoạt động hoặc hoạt động kế tiếp nhau của bão, RTN kết hợp KKL hoặc ACTBD và dải hội tụ nhiệt đới. Đại đa số các trận lũ lớn có đỉnh lũ tại Hà Nội cao hơn báo động III (11,5m) đều xảy ra khi có hoạt động liên tiếp của 3 loại tổ hợp hình thế thời tiết nêu trên.

Lưu ý rằng, 7 trận lũ đặc biệt lớn trên sông Hồng như 1968, 1969, 1970, 1971, 1983, 1986, 1996 (mực nước đỉnh lũ tại Hà Nội trên 12,0 mét) đều đã xảy ra khi có tác động gây mưa lớn đều khắp do 2 hoặc trên 2 loại hình thế thời tiết cùng hoạt động hoặc hoạt động liên tiếp. Chẳng hạn, trận lũ tháng VIII/1970 và VIII/1971 do tác động của 3 hình thế thời tiết chính. Còn 3 trận lũ đặc biệt lớn xảy ra trong các năm 1968, 1986 và 1996 đều do ảnh hưởng của mưa bão, ATNĐ.

Trong số 7 trận lũ đặc biệt lớn trên sông Hồng thì chỉ có 1 trận lũ đã hình thành do mưa đặc biệt lớn ở trung và thượng lưu sông Đà vùng lãnh thổ Việt Nam (vùng Mường Tè-Lai Châu-Tạ Bú), còn 6 trận lũ khác là do mưa đều khắp ở cả 3 sông nhánh. Lũ tháng VIII/1968 do mưa lớn trên sông Thao; lũ VIII/1983 và VII/1986 do mưa lũ lớn sông Lô; Lũ VIII/1971 do mưa lũ lớn sông Thao và Lô; Lũ VIII/1969 và VIII/1996 do mưa lũ lớn sông Đà và Lô.

Qua phân tích và đánh giá đặc điểm mưa lũ lớn, chưa thấy xảy ra tổ hợp bất lợi nhất hình thành lũ sông Hồng khi có mưa lũ đặc biệt lớn đồng bộ trên cả 3 sông Đà, Thao, Lô. Song các trận đặc biệt lớn VIII/1969, VIII/1971 và VIII/1996 đều do mưa lớn xảy ra trên cả 3 lưu vực sông nhánh và không phải đều đã gây lũ lớn lịch sử ở 3 sông.

Bảng 3.1: Các hình thế thời tiết gây mưa lớn ở Bắc Bộ

Hình thế phối hợp

Số lượng mưa theo cấp mưa

Hình thế thời tiết chủ yếu

300mm 300-500mm 500mm Tổng số

30

0

0

30

Rãnh áp thấp nhiệt đới

12

0

0

12

1. Không khí lạnh 2. Xoáy thuận lạnh trên cao

67

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình thế phối hợp

Số lượng mưa theo cấp mưa

Hình thế thời tiết chủ yếu

300mm 300-500mm 500mm Tổng số

6

0

6

0

tụ kinh Hội hướng mực 850-700hPa

26

0

26

0

hội

tụ đới

Dải nhiệt (ITCZ)

16

22

10

48

8

2

0

10

1.Có áp thấp đóng kín Bắc Bộ từ mặt đất tới AT 500 2.Có không khí lạnh 3. KKL hội tụ với tín phong

thuận

63

27

18

108

1. Đơn thuần 2. Có gió đông nam

Xoáy nhiệt đới (XTNĐ)

3.Có không khí lạnh 4.Có gió tây nam

Bảng 3.2: Đặc trưng đỉnh lũ đặc biệt lớn trên các sông thuộc sông Hồng

Hòa Bình

Yên Bái

Tuyên Quang Hà Nội

Vị trí các sông Loại lũ

10.100

11.700

26.000

Lũ lịch sử, Qmax 22.500

18.VIII.1996 15.VIII.1968 15.VIII.1971

22.VIII.1971

T xuất hiện

21.000

9.860

8.490

23.000

Lũ thứ 2, Qmax

19.VIII.1945 20.VIII.1971 26.VII.1986

22.VIII.1945

T xuất hiện

17.200

8.450

12.X.1986

19.300

Lũ thứ 3, Qmax

9.VII.1964

8.100

17.VIII.1989

21.VIII.1996

T xuất hiện

16.200

7.510

7.140

17.000

Lũ thứ 4, Qmax

19.VIII.1971 18.VIII.1945 20.VIII.1990

19.VIII.1995

T xuất hiện

68

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Lũ lịch sử tại Hà Nội VIII/1971 xảy ra khi có lũ lịch sử trên sông Lô và lũ đặc

biệt lớn trên sông Thao (đỉnh lũ đứng hàng thứ 2), trên sông Đà (đỉnh lũ đứng thứ 4).

Lũ đặc biệt lớn tại Hà Nội xảy ra khi có lũ đặc biệt lớn trên 1 hoặc 2 sông.

(Xem bảng 3.2).

Lũ đặc biệt lớn tại Hà Nội thường do 1-3 đợt lũ liên tiếp, kéo dài 8-10 ngày với lượng mưa phổ biến 100-300mm, có nơi tới 500-700mm và tâm mưa khoảng 700- 800mm

3.1.2. Đánh giá hiện trạng các phương pháp dự báo mưa ở Việt nam

Ở Việt Nam, từ nhiều năm nay, trong nghiệp vụ dự báo hàng ngày, chủ yếu sử dụng phương pháp synop để dự báo hình thế thời tiết và các yếu tố khí tượng cho các trạm và các khu vực. Bộ môn dự báo số trị đã được bắt đầu tương đối sớm tại Cục Dự báo KTTV, Tổng cục KTTV (nay là TT DBKTTV TW, Trung tâm KTTV Quốc gia (TTKTTVQG), Bộ Tài nguyên và Môi trường) từ những năm 70, với một số mô hình: một tầng, ba tầng, song mới chỉ dừng lại ở mức thử nghiệm, chưa đưa vào sử dụng nghiệp vụ. Trong những năm 1995-1999, cũng có một vài mô hình được tiếp nhận để nghiên cứu, song vì các mô hình này hoặc chỉ là phiên bản thực nghiệm, hoặc được tải miễn phí từ Internet nên việc nghiên cứu còn gặp nhiều khó khăn.

Từ năm 1997 trở lại đây, nhờ có thành tựu tiến bộ của tin học, TT DBKTTV TW đã thu được một số sản phẩm dự báo số trị từ các Cơ quan khí tượng Nhật bản (JMA) (dạng số, cuối năm 1997), Cơ quan khí tượng Ôxtrâylia (BoM) (dạng bản đồ (1999), dạng số (đầu năm 2001)), và một vài Trung tâm khí tượng khác (dạng bản đồ). Các dự báo viên tham khảo những sản phẩm này khi ra các bản tin thời tiết, và qua thực tế cho thấy rằng, các sản phẩm dự báo này thật sự có ích cho công tác dự báo nghiệp vụ. Tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương, TTKTTVQG, Bộ Tài nguyên và Môi trường, bộ mô hình dự báo số trị phân giải cao GME-HRM (Global Model for Europe-High-resolution Regional Model) do Tổng cục thời tiết, CHLB Đức (DWD) cung cấp đã được cài đặt trên Hệ máy tính song song hiệu năng cao (Hệ điều hành Linux) tại TT DBKTTV TW. Bộ mô hình này bao gồm mô hình HRM (thuỷ tĩnh, dự báo cho khu vực hạn chế) lồng ghép trong mô hình toàn cầu GME của DWD. GME có độ phân giải 0.5°× 0.5° (khoảng 60 km), số mực theo chiều thẳng đứng là 31, sử dụng lưới tam giác điều hoà (icosahedral-hexagonal). Hệ thống nghiệp vụ GME-HRM đã được đưa vào chạy thử nghiệm từ tháng 5 năm 2002; thực hiện dự báo thời hạn 72 giờ. Số liệu đầu vào cho mô hình HRM là các trường phân tích và dự báo của mô hình GME được nhận hàng ngày qua mạng Internet.

69

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Đây là mô hình số dự báo thời tiết đầu tiên được chạy nghiệp vụ tại cơ quan dự báo khí tượng của Việt nam, góp phần quan trọng trong công tác dự báo thời tiết hàng ngày. Các sản phẩm từ mô hình này rất đa dạng: khí áp, gió, mưa, nhiệt độ, mây, vv…v được đưa ra dưới dạng các bản đồ hoặc dạng số làm đầu vào cho một số mô hình khác như: mô hình sóng, mô hình nước dâng do bão, mô hình tính toán ô nhiễm dầu loang, các mô hình thuỷ văn, mô hình dự báo quỹ đạo và cường độ bão.

Chi tiết về các hình thế thời tiết gây mưa lũ và các phương pháp dự báo mưa đang sử dụng tại Trung tâm Dự báo KTTV TƯ được trình bày trong Phụ lục II (mục II.1 và II.2). Trong Chương này sẽ tập trung chủ yếu vào việc nghiên cứu ứng dụng mô hình BoLAM tại Việt Nam.

3.2. Thử nghiệm mô hình BOLAM của Italia

3.2.1. Giới thiệu mô hình BOLAM

Mô hình BoLAM (Bologna Limited Area Model) được phát triển từ đầu những năm 1990 tại Viện khoa học khí quyển và khí hậu (ISAC) thuộc Cơ quan nghiên cứu quốc gia Italia (theo Buzzi và những người khác (nnk) (1994), Buzzi và nnk (2000)). Về cơ bản, BoLAM là một mô hình thủy tĩnh lãnh thổ hạn chế được sử dụng để mô phỏng các quá trình khí tượng quy mô vừa. Mô hình BoLAM đã được thử nghiệm và so sánh với rất nhiều mô hình khí tượng quy mô vừa khác như trong chương trình So sánh các thử nghiệm nghiên cứu và dự báo quy mô vừa (COMPARE) của Tổ chức khí tượng thế giới (WMO). Trong các thử nghiệm đánh giá khả năng dự báo sự phát sinh xoáy thuận ngoại nhiệt đới, mô hình BoLAM được đánh giá là mô hình có chất lượng đứng thứ 2 trong số 14 mô hình được đánh giá. Đối với thử nghiệm dự báo các dòng trên địa hình, dự báo cường độ và trường mưa của bão nhiệt đới, mô hình BoLAM được đánh giá là mô hình tốt nhất trong số các mô hình thành phần.

Hiện tại, mô hình BoLAM đang được chạy nghiệp vụ tại một số cơ quan quốc gia và trung tâm khí tượng khu vực của Italia. Ngoài ra, BoLAM cũng đang được chạy nghiệp vụ tại Hy lạp. Mô hình BoLAM có thể được sử dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu khác nhau từ các nghiên cứu lý tưởng cho đến các nghiên cứu nghiệp vụ như dự báo mưa lớn. Ngoài ra, mô hình BoLAM còn có khả năng thực hiện các mô phỏng dạng hạ quy mô động lực (dynamic downscale) bằng cách thực hiện các lần tích phân khác nhau sử dụng lưới lồng tương tác một chiều. Cụ thể, tích phân mô hình trên một lưới có độ phân giải thô, sau đó các trường đầu ra từ lần tích phân này được sử dụng làm trường đầu vào cho lần tích phân trên lưới mịn hơn nằm trong miền tính toán của lưới thô. Thủ tục chạy lưới lồng tương tác một chiều này có ưu điểm là độ phân

70

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

giải thẳng đứng và địa hình có thể được đặt một cách độc lập giữa các lần chạy mô hình trên lưới thô và lưới có độ phân giải cao. Tuy nhiên, độ phân giải cao nhất có thể được sử dụng trong mô hình là khoảng 6-8km do mô hình BoLAM là mô hình thủy tĩnh. Bên cạnh những ưu điểm nói trên, mô hình BoLAM còn có khả năng tương tác với các mô hình hải văn và thủy văn. Chẳng hạn, BoLAM có thể được sử dụng để chạy tương tác hai chiều với mô hình sóng WAM và POM (theo Lionello và Malguzzi (1998), hay chạy lồng ghép tương tác một chiều với mô hình thủy văn DIMOSOP. Đặc biệt, gần đây mô hình vận chuyển xon khí và hóa học (BOLCHEM) đã được phát triển dựa trên động lực của mô hình BoLAM.

3.2.1.1. Động lực học và phương pháp số

Mô hình BoLAM là mô hình khí tượng thủy tĩnh lãnh thổ hạn chế sử dụng hệ phương trình nguyên thủy được viết trong hệ tọa độ thẳng đứng lai σ theo địa hình. Hệ phương trình nguyên thủy của BoLAM bao gồm 5 phương trình được viết trong hệ tọa độ cầu cho 5 biến dự báo bao gồm các thành phần gió ngang u và v, nhiệt độ thế vị θ , độ ẩm riêng q và áp suất bề mặt sp . Hệ phương trình nguyên thủy của BoLAM bao gồm 2 phương trình mômen chuyển động ngang:

pln

s

∂

(1)

(

f(

FK)E u

u

=

v) σ−ξ+

−

−

+φ

+

+

1 ah

x

x

u ∂ t ∂

TRu ∂ v d ah σ∂

λ∂

∂ λ∂

pln

s

∂

(2)

f(

u)

(

v

F v

=

ξ+

σ−

−

−

+φ

K)E +

+

TRv d v ah

v t

1 ah

y

y

∂ ∂

∂ σ∂

ϕ∂

∂ ϕ∂

phương trình liên tục tích hợp theo phương thẳng đứng hay còn gọi là phương

sp

trình khuynh hướng khí áp bề mặt

(3)

V h

∂ p σ∂

∂ p s ∂ t

1  ∇−= ∫   σ

 σ d 

phương trình nhiệt động lực học

(4)

K

F θ

−=

−−

σ−

+

θ +

u ah

v ah

x

y

θ∂ t ∂

θ∂ λ∂

θ∂ ϕ∂

θ∂ σ∂

và phương trình bảo toàn nước

q

K

(5)

q

F q

−=

−−

σ−

+

+

q t

u ah

v ah

x

y

∂ ∂

q ∂ λ∂

q ∂ ϕ∂

∂ σ∂

71

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

xh và

f

2

ϕΩ=

θF và

uF ,

vF ,

θK và

vK ,

yh là các nhân tố quy mô bản đồ trong đó λ và ϕ là kinh độ và vĩ độ, dR là hằng số khí lý tưởng, a là (tương đương với cos ϕ và bằng 1 trong hệ tọa độ cầu), là tham số Coriolis với Ω là vận tốc quay của trái đất, sin bán kính trái đất, ξ là thành phần thẳng đứng của xoáy tương đối, E là động năng của chuyển động qF biểu thị sự đóng góp của ngang và φ là độ cao địa thế vị. Các hệ số các quá trình vật lý như bức xạ, đối lưu, mây, ma sát bề mặt, thông lượng nhiệt, .... tới các khuynh hướng thay đổi theo thời gian của các biến tương ứng. Tương tự, các hệ số qK biểu thị sự đóng góp của các quá trình khuếch tán ngang và thẳng uK ,

đứng.

Ngoài 5 biến dự báo nói trên, trong mô hình BoLAM còn có 2 biến chẩn đoán là độ cao địa thế vị φ và tương tự tốc độ thẳng đứng ω . Hai đại lượng này được tính thông qua 2 phương trình chẩn đoán là phương trình cân bằng thủy tĩnh (6) và phương trình liên tục cho từng mực thẳng đứng (7):

(6)

−=

TR v d p

p ∂ σ∂

φ∂ σ∂

σ

=

−

(7)

V h

∂ p σ∂

∂ p σ∂

1 ∇+ ∫ σ

∂ p ∂ p

∂ p s ∂ t

  

 σ d 

s

  

  1 

Các biến dự báo trong mô hình được phân bố theo phương thẳng đứng trên lưới Lorenz không đều với độ phân giải cao hơn trong lớp biên. Để sai phân các phương trình (1)-(7) theo ngang trong hệ tọa độ địa lý, lưới xen kẽ Arakawa C được sử dụng, trong đó đường xích đạo có thể được quay theo vĩ độ để cực tiểu hóa vấn đề hội tụ của các đường kinh tuyến. Một sơ đồ sai phân ba chiều tiến-lùi bậc hai (FBAS, theo Malguzzi và nnk (1999)) được sử dụng để giải số hạng bình lưu trong các phương trình dự báo. Ngoài ra, mô hình BoLAM cũng có tùy chọn sử dụng sơ đồ thông lượng trung bình có trọng số (WAF-Weighted Average Flux, theo Billet và Toro (1997)) để tính toán số hạng bình lưu nói trên. Tuy nhiên, sơ đồ này đòi hỏi chí phí tính toán nhiều hơn, do đó trong mô hình BoLAM sơ đồ này chỉ được sử dụng cho các biến vi vật lý.

sp/p=σ

72

Trong hệ tọa độ thẳng đứng, một số phiên bản đầu tiên của BoLAM sử dụng hệ tọa độ thẳng đứng sigma thuần túy ( ). Hệ tọa độ này có nhược điểm là không mô tả được ảnh hưởng của địa hình. Để khắc phục vấn đề này, phiên bản hiện tại của mô hình BoLAM sử dụng hệ tọa độ thẳng đứng lai (hydrid vertical coordinate) trong đó hệ tọa độ sigma theo địa hình thường có khuynh hướng tiến tới hệ tọa độ áp suất Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

khi lên trên cao với nhân tố nới lỏng (relaxing factor) là một hàm của độ cao địa hình cực đại trong miền tính toán. Giá trị áp suất trong hệ tọa độ lai sigma được tính như sau:

σ=σ

−

−

ασ

(8)

)(p

p

p(

0

)p s

0

1=σ

tại bề mặt,

Trong công thức (8),

1=α

sp là áp suất tại bề mặt. Tham số α có giá trị từ 1 (nếu

0p là áp suất trung bình mực biển (thường bằng 1000hPa) và thì hệ tọa độ trở thành hệ tọa độ sigma thuần túy) cho đến khoảng 3 và có giá trị nhỏ hơn trong tại những nơi có địa hình cao (ví dụ như dãy Himalaya). Để tích phân hệ các phương trình (1)-(5), phương pháp tích phân phân chia thời gian được sử dụng với sơ đồ Euler bậc 2 cho số hạng bình lưu và sơ đồ tiến-lùi cho các phần sóng trọng trường. Một sơ đồ khuếch tán ngang bậc 4 và phân kỳ bậc 2 được sử dụng cho tất cả các biến dự báo ngoại trừ biến áp suất bề mặt. Sơ đồ nới lỏng dần của Leheman (1993) được sử dụng cho điều kiện biên xung quanh với 8 hàng nút lưới. Sơ đồ nới lỏng dần này có khả năng hấp thụ được năng lượng sóng và làm giảm những sự phản hồi giả tạo từ các biên.

3.2.1.2. Vật lý và các sơ đồ tham số hóa vật lý

Các quá trình trong lớp biên hành tinh và lớp bề mặt được mô hình hóa theo lý thuyết tương tự của Monin và Obukhov (1955). Độ dài xáo trộn được dựa trên mô hình rối khép kín và được sử dụng để tính các thông lượng trong lớp biên hành tinh. Ngoài ra, đại lượng này còn được sử dụng để tính các số hạng khuếch tán rối thẳng đứng của động lượng, nhiệt và ẩm. Sơ đồ rối khép kín có thể là bậc 1, trong đó các xoáy rối được giả thiết là tĩnh và được xác định hoàn toàn từ các biến địa phương, hoặc là bậc 1.5, trong đó động năng rối là được dự báo. Sơ đồ rối khép kín bậc 1 sử dụng độ dài xáo trộn theo định nghĩa của Blackadar (1962) cho lớp biên phiếm định. Để tính ảnh hưởng của các hiệu ứng nổi lên lớp biên hành tinh phân tầng, sơ đồ độ dài xáo trộn Blackadar được sử dụng cùng với các hàm ổn định phụ thuộc vào số Richardson. Trong mô hình BoLAM, một tập các biến thể khác nhau của các hàm ổn định Louis (1979) được sử dụng (được tính dựa theo lý thuyết tương tự). Để khắc phục những hạn chế như giả thiết tĩnh và tính địa phương của xoáy rối trong sơ đồ rối khép kín bậc 1, một mô hình rối mới được gọi là mô hình E-1 được sử dụng trong BoLAM (theo Zampieri và nnk (2005)). Việc sử dụng động năng rối cho phép xác định tham số hóa vật lý của độ dài xáo trộn đối với các trường hợp ổn đinh mà không cần sử dụng các hàm ổn định. Trong trường hợp bất ổn định, phiên bản tính độ dài xáo trộn phi địa phương của Bougeault và Lacarrere (1989) được sử dụng.

73

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Trong mô hình BoLAM, độ gồ ghề (roughness) cho vùng lục địa được tính phụ thuộc vào thảm phủ thực vật và sự biến đổi của địa hình quy mô dưới lưới. Đối với trường hợp trên biển, độ gồ ghề Charnock được sử dụng trong đó có tính tới hiệu ứng của độ cao sóng như là một hàm của tốc độ gió bề mặt. Nhiệt độ bề mặt biển được tính từ phương pháp phục hồi-cưỡng bức (force-restore method) và phụ thuộc vào các thông lượng hiển nhiệt và ẩn nhiệt trong lớp biên với giả thiết độ dày lớp xáo trộn là không đổi. Có 3 mô hình đất khác nhau trong mô hình BoLAM và tất cả đều là mô hình sử dụng 4 lớp đất với các độ dày (từ vài cm cho đến hơn 1m) tăng lên theo chiều hướng xuống phía dưới. Mô hình đất đơn giản nhất không bao hàm các hiệu ứng của thảm phủ thực vật và dựa trên cân bằng nước và nhiệt tại bề mặt và trong phạm vi các lớp đất (sử dụng giả thiết dạng đất đồng nhất). Mô hình đất phức tạp nhất trong BoLAM (theo Drofa và nnk (2003)) có tính đến các quá trình tan chảy và đóng băng của nước trong đất và dựa trên mô hình của Trung tâm KTTV Nga (Pressman (1994)) trong đó sử dụng các khái niệm bảo toàn entropy và nước. Cách tiếp cận này đặc biệt hữu ích khi biểu diễn sự bảo toàn của khối lượng và năng lượng trong quá trình chuyển pha của nước. Hai mô hình đất còn lại trong BoLAM bao gồm việc tính toán các cân bằng nước, sự vận chuyển thẳng đứng của nước và nhiệt, các ảnh hưởng của thảm phủ thực vật tại bề mặt (như quá trình bay hơi và thoát hơi, ...) và trong đất (như quá trình hút nước của rễ cây, ....). Ngoài ra, 2 mô hình đất này cũng tính tới các tham số vật lý và dạng đất khác nhau.

Các quá trình vi vật lý trong mô hình BoLAM được mô hình hóa theo cách tiếp cận đơn giản và phù hợp cho các quá trình không có đối lưu và tương tự theo cách tiếp cận của Schultz (1995). Sự rơi của giáng thủy được tính từ theo sơ đồ tích phân tiến- lùi và khuếch tán-bảo toàn. Đối lưu sâu được tham số hóa qua sơ đồ đối lưu Kain- Fritsch (Kain và Fritsch (1990)) với phiên bản mới nhất. Để tham số hóa các quá trình bức xạ, mô hình vận chuyển bức xạ nhanh RRTM (Rapid Radiation Stranfer Model) của ECMWF (theo Ritter và Geleyn (1992)) được sử dụng.

3.2.1.3. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên

Cũng giống như bất kỳ một mô hình quy mô vừa lãnh thổ hạn chế, mô hình BoLAM cần số liệu phân tích và dự báo từ các mô hình dự báo toàn cầu để làm điều kiện ban đầu và điều kiện phụ thuộc vào thời gian. Hiện tại, mô hình BoLAM có thể chạy với các trường số liệu đầu vào từ mô hình toàn cầu IFS của Trung tâm Dự báo thời tiết hạn vừa Châu Âu (ECMWF) và mô hình toàn cầu GFS của Trung tâm Quốc gia dự báo môi trường của Mỹ (NCEP).

74

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Đối với tập số liệu từ mô hình toàn cầu GFS của NCEP, các trường phân tích và dự báo được cho dưới dạng mã grib và có 3 dạng số liệu có thể được sử dụng để chạy mô hình BoLAM, đó là:

- Tập số liệu trên lưới kinh vĩ điều hòa có độ phân giải ngang 0.5 × 0.5 độ (khoảng 55km) trên 47 mực áp suất chuẩn (từ 1000hPa cho đến 10hPa) của các biến khí tượng trên cao như độ cao địa thế vị, các thành phần gió ngang, nhiệt độ, độ ẩm tương đối và các biến bề mặt như nhiệt độ và độ ẩm đất tại 4 lớp đất, độ cao thế vị bề mặt, nhiệt độ bề mặt, độ dày tuyết, ..... Các trường này được cập nhập biên 3 giờ một và có 4 phiên làm việc trong một ngày tại các thời điểm 00UTC, 06UTC, 12UTC và 18UTC.

- Tập số liệu giống như trên nhưng có độ phân giải ngang là 1.0 × 1.0 (khoảng

111km) độ trên 26 mực áp suất chuẩn

- Tập số liệu có độ phân giải ngang 1.25 × 1.25 độ (khoảng 138km) trên 12 mực đẳng áp chuẩn nhưng trên lưới octant và không có thông tin về các biến khí tượng bề mặt và chỉ cập nhập biên 6 giờ một.

Các tập số liệu của mô hình toàn cầu GFS này có thể được lấy miễn phí qua chỉ http://nomad3.ncep.noaa.gov/ncep_data/index.html hoặc

tại địa

internet http://nomads6.ncdc.noaa.gov/data.html.

Đối với trường đầu vào từ mô hình toàn cầu IFS của ECMWF, hai dạng tập số liệu có thể được sử dụng trong BoLAM đó là tập số liệu thời gian thực có độ phân giải khoảng 25-30km với cập nhập biên 6 giờ một và tập số liệu tái phân tích có độ phân giải 1.25 × 1.25 độ. Tất cả các tập số liệu mô hình IFS đều cho dưới dạng mã grib. Tuy nhiên, do ECMWF chỉ cung cấp số liệu cho các cơ quan khí tượng là thành viên của ECMWF nên việc sử dụng tập số liệu này để chạy mô hình BoLAM cho Việt Nam là hết sức khó khăn.

Trong quá trình ban đầu hóa (chuẩn bị các điều kiện ban đầu và biên xung quanh cập nhập theo thời gian) của mô hình BoLAM, ngoài tập số liệu các trường khí tượng từ mô hình toàn cầu, thì tập số liệu về các thông số bề mặt như độ cao địa hình, thảm phủ thực vật, dạng đất, độ gồ ghề, mặt nạ đất-biển, .... cũng cần phải có. Tuy nhiên, do đây là những trường tĩnh và chỉ cần tính trước khi chạy mô hình nên cập nhập theo thời gian thực là không cần thiết. Hiện tại, mô hình BoLAM đang sử dụng tập số liệu địa hình USGS có độ phân giải ngang 0.9km, dạng đất từ FAO với độ phân giải ngang 8km và tập số liệu sử dụng đất và thực vật có độ phân giải 0.9km.

75

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

3.2.1.4. Tiền xử lý và hậu xử lý trong mô hình BoLAM

Như đã trình bày ở trên, để có thể chạy được mô hình quy mô vừa lãnh thổ hạn chế BoLAM với điều kiện ban đầu và điều kiện biên từ các mô hình toàn cầu, thì cần thiết phải nội suy các trường số liệu toàn cầu này về lưới tính toán của mô hình. Toàn bộ các công việc này được thực hiện thông qua một chương trình nội suy được biết đến như là chương trình tiền xử lý (pre-process). Trong mô hình BoLAM, chương trình tiền xử lý sẽ có nhiệm vụ giải mã các trường số liệu cho dưới dạng mã grib từ các mô hình toàn cầu (để giải mã các tập số liệu mã grib, thư viện mã grib là GRIBEX của ECMWF được sử dụng), xác định miền tính toán và sau đó tiền hành nội suy các trường khí tượng và bề mặt từ lưới toàn cầu (sử dụng hệ tọa độ áp suất) về lưới mô hình (hệ tọa độ lưới lai). Việc nội suy được tiến hành theo phương ngang trước, sau đó mới nội suy thẳng đứng. Tùy vào từng biến cần nội suy mà các phương pháp nội suy thích hợp được sử dụng. Cụ thể, có 3 phương pháp nội suy được sử dụng trong quá trình tiền xử lý là phương pháp nội suy tuyến tính, song tuyến tính và nội suy spline.

Để hiển thị các kết qủa dự báo của mô hình BoLAM cũng như chuẩn bị số liệu đầu vào cho các mô hình thủy văn, một chương trình hậu xử lý (post-process) được tích hợp trong mô hình BoLAM. Chương trình hậu xử lý này sẽ đọc các trường dự báo từ mô hình BoLAM cho các biến bề mặt như mưa, nhiệt độ và độ ẩm tại độ cao 2m, gió tại độ cao 10m, ... và các biến khí tượng trên các mực đẳng áp chuẩn sau đó đưa các trường đầu ra này về định dạng của các chương trình đồ họa. Cụ thể, phiên bản hiện tại của BoLAM có thể hỗ trợ để hiển thị các sản phẩm dự báo cho các phần mềm đồ họa như NCAR-Graphics, PGPLOT, VIS5D+ và RTTOV (hiển thị trường mây dưới dạng phản hồi bức xạ vệ tinh). Thông qua chương trình hậu xử lý này, các trường dự báo từ mô hình BoLAM có thể được hiển thị dưới dạng các mặt phẳng ngang, các lát cắt dọc theo phương kinh hướng, vĩ hướng và thẳng đứng. Miền hiển thị có thể là toàn miền tính toán hoặc tại một điểm cụ thể nào đó. Ngoài ra, chương trình hậu xử lý còn có thể cung cấp các trường đầu vào cho các mô hình thủy văn dưới định dạng cho sẵn (dạng text hoặc dạng số).

3.2.2. Nghiên cứu ứng dụng mô hình BoLAM cho Việt Nam

76

Mô hình BoLAM được chuyển giao cho Việt Nam (Trường Đại học Thủy lợi và Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương (TT DBKTTV TƯ)) thông qua dự án “Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng, sông Thái Bình" thực hiện nhiệm vụ hợp tác khoa học công nghệ theo Nghị định thư giữa Chính phủ Việt nam và Chính phủ Italia giai đoạn 2006-2008. Tháng 11 năm 2006, mô hình Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

BoLAM bắt đầu được nghiên cứu cài đặt và chạy thử nghiệm tài Phòng Nghiên cứu ứng dụng thuộc TT DBKTTV TƯ. Đến tháng 1 năm 2007, mô hình BoLAM được triển khai chạy bán nghiệp vụ tại TT DBKTTV TƯ trên máy tính PC-Linux với hai phiên bản BoLAM_FATHER (độ phân giải 28km, 31 mực thẳng đứng và bước thời gian tích phần 120 giây) và BoLAM_SON (độ phân giải 14km, 40 mực thẳng đứng và bước thời gian tích phân 90 giây) và chạy 2 thời điểm trong một ngày (tại 00UTC và 12UTC). Trường số liệu đầu vào được lấy từ mô hình toàn cầu GFS của NCEP độ phân giải 0.5 × 0.5 độ. Hình 3.1 minh họa các bước chạy mô hình BoLAM tại TT DBKTTV TƯ trên máy tính PC-Linux (Intel Pentium 4, CPU 3.06HGz, Ram 1 Gb) từ bước lấy số liệu mô hình toàn cầu, tiền xử lý mô hình, chạy mô hình cho đến hậu xử lý sau mô hình. Toàn bộ các chi phí thời gian tính toán tương ứng được đưa ra trong bảng 3.3 Từ bảng 3.3, ta có thể nhận thấy tổng thời gian chạy mô hình BoLAM vẫn chưa đáp ứng được bài toán nghiệp vụ.

Như đã biết, do phiên bản mô hình BoLAM được chuyển giao là phiên bản nghiên cứu nên gây ra nhiều khó khăn trong quá trình cài đặt cũng như vận hành. Để đơn giản hóa quá trình này và tạo ra những phù hợp trong nghiên cứu cũng như chạy nghiệp vụ với điều kiện tại Việt Nam, chúng tôi đã tiến hành một số thay đổi như sau:

1. Thay đổi cấu trúc thư mục mô hình về cấu trúc thư mục chuẩn của một mô hình dự báo thời tiết số trên hệ điều hành Linux và sắp xếp lại các chương trình mã nguồn theo cấu trúc thư mục này.

2. Thay đổi bộ biên dịch cho toàn bộ mã nguồn mô hình BoLAM. Cụ thể, sử dụng bộ biên dịch ifort thay vì pgf90 để tăng tốc độ tính toán và tối ưu hóa một số chương trình.

3. Viết mới gần như toàn bộ các chương trình (script) điều khiển mô hình BoLAM từ cài đặt, chuẩn bị số liệu đầu vào, chạy mô hình và tạo sản phẩm bằng ngôn ngữ lập trình bash-shell.

4. Phát triển một bộ chương trình hậu xử lý cho mô hình BoLAM phục vụ bài toán hiển thị kết quả (sử dụng phần mềm đồ họa GrADS-Grid Analysis and Display System) và đánh giá kết quả (chuyển định dạng đầu ra của BoLAM về dạng mã NetCDF-Network Common Data Form để phù hợp với chương trình đánh giá nghiệp vụ tại TT DBKTTV TƯ)

5. Thay đổi lưới sai phân ngang của mô hình BoLAM (sử dụng lưới kinh vĩ

có độ phân giải như nhau thay vì sử dụng lưới sai phân quay).

77

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Các mục tiếp theo sẽ trình bày chi tiết về những thay đổi đã được áp dụng cho mô

hình BoLAM.

Hình 3.1: Biểu đồ quy trình chạy mô hình BoLAM trên máy tính PC- Linux

Bảng 3.3. Các chi phí tính toán thời gian chạy mô hình BoLAM

Chi phí

Chương trình

Bộ biên dịch

thời gian (phút)

15.0

Lấy số liệu GFS độ phân giải 0.5 độ

2.2

ifort

Tiền xử lý cho mô hình BoLAM_FATHER

143.2

ifort

Chạy mô hình BoLAM_FATHER

1.26

ifort

Tiền xử lý cho mô hình BoLAM_SON

145.3

ifort

Chạy mô hình BOLAM_SON

3.0

ifort

Hậu xử lý cho mô hình BoLAM_FATHER và BoLAM_SON bao gồm hiển thị kết quả, chuyển định dạng về NetCDF

309.96

Tổng số thời gian chạy

78

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

3.2.2.1. Thay đổi cấu trúc thư mục trong mô hình BoLAM

Toàn bộ các mã nguồn, chương trình điều khiển và thư viện mã grib đi kèm của mô hình BoLAM được tổ chức lại theo cấu trúc thư mục như được thấy trong hình vẽ 3.2. Đây là cấu trúc thư mục chuẩn cho bất kỳ một mô hình dự báo thời tiết số được cài đặt trên hệ điều hành Linux hoặc Unix. Trong hệ thống thư mục mới này, thư mục gốc có tên là bolam với 6 thư mục con chính ở bên trong là bin, data, include, library, run và src. Trong đó, thư mục bin chứa toàn bộ các chương trình có thể thực hiện (tức là các chương trình chạy được tạo ra sau quá trình biên dịch các mã nguồn), thư mục data chứa số liệu đầu vào và đầu ra cho mô hình BoLAM. Cụ thể, thư mục con geodata của thư mục data chứa các loại số liệu địa hình như đã được mô tả trong mục 3.2.1. Các trường đầu vào từ mô hình toàn cầu sẽ được để trong thư mục con in, trong khi các trường dự báo đầu ra sẽ được để trong thư mục con out. Thư viện mã grib của ECMWF được sử dụng trong quá trình giải mã số liệu của các mô hình toàn cầu GFS hoặc IFS được đặt trong thư mục library (thư mục con gribex_00300). Thư mục include chứa các files quy định cấu hình mô hình, các tùy chọn tính toán như độ phân giải, bước thời gian tích phân, … và cấu hình miền số liệu đầu vào cũng như miền tích phân dự báo của mô hình BoLAM. Những files cấu hình này sẽ được sử dụng trong quá trình cài đặt và tích phân mô hình. Toàn bộ các chương trình cài đặt và thực thi các chương trình của mô hình BoLAM được đặt trong thư mục run, trong đó các phiên bản chạy nghiệp vụ (tự động theo thời gian thực) nằm trong thư mục con operation và phiên bản nghiên cứu (chạy bằng tay cho các nghiên cứu cụ thể) để trong thư mục con study. Thư mục con quan trọng nhất trong thư mục mẹ bolam chính là thư mục src. Thư mục này chứa toàn bộ mã nguồn của mô hình BoLAM từ các chương trình tiền xử lý, chương trình tích phân, chương trình tham số hóa và các chương trình hậu xử lý và hiển thị các kết qủa dự báo từ mô hình BoLAM. Nói chung, cây thư mục như được thấy trên hình 3.2 sẽ được tự động tạo ra khi tiến hành cài đặt mô hình BoLAM (toàn bộ quy trình hướng dẫn cài đặt mô hình BoLAM được trình bày chi tiết trong Phụ lục II (mục II.3) của Báo cáo Tổng hợp) và toàn bộ các chương trình điều khiển trong quá trình cài đặt cũng như vận hành mô hình BoLAM đều theo các đường dẫn thư mục như trên. Do đó, bất kỳ một sự thay đổi nào trong cấu trúc cây thư mục này đều đòi hỏi phải thay đổi rất nhiều trong các chương trình điều khiển hệ thống, thậm chí phải cài đặt lại toàn bộ mã nguồn của mô hình BoLAM.

79

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.2: Cấu trúc thư mục mới của mô hình BoLAM

3.2.2.2. Thay đổi các chương trình điều khiển trong mô hình BoLAM

Như đã trình bày ở mục trên, do toàn bộ mô hình BoLAM được tổ chức lại vào trong một cấu trúc thư mục mới nên các chương trình điều khiển cài đặt và chạy mô hình trong phiên bản gốc cần phải viết lại. Tuy nhiên, do trong phiên bản gốc các chương trình này được viết cho mục đích sử dụng tại Italia (có nhiều đoạn chương trình không cần thiết, một số chỗ chưa tối ưu và các chú thích phần lớn là tiếng Italia), đặc biệt là các chương trình được viết trên các phiên bản Linux-Redhat khác với phiên bản Linux-Suse tại Việt Nam nên chúng tôi tiến hành viết mới gần như toàn bộ các chương trình cài đặt và thực thi mô hình sao cho phù hợp với điều kiện máy tính và hệ điều hành tại Việt Nam. Tuy nhiên, những thay đổi nói trên chỉ tập trung vào các đọan mã nguồn, còn tên các chương trình gần như ít bị thay đổi. Bảng 3.4 liệt kê những chương trình nằm trong bộ mô hình BoLAM đã được thay đổi hoặc viết mới (chi tiết xin xem trong phụ lục II-3 của Báo cáo Tổng hợp này). Mục đích chính của những thay đổi này là để đảm bảo cho quá trình thực thi mô hình được ổn định, chính xác và phù hợp với cấu trúc thư mục mới và với điều kiện máy tính và hạ tầng mạng tại TT DBKTTV TƯ. Chẳng hạn, việc sử dụng bộ biên dịch ifort để thay thế cho bộ biên dịch pgf90 là dựa trên thực tế các chương trình mã nguồn Fortran được biên dịch với bộ biên dịch ifort thường chạy ổn định và nhanh hơn khi biên dịch với pgf90.

80

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 3.4: Danh sách các khối chương trình bị thay đổi hoặc viết mới trong phiên bản mô hình BoLAM được cài đặt tại TT DBKTTV TƯ

STT Khối chương trình Trạng thái Những thay đổi chính hoặc bổ sung

1

Lấy số liệu GFS

Thay đổi Bắt thêm một số lỗi, thay đổi đường dẫn, tối ưu hóa quá trình lấy số liệu, đưa vào nghiệp vụ, ....

2 Cài đặt mô hình

Thay đổi

Sử dụng bộ biên dịch ifort, thay đổi một số tùy chọn biên dịch, thay đổi đường dẫn, .....

3 Chạy mô hình

Viết mới Thay đổi đường dẫn, bắt lỗi và đưa vào

nghiệp vụ, .....

4 Xử lý sau mô hình

Viết mới Thay đổi đường dẫn, bắt lỗi và đưa vào

nghiệp vụ, .....

5 Điều khiển toàn bộ

Viết mới Thay đổi đường dẫn, bắt lỗi và đưa vào

nghiệp vụ, .....

hệ thống

3.2.2.3. Thay đổi lưới sai phân không gian

81

Như đã biết, mô hình BoLAM đầu tiên được phát triển cho mục đích dự báo thời tiết vùng vĩ độ ngoại nhiệt đới bằng cách tích phân hệ các phương trình nhiệt động lực học trên một lưới sai phân điều hòa (có độ phân giải ngang theo các chiều kinh hướng và vĩ hướng là như nhau). Việc sử dụng lưới sai phân ngang điều hòa này sẽ làm đơn giản hóa rất nhiều trong quá trình sai phân các số hạng trong hệ các phương trình từ (1)-(7) nhưng có thể dẫn đến những sai số lớn khi áp dụng cho các vùng thuộc vùng vĩ độ trung bình và vĩ độ cao. Nguyên nhân dẫn đến sai số này là do sự hội tụ của các đường kinh tuyến khi đi về phía các cực. Hay nói cách khác, khoảng cách giữa hai đường kinh tuyến tại vùng vĩ độ cao và vĩ độ thấp là không bằng nhau mặc dù giá trị khoảng cách giữa hai đường kinh tuyến là không đổi. Để khắc phục vấn đề này cho các vùng ngoại nhiệt đới, phương pháp sử dụng lưới quay được sử dụng. Tâm lưới quay trong phiên bản hiện tại của mô hình BoLAM cho khu vực Việt Nam có tọa độ là 102.5°E và 21.3°N. Tuy nhiên, do Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới nên ảnh hưởng của sự hội tụ của các đường kinh tuyến là có thể được loại bỏ, do đó việc sử dụng lưới quay là không cần thiết. Quá trình thay đổi lưới sai phân không gian từ lưới quay về lưới quay được thực hiện qua hai bước: một là đặt lại tọa độ tâm quay bằng 0 trong các file quy định cấu hình miền tính toán của mô hình BoLAM (nằm trong thư mục include trên hình 1) và biên dịch lại toàn bộ mã nguồn. Hiện tại, cả hai phiên bản Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

BoLAM_FATHER và BoLAM_SON đều được chạy với lưới sai phân không gian Arakawa-C không quay.

3.2.2.4. Bổ sung chương trình đồ họa GrADS và chuyển đổi định dạng về NetCDF

Như đã được trình bày trong mục trên, các chương trình đồ họa được sử dụng cho quá trình xử lý sau mô hình BoLAM như NCAR, Vis5D+, .... đều không phổ biến và rất ít được sử dụng tại Việt Nam. Do đó, để có thể cung cấp những sản phẩm dự báo của mô hình BoLAM dưới dạng đồ họa, chúng tôi sử dụng phần mềm đồ họa GrADS. Để làm được điều này, chương trình hậu xử lý trong mô hình BoLAM sẽ được thay đổi một chút để kết xuất số liệu đầu ra dưới dạng các file text, sau đó một chương trình xử lý file đầu ra này (được viết mới) sẽ chuyển số liệu về định dạng của phần mềm GrADS. Ngoài ra, một số chương trình sử dụng ngôn ngữ script của GrADS cũng được viết để tiến hành hiển thị các kết qủa dự báo từ mô hình BoLAM. Hình 3.3, 3.4 và 3.5 minh họa một số kết qủa dự báo của mô hình BoLAM dưới dạng đồ họa sử dụng phần mềm GrADS. Bên cạnh các chương trình xử lý đầu vào cho phần mềm đồ họa GrADS, chúng tôi cũng phát triển một số chương trình chuyển định dạng đầu ra của mô hình BoLAM về định dạng NetCDF (Network Common Data Form). Mục đích của việc chuyển định dạng số liệu này là để phục vụ cho bài toán đánh giá mô hình (do yêu cầu số liệu đầu vào cho chương trình đánh giá tại TT DBKTTV TƯ phải theo định dạng NetCDF).

82

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.3: Ví dụ minh họa dự báo +24h cho trường mưa, khí áp và hàm dòng bề mặt của mô hình BoLAM_FATHER (trái) và BoLAM_SON (phải)

Hình 3.4: Ví dụ minh họa dự báo +24h cho trường gió và độ cao địa thế vị

mực 500mb của mô hình BoLAM_FATHER (trái) và BoLAM_SON (phải)

Hình 3.5: Ví dụ minh họa dự báo +24h cho trường nhiệt độ tại độ cao 2m

của mô hình BoLAM_FATHER (trái) và BoLAM_SON (phải)

3.2.3. Dự báo thử nghiệm bằng mô hình BOLAM mùa lũ 2007

3.2.3.1. Mô tả tập số liệu nghiên cứu và miền tính toán

Để nghiên cứu đánh giá kỹ năng dự báo mưa của mô hình BoLAM cho khu vực Việt Nam, chúng tôi sử dụng tập số liệu phân tích và dự báo 6 giờ một của mô hình toàn cầu GFS có độ phân giải ngang 0.5 × 0.5 độ làm điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình BoLAM. Cụ thể, chuỗi số liệu thử nghiệm bao gồm 7 tháng số liệu bắt đầu từ 01/02/2007 cho đến 31/08/2007 với tất cả các thời điểm tích phân được thực hiện tại 00UTC (tức 7h sáng giờ Việt Nam) cho đến hạn dự báo 72h.

83

Trong nghiên cứu này, số liệu GFS đã được tiền xử lý trước khi đưa vào làm đầu vào cho mô hình BoLAM. Cụ thể, chỉ các trường gió, nhiệt, ẩm áp tại bề mặt và Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

trên cao (tại 26 mực đẳng áp chuẩn) cùng với một trường tham số bề mặt được sử dụng thay vì lấy toàn bộ các trường khí tượng có trong các file số liệu của mô hình toàn cầu GFS. Ngoài ra, miền số liệu GFS cũng được thu nhỏ lại với góc bên dưới trái nhất có tọa độ (10°S, 75°E) và số nút lưới theo chiều kinh hướng là 121 và kinh hướng là 101. Việc tiền xử lý và thu nhỏ miền số liệu GFS nhằm mục đích tối ưu thời gian lấy số liệu và ban đầu hóa trong mô hình BoLAM nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác trong tính toán. Để thuận tiện cho việc đánh giá cũng như so sánh kỹ năng dự báo mưa của mô hình BoLAM với các mô hình chạy nghiệp vụ tại TT DBKTTV TƯ, trong nghiên cứu này chúng tôi lựa chọn miền tích phân cho mô hình BoLAM tương tự với mô hình nghiệp vụ HRM. Cụ thể, phiên bản BoLAM_FATHER sẽ có cùng miền tích phân với phiên bản nghiệp vụ HRM độ phân giải 28km và miền tính toán của BoLAM_SON tương tự với phiên bản HRM độ phân giải 14km. Hình 3.6 minh họa miền số liệu đầu vào từ mô hình toàn cầu GFS (miền ngoài cùng) và miền tính toán của BoLAM_FATHER (miền có đường viền màu đỏ) và BoLAM_SON (ô vuông màu xanh trong cùng). Điểm dưới cùng bên trái của phiên bản BoLAM_FATHER có tọa độ là (5°S, 80.25°E) và của phiên bản BoLAM_SON là (7.125°S, 97.25°E). Từ hình 3.6 có thể thấy miền số liệu đầu vào và miền tính toán của phiên bản BoLAM_FATHER có hình chữ nhật, trong khi miền tính toán của BoLAM_SON là hình vuông.

3.2.3.2. Mô tả cấu hình mô hình BoLAM

Các đặc trưng về động lực, vật lý và phương pháp số (bao gồm lưới tính phân, hệ tọa độ thẳng đứng, ....) của 2 phiên bản mô hình BoLAM được sử dụng trong nghiên cứu này được đưa ra trong bảng 3.5. Nói chung, cấu hình động lực, vật lý và phương pháp số của 2 phiên bản mô hình BoLAM trong nghiên cứu này là tương tự nhau. Sự khác biệt chủ yếu là về lưới tính toán, bước thời gian tích phân, điều kiện ban đầu và điều kiện biên theo thời gian. Trong khi phiên bản BoLAM_FATHER sử dụng các trường phân tích và dự báo của mô hình toàn cầu GFS làm điều kiện ban đầu và điều kiện biên, thì phiên bản BoLAM_SON lại sử dụng trường phân tích và dự báo của phiên bản BoLAM_FATHER để làm tập số liệu đầu vào.

84

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.6: Miền số liệu đầu vào của mô hình toàn cầu GFS và miền tính toán

của mô hình khu vực BoLAM cho phiên bản FATHER và SON

Bảng 3.5: Cấu hình động lực, vật lý và phương pháp số của 2 phiên bản mô hình BoLAM trong nghiên cứu dự báo định lượng mưa cho khu vực Việt Nam

Phiên bản mô hình BoLAM

Cấu hình

BoLAM_FATHER

BoLAM_SON

Động lực

Hệ phương trình nguyên thủy, thủy tĩnh

Hệ phương trình nguyên thủy, thủy tĩnh

Sơ đồ Kain-Fritsch

Sơ đồ Kain-Fritsch

Đối lưu

Sơ đồ RRTM

Sơ đồ RRTM

Bức xạ

Vật lý

Lớp biên

Sơ đồ Monin-Obukhov

Sơ đồ Monin-Obukhov

Đất

Sơ đồ 4 lớp

Sơ đồ 4 lớp

Sơ đồ bình lưu

Sơ đồ FBAS

Sơ đồ FBAS

Sơ đồ sai phân thời gian

Sơ đồ Euler bậc 2

Sơ đồ Euler bậc 2

Hệ tọa độ thẳng đứng

hệ tọa độ sigma lai

hệ tọa độ sigma lai

Arakawa C

Arakawa C

85

Lưới sai phân ngang Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Phiên bản mô hình BoLAM

Cấu hình

BoLAM_FATHER

BoLAM_SON

Độ phân giải ngang

28km (201 x 161 nút lưới)

14km (161 x 161 nút lưới)

31

40

Số mực thẳng đứng

120 giây

90 giây

Bước thời gian tích phân

Khí tượng

GFS 0.5 x 0.5 độ

BoLAM_FATHER 28km

USGS 0.9km

USGS 0.9km

Điều kiện ban đầu

Địa hình

FAO

FAO

Đất

Điều kiện biên

GFS 0.5 độ, cập nhập biên 6 giờ

BoLAM_FATHER 28km, cập nhập biên 6 giờ

72h

72h

Hạn dự báo

3.2.3.3. Mô tả phương pháp đánh giá mưa dự báo từ mô hình BoLAM

Để đánh giá kết quả dự báo từ mô hình ta cần so sánh kết quả nhận được với trường mưa thực tế. Thông thường có hai quan điểm khác nhau trong đánh giá dự báo: đánh giá trên lưới mô hình và đánh giá trên trạm quan trắc. Theo quan điểm đánh giá trên lưới mô hình, cần phân tích lượng mưa đo được tại trạm về lưới mô hình bằng một phương pháp phân tích nào đó rồi so sánh trường phân tích này với trường mưa dự báo. Theo quan điểm đánh giá trên trạm quan trắc, giá trị lượng mưa đo được tại trạm sẽ được so sánh với giá trị lượng mưa dự báo sau khi đã nội suy về điểm trạm. Trong phần đánh giá dưới đây chúng tôi lựa chọn quan điểm đánh giá mưa trên lưới mô hình sử dụng trường mưa phân tích từ TT DBKTTV TƯ. Giải pháp này đã được trình bày chi tiết trong báo cáo nghiên cứu của tác giả Lê Đức (2007). Trong tài liệu nói trên tác giả cũng đã mô tả cụ thể trường mưa phân tích được tạo ra tại trung tâm. Dưới đây là một số nét cơ bản về trường mưa phân tích này:

(cid:1) Miền phân tích: 99°N –109.5°N, 8.5°E – 23.5°E, độ phân giải ∆x = 14km. (cid:1) Quan trắc: quan trắc khí tượng, quan trắc thủy văn và quan trắc từ vệ tinh TRMM. Số liệu TRMM chỉ đóng vai trò như một nguồn thông tin phụ được đưa vào hệ thống cho các vùng trống hoặc ít dữ liệu.

86

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

(cid:1) Phương pháp phân tích: phương pháp hiệu chỉnh liên tiếp Barnes ba lần

quét.

Một ví dụ về trường mưa phân tích trên khu vực Bắc Bộ từ ngày

26/07/2007 đến ngày 28/07/2007 được cho trên hình 3.7.

Hình 3.7: Lượng mưa phân tích trên khu vực Bắc Bộ từ ngày 26/07/2007 đến ngày 28/07/2007.

Đánh giá thử nghiệm sẽ được thực hiện từ tháng 02 cho đến tháng 08 năm 2007 mà không thực hiện riêng cho từng khoảng thời gian nào đó bởi các chỉ số đánh giá thống kê sẽ chỉ có ý nghĩa khi chuỗi số liệu đủ dài. Các chỉ số đánh giá bao gồm các chỉ số cơ bản được sử dụng trong đánh giá mưa định lượng. Đây đều là những chỉ số cơ bản cho phép một cái nhìn tổng quát về kỹ năng dự báo mưa định lượng của một mô hình (WWRP/WGNE 2004). Lượng mưa đánh giá sẽ được phân làm ba thời đoạn dự báo: ngày thứ nhất 0024h, ngày thứ hai 2448h và ngày thứ ba 4872h. Dự báo với miền lớn, độ phân giải thô được ký hiệu bởi BoLAM_FATHER (trong các hình vẽ dưới đây ký hiệu là BoLAM_F). Dự báo với miền nhỏ, độ phân giải cao được ký hiệu bởi BoLAM_SON (hoặc BoLAM_S trong các hình vẽ). Cần chú ý rằng ta sẽ có hai trường mưa dự báo với độ phân giải khác nhau so sánh với trường mưa phân tích có độ phân giải 0.125°. Do đó, trước khi đánh giá tùy thuộc độ phân giải của trường mưa dự báo lớn hơn hay nhỏ hơn độ phân giải của trường mưa phân tích mà ta phải làm trơn hay nội suy về cùng độ phân giải. Chi tiết về các chỉ số đánh giá có thể tham khảo thêm trong Jolliffe và Stephenson (2003), Nurmi (2003). Trong phần dưới đây chúng tôi chỉ mô tả sơ lược công thức, ý nghĩa của các chỉ số chính được sử dụng.

Các chỉ số đánh giá lượng mưa bao gồm:

ME (Mean Error): Sai số trung bình hay sai số hệ thống cho biết độ lệch trung

bình giữa dự báo và quan trắc, giá trị lý tưởng bằng 0

87

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

N

=

ME

(9)

− F O i i

(

)

 1 ∑  N =  i 1

  

RMSE (Root Mean Square Error): Sai số căn quân phương xác định độ lớn sai

số trung bình, giá trị lý tưởng bằng 0

N

=

RMSE

(10)

− F O i i

(

)

1 ∑ N = i 1

  

1  22  

COR (Correlation): Hệ số tương quan xác định mức độ quan hệ tuyến tính giữa

dự báo và quan trắc, độc lập với sai số hệ thống, giá trị lý tưởng bằng 1

N

−

−

(

)(

)

F i

F O O i

∑

=

(11)

1

i

=

C O R

N

N

2

2

−

(

F

)

− O O

(

)

F i

i

∑

∑

=

=

1

i

1

i

Các chỉ số đánh giá dự báo hiện tượng có/không dựa trên ngưỡng mưa: lượng mưa dự báo và lượng mưa quan trắc sẽ được phân thành hai cấp có/không dựa trên một ngưỡng mưa cho trước. Một số định nghĩa:

(cid:1) A: số trường hợp dự báo đúng (dự báo có, quan trắc có) (cid:1) B: số trường hợp dự báo khống (dự báo có, quan trắc không) (cid:1) C: số trường hợp dự báo sót (dự báo không, quan trắc có) (cid:1) D: số trường hợp phủ định đúng (dự báo không, quan trắc không) (cid:1) N: tổng số trường hợp (bằng tổng của A, B, C, D)

FB (Frequency Bias): sai số hệ thống tần suất xác định tỷ số giữa tần suất dự

báo có và tần suất quan trắc có, giá trị lý tưởng bằng 1

=

FB

(12)

+ BA + CA

TSS (True Skill Statistics): điểm số kỹ năng thực (còn gọi là điểm số Hanssen Kuipers) xác định khả năng phân tách của mô hình giữa các hiện tượng quan trắc có và các hiện tượng quan trắc không, giá trị lý tưởng bằng 1

=

TSS

(13)

A +

B +

− A C B D

3.2.3.4. Một số kết qủa đánh giá

88

Trước hết ta sẽ đưa ra một bức tranh chung về khả năng dự báo mưa của mô hình BoLAM (đặc tính khí hậu của mô hình) so với lượng mưa phân bố thực tế thông Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

qua tổng lượng mưa tích lũy trong thời kỳ đánh giá (hình 3.8 và 3.9). Một đặc điểm có thể dễ dàng nhận ra là mô hình BoLAM thường cho dự báo thiên cao dẫn đến một dự báo khống lớn. Tuy nhiên, bản đồ phân bố cũng cho thấy dự báo đã nắm bắt được các tâm mưa chính trong thời kỳ đánh giá, đó là tâm mưa ở vùng núi phía Bắc, tâm mưa tại khu vực Hà Tĩnh, Quảng Bình và tâm mưa tại Nam Tây Nguyên và miền Đông Nam Bộ. Cùng với đó là hai tâm mưa dự báo sai tại bắc Tây Nguyên và tây Nam Bộ. Khác biệt giữa BoLAM_FATHER và BoLAM_SON không nhiều, ngoại trừ cường độ mưa theo BoLAM_SON lớn hơn so với BoLAM_FATHER do có độ phân giải cao hơn.

Điểm đặc biệt với các phân bố ở trên nằm ở chỗ, khi hạn dự báo tăng lên hai đến ba ngày, lượng dự báo khống càng lớn. Điều này có nghĩa rằng sai số hệ thống phần nhiều có nguyên nhân từ mô hình bởi với ngày dự báo đầu tiên mô hình cần thời gian điều chỉnh động lực phù hợp với số liệu ban đầu, dẫn đến một lượng dự báo khống lớn trong những giờ đầu tiên. Sang tới ngày dự báo thứ hai và thứ ba, khi quá trình điều chỉnh động lực đã kết thúc, lượng dự báo khống do nguyên nhân động lực này sẽ không còn. Chú ý rằng do phân bố với dự báo ngày thứ hai tương tự như phân bố với dự báo ngày thứ ba cho nên trong các hình vẽ dưới đây, chúng tôi sẽ chỉ thực hiện cho hạn dự báo ngày thứ nhất và ngày thứ hai.

89

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.8: Tổng lượng mưa từ tháng 02/2007 đến tháng 08/2007 theo phân tích (trái, trên) và dự báo với hạn dự báo 1 ngày (phải, trên), 2 ngày (trái, dưới) và 3 ngày (phải, dưới) theo BoLAM_FATHER.

90

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.9: Tổng lượng mưa từ tháng 02/2007 đến tháng 08/2007 theo phân tích (trái, trên) và dự báo với hạn dự báo 1 ngày (phải, trên), 2 ngày (trái, dưới) và 3 ngày (phải, dưới) theo BoLAM_SON.

Để tiếp tục khẳng định xu thế dự báo khống của mô hình BoLAM, ta khảo sát thêm phân bố của sai số hệ thống ME (hình 3.10) và sai số hệ thống tần suất FB (hình 3.11). Có thể thấy rằng hầu như toàn bộ các điểm khảo sát đều cho ME dương nghĩa là lượng mưa dự báo luôn lớn hơn so với lượng mưa quan trắc, phù hợp với phân bố tổng lượng mưa ở trên. Chỉ số FB lớn hơn 1 (>1) trên hầu hết lãnh thổ Việt Nam cho thấy số ngày dự báo khống lớn. ME và FB có giá trị lớn trên khu vực Tây Nguyên và Nam Bộ. Các giá trị này nhỏ trên khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ. ME từ BoLAM_SON thường có giá trị lớn hơn so với ME từ BoLAM_FATHER. Theo hạn dự báo, ME cũng tăng lên khi dự báo xa hơn.

91

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.10: Phân bố sai số hệ thống (ME) từ tháng 02 đến tháng 08/2007 theo phân tích và dự báo với hạn dự báo 1 và 2 ngày theo BoLAM_FATHER (các hình bên trái) và BoLAM_SON (các hình bên phải).

92

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.11: Phân bố sai số hệ thống tần suất (FB) với ngưỡng mưa

10mm/ngày từ tháng 02/2007 đến tháng 08/2007 theo phân tích và dự báo với hạn dự báo 1 và 2 ngày theo BoLAM_FATHER (hình trái) và BoLAM_SON (hình phải).

Qua một số đánh giá ở trên, bước đầu có thể nhận xét rằng, BoLAM cho kết quả dự báo với chất lượng tốt trên khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ, dự báo khống nhỏ; trong khi tại các khu vực từ Tây Nguyên trở vào (ngoại trừ khu vực Nam Tây Nguyên, chất lượng dự báo thấp, dự báo khống lớn). Để kiểm chứng nhận xét này, ta sẽ khảo sát thêm phân bố của hệ số tương quan COR (hình 3.12) và điểm số kỹ năng thực TSS (hình 3.13). COR có giá trị trong khoảng từ 0.4 đến 0.6 trên các tâm mưa được mô hình dự báo cho thấy một chất lượng dự báo trung bình về mặt tương quan tại đây. Tại tâm mưa dự báo khống lớn là bắc Tây Nguyên, giá trị này cho thấy có thể hiệu chỉnh dự báo mưa tại đây bằng cách khử sai số hệ thống và có thể thu được dự báo với chất lượng tốt hơn. Giá trị tương quan tương đối nhỏ tại đồng bằng Bắc Bộ và

93

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

khu vực Nam Trung Bộ. Tuy nhiên, tại các khu vực này lượng mưa không lớn do đó chỉ số này không có nhiều ý nghĩa. Đặc biệt, COR đạt giá trị lớn tại khu vực Bắc Trung Bộ từ Nghệ An đến Quảng Bình. Giá trị COR vẫn lớn cho dự báo ngày thứ hai với BOLAM_FATHER nhưng lại giảm đi rõ rệt với BOLAM_SON. Như quy luật thông thường, sang các ngày dự báo tiếp theo, hệ số tương quan giảm. Phân bố của TSS cũng cho ta các kết luận tương tự như đã rút ra từ phân bố của COR. Dễ thấy, TTS đạt giá trị khá cao tại miền núi phía bắc và Bắc Trung Bộ, đạt giá trị trung bình trên khu vực Tây Nguyên và đông Nam Bộ. Hai khu vực có chỉ số TSS thấp vẫn là khu vực đồng bằng Bắc Bộ và nam Trung Bộ.

Hình 3.12: Phân bố hệ số tương quan (COR) từ tháng 02 đến tháng 08/2007 theo phân tích và dự báo với hạn dự báo 1 và 2 ngày theo BoLAM_FATHER (hình trái) và BoLAM_SON (hình phải)

94

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.13: Phân bố điểm số kỹ năng thực với ngưỡng mưa 10mm/ngày từ tháng 02/2007 đến tháng 08/2007 theo phân tích và dự báo với hạn dự báo 1 và 2 ngày theo BoLAM_FATHER (hình trái) và BoLAM_SON (hình phải)

3.3 Một số kết qủa so sánh mô hình BoLAM và mô hình HRM

95

Để có cách nhìn khách quan hơn về khả năng sử dụng mô hình BoLAM trong dự báo nghiệp vụ, chúng tôi tiến hành so sánh dự báo mưa từ BoLAM với dự báo mưa từ mô hình khác mà cụ thể ở đây là HRM (Mô hình nghiệp vụ HRM được sử dụng tại Trung tâm DBKTTV TƯ từ tháng 5 năm 2002 cho đến nay). Giống như các phần trước, trong phần này chúng tôi sẽ chỉ sử dụng các kết quả dự báo mưa từ phiên bản BOLAM_S. Lựa chọn này đặc biệt phù hợp về miền dự báo do cả BoLAM_S và HRM sử dụng cùng một miền dự báo, cùng tọa độ thẳng đứng. Hình 3.14 và 3.15 là tổng lượng mưa dự báo ngày thứ nhất và ngày thứ hai từ hai mô hình. Về mặt khí hậu, có thể thấy ngay rằng HRM không có dự báo khống lớn như BoLAM, đặc biệt với hạn dự báo xa. Với ngày dự báo thứ hai, phân bố lượng mưa trung bình theo HRM khá phù Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

hợp với phân bố mưa thực tế (cần thận trọng với nhận định này bởi có thể hiệu ứng bù trừ giữa các ngày mưa dự báo và mưa thực tế ngược nhau vẫn có thể đem lại một phân bố tốt về lượng mưa). Điều này rất khác so với dự báo ngày thứ nhất của HRM khi có nhiều cực đại mưa xuất hiện trên khu vực miền Trung. Khác biệt này không xảy ra với BOLAM khi dự báo cho ngày thứ nhất cũng như ngày thứ hai khá tương đồng. Như thế có thể thấy rằng trong thời gian đầu dự báo, quá trình điều chỉnh động lực của HRM không tốt, những nhiễu động trong trường ban đầu đã biểu hiện ra dưới dạng những dự báo giả. Ngoài ra, BoLAM cho dự báo khống rất lớn trên khu vực Tây Nguyên trong khi HRM không cho dự báo khống tại các khu vực này cũng là một điều đáng chú ý. Cả hai mô hình đều dự báo tốt tâm mưa tại khu vực Tây Bắc dù lượng mưa có hơi cao theo BoLAM.

Hình 3.14: Tổng lượng mưa từ tháng 02/2007 đến tháng 08/2007 theo phân tích

(trái) và dự báo với hạn dự báo ngày thứ nhất từ BoLAM (giữa) và HRM (phải)

96

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.15: Tổng lượng mưa từ tháng 02/2007 đến tháng 08/2007 theo phân tích

(trái) và dự báo với hạn dự báo ngày thứ hai từ BoLAM (giữa) và HRM (phải)

Phân bố sai số hệ thống trên hình 3.16 cho thấy rất rõ ràng BoLAM có dự báo khống lớn trên khu vực Tây Nguyên. Trên khu vực Tây Bắc, dự báo từ BoLAM và dự báo từ HRM ngày thứ nhất cũng dự báo khống nhưng nhỏ hơn. Riêng với ngày dự báo thứ hai, HRM tương tự như trong hình 3.14, 3.15 thể hiện một chất lượng dự báo rất tốt, sai số hệ thống hầu như không tồn tại. Tuy nhiên, có thể thu được nhiều thông tin hơn khi so sánh chất lượng dự báo từ BoLAM và HRM nếu ta quan sát phân bố của sai số hệ thống tần suất trên hình 3.17. Với hạn dự báo đầu tiên, BoLam và HRM đều cho dự báo khống trên khu vực Nam Bộ và Trung Bộ. Trên khu vực Tây Nguyên trong khi BoLAM dự báo khống, HRM lại cho thấy dự báo sót. Tình huống đảo ngược từ khu vực Bắc Trung Bộ trở ra khi BoLam cho một dự báo tương đối tốt (có dự báo sót nhỏ tại khu vực Bắc Bộ) trong khi HRM lại dự báo khống lớn tại đây. Sang ngày dự báo thứ hai, chất lượng dự báo từ HRM rất khác so với ngày thứ nhất ngoại trừ trên khu vực Nam Bộ. Chất lượng dự báo trên các khu vực Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và Trung Trung Bộ tốt hơn so với ngày thứ nhất, không có dự báo khống hay sót. HRM dự báo khống chủ yếu do quá trình điều chỉnh động lực ban đầu không tốt. Những ngày sau đó, khi các nhiễu động đã bị đập tắt, dự báo khống giảm đi dẫn đến kỹ năng dự báo từ HRM bộc lộ rõ hơn. Dự báo khống do các nhiễu động ban đầu giảm cho thấy HRM có dự báo sót lớn trên khu vực Tây Nguyên.

97

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.16: Phân bố sai số hệ thống (ME) từ tháng 02/2007 đến tháng

08/2007 theo phân tích và dự báo với hạn dự báo ngày thứ nhất và ngày thứ hai từ BoLAM (trái) và HRM (phải)

98

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.17: Phân bố sai số hệ thống tần suất (FB) với ngưỡng mưa

10mm/ngày từ tháng 02/ 2007 đến tháng 08/2007 với hạn dự báo ngày thứ nhất và ngày thứ hai từ BoLAM (trái) và HRM (phải)

99

Hệ số tương quan là một đại lượng khác tiếp tục cho thấy nhiều điều thú vị khi so sánh dự báo giữa BoLAM và HRM. Chú ý rằng, một dự báo có sai số hệ thống lớn nhưng vẫn có thể có tương quan chặt với quan trắc, nghĩa là hệ số tương quan (COR) không cho ta thông tin về sai số. Điều ngạc nhiên là phân bố hệ số tương quan cho dự báo ngày thứ hai từ cả hai mô hình gần như tương đương. Khác biệt chủ yếu diễn ra trong ngày thứ nhất khi vùng có hệ số tương quan cao theo BoLAM xuất hiện ở Nghệ An, Hà Tĩnh trong khi đó theo HRM vùng này lại nằm trên khu vực Daklak, Daknong. Các khu vực khác hai phân bố nhìn chung là tương đương ngoại trừ khu vực bắc Tây Nguyên, BoLAM có chất lượng tốt hơn. Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Cuối cùng ta khảo sát phân bố của điểm số kỹ năng thực TSS với hạn dự báo 10mm/ngày. Điểm số này cho biết khả năng phân tách của mô hình giữa sự kiện mưa có xảy ra hay không. Dùng điểm số FB như trên hình 3.17 chỉ cho ta biết khả năng dự báo xuất hiện hiện tượng mưa lớn hơn 10mm/ngày. BoLAM thường dự báo khống lớn về lượng nên có thể thấy chỉ số FB từ mô hình này thường có giá trị lớn. TSS ngoài xác định khả năng dự báo sự kiện xảy ra còn tính đến cả khả năng dự báo sự kiện không xảy ra do đó có tên kỹ năng thực. Dễ thấy với chỉ số này, HRM cho thấy khả năng phân biệt giữa sự kiện mưa có xảy ra hay không kém hơn so với BoLAM, đặc biệt khi sang ngày thứ hai.

Hình 3.18: Phân bố hệ số tương quan (COR) từ tháng 02, 2007 đến tháng 08, 2007 theo phân tích và dự báo với hạn dự báo ngày thứ nhất và ngày thứ hai từ BoLAM (trái) và HRM (phải).

100

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.19: Phân bố điểm số kỹ năng thực với ngưỡng mưa 10mm/ngày từ tháng 02/2007 đến tháng 08/2007 theo phân tích và dự báo với hạn dự báo ngày thứ nhất và ngày thứ hai từ BoLAM (trái) và HRM (phải)

101

Nhận định cuối cùng về kỹ năng dự báo giữa BoLAM và HRM cần được chia làm hai thời đoạn. Trong thời đoạn đầu tiên, do quá trình điều chỉnh động lực, HRM chủ yếu cho dự báo khống. BoLAM cũng cho dự báo khống nhưng liên quan đến bản thân mô hình nhiều hơn. Mặc dù BoLAM dự báo khống nhiều hơn về lượng nhưng HRM lại dự báo khống nhiều hơn về khả năng xuất hiện mưa. Điều này cho thấy có những ngày BoLAM dự báo mưa với lượng rất lớn so với thực tế cũng như so với HRM trong khi HRM không có những hiện tượng cực trị như vậy xảy ra. Hệ số tương quan cũng như điểm số kỹ năng thực của HRM nhỏ hơn so với BoLAM chứng tỏ HRM có kỹ năng dự báo thấp hơn về tổng thể. Riêng khu vực trung Tây Nguyên, Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

HRM có kỹ năng dự báo cao hơn. Tại khu vực Tây Bắc, chất lượng dự báo từ hai mô hình tương đương. Để giải quyết bài toán điều chỉnh động lực ban đầu của HRM, cần thực hiện hệ thống đồng hóa số liệu cho HRM hoặc thử nghiệm với một số đầu vào khác.

Sang thời đoạn thứ hai, HRM không còn dự báo khống về lượng, trong khi BoLAM vẫn bộc lộ lượng mưa dự báo tương tự như trong thời đoạn đầu. Tuy nhiên, khi đã giảm được dự báo khống thì HRM lại cho thấy nhiều khu vực có hiện tượng dự báo sót như Tây Nguyên. Điểm số TSS cho thấy dự báo sót diễn ra với tần suất cao dẫn đến kỹ năng thực tế giảm. Ngược lại, BoLAM sang ngày thứ hai tiếp tục thể hiện dự báo khống. Tuy nhiên, những dự báo này không nhiều dẫn đến điểm số TSS từ BoLAM cao hơn so với HRM. Cùng với việc hệ số tương quan từ cả hai mô hình tương đương nhau, rõ ràng BoLAM vẫn cho chất lượng dự báo cao hơn. Việc dự báo khống tiếp tục xuất hiện trong ngày thứ hai với BoLAM, như đã nói ở trên mở ra khả năng xử lý sau mô hình hiệu chỉnh lượng mưa dự báo bằng các phương pháp thống kê. Với HRM, hiệu chỉnh sẽ khó thực hiện hơn khi dự báo khống ngày đầu tiên chuyển thành dự báo sót trong ngày thứ hai.

3.4. Kết luận và kiến nghị

Ưu điểm: 1. Về mặt khí hậu, nhìn chung, BoLAM đã thể hiện tốt khả năng nắm bắt

được những tâm mưa chính.

2. Theo khu vực:

• Miền núi phía bắc, bắc Trung Bộ và đông Nam Bộ: kỹ năng dự báo tốt

nhất, ít dự báo khống.

• Đồng bằng Bắc bộ, nam Trung Bộ: kỹ năng dự báo thấp, dự báo khống

lớn

Những hạn chế: ♦ BoLAM có xu hướng dự báo thiên cao, có sai số hệ thống lớn. Sai số này

chủ yếu có nguyên nhân từ bản thân mô hình.

Biện pháp khắc phục: ♦ Tại những khu vực có sai số hệ thống lớn, tương quan có giá trị trung bình, vì vậy nếu thực hiện phương pháp thống kê hiệu chỉnh sau mô hình, chất lượng dự báo sẽ được nâng lên rõ rệt

102

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO LŨ

4.1. Các phương pháp dự báo thủy văn thường dùng ở Việt Nam

a. Các phương pháp thường dùng trong dự báo thủy văn

Hiện nay có rất nhiều phương pháp được sử dụng trong dự báo thủy văn được

mô tả trên hình 4.1 và dưới đây tóm tắt một số phương pháp thường được sử dụng:

Các phương pháp thường dùng trong dự báo thủy văn Các phương pháp thường dùng trong dự báo thủy văn

PP PP Xu thế Xu thế

PP PP H, Q H, Q tương tương ứng ứng

Nhóm Nhóm PP kết PP kết hợp các hợp các pp trên pp trên

Nhóm Nhóm các PP các PP phân phân tích tích thống thống kê kê

Nhóm PP Nhóm PP Lượng Lượng trữ: Đoạn trữ: Đoạn sông đặc sông đặc trưng, trưng, SSARR, SSARR, Muskingum Muskingum … …

PP PP Mạng Mạng Trí tuệ Trí tuệ nhân nhân tạo: tạo: BPNN, BPNN, GA, GA, Fuzzy Fuzzy loggic loggic

Nhóm Nhóm PP mô PP mô hình hình thủy thủy văn, văn, thủy thủy lực: lực: Tank, Tank, SSARR, SSARR, NAM, .. NAM, ..

Hình 4.1: Một số phương pháp thường dùng trong dự báo thủy văn

1. Phương pháp xu thế

Phương pháp xu thế dựa trên giả định là đại lượng dự báo thay đổi theo quy luật giống như sự thay đổi trước đó. Nghĩa là nếu lũ đang lên thì giá trị dự báo tiếp tục tăng và ngược lại lũ đang xuống giá trị dự báo tiếp tục giảm.

Ưu điểm của phương pháp

Phương pháp xu thế có ưu điểm là đơn giản, không cần quá nhiều thông tin như các phương pháp khác. Phương pháp xu thế chỉ cần sử dụng số liệu tại một trạm đo để dự báo, đối tượng dự báo rất đa dạng cho nên đến nay vẫn đang được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Do đó, phương pháp này thích hợp với các yếu tố dự báo có pha thay đổi chậm, chẳng hạn lũ tại hạ lưu các sông lớn. Dự báo tốt cho từng nhánh lũ.

Nhược điểm của phương pháp:

Đối với những vùng chuyển tiếp giữa pha nước lên và pha nước xuống nhanh,

những vùng có ảnh hưởng của nước vật, của thủy triều dễ gây sai số lớn.

103

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

2.Phương pháp lưu lượng và mực nước tương ứng

Phương pháp lưu lượng và mực nước tương ứng là một trong những cách giản

hoá hệ phương trình Saint-Vernant.

Ưu điểm của phương pháp

- Các thông số của hệ giản hoá này có thể xác định dễ dàng bằng đồ thị và bằng

những cách giải đơn giản.

- Phương pháp này chỉ dùng tốt đối với đoạn sông có độ dốc lớn, trạm dưới ít bị ảnh hưởng của thuỷ triều hay nước vật, các trạm trên không quá nhiều, thường chỉ một hay hai trạm trên và một trạm dưới.

Nhược điểm của phương pháp:

- Điều kiện quan trọng khi áp dụng phương pháp lưu lượng tương ứng là phải tính đúng thời gian chảy truyền τi. Việc xác định thời gian chảy truyền ở đoạn sông không nhánh đã khó, xác định τi ở đoạn sông nhiều nhánh càng khó hơn và luôn có sai số. Trường hợp đoạn sông nhiều trạm trên, hoặc nhiều trạm dưới chịu ảnh hưởng của nước vật hay thuỷ triều thì phải tìm cách giải quyết khác.

3. Phương pháp lượng trữ

Phương pháp lượng trữ thuộc cách giải giản hóa từ hệ phương trình Saint- Vernant - đây là một trong hai cách giải gần đúng cho hệ phương trình này, theo phương pháp này người ta dùng phương trình cân bằng nước ở đoạn sông thay cho phương trình liên tục, dùng phương trình lượng trữ thay cho phương trình động lực.

(4.1)

Phương trình lượng trữ: W=f(Qd,Qtr)

Phương trình (4.1) biểu thị quan hệ giữa lượng trữ của đoạn sông W với lưu lượng chảy vào Qtr lưu lượng chảy ra Qd. Nếu xác định được quan hệ hàm số này thì ta có thể tính toán được giá trị lưu lượng chảy ra tại cuối thời đoạn Qd2 khi biết các giá trị lưu lượng chảy ra tại đầu thời đoạn và lưu lượng chảy vào: Qd1, Qtr1 và Qtr2. Nói cách khác, ta dự báo được lưu lượng chảy ra với thời gian dự kiến.

Có hai phương pháp thường dùng trong nhóm này đó là:

- Phương pháp đoạn sông đặc trưng

- Phương pháp Muskingum

Ưu điểm của phương pháp

104

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Phương pháp này có cơ sở lý luận rõ ràng song thực tế tính toán chỉ đơn giản

khi tính cho một đoạn sông đặc trưng.

Để dự báo lưu lượng trạm dưới Qd2 cần biết trước hoặc dự kiến lưu lượng trạm trên Qtr2. Trị số này chỉ đúng khi xả lũ có khống chế qua đập. Vì vậy phương pháp này đặc biệt thích hợp với đoạn sông sau nhà máy thuỷ điện.

Sai số chiều dài đoạn sông đặc trưng gây ra không lớn lắm.

Nhược điểm của phương pháp:

Trường hợp nhiều đoạn sông đặc trưng, tính toán quá phức tạp và độ chính xác

chưa cao nên người ta hay dùng các mô hình khác phù hợp hơn.

4. Nhóm các phương pháp phân tích thống kê

Nhóm các phương pháp này thường sử dụng các phép phân tích thông kê trong thủy văn để xây dựng phương trình dự báo, một trong những phương pháp trong nhóm này hay được sử dụng là phương pháp phân tích hồi quy nhiều biến và mô hình ARIMA.

Ưu điểm của phương pháp

- Phương pháp này đơn giản, dễ tính toán, có thể đưa vào nhiều biến ảnh hưởng

đến đại lượng dự báo để phân tích.

Nhược điểm của phương pháp:

- Không xử lý được những trường hợp có những giá trị ngoại lai. Sẽ làm sai

lệch kết quả dự báo. Vì vậy khi dự báo phải chuẩn bị tốt dữ liệu.

5. Phương pháp mạng Nơ ron thần kinh – Mạng trí tuệ nhân tạo (Artificial

Neural Network)

Mạng trí tuệ nhân tạo (Artificial Nerual Networks – ANNs) được xây dựng từ những năm 1940. Với việc ứng dụng thuật toán quét ngược (back propagation algorithm) năm 1988, ANN đã trở nên quen thuộc và được sử dụng nhiều trong ngành tài nguyên nước, đặc biệt là dự báo thủy văn. Hiện nay, bên cạnh PBNN, người ta còn phát triển ANN theo các hướng khác như sử dụng thuật toán giải đoán gen (Genetics Algorithms – GA), và Fuzzi Loggic vào dự báo trong đó có dự báo thủy văn

Ưu điểm của phương pháp

Dữ liệu đầu vào mô hình ANN không nhất thiết phải ổn định và tuân theo phân

bố chuẩn như ARIMA.

105

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mô hình ANN là mô hình phi tuyến (tối ưu sử dụng trong ANN là tối ưu hàm phi tuyến). và có thể kết hợp nhiều hướng để đẩy nhanh quá trình tối ưu như BPNN kết hợp với GA.

6. Phương pháp sử dụng các mô hình thủy văn và thủy lực

Trong những năm gần đây, mô hình thủy văn mưa – dòng chảy và thủy lực cũng đã được sử dụng rất nhiều trong dự báo thủy văn, đặc biệt khi người ta muốn kéo dài thời gian dự kiến thì phải sử dụng mưa thực đo hoặc mưa dự báo, hoặc người ta muốn dự báo dòng chảy cho khu vực hạ lưu bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố thì phải dùng mô hình thủy lực.

Ưu điểm của phương pháp

Thời gian dự báo trước được kéo dài, thêm vào đó nếu mô hình mưa – dòng chảy là mô hình thủy văn có thông số phân bố thì tại một thời điểm chạy mô hình có thể đưa ra thông báo cho bất cứ một vị trí nào trên lưu vực và trên hệ thống sông.

Nhược điểm của phương pháp:

Chất lượng dự báo chưa cao vì phụ thuộc nhiều vào dự báo mưa và biến đổi của các nhân tố ảnh hưởng trên lưu vực do vậy phương pháp này thường được dùng cho dự báo trung hạn và dài hạn. Mặt khác với việc ứng dụng mô hình thủy lực đòi hỏi phải có tài liệu địa hình, mặt cắt sông chính xác.

7. Phương pháp kỹ thuật số

Để cho hệ thống dự báo lũ có hiệu quả ngoài việc sử dụng các phương pháp truyên thống trên thì những năm gần đây với kỹ thuật thông tin hiện đại đã xuất hiện phương pháp tạm gọi là phương pháp dự báo kỹ thuật số. Nội dung được minh họa trên sơ đồ sau đây:

106

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

S¬ ®å m« pháng ph−¬ng ph¸p.

Trung t©m ®iÒu hµnh dù b¸o

Sè liÖu ®o m−a tù ®«ng c¸c tr¹m

Sè liÖu ®o mùc n−íc tự động các tr¹m TV

C¸c ph−¬ng ph¸p, c¸c ph−¬ng ¸n dù b¸o

Ph©n tÝch kÕt qu¶ vµ ph¸t b¸o b¶n tin

-C¸c c¬ quan cã tr¸ch nhiÖm - Ph−¬ng tiªn th«ng tin ®¹i chóng

Hình 4.2: Sơ đồ mô phỏng phương pháp dự báo kỹ thuật số

Theo nhiều chuyên gia thì mô hình dự báo kỹ thuật số có các bộ phận sau:

Một hệ thống quan trắc mưa, mực nước tự động trên lưu vực và được truyền lên

vệ tinh và từ vệ tinh số liệu được truyền về trung tâm điều hành dự báo ở mặt đất.

Trung tâm điều hành dự báo thu nhận thông tin, xử lý và tiến hành dự báo theo

các phương án đã xây dựng.

Trung tâm phân tích kết quả và phát bản tin dự báo.

Toàn bộ số liệu từ các trạm đo khu vực được thu thập và lưu trữ để dùng cho tương lai ở trong trung tâm điều hành và được hình thành trong tài liệu cơ bản trong bất kì một hệ thống cảnh báo lũ nào. Đối tượng chung của trang thiết bị máy tính điện tử, tự động hoá là sự hợp lí hoá một cách lặp lại đều đặn sự tính toán trong thao tác hệ thống thời gian thực và đặc biệt là trong việc thu thập số liệu, phân tích tài liệu gốc, lưu trữ và chương trình hoá của dự báo và kiểm tra số liệu cũng như nghiên cứu có liên quan.

b.Tổng kết các phương pháp thường dùng trong dự báo ngắn hạn, trung hạn và dài hạn ở Việt Nam

Phương pháp dự báo dòng chảy trên từng hệ thống sông phụ thuộc vào mối liên hệ giữa thời gian dự kiến của dự báo Tf và thời gian tập trung nước tổng cộng Ts bao gồm thời gian chảy truyền Tr trong sông và thời gian phản ứng hệ thống thủy văn Tc (thời gian tập trung nước trên lưu vực) như sau:

107

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Nếu thời gian dự kiến của dự báo lớn hơn thời gian tập trung nước của lưu vực thì đòi hỏi phải có thông tin về dự báo mưa trên lưu vực. Phương pháp dự báo dòng chảy trong trường hợp này là sự kết hợp giữa mô hình mưa – dòng chảy và mô hình diễn toán lũ trong sông.

Nếu thời gian dự kiến của dự báo nhỏ hơn thời gian tập trung nước lưu vực và thời gian chảy truyền trong sông đóng vai trò chính trong việc tạo nên thời gian tập trung nước lưu vực (Tr>>Tc) thì dòng chảy tại cửa ra lưu vực có thể được dự báo dựa trên số liệu đo đạc dòng chảy của tuyến thượng lưu có được tới thời điểm dự báo. Phương pháp dự báo dòng chảy tại cửa ra trong trường hợp này chủ yếu dựa vào phương pháp tính toán truyền lũ trong sông

Nếu như thời gian dự kiến dự báo nhỏ hơn thời gian tập trung nước lưu vực và thời gian phản ửng của hệ thống thủy văn Tc đóng vai trò chính trong việc tạo nên thời gian tập trung nước của lưu vực (Tc>>Tr) thì thông tin quyết định dự báo là lượng mưa thực đo và dòng chảy thực đo của lưu vực thượng nguồn. Phương pháp dự báo cần kết hợp giữa mô hình mưa dòng chảy và mô hình diễn toán lũ

Căn cứ từ những nhận xét trên đây và các phần tổng quan các phương pháp dự báo dòng chảy đã trình bày, chúng tôi đã tiến hành phân tích và tổng kết các phương pháp thường dùng cho dự báo ngắn hạn, trung hạn và dài hạn thường được sử dụng ở Việt Nam

1. Các phương pháp dự báo ngắn hạn

Các phương pháp sau đây thường được sử dụng để dự báo ngắn hạn:

Các phương pháp thuộc nhóm thống kê như: phân tích tương quan đa biến,

phương trình mực nước, lưu lượng tương ứng

Các phương pháp mô hình mưa dòng chảy như Tank, SSARR tuy nhiên vẫn

còn ở dạng rút gọn

Các mô hình mạng trí tuệ nhân tạo ANN (BPNN)

Mức bảo đảm của dự báo thuỷ văn ngắn hạn đạt 85 - 90% với thời gian dự kiến ≤ 24 giờ. Tất nhiên nếu kéo dài thời gian dự kiến ra 36 - 48h, những trường hợp có mưa lũ lớn đột xuất trong thời gian dự kiến ở vùng hạ lưu sông Đà, Thao, Lô và Hồng thì trị số dự báo thường có sai số lớn và mức đảm bảo chỉ đạt 70-75%.

2. Các phương pháp dự báo trung hạn

Các phương pháp sau đây thường được sử dụng để dự báo trung hạn:

108

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Các phương pháp thuộc nhóm thống kê như: phân tích tương quan đa biến,

ARIMA (p,q,d).

Các phương pháp mô hình mưa dòng chảy như Tank, SSARR tuy nhiên chất

lượng dự báo phụ thuộc rất nhiều vào dự báo mưa

Các mô hình mạng trí tuệ nhân tạo ANN (BPNN)

Các phương pháp sử dụng phương trình căn nguyên: dựa vào nguyên lý cân bằng nước, thiết lập phương trình cân bằng nước viết cho thời gian dự kiến lớn hơn thời gian chảy truyền của lưu vực

Mức bảo đảm dự báo thủy văn trung hạn (trước 5 ngày vào mùa lũ), không vượt

quá 70%, trong trường hợp lũ lớn có xuống dưới 60%.

3. Các phương pháp dự báo dài hạn

Các phương pháp sau đây thường được sử dụng để dự báo dài hạn:

Các phương pháp thuộc nhóm thống kê như: phân tích tương quan đa biến,

ARIMA (p,q,d).

Các phương pháp mô hình mưa dòng chảy như Tank, SSARR tuy nhiên chất

lượng dự báo phụ thuộc rất nhiều vào dự báo mưa

Các mô hình mạng trí tuệ nhân tạo ANN (BPNN)

Các phương pháp sử dụng phương trình căn nguyên: dựa vào nguyên lý cân bằng nước, thiết lập phương trình cân bằng nước viết cho thời gian dự kiến lớn hơn thời gian chảy truyền của lưu vực (dự báo dòng chảy tháng theo chỉ số lượng trữ, theo các thành phần căn nguyên)

Mức bảo đảm dự báo thủy văn dài hạn là không cao, đặc biệt trong mùa lũ có

khi xuống dưới 60%.

4.2. Phân tích đặc điểm mưa lũ trên hệ thống sông Hồng

4.2.1. Đặc điểm của mưa gây lũ trên lưu vực hệ thống sông Hồng

Hệ thống sông Hồng nằm ở vựng núi phía bắc Bắc bộ là khu vực nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, được phân chia thành hai mùa tương đối rõ rệt: mùa đông lạnh, ít mưa, độ ẩm thấp; mùa hè nóng, mưa nhiều, độ ẩm lớn. Tuy nhiên, giữa hai mùa chính người ta cũng có thể dễ dàng nhận thấy có hai mùa chuyển tiếp là mùa xuân và mùa thu và được phân chia thành nửa đầu, nửa cuối mang tính đặc trưng của mùa trước hoặc sau nó.

109

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Nhìn chung, chế độ mưa ở Bắc bộ có sự phụ thuộc vị trí địa lý của khu vực nhiệt đới cận chí tuyến. Nằm tiếp giáp với đại lục Châu á, Bắc bộ chịu sự chi phối của nhiều hệ thống thời tiết có bản chất khác nhau, phía bắc là hệ thống thời tiết cực đới hoặc cực đới biến tính, phía tây là hệ thống thời tiết lục địa nhiệt đới khô nóng, phía nam là hệ thống nhiệt đới nóng ẩm, phía đông là hệ thống nhiệt đới mang đặc trưng biển.

Nơi đây hàng năm luôn xảy ra sự giao tranh của các hệ thống thời tiết có nguồn gốc và bản chất khác nhau mang tính quy mô synop, quy mô khu vực hoặc quy mô địa phương. Sự tranh chấp của các hệ thống thời tiết đa dạng đó đã tạo nên chế độ mưa ở Bắc bộ hết sức phong phú và cũng không kém phần phức tạp, vừa mang tính quy luật vừa mang tính biến động, phụ thuộc từng địa phương. Đó là chưa kể đến điều kiện địa hình, điều kiện tự nhiên phân bố núi non chia cắt, sông ngòi ở Bắc bộ và khu vực xung quanh đã tạo nên sự phân hoá theo vùng miền khác nhau rõ rệt. Đó là đặc trưng mang tính địa lý của chế độ mưa.

Về địa hình, độ nghiêng của hệ thống sông Hồng - sông Thái Bình theo hướng Tây bắc - Đông nam và bị chia cắt bởi hai hệ thống núi chính: Dải Hoàng Liên Sơn chia Bắc bộ thành hai phần phía đông và phía tây; hệ thống núi cánh cung Đông Triều cũng chia phía đông Bắc bộ thành những vùng nhỏ (tiểu vùng) có chế độ mưa hàng năm rất khác nhau. Ngoài ra, sự khác biệt về khu vực tiếp giáp đất liền hay biển cũng tạo ra một vài sự khác nhau về chế độ mưa của khu vực ven biển và vùng nằm sâu trong đất liền.

Rõ ràng điều kiện địa lý phức tạp ở Bắc bộ là một trong những nguyên nhân chính chi phối chế độ mưa, là điều kiện chủ yếu tạo nên sự phân vùng mưa khác nhau hàng năm ở khu vực này.

Hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình chịu sự khống chế của nhiều hệ thống thời tiết. Bởi vậy, các hệ thống thời tiết thịnh hành theo thời gian trong năm quyết định chế độ thời tiết nói chung và mưa nói riêng.

Mỗi một hệ thống thời tiết đặc trưng khác nhau thì gây nên tính chất, chế độ mưa khác nhau mặc dầu chúng đều bao hàm 2 nguyên nhân chính là động lực và nhiệt lực song cần phải kể đến vai trò của lượng ẩm tiềm tàng mà hệ thống thời tiết đó mang lại cũng như điều kiện ẩm của khối không khí đang khống chế khu vực và các điều kiện khác của mặt đệm. Đó cũng là cơ sở để hình thành chế độ mưa mùa hè và chế độ mưa mùa đông khác biệt nhau trong năm cũng như giữa các khu vực khác nhau.

110

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mùa hè mưa nhiều có liên quan đến sự phát triển mạnh mẽ của gió mùa tây nam mang lại không khí có nguồn gốc biển nhiệt đới và khu vực nhiệt đới xích đạo. Song gió mùa mùa hè chỉ là nguồn cung cấp hơi ẩm còn nguyên nhân gây mưa chủ yếu là nhiễu động bên trong cơ chế gió mùa đặc trưng này.

Ở khu vực miền núi phía bắc Bắc bộ nước ta những nhiễu động nhiệt đới trong mùa hè thường rất phổ biến. Những cơn bão, áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) phát sinh từ tây bắc Thái Bình Dương, Biển Đông, những đường hội tụ gió có hướng và nguồn gốc khác nhau như gió tây nam từ vịnh Bengan và gió từ Biển Đông, giữa gió mùa tây nam và tín phong bắc bán cầu dồi dào hơi ẩm. Những hoạt động của áp thấp, rãnh thấp hình thành trong tầng đối lưu, những nhiễu động gây hội tụ trong đới gió tây trên cao, những nhiễu động trong đới gió đông, sự tranh chấp giữa gió mùa mùa đông và gió mùa mùa hè trong thời kỳ chuyển tiếp... luân phiên tác động đến Bắc bộ là những tác nhân gây mưa bất ổn định ở Bắc bộ và đôi khi gây mưa lớn kéo dài kèm theo dông. Những trận mưa có nguồn gốc khác nhau như vậy đã góp phần quyết định chế độ mưa ở các khu vực Bắc bộ nói chung và mưa vừa, mưa to nói riêng.

Căn cứ vào cơ chế động lực, nhiệt lực và điều kiện hoàn lưu, các dạng hình thế

thời tiết phổ biến trờn hệ thống sông Hồng –sông Thái Bình gồm:

- Mưa do bão, ATNĐ (xoáy thuận nhiệt đới).

- Mưa do dải hội tụ nhiệt đới.

- Mưa do hoạt động của áp cao cận nhiệt đới Thái Bình Dương.

- Mưa do hội tụ kinh hướng của đới gió vịnh Ben gan và Biển Đông.

- Mưa do các nhiễu động trên cao khác trong tầng đối lưu.

Lũ trên hệ thống sông Hồng được hình thành chủ yếu từ mưa. Các yếu tố như lượng mưa, sự phân bố mưa, thời gian mưa và lượng trữ trên lưu vực sẽ xác định mức độ của trận lũ xẩy ra. Mặt khác, lũ sông Hồng là tổ hợp lũ của ba nhánh sông là sông Đà, sông Thao và sông Lô. Phân tích rõ đặc điểm lũ trên sông Hồng sẽ giúp chúng ta có thể xây dựng mô hình dự báo ngắn, trung hạn và dài hạn một cách phù hợp. Trong phần này của đề tài sẽ phân tích các vấn đề ảnh hưởng tới sự hình thành lũ của sông Hồng:

- Mưa gây ra lũ.

- Vai trò của lượng trữ trên lưu vực đối với sự hình thành lũ.

- Một số đặc điểm lũ trên các hệ thống sông Đà, sông Thao và sông Lô.

111

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mưa lớn đều khắp, hoặc mưa vừa bao trùm diện rộng, lại kéo dài từ 2-3 ngày đến nhiều ngày trên lưu vực sông Hồng, thường gây ra lũ lớn, ngập lụt ở hạ lưu. Hàng năm, có khoảng 9-10 trận mưa lớn, song thường chỉ 1-2, đôi khi là 3 trận mưa lớn bao trùm diện rộng gây ra lũ lớn đều khắp trên hệ thống sông, làm cho lũ sông Hồng tại Hà Nội lên trên mức báo động II (10,5m). Các trận mưa diện rộng gây lũ lớn thường kéo dài nhiều ngày, nhưng tập trung thành 1, 2 thậm chí 3 hoặc 4 đợt chính với lượng mưa chủ yếu tập trung trong 1, 2 ngày, thời gian ngớt mưa hoặc dừng mưa giữa các đợt thường là vài giờ hoặc 1 ngày.

Các trận mưa gây lũ lớn thường có một vài tâm mưa, với lượng mưa ở vùng trung tâm lên tới 200-700 mm tuỳ từng trận. Vùng tâm mưa ở mỗi trận thường bao trùm một diện rộng, từ 100-200 km2 đến 2000-3000 km2 ở các phần trung-thượng nguồn sông Đà , sông Thao, sông Lô (thuộc Việt nam). Đa số các trận mưa gây lũ lớn đều có vùng tâm mưa thuộc lưu vực sông Đà (ở địa phận Mường Tè - Lai Châu) với lượng mưa từ 300-700mm, diện tích vùng mưa lớn có khi bao trùm toàn tỉnh Lai Châu, một phần tỉnh Sơn La. Trong gần 4 thập kỷ qua, lũ lớn trên sông Hồng thường do mưa lớn - lũ lớn trên sông Đà.

Lũ lớn trên sông Hồng thường do lượng mưa bình quân toàn lưu vực trên 100 mm, thông thường là 200-500 mm kéo dài trong 2-3 ngày. Từ năm 1901 đến nay chưa xảy ra tổ hợp bất lợi nhất hình thành lũ sông Hồng, khi có mưa đặc biệt lớn gây ra lũ đặc biệt lớn đồng bộ trên cả ba nhánh sông Đà, sông Thao và sông Lô. Tuy nhiên, các trận lũ VIII-1945, VIII-1969, VIII-1971 và VIII-1996 có thể xem như đã được hình thành do mưa lớn trên cả ba lưu vực sông nhánh Đà, sông Thao, sông Lô, tuy chưa hẳn đồng bộ, và cũng không phải đã xảy ra lũ lớn nhất lịch sử ở cả ba sông (lưu lượng lớn nhất lịch sử trên sông Đà tại Hoà Bình là 21600 m3/s vào VIII-1945, sông Thao tại Phú Thọ là 10300 m3/s VIII-1971, sông Lô tại Vụ Quang là 14000m3/s vào VIII-1971, sông Hồng tại Sơn Tây là 37800 m3/s vào VIII-1971).

Ngoài tâm mưa lớn ở vùng lưu vực sông Đà, còn thấy có tâm mưa lớn ở vùng Hà Giang-Tuyên Quang, Lào Cai-Yên Bái với vùng tâm mưa thường hẹp hơn (không qúa 500km2), song lượng mưa khá lớn (200-500mm, có khi tới 600-800mm), nhiều khi mưa lớn hơn trên lưu vực sông Đà. Một số trận mưa, tâm mưa xuất hiện ở thượng lưu cả 3 lưu vực.

112

Khi xảy ra mưa đều khắp trên lưu vực sông Hồng với lượng mưa 100-200 mm thì xảy ra lũ lớn trên sông Hồng với đỉnh lũ tại Hà Nội trên 10,5 mét. Lũ đặc biệt lớn của sông Hồng (mực nước tại Hà Nội trên 12 mét) thường xảy ra khi mưa đều khắp trên lưu vực, với lượng mưa trên 200 mm chiếm đa phần lưu vực, hoặc mưa đều khắp Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

trên lưu vực với lượng mưa 100-200mm và trên một trong 3 lưu vực nhánh có vùng tâm mưa rộng với lượng mưa 400-600mm. Lũ lớn còn xảy ra khi mưa trên sông Thao, Lô không lớn, chỉ 50-100mm, song ở lưu vực sông Đà có mưa tới 300-400mm, vùng tâm mưa trên 400-500 mm (trận lũ VIII-1996). Chưa thấy xảy ra lũ lớn ở sông Hồng khi có mưa không đáng kể (dưới 50 mm) ở sông Đà, còn ở sông Thao, hoặc Lô có mưa lớn (tới 200 - 300mm).

Đại đa số các trận mưa lớn gây lũ lớn trên hệ thống sông Hồng trong vòng gần 4 thập kỷ qua đều tập trung vào tháng 7 và 8 (trên 86% số trận), 10-12% số trận xảy ra vào tháng 9, chỉ có 2 trận xảy ra vào tháng 6. Chưa thấy có trận mưa gây lũ lớn nào xảy ra vào các tháng khác. Trên lưu vực sông Đà, sông Thao, mưa lớn lại tập trung vào tháng 8, ở lưu vực sông Lô và vùng hạ lưu lại tập trung vào các tháng 7, 8, 9 với số lần trong tháng 8 nhiều hơn cả. Mưa lớn có thể chỉ xảy ra ở một hoặc hai lưu vực sông nhánh, nhưng cũng có khi bao trùm cả hệ thống sông Hồng, thậm chí toàn bộ lưu vực Hồng-Thái Bình. Qúa trình mưa và phân bố mưa không đều theo không gian trên sông Đà, Thao, Lô là nguyên nhân chính gây ra tổ hợp không đồng bộ trong hình thành lũ ở các sông nhánh và dòng chính của sông Hồng. Sự khác biệt về lượng, tính chất, không gian, thời gian mưa là do sự tác động và chi phối của nhiều hình thế thời tiết gây mưa.

Mưa lớn gây ra lũ lớn trên thượng lưu sông Hồng không những do tác động phức tạp của nhiều hình thế thời tiết hoạt động kế tiếp nhau, hoặc phối hợp với nhau mà còn phụ thuộc vào cường độ của mỗi loại hình thế thời tiết. Hoạt động đơn lẻ của một hình thế thời tiết nào đó (trừ bão và áp thấp nhiệt đới) cho dù với cường độ mạnh và thời gian hoạt động kéo dài nhiều ngày có thể gây lũ lớn trên sông Lô hoặc sông Thao, song đều chưa thấy gây lũ lớn trên sông Hồng trong vòng 40 năm gần đây.

Đặc điểm của mưa lũ (nguyên nhân gây mưa; diễn biến mưa; phân bố mưa theo không gian, thời gian; lượng mưa và cường độ mưa) được phân tích trên đây là những dấu hiệu rất quan trọng của mưa lũ cho phép nhận định, cảnh báo sớm, kịp thời lũ sông Hồng phục vụ công tác phòng ngừa lũ lụt cho đồng bằng châu thổ sông Hồng.

4.2.2. Vai trò của trữ lượng nước trên lưu vực đối với sự hình thành lũ

Các nghiên cứu về quá trình hình thành lũ cho thấy đỉnh lũ trên các lưu vực nói chung phục thuộc vào lượng mưa sinh lũ và trữ lượng nước trên lưu vực. Đối với những lưu vực không lớn, khi có mưa lũ, dòng chảy trong sông tăng nhanh, nhưng thời gian rút nước cũng ngắn. Lưu vực có diện tích càng lớn, thời gian rút nước càng dài. Đối với lưu vực lớn như sông Hồng, một phần đáng kể lượng nước do mưa lũ sinh ra

113

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

được trữ lại trên lưu vực và cung cấp dần cho mặt cắt cửa ra sau một thời gian dài kể từ thời điểm kết thúc mưa. Nếu khoảng thời gian giữa hai lần có nhiễu động thời tiết gây mưa lũ ngắn hơn thời gian rút nước thì lượng mưa trên lưu vực được bổ sung thêm và ở tuyến cửa ra sẽ hình thành trận lũ mới nằm trên đường rút nước của trận lũ trước. Nếu như trên lưu vực liên tiếp có các nhiễu động thời tiết gây mưa lũ với thời gian ngắn hơn thời gian rút nước thì lượng trữ nước trên lưu vực được bổ sung dần. Kết quả của quá trình trên là sự xuất hiện liên tiếp các trận lũ mà chân của trận lũ sau nằm trên đường rút nước của trận lũ trước. Như vậy, nếu khoảng thời gian giữa hai trận mưa lũ càng ngắn thì chân của trận lũ sau càng cao và hình thành một trận lũ mới lớn hơn trên nền của trận lũ trước. Tóm lại, cùng một đột biến về thời tiết gây mưa lũ lớn, đỉnh lũ sẽ có quy mô khác nhau tuỳ thuộc vào chân lũ được hình thành ở nền lũ cao hay thấp. Đặc điểm này đặc biệt quan trọng khi nhận dạng khả năng xuất hiện lũ lớn trên lưu vực.

Trên lưu vực sông Hồng, các hình thái thời tiết chính hoạt động mạng nhất vào các tháng VII và tháng VIII gây ra những trận mưa lớn trên diện rộng, kéo dài trong nhiều ngày là nguyên nhân gây ra các trận mưu lũ lớn nhất trong thời kỳ này. Có thể coi đây là những nhiễu động đột biến gây mưa lớn. Mùa mưa trên lưu vực bắt đầu từ tháng V do đó trước khi có những đột biến gây mưa lớn, trên lưu vực đã được bổ sung một lượng trữ nhất định. Đầu mùa mưa, lượng trữ trên lưu vực còn thấp, sau đó các trận mưa lớn xuất hiện kế tiếp nhau làm cho lượng trữ trên lưu vực tăng dần lên do đó chân của trận lũ sau thường cao hơn chân của trận lũ trước. Những năm có lượng trữ lớn khi xảy ra đột biến về thời tiết tạo nên mưa lớn sẽ tạo nên những trận lũ lớn lịch sử. Theo tài liệu quan trắc được, trận lũ VIII-1969 có sự đột biến thời tiết gây mưa lớn xấp xỉ trận lũ VIII-1971 (nói chính xác có phần lớn hơn), về dạng có phần nguy hiểm hơn, nhưng do lượng trữ trên lưu vực thấp nên đỉnh lũ tại Sơn Tây nhỏ hơn nhiều so với lũ VIII-1971. Điều đó cũng thể hiện thông qua số liệu về các trận lũ lớn trong vòng gần 50 năm từ 1956 đến năm nay, những trận lũ này có đột biến mưa gần như nhau nhưng có đỉnh lũ hết sức khác nhau.

Sự tổ hợp giữa lượng mưa sinh lũ với lượng trữ trên lưu vực trước khi có đột biến gây mưa lũ trong các thời kỳ của mùa lũ trên lưu vực sông Hồng có thể thấy qua bảng sau:

114

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 4.1: Quan hệ mức độ lũ với tổ hợp mưu và trữ lượng nước trên lưu vực

Kỳ mưa rào Đặc trưng Lượng mưa sinh lũ Lượng trữ Cấp lũ

Đầu mùa lũ (Tháng V-VI) Vừa Nhỏ Vừa

Giữa mùa lũ (Tháng VII-VIII) Lớn Lớn Lớn nhất

Cuối mùa lũ (Tháng IX-X) Nhỏ vừa Vừa

Như vậy đỉnh lũ lớn nhất trong năm của sông Hồng chủ yếu tập trung vào thời

kỳ giữa mùa (tháng VII và VIII).

Bảng 4.2: Các trận lũ lớn xảy ra vào tháng VII & VIII trên sông Hồng

Tại tuyến Sơn Tây

Qmax

t1

∆Q

Lượng mưa (mm)

Thứ tự

Năm Ngày tháng

(m3/s)

(ngày)

(m3/s)

Tháng VII

1910 24-VII

14800

20900

23

1

1915

11-VII

17490

22900

10

2

1926

29-VII

17600

23400

7

3

1964

8-VII

14600

20400

155

8

4

1966

30-VII

13350

20300

4

5

1970

28-VII

15150

21800

19

6

1980

25-VII

16800

20000

7

7

1986

28-VII

16000

20600

126

14

8

Tháng VIII

1909

31-VIII

16650

25700

13

9

1910

24-VIII

20100

10

1913

9-VIII

17580

25000

11

11

1917

5-VIII

16260

21500

17

12

1923

21-VIII

13350

21200

7

13

1932

8-VIII

15700

22500

10

14

1940

22-VIII

17800

24600

20

15

115

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tại tuyến Sơn Tây

Qmax

t1

∆Q

Lượng mưa (mm)

Thứ tự

Năm Ngày tháng

(m3/s)

(ngày)

(m3/s)

16

1943

20-VIII

21200

15

17

1945

30-VIII

23600

29100

22

18

1966

22-VIII

13350

18600

143

19

1967

15-VIII

10400

17200

7

120

20

1968

18-VIII

19600

24000

10

180

21

1969

21-VIII

23300

28300

20

248

22

1971

12-VIII

24300

37800

10

218

23

1979

12-IX

13250

17200

133

24

1983

4-VIII

15900

17800

10

135

4.2.3. Tổ hợp lũ sông Đà, Lô, Thao

Diện tích lưu vực sông Đà tính đến chỗ nhập lưu chiếm 37% diện tích lưu vực sông Hồng (tính đến tuyến Sơn Tây); lưu vực sông Thao chiếm khoảng 36% và lưu vực sông Lô khoảng 27%. Lưu lượng dòng chảy của sông Đà, tại Hoà Bình, chiếm khoảng một nửa lưu lượng dòng chảy của cả hệ thống sông tính tại Sơn Tây. Lượng dòng chảy của sông Lô lớn hơn sông Thao tuy diện tích lưu vực nhỏ hơn.Tỷ lệ đóng góp lũ của các nhánh sông đối với lũ của sông Hồng tính tại trạm Sơn Tây như sau:

Bảng 4.3: Tỷ lệ đóng góp (%) vào đỉnh lũ tại Sơn Tây của từng sông trong các trận lũ lơn đã xẩy ra trên sông Hồng

tại

Tháng

Thao

Lô

Đà

Qmax(m3/s) Sơn Tây

VIII – 1945

0,61

0,26

33000

0,26

VII – 1964

0,80

0,18

20400

0,16

116

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

VII – 1966

0,59

0,26

0,21

20300

VIII – 1968

0,40

0,42

0,20

24000

VIII – 1969

0,54

0,18

0,28

28300

VII – 1970

0,61

0,19

0,22

21800

VIII – 1971

0,41

0,26

0,30

37800

VII – 1980

0,35

0,33

0,22

20000

VIII – 1983

0,57

0,20

0,33

17800

VII – 1986

0,55

0,20

0,45

20600

VII – 1990

0,59

0,24

0,22

18700

VII – 1991

0,72

0,13

0,15

18800

Từ bảng số liệu trên cho thấy: nhánh sông Đà có tỷ lệ đóng góp lũ lớn hơn hẳn

so với sông Thao và sông Lô.

Nhánh sông Đà: năm 1964 (chiếm 80%) - là năm lũ lớn thứ hai trong suốt thời

kỳ quan trắc của nó.

Nhánh sông Thao: năm 1968 (chiếm 42%) - cũng là năm lũ lớn nhất xảy ra trên

sông này trong thời kỳ quan trắc.

Nhánh sông Lô: năm 1986 (chiếm 45%) - là năm có lũ lớn thứ hai trong suốt

hơn 80 năm có số liệu quan trắc.

Theo thống kê các trận lũ qua trắc được, lũ lớn nhất trên sông Đà có thể gây ra lũ lớn nhất trên sông Hồng với xác suất 65%. Xác suất lũ lớn xuất hiện đồng bộ trên sông Lô với lũ lớn nhất trên sông Hồng là 52%, còn trên sông Thao nhỏ nhất (40%). Như vậy lũ sông Đà ảnh hưởng rất lớn đến hạ lưu sông Hồng. Qua thống kê đó thấy chưa xẩy ra tình huống lũ sông Hồng được tạo thành từ lũ lớn nhất xẩy ra đồng thời trên cả ba nhánh sông Đà, sông Thao và sông Lô. Nếu xẩy ra tình huống này thì lũ trên sông Hồng sẽ cực lớn.

1. Đặc điểm mưa gây lũ lưu vực sông Thao:

Chế độ mưa gây lũ trên lưu vực sông Thao có liên quan mật thiết với hoạt động của các hoàn lưu lớn phía đông, phía tây, phía bắc và phía nam. Các hình thế thời tiết điển hình có khả năng gây mưa dẫn tới lũ vừa và lớn trên lưu vực là dải hội tụ nhiệt đới, bão, áp thấp nhiệt đới, xoáy thấp trên cao, rãnh thấp nóng phía tây, front lạnh và

117

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

tổ hợp hoạt động của chúng. Lượng mưa trung bình mùa hè (tháng VIII-X) trên lưu vực có xu hướng giảm dần từ thượng lưu về hạ lưu: tại Sa Pa là 1853 mm, Bảo Hà là 1550 mm, Yên Bái là 1512 mm và Phú Thọ là 1192 mm, trung bình của phần lưu vực thuộc Việt Nam là 1448 mm.

Lượng mưa trận phân bố rất không đều trên lưu vực. Trên phần lưu vực thuộc Việt Nam tồn tại vùng tâm mưa hẹp, thường không qúa 1000-1500 km2, và không cố định. Nhân tố địa hình đóng vai trò quyết định trong phân bố mưa theo không gian ở lưu vực sông Thao. Hiện nay, do số trạm mưa phân bố không đều và không đủ nên việc phân tích biến động của mưa theo không gian gặp khó khăn lớn. Việc phân tích số liệu của các trận mưa lớn gây ra lũ vừa và lớn từ 1960-1998 cho thấy, mưa lớn thường tập trung ở phần hữu ngạn, đặc biệt là ở hữu ngạn khu giữa Bảo Hà - Yên Bái. Vì vậy, lượng gia nhập khu giữa ở đây khá lớn, nhiều khi chiếm phần quan trọng trong hình thành lũ sông Thao. Cũng có trận mưa với vùng mưa lớn ở hạ lưu, hoặc chỉ tập trung vào một vài khu vực nhỏ hẹp không qúa 100-200km2, mưa giảm nhanh khi ra vùng ngoại vi. Thời gian mưa, cường độ mưa trên lưu vực biến động mạnh tùy thuộc vào hoạt động của các hình thế thời tiết gây mưa. Có trận mưa lớn, lượng mưa ngày tới 100-150 mm, lượng mưa 2-3 ngày tới 200-400 mm. Cường độ mưa có khi đạt khá lớn, mưa 6 giờ có thể lên tới 100 mm, trung bình là 30-50 mm.

Một đặc điểm riêng trên sông Thao là cuối mùa lũ (tháng X), có những trận mưa lớn ở trung và hạ lưu, do xoáy thuận nhiệt đới hoặc front lạnh kết hợp với các hình thế khác, gây ra những trận lũ vừa và lớn, có thể gây ngập lụt một số vùng.

Mùa lũ trên sông Thao thường bắt đầu vào giữa tháng 5, kết thúc vào cuối tháng 10, với các trận lũ vừa và nhỏ kế tiếp nhau, đôi khi giữa các trận lũ là thời kỳ nước thấp, kéo dài không qúa 10 ngày. Dòng chảy mùa lũ thường biến động rất lớn. Lũ lớn thường uy hiếp các thị xã và vùng thấp dọc sông, như Yên Bái,...

Lũ trên sông Thao, khác với trên lưu vực sông Đà và Lô, chủ yếu do lũ thượng nguồn truyền về (từ phần lưu vực thuộc Trung Quốc - chiếm 77% diện tích toàn lưu vực) kết hợp với gia nhập khu giữa khá lớn do mưa ở khu giữa Lào Cai-Phú Thọ. Có những trận lũ, gia nhập khu giữa đóng vài trò quyết định làm thay đổi mực nước lũ tại Yên Bái và Phú Thọ, đặc biệt là các trận lũ đầu và cuối mùa.

Khi gia nhập khu giữa lớn ở các đoạn Bảo Hà - Yên Bái, Yên Bái - Phú Thọ, thường thấy đỉnh lũ ở các tuyến dưới xuất hiện sớm hơn so với đỉnh lũ tuyến trên, đồng thời quyết định trị số đỉnh lũ ở tuyến dưới.

118

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Lượng mưa phân bố không đều trên lưu vực với vùng tâm mưa thường di động, tạo ra qúa trình dòng chảy đặc thù, khác hẳn với qui luật dòng chảy trên các nhánh Đà, Lô. Mặt khác, do sườn núi dốc, ngắn nên nước mưa khu giữa tập trung rất nhanh vào dòng chính, vài trò điều tiết dòng chảy của lưu vực không đáng kể, làm cho mực nước lũ trong lòng chính biến động mạnh, thường khác hẳn qúa trình dòng chảy ở trạm thượng lưu. Trong nhiều trận lũ, không thể hiện rõ quy luật lưu lượng, mực nước tương ứng giữa qúa trình lũ tuyến dưới và tuyến trên.

Thông thường, chỉ sau 1-2 giờ mưa lớn là lũ đã xuất hiện trên dòng chính và lũ lên rất nhanh. Cường suất lũ lên lớn nhất trên sông Thao tại Bảo Hà tới 234 cm trong 6h, Ngòi Thia - 234 cm/6h, Thanh Sơn - 213 cm/6h và Phú Thọ - 122 cm/6h. Có trận lũ, thời gian lũ lên rất ngắn, chỉ 36 giờ đã đạt đỉnh khá cao rồi lại xuống nhanh. Tuy nhiên, cũng có trận lũ kéo dài hơn 7 ngày (trận lũ lịch sử ngày 8/8/1968); đỉnh lũ cao nhất đã quan trắc được tại Yên Bái là 3494 cm (8/1968) và tại Phú Thọ là 2084cm (8/1971).

Khả năng điều tiết dòng chảy của lòng dẫn các đoạn sông từ Bảo Hà - Yên Bái - Phú Thọ khá lớn. Khi mực nước tại Yên Bái trên 30m (trạm Tuần Quán) hoặc trên 31 mét (tại trạm Ẹu Lâu) thì lũ tràn vào thị xã Yên Bái và các vùng xung quanh. Dưới Yên Bái, nước cũng tràn vào các vùng thấp, bãi ven sông làm cho đỉnh lũ ở hạ lưu bẹt đi rõ rệt. Điển hình của việc tràn, vỡ là hai trận lũ lịch sử tháng 8/1968 và 8/1971, làm đỉnh lũ tại Yên Bái bẹt đi, tại Phú Thọ bẹt đi rất nhiều.

Trường hợp khi trên sông Đà, Lô có lũ vừa, lớn, mà trên sông Thao không có lũ, hoặc lũ nhỏ thì ở đoạn sông hạ lưu (Phú Thọ - Việt Trì) còn chịu ảnh hưởng của nước vật từ ngã ba lên. Nếu gia nhập khu giữa nhỏ, thì cùng một mực nước tại Yên Bái, thường thấy mực nước tương ứng tại Phú thọ lớn hơn khi mực nước sông Hồng tại Việt Trì lớn (và ngược lại). Trong những năm gần đây, khi hồ Hòa Bình hoạt động điều tiết cắt lũ cho hạ lưu thì ảnh hưởng nước vật ở hạ lưu sông Thao cũng mạnh mẽ và rõ nét hơn.

Với những đặc điểm hình thành lũ, điều tiết dòng chảy, gia nhập khu giữa ở phần lưu vực thuộc Việt Nam, căn cứ vào các qúa trình lũ thời kỳ 1960-1998, có thể sơ bộ phân ra 3 dạng chủ yếu trên sông Thao sau đây:

Dạng 1 - Qúa trình lưu lượng đỉnh lũ ở tuyến dưới nhìn chung cao hơn, thậm chí trùm lên cả qúa trình lũ tuyến trên. Số trận lũ dạng này chiếm tới 47% trận lũ thời kỳ 1960-1998. Nguyên nhân chủ yếu là gia nhập khu giữa lớn (có khi chiếm tới 40- 50% dòng chảy tuyến dưới), tập trung nhanh.

119

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Dạng 2 - Đỉnh lũ tuyến dưới tương đương với đỉnh lũ tuyến trên, qúa trình lũ tuyến dưới được dịch chuyển một thời khoảng nhất định so với qúa trình tuyến trên. Nguyên nhân chính là Lũ các sông suối khu giữa thường không lớn dẫn tới gia nhập khu giữa chỉ đủ bù vào lượng bẹt sóng lũ do qúa trình truyền lũ về tuyến dưới. .

Dạng 3 - Qúa trình lũ ở tuyến dưới thể hiện rõ yếu tố điều tiết dòng chảy ở đoạn sông: qúa trình lệch phải, đỉnh lũ thấp đi. Nguyên nhân chủ yếu là gia nhập khu giữa không đáng kể, lũ xẩy ra ở trạm dưới là từ tuyến trên về. Qúa trình lũ tuyến trên thường nhọn, ở tuyến dưới thì tù và bẹt đi rõ rệt. Dạng này chiếm khoảng 30% số trận lũ thời kỳ 1960-1998, thường gặp ở đoạn Yên Bái-Phú Thọ, nơi lòng sông mở rộng, nhiều bãi bồi, độ dốc lòng sông giảm, gia nhập khu giữa không lớn.

Lượng gia nhập khu giữa sông Thao.

Gia nhập khu giữa trên đoạn sông Bảo Hà -Yên Bái thay đổi trong một phạm vi rộng, từ 3% đến 56%, trung bình là 26% dòng chảy tại Yên Bái; trên phần Yên Bái - Phú Thọ: từ 7% đến 26%, trung bình là 17% dòng chảy tại Phú Thọ. Nếu loại trừ dòng chảy của lưu vực Ngòi Thia ở khu Bảo Hà-Yên Bái, thì gia nhập thay đổi từ 0% đến 40% dòng chảy tại Yên Bái; loại trừ dòng chảy của lưu vực sông Bứa tại tuyến Thanh Sơn ở khu Yên Bái-Phú Thọ, thì gia nhập thay đổi từ 0% đến 16% dòng chảy tại Phú Thọ.

Như vậy, lượng gia nhập khu giữa trên phần sông Thao thuộc Việt Nam thay đổi mạnh theo không gian và thời gian. Lượng gia nhập khu giữa Bảo Hà -Yên Bái chiếm tỷ lệ lớn. Gia nhập ở phần hạ lưu sông Thao nhỏ, và khá ổn định. Từ những nhận xét trên có thể thấy rằng trong tính toán và dự báo dòng chảy lũ ngoài cách xác định dòng gia nhập khu giữa trực tiếp từ mưa theo mô hình mưa - dòng chảy, trong những trường hợp nhất định có thể cho phép xác định lượng gia nhập khu giữa như một hàm tuyến tính của dòng chảy sông Thao tại các tuyến Yên Bái, nhất là theo dòng chảy tại Phú Thọ đối với khu giữa Yên Bái-Phú Thọ.

Dòng chảy Ngòi Thia và Thanh Sơn đại biểu rất kém cho gia nhập khu giữa. Trong tính toán và dự báo, dòng chảy các sông nhánh Ngòi Thia, Bứa cần được tổng hợp và diễn toán riêng về tuyến dưới Yên Bái và Phú Thọ. Lượng gia nhập khu giữa Bảo Hà, Ngòi Thia -Yên Bái (diện tích là 2180km2) và Yên Bái, Thanh Sơn - Phú Thọ (1370km2) cần được tổng hợp riêng. Cần xem xét bổ sung các thông tin từ các sông nhánh trên khu giữa cũng như xem xét bổ sung trạm trên dòng chính đoạn Bảo Hà - Yên Bái, Yên Bái - Phú Thọ.

120

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Thời gian truyền lũ trung bình từ tuyến Lào Cai về Bảo Hà là 6-9h, từ Bảo Hà về Yên Bái là 12-15 h, từ Yên Bái về Phú Thọ là 15-18h, từ Ngòi Thia về Yên Bái và Thanh Sơn về Phú Thọ là 3-6h. Như vậy, thời gian truyền lũ tự nhiên hoặc thời gian dự kiến tự nhiên của dự báo từ Bảo Hà về Yên Bái không quá 18-24h, còn về Phú Thọ - không quá 24-30h. Việc khai thác thông tin mưa, lũ tuyến trên Bảo Hà để kéo dài thời gian dự kiến của dự báo các tuyến dưới có ý nghĩa thực tiễn nhất định. Thông tin từ phần lưu vực thuộc Trung Quốc có ý nghĩa rất quan trọng để theo dõi mưa, lũ trên sông Thao.

Trong tính toán, để xét sự biến động của gia nhập khu giữa theo không gian, có thể phân khu giữa ra thành 5 lưu vực bộ phận: Lào Cai - Bảo Hà, Bảo Hà, Ngòi Thia - Yên Bái; Ngòi Thia - trạm Ngòi Thia; Yên Bái, Thanh Sơn - Phú Thọ và sông Bứa - trạm Thanh Sơn. Các lưu vực bộ phận đều có diện tích không lớn và không khác biệt nhau nhiều, tạo điều kiện dễ dàng để xác định lượng mưa trung bình thời đoạn theo mạng lưới đo mưa và từ đó xác định gia nhập theo các mô hình riêng phản ánh đặc điểm ở mỗi lưu vực bộ phận.

Dòng chảy lũ sông Lô

Dòng chảy sông Lô chia thành 2. mùa rõ rệt. Mùa lũ kéo dài 5 tháng, từ tháng VI - X; trên các phụ lưu, mùa lũ ngắn hơn, khoảng 4 tháng, từ tháng VI-IX. Lượng dòng chảy mùa lũ chiếm tới 73-74% lượng dòng chảy năm, trên các phụ lưu, lượng dòng chảy lũ chiếm tới 53% lượng dòng chảy năm. Phía thượng lưu sông Lô, dòng chảy lớn nhất trong năm xuất hiện chậm hơn phía trung lưu.

121

Các đoạn (các phần lưu vực khu giữa trên sông Lô từ Hà Giang và Na Hang về Vụ Quang), nhìn chung, lượng gia nhập khu giữa không lớn và trung bình thường không vượt qúa 20% lượng dòng chảy tuyến dưới ở mỗi đoạn sông tương ứng. Riêng ở đoạn Hà Giang-Vĩnh Tuy, lượng dòng chảy gia nhập lên tới trên 40% lượng dòng chảy tuyến dưới, nguyên nhân chính là do mưa nhiều. Lượng gia nhập khu giữa ở các đoạn Vĩnh Tuy - Hàm Yên, Na Hang - Chiêm Hóa là không đáng kể (không qúa 6%) và biến động không nhiều từ trận lũ này qua trận lũ khác. Chính vì vậy, trong tính toán cũng như trong dự báo hoàn toàn có thể bỏ qua thành phần này, hoặc khi cần thiết có thể xác định thông qua hệ số gia nhập trung bình ở đoạn sông. Ngược lại, lượng gia nhập khu giữa ở phần lưu vực từ Hàm Yên, Chiếm Hóa về Tuyên Quang, đặc biệt là từ Tuyên Quang về Vụ Quang, do ảnh hưởng hoạt động kinh tế của con người với công trình thủy điện Thác Bà, nên lượng gia nhập khu giữa vừa không ổn định, vừa khó xác định; đồng thời lại chiếm một tỷ lệ đáng kể (tới 17%) trong dòng chảy sông Lô tại Vụ Quang. Vì vậy, để xác định chính xác dòng chảy sông Lô tại Vụ Quang thì việc xác Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

định lưu lượng xả từ công trình thủy điện Thác Bà trên sông Chảy là rất cần thiết. Trong trường hợp có số liệu xả nước từ hồ Thác Bà thì hiển nhiên có thể coi các đoạn sông nêu trên đều là những đoạn sông với lượng gia nhập khu giữa không đáng kể.

Dòng chảy lũ sông Đà Địa hình núi cao, chia cắt mạnh, độ dốc lớn, thung lũng sâu, hẹp với lượng mưa lớn lại tập trung vào một vài tháng trong năm nên tạo điều kiện hình thành mạng lưới sông dày đặc, ít sông lớn, hướng của các dòng sông suối trùng với hướng của lưu vực. Mật độ sông suối lớn nhất ở vùng núi phía tây Hoàng Liên Sơn lên tới 1,5-1,7km/km2. Phía hữu ngạn sông Đà, do có lượng mưa ít hơn đáng kể so với các vùng khác nên sông suối thưa hơn, chỉ từ 0,5 đến 1,5km/km2, thường dưới 1,0km/km2.

Trên sông Đà và các dòng sông nhánh như Nậm Na, Nậm Mu, các sông suối nhỏ đổ vào dòng chính thường phân bố đều dọc sông. Vùng cao nguyên đá vôi mưa ít, sông suối thưa, dòng chảy nhỏ hơn.

Nguồn sinh dòng chảy quan trọng nhất trên sông Đà nằm ở phần lưu vực thuộc vùng biên giới Việt - Trung và vùng sườn phía tây dãy Hoàng Liên Sơn, nơi có môdun dòng chảy năm từ 30-40 l/s/km2 và hơn nữa. ở các nơi khác trên lưu vực, lượng dòng chảy thường không vượt quá 20 l/s/km2 Dòng chảy sông tập trung vào các tháng mùa lũ, chiếm tới 69-78% tổng lượng dòng chảy năm.

Mùa lũ trên sông Đà thường bắt đầu vào tháng V, kết thúc vào cuối tháng IX đầu tháng X. Lũ lớn nhất thường xảy ra vào cuối tháng VII, nửa đầu tháng VIII. Dòng chảy lũ trên sông Đà lớn, tập trung nhanh và không đồng bộ ở các phần khác nhau của lưu vực là một đặc điểm nổi bật nhất của dòng chảy sông Đà.

Trong điều kiện địa lý tự nhiên thuận lợi cho dòng chảy lũ hình thành trên các phụ lưu sông Đà, nhất là lưu vực Nậm Na, Nậm Mu hai phụ lưu lớn nhất bên tả ngạn, thường xuất hiện những trận lũ đặc biệt lớn gây tác hại nghiêm trọng. Mô đun dòng chảy lũ lớn nhất đạt tới 2000-3000 l/s/km2 - thuộc loại lớn nhất ở Việt Nam. Trên dòng chính, lượng dòng chảy lũ chiếm bình quân từ 77,6 đến 78,5% dòng chảy năm, dòng chảy tháng VIII- tháng có dòng chảy lớn nhất năm - chiếm tới 23,7% dòng chảy năm. Dòng chảy lũ sông Đà thuộc loại lớn nhất trên hệ thống sông Hồng. Mô đun đỉnh lũ tại Lai Châu là 324 l/s/km2 xảy ra vào các tháng VII năm 1966 và 428 l/s/km2 vào tháng VIII năm 1945. Mô đun đỉnh lũ tại Hòa Bình lên tới 454 l/s/km2 vào tháng VII năm 1964. Nhìn chung, trên đoạn sông từ Lai Châu về Hòa Bình thấy rõ quy luật tăng dần môdun dòng chảy cực đại khi diện tích lưu vực tăng. Điều này chứng tỏ rằng lượng gia nhập đáng kể ở phần lưu vực thuộc địa phận Việt Nam. Tại Lai Châu, biên độ lũ lớn

122

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

nhất đạt tới 25 mét, cao nhất ở Việt Nam, với cường suất lũ lên lớn nhất tới 77,4 cm/h. Dòng chảy lũ tập trung nhanh như vậy nên công tác dự báo thủy văn gặp khó khăn lớn, mà để giải quyết vấn đề này đòi hỏi phải có một mô hình tương đối nhạy với qúa trình thay đổi dòng chảy trong sông.

Chế độ dòng chảy ở hạ lưu sông Đà, sông Hồng những năm gần đây

Từ năm 1987, công trình Hòa Bình tác động ngày càng mạnh mẽ hơn, làm thay đổi rõ rệt chế độ dòng chảy hạ du, ảnh hưởng mạnh mẽ đến dòng chảy hạ lưu sông Hồng từ Việt Trì về Hà Nội, thậm chí cả hạ lưu sôngThái Bình. Quá trình mực nước ở hạ du công trình Hòa Bình và ở hạ lưu sông Hồng, trong các năm gần đây có thể khái quát thành 3 dạng chính: quá trình lũ bị điều tiết với dạng tựa như lũ tự nhiên, quá trình dạng sóng xả với nhánh lên và xuống gần như dốc đứng và quá trình dạng sóng ngừng xả hoặc giảm xả đột ngột, với các nhánh xuống và lên gần như dốc đứng. Ngoài ra, còn có tác dụng phối hợp của 3 dạng điển hình này. Để thấy rõ tác động của công trình, có thể tách quá trình sóng xả và sóng ngừng xả làm 2 giai đoạn:

Giai đoạn mở đột ngột và liên tiếp các cửa xả, sau đó giữ xả ổn định.

Giai đoạn đóng đột ngột liên tiếp các cửa xả rồi giữ xả ổn định hoặc ngừng xả.

Xét vai trò, mức độ tác động của công trình tới chế độ dòng chảy ở hạ du công trình và hạ lưu sông Hồng có thể phân dòng chảy lũ năm 1987-1998 ra làm 3 thời kỳ chính:

i) Thời kỳ dòng chảy ở hạ lưu sông Đà sau công trình chịu điều tiết tự do qua công trình. Quá trình thường trễ từ 1 đến 2 ngày, tuỳ từng trận lũ và tuỳ tác động của công trình (xả tự do qua hai tuy-nen, qua công trình xả đáy), so với quá trình dòng chảy tại tuyến Hòa Bình trong điều kiện tự nhiên. Đặc trưng cho chế độ này là dòng chảy năm 1987 và nửa đầu năm 1988. Dòng chảy đã bị điều tiết thời kỳ này tác động không đáng kể đến dạng quá trình dòng chảy ở hạ lưu sông Hồng.

ii) Thời kỳ dòng chảy ở hạ lưu sông Đà sau công trình vừa bị điều tiết tự do, vừa chịu sự điều tiết chủ động của con người. Đặc trưng cho chế độ này là dòng chảy nửa sau năm 1988, một số thời kỳ năm 1989 -1998. Thời kỳ này, dòng chảy bị biến dạng nhiều so với quá trình trong tự nhiên, đã có những thay đổi lớn.

iii) Thời kỳ dòng chảy hạ lưu sông Đà sau công trình chịu sự điều tiết chủ động của con người gây ảnh hưởng sâu sắc tới chế độ dòng chảy hạ lưu sông Đà và sông Hồng. Qúa trình dòng chảy ở hạ lưu sông Hồng có 2 dạng: gần như tự nhiên và bị biến dạng khác hẳn với lũ trong tự nhiên. Điển hình cho dạng thứ nhất là mùa lũ 1989,

123

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1990, 7-8/1991-1999; cho dạng hai là lũ từ 15.7- 20/8/1991, các tháng 9-10/1990 - 1999 và các trận lũ lớn nhất trong các năm.

Những phân tích chế độ truyền dòng chảy trong sông cho thấy:

Trường hợp dòng chảy sau công trình chỉ bị điều tiết thông thường thì thời gian

truyền lũ về hạ lưu tương đương với thời gian truyền trong tự nhiên.

Trường hợp ở hạ du công trình có sóng xả với biên độ và bước sóng khác nhau thì thời gian truyền lũ ở thời điểm bắt đầu mở đột ngột cửa xả bị rút ngắn so với ở điều kiện tự nhiên tới 5-6h trên đoạn Hòa Bình-Hà Nội. Thời gian truyền đỉnh sóng xả tương đương với thời gian truyền đỉnh lũ trong tự nhiên.

Thời kỳ từ khi mở đột cửa xả đến khi mực nước đạt mức cao nhất nếu giữ xả ổn

định thì thấy qui luật: thời gian truyền lũ tăng khi lưu lượng tăng.

Trong thời kỳ có sóng gián đoạn, thời gian truyền lũ ở thời điểm bắt đầu đóng đột ngột cửa xả đáy đã rút ngắn đáng kể so với ở điều kiện tự nhiên, tới 7-9h trên đoạn Hòa Bình-Hà Nội. Thời gian truyền lũ ở thời điểm mực nước đạt thấp nhất của thời kỳ sóng gián đoạn có khả năng lớn hơn thời gian truyền đỉnh sóng xả tới 1-4h, và tương đương với thời gian truyền trong tự nhiên.

Thời kỳ từ khi đóng đột ngột cửa xả đáy tới khi mực nước đạt tới mức thấp nhất

thấy rõ một qui luật khác: thời gian truyền lũ tăng dần khi lưu lượng giảm.

Như thế, ở hai pha khác nhau của một sóng (pha nước lên và xuống) tồn tại hai qui luật phản ánh quan hệ khác nhau giữa thời gian truyền lũ và lưu lượng nước trong sông, khác với qui luật truyền lũ trong điều kiện tự nhiên.

Quy luật truyền lũ nêu trên ít thay đổi khi dòng chảy sông Thao, Lô thay đổi. Khi dòng chảy hạ lưu sông Đà chiếm phần chủ yếu thì mọi biến đổi lớn trên sông Đà đều thể hiện nhanh, rõ ở hạ lưu sông Hồng.

Trường hợp xảy ra liên tiếp sóng xả rồi sóng gián đoạn hoặc sóng gián đoạn rồi sóng xả thì các điểm đặc trưng trên mô tả phần nào quá trình dòng chảy ở hạ lưu sông Hồng. Thời gian truyền khi có sóng xả, sóng gián đoạn quyết định sự hình thành sóng lũ nhân tạo ở hạ lưu với nhánh lên là đường cong lồi và nhánh xuống là đường cong lõm, thời kỳ chuyển tiếp giữa hai đường cong rất ngắn, chỉ kéo dài 3-5h.

Trường hợp đóng hoặc mở liên tiếp các cửa xả đáy mà giữa hai lần đóng hoặc hai lần mở cách nhau không quá 10h thì sự thay đổi đường qúa trình ở hạ lưu công trình biểu hiện không rõ ở Việt Trì, hầu như không thể hiện ở Hà Nội.

124

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 4.4: Thời gian truyền lưu lượng từ Hòa Bình về hạ lưu sông Hồng dưới tác động của công trình Hòa Bình.

Điểm đặc trưng

Hoà Bình – Hà Nội

Việt Trì – Sơn Tây

Hoà Bình - Việt Trì

Hoà Bình- Sơn Tây

Sơn Tây – Hà Nội

9

12

3

3

11

15

21

4

6

6

9

13

3

4

Mở cửa xả đột ngột 6 Đỉnh sóng xả Đóng đột ngột cửa xả

12

18

25

6

7

Điểm thấp nhất của thời kỳ giảm xả và ngừng xả

Trung bình

9

13

18

4

5

Hiển nhiên, ảnh hưởng của công trình Hòa Bình tới dòng chảy hạ lưu sông Hồng ở các thời kỳ khác nhau sẽ rất khác nhau. Để đánh giá ảnh hưởng này cần có công cụ phù hợp mô phỏng dòng chảy ở mỗi thời kỳ. Do biến đổi lòng dẫn, đặc biệt là sự lấn chiếm lòng dẫn và các bãi sông trong những năm gần đây, nên khi tính toán với tài liệu địa hình thời kỳ 1990-1996 cho thấy, mực nước cao nhất tại Hà Nội trong trận lũ 1971 gia tăng khoảng 0,3 mét, lên tới 14,94m và 8,79m tại Phả Lại. Đây là điểm cần hết sức lưu ý trong tính toán các phương án phòng lũ cho hạ du.

4.3. Xây dựng công nghệ dự báo lũ ngắn hạn hệ thống sông Hồng

Quá trình hình thành lũ trên hệ thống sông Hồng là một quá trình hết sức phức tạp. Nó chịu tác động của rất nhiều các yếu tố như mưa, nhiệt độ, độ ẩm, lượng nước trữ trên lưu vực, các yếu tố địa hình, địa chất thổ nhưỡng, thảm thực vật trên bề mặt lưu vực, các hoạt động kinh tế của con người v.v. Các yếu tố này có mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau khiến cho bài toán dữ báo lũ trở nên phức tạp. Bài toàn này cũng đã được nghiên cứu từ rất lâu. Nói chung, các phương pháp dự báo lũ truyền thống có một số đặc điểm sau:

Các phương pháp dự báo lũ truyền thống dựa trên việc nghiên cứu bản chất vật lý của quá trình hình thành lũ trên lưu vực và trong mạng lưới sông. Quá trình đó

125

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

thường được biểu diễn bằng các phương trình vi phân, phương trình liên tục. Tuy nhiên, những phương trình đó thường khá phức tạp.

Về nguyên tắc, các phương trình này có thể giải được. Tuy nhiên do mối quan hệ phụ thuộc phức tạp giữa các yếu tố nên đến nay vẫn chưa tìm được nghiệm giải tích tổng quát của hệ phương trình trên và người ta phải tìm cách giải gần đúng cho từng trường hợp cụ thể riêng biệt. Có hai nhóm giải pháp để giải gần đúng các phương trình này đó là:

Phương pháp tính thuỷ lực lưới sông, phương pháp này cố gắng mô tả gần đúng quá trình hình thành lũ để tính toán dự báo. Tuy nhiên, hạn chế chủ yếu của phương pháp này là cần sử dụng nhiều tham số chi tiết về địa hình lòng sông tự nhiên mà thực tế thì các tài liệu này cho các hệ thống sông ở Việt nam thường thiếu và độ chính xác chưa cao. Do đó dù phương pháp này đòi hỏi khối lượng tính toán rất lớn nhưng kết quả phụ thuộc nhiều vào độ chính xác và đầy đủ của số liệu đầu vào mô hình.

Phương pháp đơn giản hoá là tìm cách đơn giản hoá hệ phương trình Saint - Vernant tuỳ theo từng trường hợp tính toán cụ thể. Phương pháp khắc phục được nhược điểm cần nhiều tham số khó thu thập của phương pháp trên.

Các mô hình truyền thống trên thường được gọi là các mô hình nhận thức (conceptual model) hoặc mô hình vật lý (physically - base model). Các mô hình này thường dựa váo bản chất vật lý của quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực và trong sông để diễn tả nó bằng các phương trình toán học. Loại mô hình này giúp chúng ta hiểu bản chất các quá trình vật lý tạo nên hiện tượng tự nhiên. Tuy vậy, phương pháp đòi hỏi phải giải nhiều phương trình phức tạp với nhiều ẩn số đặc tả các quá trình vật lý đó, đặc biệt việc mô phỏng qúa trình truyền lũ ở đoạn sông có phần gia nhập khu giữa, trong đó cho phép xét được sự biến động của gia nhập theo không gian là rất phức tạp. Nếu mô hình hoá không phù hợp sẽ dẫn đến kết quả dự báo không chính xác.

Đặc biệt, đối với bài toán dự báo lũ sông Hồng là một bài toán khó, việc ứng

dụng phương pháp truyền thống trên sẽ gặp một số khó khăn với các lý do sau:

Sông Hồng là hợp lưu của ba sông, mỗi một sông có đặc điểm địa hình, chế độ mưa lũ có đặc thù riêng và khá phức tạp, không đồng nhất, sự truyền sóng lũ trong hệ thống sông cũng như sự tổ hợp lũ đa dạng, việc nắm được các vấn đề này vào dự báo lũ là một vấn đề khó.

126

Vấn đề dự báo định lượng lượng mưa hiện nay cũng là một vấn đề còn chưa giải quyết được một cách đầy đủ. Việc ứng dụng ảnh vệ tinh, tư liệu ra-đa để dự báo Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

đang ở bước đầu thử nghiệm, kết quả còn rất hạn chế, nhất là các vùng ở mặt đất thiếu số liệu đối chứng.

Hệ thống quan trắc khí tượng thủy văn trên hệ thống sông còn hạn chế, các trạm quan trắc mưa không đồng đều, nhất là ở các đầu nguồn sông, vùng núi cao còn rất ít. Phần diện tích lưu vực trên phần lãnh thổ Trung Quốc chiếm trên dưới 50% nhưng việc thu thập tài liệu mưa, dòng chảy còn chưa thực hiện được. Thêm vào đó vấn đề thông tin truyền số liệu trong mùa mưa bão cũng còn rất hạn chế, không kịp thời điều đó gây khó khăn trong thực hiện các phương án dự báo.

Vấn đề điều tiết lũ của hồ Hoà Bình hiện nay và tương lai là liên hồ Na Hang (trên sông Lô), hồ Huổi Quảng, Bản Chát, Nậm Chiến và Sơn La (trên sông Đà) cũng làm cho bài toán dự báo lũ phức tạp thêm. Việc điều hành đóng mở các cửa xả có ảnh hưởng rất lớn đến lũ hạ du.

Trong trường hợp lũ cực lớn có khả năng uy hiếp vùng hạ lưu, nhất là Thủ đô Hà Nội, sẽ điều hành phân, chậm lũ tình huống này làm cho việc dự báo lũ lại càng phức tạp khó khăn hơn nữa.

Từ những vấn đề nêu trên, việc lựa chọn các phương pháp dự báo hợp lý cho lưu vực sông, từng trạm, từng đoạn sông cũng là một vấn đề cần lưu ý trong từng giai đoạn thời điểm để có thể đưa ra được một phương án dự báo mực nước hạ lưu sông Hồng có kết quả khả quan đáp ứng được yêu cầu thực tế.

Về nguyên tắc, một mô hình tính toán và dự báo dòng chảy trong sông nói

chung cần đáp ứng những yêu cầu sau đây:

Cho phép tính toán và dự báo dòng chảy ở tuyến hạ lưu đoạn sông theo dòng

chảy tuyến trên và lượng gia nhập khu giữa ở đoạn sông;

Tạo điều kiện dự báo thủy văn hồ chứa mà trước hết là lưu lượng nước đến hồ

và mực nước hồ để phục vụ vận hành công trình thủy điện.

Cho phép áp dụng các phương pháp tiên tiến vào việc xác định các tham số như

các thuật toán tối ưu, thử sai, hiệu chỉnh tức thời;

Mô hình tương đối đơn giản, sử dụng ít nhất thông tin về hình thái lưu vực và

đặc trưng thủy lực sông, hồ;

Dễ dàng lập chương trình trên máy tính để tiện sử dụng, đảm bảo thuận tiện cập

nhật các tham số của mô hình và số liệu;

127

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Dễ dàng lắp ghép với các mô hình tiên tiến khác nhằm hoàn thiện hệ mô hình

phục vụ dự báo.

Từ những đặc điểm và yêu cầu của bài toán dữ báo lũ trên, để đáp ứng yêu cầu của thực tế trong điều hành phòng chống lũ, giảm nhẹ thiên tai, trong phần này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ứng dụng mô hình hồi quy nhiều biến và mô hình mạng trí tuệ nhân tạo trong việc dữ báo lũ cho hệ thống sông Hồng đáp ứng với điều kiện thực tế hiện nay.

4.3.1 Phương pháp hồi quy đa biến

a. Cơ sở của phương pháp Hồi quy đa biến.

Mục đích của phương pháp hồi qui tương quan là ước lượng mức độ liên hệ (tương quan) giữa các biến độc lập (các biến giải thích) đến biến phụ thuộc (biến được giải thích), hoặc ảnh hưởng của các biến độc lập với nhau (các yếu tố nguyên nhân).

Chúng ta biết rằng, các đặc trưng dòng chảy trong sông là các đại lượng ngẫu nhiên, phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Mục tiêu của phương pháp này là phân tích tác động của nhiều biến độc lập Xi đối với biến phụ thuộc Y theo kiểu tuyến tính

Nghĩa là, phương pháp coi đại lượng cần được dự báo chịu ảnh hưởng của các đại lượng ngẫu nhiên độc lập. Thông thường mối quan hệ này được thể hiện ở phương trình sau:

Y’ = a + b1* X1+b2 * X2+ ….+ bk * Xk

( 4.1)

Với Y’ - đại lượng cần dự báo

Xi - đại lượng độc lập

a - đại lượng không đổi

bi - hệ số ảnh hưởng của các đại lượng độc lập i - số đại lượng độc lập : 1 ÷ k

Các hệ số a, b1, b2,…, bk được xác định từ hệ phương trình sau:

Y’ = f { X1, X2,…, Xk }

b. Các giả thiết của phương pháp và quy trình thực hiện phương pháp

Để tìm ra các mối quan hệ này ta cần dựa trên các giả thiết sau:

128

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mối quan hệ giữa đại lượng (biến) phụ thuộc và đại lượng (biến) độc lập là mối

quan hệ tuyến tính (đường quan hệ là đường thẳng).

Các đại lượng độc lập có thể là các đại lượng liên tục hoặc rời rạc.

Sai số tính toán giữa giá trị thực đo và tính toán là tuân theo luật phân bố chuẩn

với giá trị trung bình là 0.

Để việc xây dựng phương trình tương quan đa biến được nhanh chóng, dễ dàng

cần tiến hành theo các quy trình sau (hình 4.2).

c. Xây dựng ma trận tương quan

Ma trận tương quan là ma trận đơn vị, có đường chéo chính bằng 1. Các phần tử của ma trận đối xứng qua đường chéo chính. Các phần tử của ma trận chính là các hệ số tương quan của các đại lượng ngẫu nhiên độc lập và quan hệ của các đại lượng này với đại lượng phụ thuộc (cần dự báo).

Ma trận tương quan còn giúp ta giải quyết các vấn đề sau:

Ma trận tương quan thể hiện mối quan hệ giữa biến độc lập và biến phụ thuộc.(Giá trị phần tử của ma trận càng cao, thì quan hệ giữa các đại lượng càng chặt chẽ).

Ma trận tương quan giúp cho việc xây dựng mô hình dự báo thuận lợi hơn.

Ma trận tương quan còn giúp ta giảm được khối lượng phân tích khi loại bỏ

ngay những đại lượng có thể gây nên “ tương quan đa tuyến ”.

129

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Xử lý số liệu đầu vào

Xây dựng ma trận tương quan

Xây dựng mô hình dự báo đơn giản

Thêm 1 biến bất kỳ vào mô hình

Sai

Phép thử f

Sai

Phép thử t

đúng

so sánh R1< R2

Chấp nhận biến mới & tiếp tục phép thử với biến khác

Sai

Loại biến cho thêm vào

PT tốt nhất?

Dự báo k. tra

Kết thúc phương án DB

Hình 4.3: Quy trình dự báo theo phương pháp tương quan đa biến

d. Phương trình dự báo và các phép thử

130

Phương trình dự báo đơn giản: thông thường đây là phương trình được thành lập dựa trên phần tử có giá trị cao nhất trong ma trận tương quan giữa đại lượng cần dự báo và đại lượng ngẫu nhiên độc lập. Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Phép thử toàn cục:

Phép thử này diễn ra nhằm xác định mô hình hồi quy liệu có tồn tại hay không. Nó đánh giá khả năng ảnh hưởng của tất các biến độc lập đến biến phụ thuộc. Nói cách khác, phép thử xác định liệu phương trình trình hồi quy có tồn tại hệ số R2 không?

Các hệ số b1, b2,…,bk trong một mẫu mà ta thu thập, tương đương với nó là các hệ số β 1, β 2,… β k trong thực tế. Các hệ số này được kiểm tra xem trong toàn biểu mẫu có đồng thời bằng 0.

Giả thiết Ho: β1= β 2= β 3= …= β k = 0

Giả thiết

H1: β 1 ≠ β 2 ≠ β 3 ≠ … ≠ β k ≠ 0

Nếu giả thiết Ho được chấp nhận, điều này có nghĩa rằng tất cả các hệ số của phương trình hồi quy đều bằng 0 và về mặt logic mà nói không có quan hệ nào giữa đại lượng phụ thuộc với đại các lượng độc lập (phương trình hồi quy không tồn tại). Trong trường hợp này ta phải lựa chọn một vài biến độc lập khác để có thể xây dựng được phương trình dự báo cho đại lượng phụ thuộc.

Nếu như giá trị Ftt > Fdk thì giả thiết H1 được chấp nhận, hay nói khác đi

phương trình hồi quy tồn tại.

(4.2)

Ftt = (SSR/k)/(SSE/(n-(k+1)))

Với

n:

số lượng của biểu mẫu được sử dụng

k:

số đại lượng độc lập được dùng

SSR: tổng bình phương của đại lượng được dự báo

SSE: tổng sai số bình phương giữa đại lượng thực đo và dự báo

Fdk =F(α , υ 1, υ 2)

α = 0.05

υ 1 = k - 1

υ 2 = n - k

Phép thử riêng biệt:

Đây là phép thử nhằm đánh giá từng đại lượng ngẫu nhiên liệu có ảnh hưởng

đến đại lượng dự báo không. Phép thử này đưa ra 2 giả thiết sau:

Giả thiết Ho: β = 0

131

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Giả thiết H1: β ≠ 0

Trong quá trình kiểm tra ta sử dụng hàm phân bố t với bậc tự do là n- (k+1).

Giá trị t giới hạn được tra bảng với độ tin cậy là 95%.

−

− X

µ

  

  

=

(4.3)

ttt

Với

s

n

−

: giá trị trung bình

X

µ : giá trị kì vọng

s : sai số quân phương

n : số phần tử

Khi giá trị ttt nằm ngoài khoảng giới hạn của tdk thì giả thiết H1 được chấp nhận. Điều này chứng tỏ đại lượng ngẫu nhiên có ảnh hưởng đến đại lượng cần dự báo. Ngược lại khi giả thiết Ho được chấp nhận ta phải loại bỏ đại lượng ngẫu nhiên đó ra khỏi phương trình hồi quy. Bởi đại lượng này không có ảnh hưởng đến đại lượng cần dự báo. Ta phải xây dựng lại phương trình hồi quy với các biến còn lại. Sau đó lại tiến hành các phép thử như đã trình bày ở trên.

Chú ý:

Nếu bất kì một phương trình nào mà không thỏa mãn 2 phép thử trên thì

phương trình đó sẽ bị loại bỏ.

Sau khi xây dựng được phương trình dự báo đơn giản ta sẽ tiến hành thêm các

đại lượng ngẫu nhiên độc lập (biến) khác rồi tiến hành các phép thử.

Nếu từ 2 biến độc lập trở lên tìm thấy chấp nhận giả thiết Ho thì ta loại bỏ biến nào có giá trị t nhỏ nhất. Tiến hành phân tích hồi quy và xem xét R2 của lần tính toán mới này với giá trị R2 của lần tình toán trước. Giá trị R2 của lần tính toán sau cho thấy các biến độc lập có ảnh hưởng bao nhiêu đến sự thay đổi của biến thụ thuộc (đại lượng cần dự báo). Ta cũng có thể so sánh giá trị R2 hiệu chỉnh vì nó loại bỏ bậc tự do.

Xác định phương trình tốt nhất : Đây là phương trình mà thỏa mãn đồng thời tất cả các phép thử toàn cục cũng như phép thử riêng biệt. Hơn nữa phương trình này phải là phương trình cho các hệ số sau lớn nhất:

1.Hệ số xác định R2

132

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hệ số xác định R2 được định nghĩa như là tỷ lệ (hoặc %) của sự biến động của

biến phụ thuộc Y được giải thích bởi các biến độc lập Xi

2

2

=

≤

≤

R

= − 1

(0

R

1)

SSR SST

SSE SST

Trong đó

n

SSE

2 e i

= ∑ : Tổng bình phương sai số

= 1

i

n

2

=

SSR

y

)

i

: Tổng bình phương hồi quy

−∑ ( y

= 1

i

n

=

+

−

SST

[

(

y

y

2 ) ]

2 e i

i

: Tổng bình phương tổng cộng

∑

= 1

i

2.Hệ số tương quan bội

Hệ số tương quan bội nói lên tính chặt chẽ của mối liên hệ giữa biến phụ thuộc

Y và các biến độc lập Xi.

2

=

R

R

≤≤− 1(

R

)1

Hệ số xác định đã hiệu chỉnh

2

(

)1

−= 1

R

SSE −− kn SST − n )1

(

(k: số biến độc lập)

Hay

2

2

R

−−= 1(1

R

− n 1 −− kn

1

 )  

  

133

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

2

Ý nghĩa của hệ số giống như R2, thường giá trị của

2

với R2. Tuy nhiên trong những trường hợp đặc biệt

2

2

R có sự khác biệt rất ít so R hiệu chỉnh khác biệt lớn so với R là chỉ số quan R2 khi số lượng biến độc lập chiếm tỷ lệ lớn trong một mẫu nhỏ trọng để xác định có nên thêm một biến độc mới vào phương trình hồi quy hay không. R tăng lên khi thêm biến đó

Chúng ta có thể quyết định thêm một biến độc lập nếu vào.

Dự báo kiểm tra với phương trình tốt nhất

Sau khi lựa chọn được phương trình tốt nhất ta tiến hành đánh giá phương án dự báo theo các chỉ tiêu dưới đây. Ngoài ra, quá trình lựa chọn phương án dự báo tùy thuộc vào các điều kiện tài liệu của vùng nghiên cứu, về tầm quan trọng của trạm cần dự báo ở hạ lưu…

Trong thống kê toán học, người ta thường đánh giá sai số dự báo thông qua sai

số yếu tố và phương án dự báo:

Đánh giá sai số yếu tố

Để đánh giá phương án dự báo là tốt hay xấu, người ta đưa vào khái niệm mức đảm bảo phương án, là tần suất xuất hiện sai số dự báo nhỏ hơn sai số cho phép. Phương án được coi là tốt nếu mức đảm bảo phương án lớn hơn 80% trong đó sai số cho phép của phương án được tính như sau:

σ

0, 674

∆ = cp

n

2

− Q Q

i

∑

(

)

= 1

i

σ

=

STDEV =

n

Đánh giá phương án dự báo

Giả sử phân bố sai số của đại lượng dự báo tuân theo phân bố chuẩn, khi đó tần suất sai số dự báo xuất hiện trong khoảng tin cậy cho trước lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hệ số tương quan của biên độ dự báo.

Để đánh giá phương án dự báo là tốt hay xấu người ta dùng hệ số tương quan

của biên độ dự báo:

′

η

 = 1−  

  

σ σ

Trong đó :

134

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

n

2

− Q Q i

i

∑

(cid:1)(

)

i

= 1

σ

′ =

n

n

2

− Q Q

i

∑

(

)

i

= 1

σ

=

n

Người ta đưa ra tiêu chuẩn đánh giá phương án dự báo như sau:

Bảng 4.5 Tiêu chuẩn đánh giá phương án dự báo bằng hệ số tương quan của biên độ dự báo

σσ /'

η

Đánh giá phương án

Nhỏ hơn 0.4

Lớn hơn 0.9

Tốt

Nhỏ hơn 0.6

Lớn hơn 0.9

Đạt

Kém

Nhỏ hơn 0.8

Lớn hơn 0.6

Lớn hơn 0.8

Lớn hơn 0.6

Không dùng được

Tuy nhiên, với số lần dự báo kiểm tra còn ít (10 lần) hệ số tương quan η sẽ

thiên lớn, do đó phương án coi như đạt yêu cầu nếu η >0.71.

3. Hệ số NASH

1

−

NASH =

*

100

S S

2

  1 

  

n

n

2

2

Q Q

S1 =

S2 =

Q Q i

i

i

Với

−∑ (

)

(cid:1)( −∑

)

= 1

i

= 1

i

Với : (cid:1)

iQ : Trị số dự báo

iQ : Trị số thực đo

Q

1 n = ∑ Q i n = 1 i

với n là số lần dự báo kiểm tra

135

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Để ứng dụng phương pháp hồi quy đa biến trong dự báo lũ, chúng tôi đã sử

dụng phần mềm SPSS

e. Giới thiệu phần mềm SPSS

Là phần mềm chuyên dụng xữ lý thông tin sơ cấp (thông tin được thu thập trực tiếp từ đối tượng nghiên cứu (người trả lời bảng câu hỏi) thông qua một bảng câu hỏi được thiết kế sẳn.

Thông tin được xử lý là thông tin định lượng (có ý nghĩa về mặt thống kê)

Phần mềm SPSS có tất cả 4 dạng màn hình:

Màn hình quản lý dữ liệu (data view):

Là nơi lưu trữ dữ liệu nghiên cứu với một cấu trúc cơ sở dữ liệu bao gồm cột,

hàng và các ô giao nhau giữa cột và hàng

Cột (Column): Đại diện cho biến quan sát. Mỗi cột sẽ chứa đựng tất cả các câu

trả lời trong một câu hỏi được thiết kế trong bảng câu hỏi

Hàng (Row): Đại diện cho một trường hợp quan sát (người trả lời), Ta phỏng vấn bao nhiêu người (tùy thuộc vào kích thước mẫu) thì ta sẽ có bấy nhiêu hàng. Mỗi hàng chứa đựng tất cả những câu trả lời (thông tin) của một đối tượng nghiên cứu

Ô giao nhau giữa cột và hàng (cell): Chứa đựng một kết quả trả lời tương ứng

với câu hỏi cần khảo sát (biến) và một đối tượng trả lời cụ thể (trường hợp quan sát)

Màn hình quản lý biến (variables view):

Là nơi quản lý các biến cùng với các thông số liên quan đến biến. Trong màn hình này mỗi hàng trên màn hình quản lý một biến, và mỗi cột thể hiện các thông số liên quan đến biến đó

Tên biến (name): Là tên đại diện cho biến, tên biến này sẽ được hiễn thị trên

đầu mỗi cột trong màn hình dữ liệu

Loại biến (type): Thể hiện dạng dữ liệu thể hiện trong biến. Dạng số, và dạng

chuỗi

Số lượng con số hiễn thị cho giá trị (Width): Giá trị dạng số được phép hiễn thị

bao nhiêu con số.

Số lượng con số sau dấu phẩy được hiễn thị (Decimals)

Nhãn của biến (label): Tên biến chỉ được thể hiện tóm tắc bằng ký hiệu, nhãn

136

của biến cho phép nêu rõ hơn về ý nghĩa của biến. Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Giá trị trong biến (Values): Cho phép khai báo các giá trị trong biến với ý nghĩa

cụ thể (nhãn giá trị)

Giá trị khuyết (Missing): Do thiết kế bảng câu hỏi có một số giá trị chỉ mang tính chất quản lý, không có ý nghĩa phân tích, để loại bỏ các biến này ta cần khai báo nó như là giá trị khuyết (user missing). SPSS mặc định giá trị khuyến (system missing) là một dấu chấm và tự động loại bỏ các giá trị này ra khỏi các phân tích thống kê.

Kích thướt cột (columns): Cho phép khai báo độ rộng của cột

Ví trí (align): Vị trí hiễn thị các giá trị trong cột (phải, trái, giữa)

Dạng thang đo (measures): Hiễn thị dạng thang đo của giá trị trong biến

Màn hình hiễn thị kết quả (output):

Các phép phân tích thống kê sẽ cho ra các kết quả như bảng biểu, đồi thị và các kết quả kiểm nghiệm, các kết quả này sẽ được truy xuất ra một màn hình, và được lưu giữ dưới một tập tin khác (có đuôi là .SPO). Màn hình này cho phép ta xem và lưu giữ các kết quả phân tích.

Màn hình cú pháp (syntax):

Màn hình này cho phép ta xem và lưu trữ những cú pháp của một lệnh phân tích. Các cú pháp được lưu trữ sẽ được sử dụng lại mà không cần thao tác các lệnh phân tích lại.

Để giải quyết bài toán hồi quy ở trên, chúng ta sử dụng chức năng phân tích

tương quan và hồi quy trong phần mềm SPSS.

4.3.2. Phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo

Một phương pháp khác để mô hình hoá các quá trình mưa rào - dòng chảy là sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo (Artificial Neural Network - ANN). Năm 1996, trên tạp chí Hydrological Science Journal số 41, hai tác giả là Minns A.W và Hall M.J đã nêu vấn đề sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo để mô hình hoá quá trình mưa rào - dòng chảy. Tiếp đó, năm 1998 các tác giả Solomatine và Yonas thuộc Viện nghiên cứu IHE-Delft của Hà Lan đã ứng dụng thành công mạng nơ-ron nhân tạo để dự báo dòng chảy cho sông Apure ở miền tây nam Venezuela. Năm 2002, trong hội nghị quốc tế lần thứ 5 về Hydroinformatics tại Cardiff ở Anh, tác giả Solomatine đã khẳng định về khả năng sử dụng các mô hình hướng dữ liệu (data-driven model) để giải quyết nhiều bài toán trong lĩnh vực tài nguyên nước trong đó có bài toán dự báo lũ. Các mô hình này không đi sâu đặc tả các quá trình vật lý bằng cách lập và giải các hệ phương trình mô

137

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

tả quá trình đó mà dựa trên một cơ sở dữ liệu thực tế đủ lớn và áp dụng các kỹ thuật tính toán hiện đại đang được dùng nhiều trong lĩnh vực công nghệ thông tin những năm gần đây như logic mờ và lập luận xấp xỉ, mạng nơ-ron nhân tạo, giải thuật di truyền, cây quyết định .v.v. và chúng thường được nói tới với các thuật ngữ như “tính toán mềm” (soft computing) hay “tính toán thông minh” (computational intelligence). Các phương pháp này nhằm phỏng theo cơ chế tính toán và suy luận của bộ não con người. Hướng tiếp cận này đã mở ra một phương pháp mới để mô hình hoá các quá trình tự nhiên phức tạp, phi tuyến mà việc đặc tả các quá trình vật lý của nó gặp nhiều khó khăn như mô hình hoá quá trình mưa rào - dòng chảy (rainfall - runoff), dự báo lũ, dự báo hạn hán, mô hình hoá dòng chảy ngầm, phân loại đất, dự báo nhu cầu sử dụng nước,…

a. Cấu trúc mạng ANN

Mạng Nơ ron thần kinh – ANN dựa vào đặc điểm của các hệ thống nóo bộ thực vật, và thường là các hệ thống song song bao gồm nhiều phần tử (processing element – PE) được liên kết với nhau bằng các trọng số của các biến. Những PE này được xếp trong các lớp (xem hỡnh 1): một lớp đầu vào, một lớp đầu ra, và từ một đến nhiều lớp nằm ở giữa gọi là các lớp ẩn (hidden layers). Các PE trong các lớp khác nhau này hoặc là được liên kết tuyệt đối hoặc là được liên kết bán tuyệt đối. Những liên kết giữa các PE này đều có trọng số. Sức mạnh của mỗi liên kết có thể được điều chỉnh. Trọng số bằng không cho thấy không có liên kết nào, và trọng số có giá trị âm cho thấy giữa 2 PE này có quan hệ rất lỏng lẻo.

Input

Hidden

Output

1

1

Wh 1

1

Wo 2

2

2

q

m

i

Q

I

M

Wo

Wh i

138

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.4: Mạng Nơ ron Thần kinh 3 lớp

b. Quá trình quét xuôi

Khối cơ bản của một mạng thần kinh trong hình 4.4 gọi là một neron thần kinh. Trong neron này các giá trị đầu vào lần lượt được nhân với các trọng số, sau đó được cộng với nhau. Tổng được tạo ra được gọi là NET N và nó được tính toán cho tất cả các neron thần kinh của mạng. Sau khi NET N được tính toán, nó được chuyển thành tín hiệu đầu ra O1 bằng việc áp dụng một hàm kích hoạt f

Input

W1

Hidden Layer

W2

Input

Output O1

f(N1)

W3

N1=W1I1+W2I2+W3I3+bia s

Input

Wb

bias

Hình 4.5: Một neron thần kinh với hàm kích hoạt F Công thức chung chuyển đổi giữa 2 lớp trong một mạng thần kinh là

I

=

+

N

θ

M

IW , imi

m

∑

= 1

i

Với m

θ là độ dốc.

O =

Nf (

)

m

m

Trong đó: I là input từ lớp M và O là output từ lớp M (i và m là phần tử thứ i và

m của lớp thứ I và lớp M).

c. Hàm kích hoạt

Trong phần quét xuôi, Rumelhart et al. (1986) đã đưa ra các hàm phi tuyến kích hoạt gọi là hàm bán tuyến. Hầu hết các mạng nơ ron thần kinh đều sử dụng hàm kích hoạt Logistic (hình 4.6)

=

=

O

( Nf

)

m

m

mjN ,

1 −+ e

1

139

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

O

1 mNe −+1

N Hình 4.6: Hàm kích hoạt Logistic Giá trị đầu ra của hàm kích hoạt Logistic nằm trong khoảng [0, 1]. Vì vậy các phần mềm ANN thường đòi hỏi dữ liệu gốc phải được chuyển đổi một cách tuyến tính về khoảng [0.05, 0.95] trước khi tham gia vào mạng thần kinh. Khoảng [0.05, 0.95] được lựa chọn thay vì khoảng [0, 1] vì hàm kích hoạt Logistic là một hàm tiệm cận, do đó nó không bao giờ đạt được giá trị 0 hay 1.

d. Chuẩn hoá (Normalization)

Vì trong hầu hết các trường hợp đầu vào thường bao gồm rất nhiều loại biến với các giải khác nhau, do đó mỗi một giá trị đầu vào và đầu ra cần phải được chuẩn hoá với các đặc trưng chuẩn hoá cụ thể của chúng.

- Tiền xử lý (Pre –processing) Giả sử a và A là các giá trị cực tiểu và cực đại của một chuỗi dữ liệu, thì giá trị

thực Xt sẽ được chuyển đổi để nằm trong khoảng [0.05,0.95] theo công thức sau:

−

+

Xt’ =

05.0

)aX(9.0 t − aA

Trong đó: Xt giá trị thực

a giá trị cực tiểu của Xt

A giá trị cực đại của Xt

Xt’ giá trị được chuyển đổi

- Hậu xử lý (Post-processing) Khi đã tìm được một mạng nơ ron thần kinh tốt nhất, thì tất cả các dữ liệu đã được chuyển đổi trước đây sẽ được trả lại những giá trị ban đầu của chúng bằng phương trình:

−

−

+

a

Xt =

)05.0'X)(aA( t 9.0

140

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

e. Lựa chọn sơ đồ mạng nơ ron thần kinh ban đầu

Việc lựa chọn một mạng nơ ron thần kinh ban đầu cho phù hợp là một vấn đề khó, bởi vì không có một qui tắc nào qui định số lượng tối ưu các PE trong một lớp hay số lớp các lớp ẩn (Abrahart et al., 2000). Số lượng các đơn vị đầu vào và đầu ra là không đổi theo số lượng của các biến đầu vào và đầu ra. Tuy vậy việc lựa chọn số lượng các nút trong lớp ẩn là một vấn đề rất khó.

Một vài nhà nghiên cứu thì gợi ý rằng ‘càng nhiều càng tốt’ nhưng:

Số lượng các nút trong lớp ẩn và số lớp ẩn sẽ điều khiển sức mạnh của mô hình. Tuy nhiên nếu nhiều quá mô hình sẽ rất phức và thời gian chạy mô hình sẽ rất lâu mà chưa chắc đã có kết quả.

Sử dụng số lượng lớn các lớp ẩn và số nút trong từng lớp nhiều cũng có thể tạo ra sản phẩm không tốt vì mô hính sẽ được đào tạo quá mức, do đó sẽ có nhiều trường hợp tạo ra các giá trị dự báo sai lệch lớn.

Rất nhiều nhà nghiên cứu khuyến nghị sử dụng một lớp ẩn bởi vì nếu sử dụng nhiều hơn sẽ làm tăng số lượng các thông số, vì vậy sẽ làm cho chậm quá trình hiệu chỉnh mà vẫn không cải thiện được mạng. Kết quả lý thuyết cho thấy, một mạng thần kinh chỉ bao gồm một lớp ẩn với một hàm kích hoạt thích hợp có khả năng ước tính bất cứ một hàm mục tiêu nào với bất kì mức độ mong muốn nào; nếu sai số xuất hiện thì đó là do chưa đủ số nút trong lớp ẩn hoặc do hằng số học tập là chưa thoả đáng, hoặc do dữ liệu chưa phản ánh hết mối quan hệ. Tuy nhiên, Maren và các tác giả khác (1990) gợi ý sử dụng 2 lớp ẩn khi các giá trị đầu ra cần phải là một hàm liên tục các giá trị đầu vào

f. Phương pháp quét ngược (Back Propagation Method)

Phương pháp quét ngược sử dụng một tập hợp các giá trị đầu vào và đầu ra. Một tập hợp đầu vào được sử dụng bởi một hệ thống để tạo ra giá trị đầu ra O, sau đó giá trị đầu ra O này được so sánh với giá trị đầu ra mục tiêu Y (giá trị đo đạc). Nếu không có sự khác biệt nào, thì không cần thực hiện một quá trình kiểm tra nào, ngược lại các trọng số sẽ được thay đổi trong quá trình quét ngược trong mạng thần kinh để giảm sự khác biệt đó.

Sau khi vượt qua lớp cuối cùng, giá trị đầu ra thực của mạng được so sánh với giá trị mong muốn (giá trị đo đạc). Mục tiêu là phải tối thiểu hoá sai số tổng của mạng cho tất cả các tập hợp theo thời gian của các giá trị đầu vào (input pattern). Sai số của pattern p của một mạng chỉ có một biến đầu ra được tính như sau:

141

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

=

OY

2)

E

p

t

t

1 2

∑ − ( Trong đó: sai số tổng của mạng phải được tính cho tất cả các pattern.

Phương pháp quét ngược cố gắng tối thiểu hóa sai số này bằng cách điều chỉnh

các trọng số trong mỗi quá trình tính toán.

η là đại diện cho tốc độ học (learning rate), nó điều khiển tốc độ mà quá trình quét ngược điều khiển các trọng số trong mỗi lần tính toán. Nếu thay đổi trọng số càng nhanh, thì càng chóng đạt được trọng số mong muốn. Nhưng nếu η quá lớn, nó có thể gây ra sự dao động của đầu ra. Để giải quyết vấn đề này người ta đưa vào thêm vào hệ số mômen α ; hệ số này có tác dụng làm tăng tốc độ học mà không gây ra sự giao động. Về cơ bản thì α là một hằng số xác định sự ảnh hưởng của các trọng số của bước thời gian trước đến sự thay đổi của trọng số ở bước thời gian này.

Sơ đồ khối của thuật toán quét ngược và quá trình tính toán được minh họa ở

hình 4.7

Chuẩn bị số liệu vào

Tiền xử lý số liệu

Số liệu để đào tạo

Số liệu để kiểm tra

Quá trình đào tạo

TSSE*≤ cho phép?

Quá trình kiểm tra

Hậu xử lý kết quả

Hình 4.7: Sơ đồ khối của thuật toán quét ngược

142

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mỗi lần toàn bộ tập mẫu học được lan truyền qua mạng gọi là một epoch. Số epoch phụ thuộc vào từng trường hợp cụ thể và sự khởi tạo ban đầu. Có trường hợp thuật toán phải sau hàng chục nghìn epoch mới hội tụ tới lời giải. Nếu tham số khởi tạo không phù hợp có thể làm cho quá trình học không đạt kết quả mong muốn. Đối với mỗi epoch ta tính sai số trung bình của mạng theo công thức sau:

2

p

n

−

(

y

d

)

i

i

∑∑

k

i

= 1

= 1

=

RMS

. np

Trong đó p là số mẫu được dùng để luyện mạng, n là số biến của véc-tơ đầu ra.

Sai số RMS thường được dùng để đánh giá kết quả học của mạng nơ-ron.

g. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình học theo phương pháp lan truyền

ngược sai số

Lựa chọn số lớp ẩn và số lượng các nút (PE): Việc xác định số lượng các lớp ẩn và số lượng các nút là một nhiệm vụ rất khó trong mô hình ANN, và việc làm này được thực hiện bằng quá trình thử sai. Một hệ thần kinh gồm 1 lớp ẩn thông thường được những người sử dụng ANN chọn với m nút trong lớp ẩn nằm trong khoảng từ i đến 2i +1, trong đó i là số các nút trong lớp input.

Thông số tốc độ học tập η và tốc độ mô men α

Chức năng của các thông số này là để đẩy nhanh quá trình đào tạo trong khi hạn chế sai số. Không có một quy tắc cụ thể nào cho việc lựa chọn các giá trị của những thông số này. Tuy nhiên thông thường người ta hay chọn η = 0.2 and α = 0.5 là cặp thông số khởi đầu cho quá trình đào tạo.

Giá trị các trọng số ban đầu, các hàm mục tiêu hay sai số: Nếu mạng thần kinh dừng lại trước khi đạt đến một kết quả có thể chấp nhận được bởi vì nó tìm được giá trị cực trị địa phương, thông thường ta chỉ cần thay đổi số lượng các nút ẩn hoặc thông số tốc độ học tập η là có thể giải quyết được vấn đề này; hoặc chúng ta có thể đơn giản làm lại và thay đổi các giá trị trọng số ban đầu. Tuy nhiên khi mạng thần kinh đạt được một kết quả mong muốn cũng không thể đảm bảo rằng nó đã tìm được giá trị cực trị toàn cục.

Chỉ tiêu dừng tính: Một giá trị sai số mục đích cần được gán cho tất cả các bước tính (patten). Quá trình mô phỏng chỉ dừng lại khi trong tất cả các bước tính, sai số bằng hoặc nhỏ hơn giá trị sai số mục đích đã gán trước. Trên thực tế, giá trị sai số mục

143

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

tiêu là một biến đốc lập, tuy nhiên, vì xem xét thời gian tính toán chúng ta cũng có thể đặt điều kiện dừng là số lần tính tối đa nào đó, chẳng hạn như 10.000 lần tính, vv.

h. Vấn đề học chưa đủ và học quá thuộc của mạng

Vấn đề mấu chốt khi xây dựng một mạng nơ-ron nhân tạo là làm thế nào mạng có khả năng tổng quát hoá cao để đưa ra kết quả tốt cả với những trường hợp đầu vào của mạng không nằm trong tập mẫu đã dùng để luyện mạng. Giống như các mô hình hồi quy phi tuyến khác, đối với mạng nơ-ron nhân tạo ta cũng phải giải quyết hai vấn đề là ANN học chưa đủ (underfitting) và quá phù hợp (overfitting). Khi mạng có cấu trúc (số nút ẩn và liên kết) cũng như số lần học chưa đủ so với nhu cầu của bài toán thì sẽ dẫn tới tình trạng mạng không đủ khả năng gần đúng mối quan hệ tương quan giữa đầu vào và đầu ra của quá trình cần dự báo và dẫn tới học chưa đủ. Trái lại, nếu mạng quá phức tạp (quá nhiều nút ẩn và quá nhiều tham số) và được học “quá khít” đối với các mẫu dùng để luyện mạng thì có thể dẫn tới tình trạng mạng học cả thành phần nhiễu lẫn trong các mẫu đó, đây là tình trạng “học quá thuộc” của mạng. Vấn đề nêu trên có thể làm cho nhiều loại mạng nơ-ron có thể có những trường hợp cho kết quả dự đoán rất sai lệch với thực tế.

i. Một số giải pháp cho vấn đề học quá của mạng:

Sử dụng tập số liệu có tính đại diện tốt để luyện mạng: Đây được xem là một cách khá tốt để tránh hiện tượng overfitting. Khi tập mẫu dùng để luyện mạng thể hiện được nhiều trạng thái có thể xẩy ra của quá trình cần nghiên cứu thì sau khi học mạng sẽ có khả năng tổng quát hoá tương đối tốt từ tập dữ liệu đó và sẽ không chịu ảnh hưởng nhiều của hiện tượng overfitting. Ngoài ra một số biện pháp dưới đây cũng có thể góp phần quan trọng giúp khắc phụ hiện tượng overfitting của mạng.

Lựa chọn cấu trúc mô hình phù hợp: Việc lựa chọn mô hình của mạng (số lớp ẩn, số nơ-ron trên mỗi lớp ẩn) có ảnh hưởng quan trọng đến hiện tượng học chưa đủ (underfitting) và quá quá phù hợp (overfitting) của mạng. Nghiên cứu của Steve Lawrence và C.Lee Giles về bài toán nội suy hàm y = sin(x/3) + v, 0≤ x ≤ 20. với v là biến ngẫu nhiên nằm trong khoảng (- 0.25 , 0.25) cho thấy nếu mạng chỉ gồm một nút ẩn thì mạng không thể học được hàm này. Mạng có hai nút ẩn có khả năng tổng quát hoá tốt nhất ( tuy không chính xác hoàn toàn với các mẫu nhưng nó tạo nên giáng điệu gần với hàm cần xấp xỉ nhất và nó đã không quá khít với nhiễu của mẫu học). Các mạng có độ phức tạp hơn (10 nút ẩn, 50 nút ẩn) tuy nó có thể học khá chính xác các mẫu được sử dụng nhưng chính điều này lại làm cho nó học quá nhiều cả thành phần

144

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

nhiễu nên khả năng tổng quát hoá giảm và dẫn tới hiện tượng quá phù hợp (overfitting).

Dừng học đúng lúc: Năm 1991, trong một nghiên cứu về vấn đề học quá của mạng, hai tác giả Nelson và Illingworth đã đưa ra giải pháp dừng học đúng lúc để tránh hiện tượng học quá của mạng như sau:

Tập mẫu được chia làm hai phần: một phần dùng để luyện mạng và phần còn

lại để kiểm thử.

Sử dụng các giá trị khởi tạo nhỏ

Sử dụng hằng số tốc độ học có giá trị thấp.

Tính toán sự thay đổi lỗi kiểm thử trong quá trình luyện mạng.

Dừng học khi thấy lỗi kiểm thử bắt đầu tăng

Để mô tả cách tính toán của thuật toán quét ngược và khả năng ứng dụng của mạng nơ ron thần kinh trong dự báo chúng tôi sử dụng phần mềm NeuroSolutions 5.0.

j. Giới thiệu phần mềm neuroSolutions

Phần mềm NeuroSolutions 5.0 do tập đoàn NeuroSolutions phát hành chạy trên nền hệ điều hành Window XP. Phần mềm này bao gồm 6 gói phần mềm ứng dụng khác nhau

1) Ấn bản chuyên nghiệp

2) NeuroSolutions cho Excel

3) The Custom Solution Wizard

4) DataManager

5) NeuroSolutions cho phần mềm MATLAB

145

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.8- Giao diện chính của phần mềm NeuroSolutions 5.0 Phiên bản NeuroSolutions dùng cho Excel (Excel add-in) có giao diện thuận tiện chạy trên nên phần mềm ứng dụng Microsoft Excel đã trở nên quá quen thuộc với người sử dụng. Nó cho phép người sử dụng xây dựng (construct), đào tạo (train) và kiểm tra (test) mạng toàn bộ từ excel. Người sử dụng đơn giản chỉ việc lựa chọn cột dữ liệu đầu vào hay cột dữ liệu dùng để kiểm tra, và những dòng dữ liệu dùng để đào tạo, kiểm tra quá trình đào tạo mạng…

146

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.9- Giao diện chính của phần mềm NeuroSolutions 5.0 cho excel Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng phiên bản NeuroSolutions dùng cho

Excel để tính toán dự báo lũ tại các trạm thủy văn trên các nhánh sông.

Hình dưới đây trình bày sơ đồ thứ tự áp dụng NeuroSolutions cho Excel

Hình 4.10: Sơ đồ áp dụng NeuroSolutions cho Excel 4.3.3 Xây dựng các phương án dự báo lũ ngắn hạn cho các vị trí khác nhau

trên hệ thống sông Hồng

4.3.3.1. Phương pháp: Cả hai mô hình: mô hình hồi quy nhiều biến và mô hình mạng trí tuệ nhân tạo đều là mô hình ngẫu nhiên, chúng tôi sẽ nghiên cứu và ứng dụng cả hai mô hình vào việc dữ báo lũ cho hệ thống sông Hồng, cụ thể cho từng trạm,

147

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

từng nhánh sông và từ đó có thể kiến nghị lựa chọn mô hình tốt nhất để dự báo cho từng nhánh sông, phục vụ yêu cầu của thực tế. Thứ tự các bước thực hiện việc ứng dụng 2 mô hình trên được đưa ra trong hình 4.10. Sơ đồ mạng lưới sông Hồng được mô tả trong hình 4.11.

Phân tích dữ liệu

Lựa chọn + Thời gian dự báo thích hợp + Phương pháp thích hợp

Phương pháp phân tích hồi quy nhiều biến

Phương pháp mạng thần kinh với thuật toán quét ngược

Chuẩn bị dữ liệu đầu vào: + Xây dựng phương trình + Dự báo kiểm tra

Chuẩn bị dữ liệu đầu vào: + Hiệu chỉnh mô hình + Kiểm định mô hình

Sử dụng phần mềm SPSS 13.0

Sử dụng phần mềm NeuroSolutions 5.0

Đánh giá mức đảm bảo của phương án và hệ số tương quan của biên độ dự báo

Lựa chọn phương án dự báo tốt nhất

Hình 4.11: Các bước xây dựng phương án dự báo

148

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.12: Sơ đồ mạng lưới sông Hồng-Thái Bình sử dụng trong viêc xây dựng các phương án dự báo tại các trạm trên hệ thống sông

150

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

4.3.3.2. Kết quả dự báo lũ cho sông Thao:

a. Số liệu đầu vào lựa chọn thời gian dùng để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

- Tài liệu đo đạc thu thập được trên lưu vực sông Thao gồm các trạm:

+ Số liệu Mực nước: Lào Cai, Bảo Hà, Ngòi Thia, Yên Bái, Thanh Sơn, Phú

Thọ.

+ Số liệu mưa: Lào Cai, Sa Pa, Bảo Hà, Yên Bái, Văn Chấn, Ngòi Hút, Ngòi

Thia, Thanh Sơn, Phú Hộ

- Tài liệu đo đạc được tiến hành theo 4 ốp (obs) một ngày, được đo đạc vào các

thời gian 1, 7, 13, 19 giờ trong ngày

- Chuỗi thời gian thu thập được gồm mùa lũ từ tháng 6 đến tháng 10 các năm

1999, 2000, 2001, 2002, 2003.

- Chọn mùa lũ năm 1999, 2000, 2001 để hiệu chỉnh mô hình.

- Chọn mùa lũ năm 2002, 2003 để kiểm định mô hình

b. Lựa chọn thời gian dự kiến.

Từ các phân tích đặc điểm hình thành lũ trên sông Thao trong phần trên, ta thấy

một số yếu tố quan trọng đối với sự hình thành lũ trên hệ thống sông này là:

Lưu lượng đo tại trạm Lào Cai xác định phần lưu lượng từ Trung Quốc chảy

sang, nó đóng góp phần lớn lưu lượng cho sông Thao.

Dòng chảy gia nhập khu giữa gồm hai nhánh sông nhỏ là Ngòi Thia cho vùng

giữa Bảo Hà và Yên Bái còn Thanh Sơn cho vùng Yên Bái đến Phú Thọ.

Thời gian truyền lũ trung bình từ tuyến Lào Cai về Bảo Hà là 6-9h, từ Bảo Hà về Yên Bái là 12-15 h, từ Yên Bái về Phú Thọ là 15-18h, từ Ngòi Thia về Yên Bái và Thanh Sơn về Phú Thọ là 3-6h.

Từ phân tích trên có thể chia lưu vực sông Thao thành hai lưu vực nhỏ đó là vùng từ Lào Cai về Yên Bái và từ Yên Bái đến Phú Thọ, và từ phân tích thời gian chảy truyền trên, ta sẽ dự báo mực nước tại Yên Bái và Phú Thọ trước 24h

Gọi thời điểm hiện tại là t, thời điểm cần dự báo là t+ τ (τ là thời gian dự kiến)

và ký hiệu:

HLC, HBH, HYB, HYB, HNT, HTS, HPT lần lượt là mực nước tại Lào Cai, Bảo Hà,

Yên Bái, Ngòi Thia, Thanh Sơn và Phú Thọ.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

150

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

XLC, XSP, XBH, XYB, XVC, XNH, XNT, XTS, XPH: lần lượt là mực nước tại Lào Cai,

Sa Pa, Bảo Hà, Yên Bái, Văn Chấn, Ngòi Hút, Ngòi Thia, Thanh Sơn, Phú Hộ.

c. Tóm tắt kết quả xây dựng các phương án dự báo lũ cho sông Thao bằng

phương pháp hồi quy nhiều biến:

Chi tiết xây dựng các phương án dự báo lũ ngắn hạn cho sông Thao bằng phương pháp hồi quy nhiều biến được trình bày trong Phụ lục III của báo cáo. Sau đây là tóm tắt kết quả đạt được.

Bảng 4.6: Phương trình dự báo lũ tại trạm Bảo Hà và Yên Bái (trước 24h)

trên sông Thao bằng phương pháp hồi qui đa biến

Trạm

Phương trình dự báo

Hệ số R Hệ số R2

+

+0,923.XSPt

0,97

0,94

Bảo Hà

HBH(t+12) = -752 + 0,785.HBHt + 0,973.HLCt - 0,636.HLC(t-6) 0,587.XBHt +0,378.XLCt -0,146.HBH(t-6) + 0,314.XSP(t-12) - 0,219.XBH(t-12)

Yên Bái

0,97

0,94

HYB (t+24) = -171,8 + 0,87.HBH(t+12) +0,73.HYBt – 0,6.HBH(t-6) + 0,85.XVCt -0,11.HNTt + 0,257.XSP(t-12)

Bảng 4.7: Đánh giá phương án dự báo tại trạm Bảo Hà và Yên Bái (trước 24h) trên sông Thao bằng phương pháp hồi quy đa biến

Trạm

Giai đoạn

Sai số cho phép

Đán h

(cm)

Mức đảm bảo phương án (%)

giá

Hệ số tương quan biên độ dự báo η

Hệ số NAS H

61,2

97,4

0,97

0,94

Tốt

Hiệu Chỉnh

Bảo Hà

67,5

97

0,96

0,92

Kiểm Định

Tốt

61,7

98

0,97

0,94

Hiệu chỉnh

Tốt

Yên Bái

64.5

96.7

0.96

0.91

Kiểm Định

Tốt

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

151

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

H(cm)

Hình 3.3: Đường quá trình giá dự báo và thực đo trạm Yên Bái khi xây dựng PT dự báo (thời gian dự kiến 24h)

3300

HYB-24h-tđ

3200

H-YB-t+24-tt

3100

3000

2900

2800

2700

2600

2500

STT

1

100 199 298 397 496 595 694 793 892 991 1090 1189 1288 1387 1486 1585

Hình 4.13: Đường quá trình dự báo và thực đo trạm Yên Bái khi xây dựng PT

dự báo với thời gian dự kiến 24h

H(cm)

Hình 3.4: Đường quá trình giá dự báo và thực đo tại trạm yên Bái khi kiểm định PT dự báo (thời gian dự kiến 24h)

3300

3200

HYB-24h-tđ

H-YB-t+24-tt

3100

3000

2900

2800

2700

2600

2500

STT

1

60

119 178 237 296 355 414 473 532 591 650 709 768 827 886 945 1004

Hình 4.14: Đường quá trình dự báo và thực đo trạm Yên Bái khi dự báo thử

nghiệm với thời gian dự kiến 24h

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

152

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 4.8: Phương trình dự báo lũ tại trạm Yên Bái (trước 12h) và Phú Thọ

(trước 24h) trên sông Thao bằng phương pháp hồi qui đa biến

Trạm

Phương trình dự báo

Hệ số R2

Hệ số R

0,98

0,97

Yên Bái

HYB (t+12) = -415 + 0,86.HYBt + 0,726.HBHt – 0,38.HBH(t-6) +0,946.XVCt – 0,34.HBH(t-12) + 0,139.HLCt + 0,518.XBHt – 0,07.HNT(t-6)

0,98

0,97

Phú Thọ

HPT (t+24) = -911 + 0,544.HYB(t+12) + 1,3.HPTt – 0,45.HYB(t-6) -0,55.HPT(t-6) + 0,55XSPt +0,254XYBt + 0,096.HLCt + 0,074.HNTt + 0,28.XSP(t-6) + 0,2998.XVCt

Bảng 4.9: Đánh giá phương án dự báo tại trạm Yên Bái (trước 12h) và Phú Thọ

(trước 24h) trên sông Thao bằng phương pháp hồi quy đa biến

Trạm

Sai số cho phép

Đánh giá

Giai đoạn

Mức đảm bảo phương án (%)

(cm)

Hệ số tương quan biên độ dự báo η

Hệ số NA SH

61,7

99

0,98

0,97

Tốt

Hiệu Chỉnh

Yên Bái

64,6

98

0,97

0,94

Tốt

Kiểm Định

53,4

99

0,98

0,97

Tốt

Hiệu chỉnh

Phú Thọ

51,7

99

0,97

0,94

Tốt

Kiểm Định

Nhận xét: Sau khi xây dựng phương trình dự báo cho các trạm trên, rút ra một

số nhận xét sau:

Nhìn chung kết quả dự báo tại các trạm là khá tốt, các chỉ tiêu đánh giá kết quả

dự báo đều trong phạm vi đánh giá là tốt.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

153

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tuy nhiên, để kéo dài được thời gian dự kiến tại trạm Yên Bái và Phú Thọ và cho kết quả tốt, chúng tôi đã sử dụng phương pháp dự báo gián tiếp, cụ thể: Để dự báo tại trạm Yên Bái với thời gian dự kiến là 24h, trước hết phải dự báo được trạm Bảo Hà với thời gian dự kiến là 12h. Cũng tương tự như vậy, để dự báo được trạm Phú Thọ với thời gian dự kiến là 24h, trước hết phải dự báo tại trạm yên Bái với thời gian dự kiến là 12h.

Quan sát đường quá trình giá trị dự báo và thực đo tại các trạm ứng với thời gian dự kiến (Hình 1,2,3,4,5,6,7,8), nhìn chung 2 đường quá trình tính toán và thực đo rất khớp pha dao động, và các giá trị tính toán và dự báo cũng rất khớp nhau ngoại trừ giá trị đỉnh lũ tính toán và đỉnh lũ đo đạc vẫn còn sai lệch nhiều (nhìn hình vẽ).

H(cm)

Hình 3.7: Đường quá trình giá dự báo và thực đo trạm Phú Thọ (dự báo trước 24h) khi xây dựng PT dự báo

2000

HPT-24h-tđ

H-PT-t+24-tt

1900

1800

1700

1600

1500

STT

1400

1

96

191 286 381 476 571 666 761 856 951 1046 1141 1236 1331 1426 1521

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

154

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.15:Đường quá trình dự báo và thực đo trạm Phú Thọ khi xây dựng PT

dự báo với thời gian dự kiến 24h

Hình 3.8: Đường quá trì nh giá dự báo và thực đo trạm Phú Thọ (dự báo trước 24h) khi kiểm đị nh PT dự báo

H(cm)

2000

HPT-24h-tđ

H-PT-t+24-tt

1900

1800

1700

1600

1500

1400

STT

1

60

119 178 237 296 355 414 473 532 591 650 709 768 827 886 945 1004

Hình 4.16: Đường quá trình dự báo và thực đo trạm Phú Thọ khi dự báo thử

nghiệm với thời gian dự kiến 24h

d. Tóm tắt kết quả xây dựng các phương án dự báo lũ cho sông Thao bằng

phương pháp Mạng Nơ ron Thần kinh (BPNN)

Như đã nói ở trên, trong phần này chúng tôi sử dụng phần mềm Neurosolutions 5.0 dùng cho Excel với thuật toán quét ngược để dự báo mực nước tại các trạm trên sông Thao. Chi tiết xây dựng các phương án dự báo lũ ngắn hạn cho sông Thao bằng phương pháp mạng Nơ ron thần kinh được trình bày trong Phụ lục III của báo cáo. Sau đây là tóm tắt kết quả đạt được:

Bảng 4.10: Đánh giá phương án dự báo tại trạm Bảo Hà (trước 12h) trên sông Thao bằng phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo

Trạm

Đánh giá

Giai đoạn

Mức đảm bảo phương án (%)

Hệ số tương quan biên độ dự báo η

Sai số cho phép (cm)

Hệ số NA SH

61,2

97,9

0,97

0,94

Tốt

Bảo Hà

Đào tạo mạng

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

155

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

67,5

96

0,95

0,91

Tốt

Kiểm tra mạng

Sau khi đã xây dựng được mạng để dự báo cho trạm Bảo Hà trước 12h, cũng với các biến đầu vào như đã liệt kê trong phần trên, tiến hành đào tạo mạng và kiểm tra mạng đào tạo cho trạm Yên Bái với thời gian dự kiến là 24h. Kết quả như sau:

Bảng 4.11: Đánh giá phương án dự báo tại trạm Yên Bái (trước 24h) trên sông Thao bằng phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo

Trạm

Giai đoạn

Sai số cho phép (cm)

Mức đảm bảo phương án (%)

Đá nh giá

Hệ số tương quan biên độ dự báo η

Hệ số NA SH

61,7

98,6

0,98

Tốt

0,9 6

Đào tạo mạng

Yên Bái

64,5

96,7

0,96

Tốt

0,9 2

Kiểm tra mạng

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

156

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.11: Kết quả đào tạo mạng tại trạm Yên Bái (thời gian dự kiến 24h)

3200

HYB(t+24)

3100

HYB(t+24) Output

3000

2900

)

2800

m c ( H

2700

2600

2500

2400

2300

1

106

211

316

421

526

631

736

841

946

1051

Mãu

Hình 4.17: Đường quá trình dự báo và thực đo trạm Yên Bái khi xây dựng

mạng với thời gian dự kiến 24h

Hình 3.12: Kết quả kiểm tra mạng tại trạm yên Bái (thời gian dự kiến 24h)

3300

HYB(t+24)

3200

HYB(t+24) Output

3100

)

3000

2900

m c ( H

2800

2700

2600

2500

1

106

211

316

421

526

631

736

841

946

1051

Mẫu

Hình 4.18: Đường quá trình dự báo và thực đo trạm Yên Bái khi dự báo kiểm tra với thời gian dự kiến 24h

Bảng 4.12: Đánh giá phương án dự báo tại trạm Yên Bái (trước 12h) trên sông Thao bằng phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo

Trạm Giai đoạn Sai số cho phép (cm)

Hệ số NASH

Đánh giá

Mức đảm bảo phương án (%)

Hệ số tương quan biên độ dự báo η

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

157

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Trạm Giai đoạn Sai số cho phép (cm)

Hệ số NASH

Đánh giá

Mức đảm bảo phương án (%)

Hệ số tương quan biên độ dự báo η

61,7

99,8

0,99

0,98

Tốt

64,6

98

0,98

0,96

Tốt

Đào tạo mạng Yên Bái Kiểm tra mạng

Sau khi đã xây dựng được mạng thần kinh nhân tạo để dự báo cho trạm Yên Bái trước 12h, cũng với các biến đầu vào như đã liệt kê trong phần trên, tiến hành đào tạo mạng và kiểm tra mạng đào tạo cho trạm Phú Thọ ứng với thời gian dự kiến là 24h. Kết quả như sau:

Bảng 4.13: Đánh giá phương án dự báo tại trạm Phú Thọ (trước 24h) trên sông Thao bằng phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo

Trạm

Đánh giá

Giai đoạn

Mức đảm bảo phương án (%)

Hệ số tương quan biên độ dự báo η

Sai số cho phép (cm)

Hệ số NA SH

53,4

98,9

0,98

0,9 6

Đào tạo mạng

T ốt

Phú Thọ

51,7

98,4

0,97

0,9 4

Kiểm tra mạng

T ốt

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

158

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.15: Kết quả đào tạo mạng tại trạm Phú Thọ (thời gian dự kiến là 24h)

2000

HPT(t+24)

1900

HPT(t+24) Output

1800

)

1700

m c ( H

1600

1500

1400

1

106

211

316

421

631

736

841

946

1051

526 Mẫu

Hình 4.19: đường quá trình dự báo và thực đo trạm Phú Thọ khi xây dựng

mạng thời gian dự kiến 24h

Hình 3.16: Kết quả kiểm tra mạng tại trạm Phú Thọ (thời gian dự kiến là 24h)

2030

HPT(t+24)

HPT(t+24) Output

1930

1830

)

1730

m c ( H

1630

1530

1430

1

106

211

316

421

526

631

736

841

946

1051

Mẫu

Hình 4.20: đường quá trình dự báo và thực đo trạm Phú Thọ khi dự báo kiểm tra với thời gian dự kiến 24h

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

159

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Nhận xét: Cũng như đối với áp dụng mô hình hồi quy nhiều biến, việc áp dụng mô hình mạng thần kinh nhân tạo với thuật toán quét ngược cho kết quả rất tốt, thể hiện là đường quá trình tính toán và thực đo trong quá trình đào tạo mạng và kiểm tra mạng khớp pha và rất sát nhau, các chỉ tiêu đánh giá phương án dự báo cho tại các trạm cho kết quả đánh giá là tốt. Tuy nhiên, sự sai lệch về giá trị đỉnh lũ tính toán và đỉnh lũ đo đạc trong phương pháp này vẫn chưa khắc phục được (nhìn hình vẽ). Nguyên nhân ở đây có thể do giá trị mưa, hay dòng khu giữa trên lưu vực có ảnh hưởng trực tiếp tới trạm dự báo mà trong mô hình chưa mô tả hết được hay trong “quá trình học” mạng chưa nhận biết được. Để khắc phục nhược điểm này, ta có thể thay đổi việc chọn mẫu, các mẫu được chọn phải có tính đại biểu nghĩa là phải gồm cả các trận lũ lớn, lũ vừa và lũ bé có thể xẩy ra. Việc chọn mẫu để luyện mạng có ảnh hưởng khá quan trọng đến khả năng dự báo của mạng sau này.

4.3.3.3. Kết quả dự báo lũ cho sông Lô - Gâm:

a. Số liệu đầu vào lựa chọn thời gian dùng để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

Số liệu về các yếu tố khí tượng thủy văn vào mùa lũ thu thập được trên sông Lô là mực nước và lượng mưa được đo một ngày 4 ốp (1h, 7h, 13h, 19h) và độ dài của chuỗi số liệu là 4 năm cụ thể như sau:

+Năm 2000: 5/8/2000 1:00 – 30/10/2000 19:00

+Năm 2001: 1/6/2001 7:00 – 30/10/2001 19:00

+Năm 2002: 1/6/2002 7:00 – 30/10/2002 19:00

+Năm 2003: 1/6/2003 7:00 – 23/10/2003 19:00

Số liệu để xây dựng các phương án dự báo là lượng mưa, mực nước lũ trong 3 năm (từ 2000 -2002) và sử dụng số liệu lượng mưa, mực nước mùa lũ năm 2003 dự báo kiểm tra. Để dự báo được mực nước lũ trước 24 giờ tại trạm Hàm Yên (Ht+24) ta sử dụng mực nước tại trạm Hàm Yên tại thời điểm t và mực nước tại các thời đoạn trước đó và số liệu mực nước, mưa tại các trạm nằm về phía thượng lưu trạm Hàm Yên (Hà Giang, Bắc Quang, Vĩnh Tuy) vào các thời đoạn trước.

b. Xác định thời gian chảy truyền và dự kiến

Trong dự báo lũ, việc xác định thời gian chảy truyền giữa trạm trên và trạm dưới là rất quan trọng vì nó giúp ta xác định được biến đưa vào xây dựng phương trình dự báo phù hợp, tăng mức độ chính xác cho phương án dự báo. Kết quả tính thời gian chảy truyền giữa trạm Hà Giang và Hàm Yên là 12h-18h (trung bình là 18h), giữa trạm

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

160

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bắc Quang – Hàm Yên là 6h-12h (trung bình là 9h), giữa trạm Vĩnh Tuy đến Hàm Yên 9h. Nhận thấy rằng thời gian chảy truyền không vượt quá 24 giờ nên không cần phải dự báo gián tiếp mà sẽ dự báo trực tiếp từ các trạm Hà Giang, Bắc Quang, Vĩnh Tuy cho trạm Hàm Yên. Dựa vào các thời gian chảy truyền trên ta xác định các biến đưa vào xây dựng phương trình dự báo.

c. Tóm tắt kết quả xây dựng các phương án dự báo lũ cho sông Lô - Gâm bằng

phương pháp hồi quy nhiều biến:

Chi tiết xây dựng các phương án dự báo lũ ngắn hạn cho sông Lô - Gâm bằng phương pháp hồi quy nhiều biến được trình bày trong Phụ lục III của báo cáo. Sau đây là tóm tắt kết quả đạt được.

Ma trận tương quan được xây dựng trong quá trình tính toán theo phương pháp trên cho thấy giá trị mực nước và mưa tại thời điểm tiến hành dự báo (t), (t-6) tại hầu hết các trạm xét đến đều ảnh hưởng rõ rệt tới giá trị mực nước Hàm Yên tại (t+24h). Trong khi đó tại các thời đoạn trước đó lâu hơn như (t-48) thì không ảnh hưởng mạnh mẽ đến kết quả dự báo.

Bảng 4.14: Dự báo trực tiếp mực nước 24h tại trạm Hàm Yên theo phương pháp hồi qui

Phương trình dự báo

Hệ số R Hệ số R2

0.93

0.86

HHàm Yên (t+24)= -702,3+ 0,558 HHàm Yên (t)+ 0,502HHà Giang (t)+ 0,239 HVĩnh Tuy (t)+0,504 HBắc Quang (t)- 0,443HHà Giang (t-6)- 0,145 HBắc Quang (t-6)- 0,294 HVĩnh Tuy (t-6)-0,18 HHà Giang (t-24) – 0,171HHàm Yên (t-30)+ 0,175HVĩnh Tuy (t-30) – 0,288 HHàm Yên (t-36)+ 0,258 HVĩnh Tuy (t-42) 0,185 HHàm Yên (t-48)++ 1,354 XHàm Yên (t) + 0,967 XVĩnh Tuy (t) +0,353 XBắc Quang (t) + 0,463 XHàm Yên (t-6) + 0,47 XVĩnh Tuy (t-12) + 0,386 XHàm Yên (t-36).

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

161

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 4.15: Đánh giá phương án trực tiếp mực nước 24h theo phương pháp hồi qui tại trạm Hàm Yên

Hệ số

Sai số cho phép (mm)

Xây dựng và kiểm định

Đánh giá phương án

NASH

Mức đảm bảo phương án (%)

Hệ số tương quan biên độ dự báo η

94

94

0,93

0,86

Hiệu chỉnh

Đạt yêu cầu

62

91

0,94

0,88

Kiểm định

Đạt yêu cầu

Nhận xét: Theo kết quả tính toán trong bảng trên ta nhận thấy tương quan giữa các biến độc lập và biến phụ thuộc (H(t+24)) trong phương trình dự báo tại trạm Hàm Yên là rất cao (hệ số tương quan trên 0,9). Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định phương trình dự báo mực nước lũ tại Hàm Yên cũng rất khả quan chỉ số Nash đều đạt trên 0,9. Dự báo tại Hàm Yên cho kết quả tốt vì so với các lưu vực khác lưu vực sông Lô có diện tích khống chế nhỏ hơn do vậy ảnh hưởng do sự phân bố không đều mưa theo không gian không tác động đến kết quả dự báo. Như vậy, phương trình dự báo mực nước trước 24 giờ tại Hàm Yên đạt yêu cầu để tiến hành tác nghiệp.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

162

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Dự báo dòng chảy lũ cho trạm Bắc Mê

Bảng 4.16: Dự báo trực tiếp mực nước 24h tại trạm Bắc Mê theo phương pháp hồi qui

Phương trình dự báo

Hệ số R Hệ số R2

0.90

0.81

HBắc Mê(t+24)= 1566,5+ 1,292 HBắc Mê(t)- 0,556HBắc Mê(t-6) + 0,129 HBắc Mê(t-48) + 3,893 XYên Minh (t)

Bảng 4.17: Đánh giá phương án trực tiếp mực nước 24h theo phương pháp hồi qui tại trạm Bắc Mê

Hệ số

Sai số cho phép (mm)

Đánh giá phương án

NASH

Mức đảm bảo phương án (%)

Hệ số tương quan biên độ dự báo η

Xây dựng và kiểm định

94

0,91

0,90

Hiệu chỉnh

0,81 Đạt yêu cầu

58

0,91

0,96

Kiểm định

0,92 Đạt yêu cầu

Kết quả dự báo mực nước mùa lũ tại trạm Bắc Mê cũng cho kết quả tốt, tương quan giữa các biến chặt chẽ. Mức đảm bảo phương án dự báo ở cả bước xây dựng và kiểm định phương trình đều trên 0,90 vì vậy ta có thể khẳng định sử dụng phương trình dự báo trên khi tác nghiệp sẽ cho kết quả khả quan.

d. Tóm tắt kết quả xây dựng các phương án dự báo lũ cho sông Lô - Gâm bằng

phương pháp mạng Nơ ron Thần kinh (BPNN):

Dự báo cho trạm Hàm Yên

Với cùng chuỗi số liệu được sử dụng xây dựng phương trình dự báo theo phương pháp hồi qui đa biến, ta sử dụng chuỗi số liệu hai năm 2000, 2001 để mô hình học mẫu, số liệu năm 2002 dùng để kiểm định lại bộ thông số mô hình và dùng năm còn lại là 2003 để kiểm tra kết quả dự báo bằng mô hình ANN

Dựa vào kết quả dự báo từ phương pháp hồi quy, ta xác định được các biến có tương quan chặt chẽ với biến dự báo và các biến không có hay ít ảnh hưởng. Vì vậy, trong phương pháp ứng dụng mô hình ANN ta chỉ đưa các biến có tương quan tốt để xây dựng phương trình nhằm bảo đảm thu nhận được phương trình dự báo tốt nhất.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

163

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Kết quả tính toán dự báo tại trạm Hàm Yên trong quá trình học mẫu đạt hệ số tương quan r=0,93, và kết quả kiểm tra đạt hệ số tương quan r = 0,79. Tuy kết quả kiểm định có kém hơn nhưng vẫn đạt yêu cầu.

Bảng 4.18: Đánh giá phương án trực tiếp mực nước 24h theo phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo ANN tại trạm Hàm Yên

giá

Hệ số

Sai số cho phép (mm)

Xây dựng và kiểm định

Mức đảm bảo phương án (%)

Đánh phương án

Hệ số tương quan biên độ dự báo η

NASH

81

0,92

0,90

0,81

Hiệu chỉnh

Đạt yêu cầu

62

0,83

0,76

0,58

Kém

Kiểm định

Mực nước thực đo và dự báo tại Hàm Yên (hiệu chỉnh)

HY(t+24)

HY(t+24) Output

3600

3400

3200

3000

2800

c ớ ư n c ự m

2600

2400

2200

2000

1

94

187

280

373

466

559

652

745

838

931

Hình 4.21: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại Hàm Yên trước

(t+24) khi xây dựng mạng

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

164

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mực nước thực đo và dự báo tại Hàm Yên (kiểm định)

HY(t+24)

HY(t+24) Output

3400

3200

3000

2800

c ớ ư n c ự m

2600

2400

2200

1

58

115

172

229

400

457

514

571

343

286 Thời gian

Hình 4.22: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại Hàm Yên trước

(t+24) khi dự báo kiểm tra

Dựa vào các đường quá trình trên ta thấy tại bước hiệu chỉnh thông số mô hình kết quả đạt được rất tốt hai đường quá trình thực đo và dự báo khớp nhau về cả pha và đỉnh. Tuy nhiên với bước kiểm định về pha dòng chảy vẫn phù hợp nhưng sai số về đỉnh rõ rệt hơn. Sai số về đỉnh là sai số thường gặp khi áp dụng mô hình mạng trí tuệ nhân tạo.

Dự báo cho trạm Bắc Mê

Bảng 4.19: Đánh giá phương án trực tiếp mực nước 24h theo phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo ANN tại trạm Bắc Mê

Hệ số

Sai số cho phép (mm)

Xây dựng và kiểm định

Mức đảm bảo phương án (%)

Đánh giá phương án

Hệ số tương quan biên độ dự báo η

NASH

90

0,95

0,95

0,90

Hiệu chỉnh

Đạtyêu cầu

90

0,95

0,95

0,90

Kiểm định

Đạtyêu cầu

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

165

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mực nước thực đo và dự báo tại Bắc Mê (hiệu chỉnh)

HBM(t+24)

HBM(t+24) Output

12800

12600

12400

12200

12000

11800

c ớ ư n c ự m

11600

11400

11200

11000

1

94

187

280

373

466

559

652

745

838

931

Hình 4.23: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại Bắc Mê trước

(t+24) khi xây dựng mạng

Mực nước thực đo và dự báo tại Bắc Mê (kiểm định)

HBM(t+24)

HBM(t+24) Output

12200

12100

12000

11900

11800

11700

11600

c ớ ư n c ự M

11500

11400

11300

11200

1

58

115

172

229

286

343

400

457

514

571

Hình 4.24: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán tại Bắc Mê

trước (t+24) khi dự báo kiểm tra

4.3.3.2. Kết quả dự báo lũ cho sông Đà:

a. Số liệu đầu vào lựa chọn các biến vào xây dựng phương án dự báo:

Mô hình toán thủy văn mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy trên phần lưu vực từ Lai Châu về Hòa Bình của sông Đà đã được đề cập trong một số nghiên cứu Trong các nghiên cứu này thường mô phỏng quá trình truyền lũ trong sông nhờ

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

166

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

phương trình diễn toán cơ bản của mô hình SSARR, Kalinin-Miliukov, Muskingum, tức sử dụng một mô hình diễn toán khi không chú ý tới lượng gia nhập khu giữa ở đoạn sông, lượng dòng chảy gia nhập từ phần lưu vực khu giữa đôi khi được tổng hợp từ mưa, chẳng hạn, theo mô hình tổng quát của SSARR, rồi cộng tuyến tính vào dòng chảy diễn toán từ tuyến trên về tuyến dưới để được dòng chảy tại mặt cắt. Như vậy, trong các mô hình này không xét tới đặc điểm phân bố mạng lưới sông- điều quyết định quy luật phân bố lượng gia nhập khu giữa theo không gian. Nhược điểm trên có thể gây sai số lớn khi tính toán và dự báo lũ nếu gia nhập khu giữa ở đoạn sông là đáng kể và phân bố không đều theo không gian. Hiển nhiên, để sử dụng tốt các mô hình loại này trên lưu vực sông Đà phần từ Lai Châu về Hòa Bình đòi hỏi phải có những xử lý thích hợp để nâng cao độ chính xác của tính toán và dự báo.

Đánh giá định lượng dòng gia nhập khu giữa ở các đoạn sông trên lưu vực sông Đà cũng như trên các đoạn sông khác thượng lưu sông Hồng là một bước quan trọng trong lựa chọn, thiết lập một mô hình cho tính toán và dự báo lũ, nói riêng, cũng như dòng chảy sông, nói chung.

Lượng gia nhập khu giữa ở các phần lưu vực từ Lai Châu về Tạ Bú và Tạ Bú về Hòa Bình được xác định theo số liệu của 33 trận lũ điển hình chọn trong các năm từ 1971 đến năm 1993 khi xét tới sự phân bố lượng mưa, vị trí vùng tâm mưa trên lưu vực.

Kết qủa tính toán cho thấy hệ số gia nhập khu giữa trên đoạn sông từ Lai Châu về Tạ Bú thay đổi trong phạm vi từ 0.11-0.39 trong các trận lũ, trong đó hệ số gia nhập trung bình là 0.26. Như vậy, lượng gia nhập khu giữa ở đoạn sông tuy có thay đổi từ trận lũ này sang trận lũ khác tùy thuộc vào điều kiện trên lưu vực và nhất là tùy thuộc vào phân bố mưa, nhưng nhìn chung gia nhập khá ổn định. Kết luận này có khác với những kết luận trong các nghiên cứu trước đây Từ kết luận trên có thể thấy rằng, trong tính toán và dự báo dòng chảy lũ, ngoài cách xác định lượng gia nhập khu giữa trực tiếp theo tài liệu mưa nhờ một mô hình mưa dòng chảy nào đó, hoàn toàn cho phép xác định lượng gia nhập khu giữa như một hàm tuyến tính của dòng chảy sông Đà tại Tạ Bú:

Trên đoạn sông từ Lai Châu, Bản Củng về tới Tạ Bú, hợp lý hơn cả là xét lượng dòng chảy tại Tạ Bú được tổng hợp từ lượng nước các tuyến Lai Châu, Bản Củng truyền về và lượng gia nhập khu giữa (từ diện tích 9480km2) được tính như một hàm của lưu lượng tại Tạ Bú.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

167

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Khác với dòng gia nhập ở phần lưu vực từ Lai Châu về Tạ Bú, phần lưu vực Tạ Bú-Hòa Bình có lượng gia nhập khu giữa biến đổi mạnh từ trận lũ này sang trận lũ khác và phụ thuộc chặt chẽ vào vị trí tâm mưa. Hệ số gia nhập khu giữa được xác định bằng tỷ số giữa tổng lượng dòng chảy gia nhập khu Tạ Bú - Hòa Bình Σqtbhb và tổng lượng dòng chảy tại Tạ Bú ΣQtb . Kết qủa tính toán cho thấy hệ số gia nhập ở đoạn từ Tạ Bú về Hoà Bình thay đổi trong phạm vi rộng, từ 0 đến 0,53; trung bình là 0,18.

Trên cơ sở xác định thời gian truyền lũ trung bình ở các đoạn sông chính từ Mường Tè về tới Hòa bình và trên các phụ lưu chính Nậm Na, Nậm Mu,... thấy rằng, trong mùa lũ, thời gian truyền lưu lượng có ít nhiều khác nhau khi lũ lên và lũ xuống, tuy nhiên trong tính toán và dự báo có thể lấy thời gian trung bình truyền lũ từ Lai Châu về tới Tạ Bú là 12-18 giờ, từ Tạ Bú về tới Hòa Bình là 12-24 giờ trong tự nhiên, hiện nay khi có hồ chứa Hòa Bình thời gian truyền lũ rút ngắn còn 6 - 12h tuỳ theo mực nước hồ. Lưu ý rằng, thời gian truyền lũ trên các đoạn sông chính và trên các phụ lưu còn phụ thuộc vào vị trí tâm mưa trên lưu vực.

Do lũ tại trạm Lai Châu là tổ hợp lũ của Nậm Giàng và Mường Tè. Từ hình trên ta nhận thấy thời gian chảy truyền từ Nậm Giàng xuống Lai Châu nhỏ hơn 6h, thời gian chảy truyền từ Mường Tè xuống Lai Châu khoảng 6-12h. Do đó khi có mực nước tại Mường Tè và Nậm Giàng tại thời điểm t ta không thể dự báo mực nước Lại Châu tại thời điểm t+24 được. Do vậy không dự báo trực tiếp trạm Lai Châu. Ta tiến hành dự báo trạm Lai Châu với thơi gian dự kiến 12h. Từ đó dự báo gián tiếp các trạm phía dưới như Quỳnh Nhai, Tạ Bú

Ngoài ra còn lấy các trạm mưa phía trên có ảnh hưởng đến dòng chảy tại trạm cần dự báo. Nhưng việc xác định thời gian từ lúc mưa đến khi sinh ra dòng chảy tại các trạm dự báo rất khó xác định. Nên báo cáo đưa vào một số thời đoạn mưa trước đó để thử. Mô hình sẽ xét xem biến nào tương quan nhất.

Một điểm cuối cùng là các biến đưa vào phương trình dự báo phải có chuỗi số

liệu đồng bộ.

Từ những lập luận trên báo cáo chọn đầu vào của các phương trình dự báo như

sau:

H Lai Châu(t+12) = F( H Lai Châu(t), H Lai Châu(t-6), H Mường Tè (t), H Nậm Giàng (t), H Mường Tè (t-

6), XMường Tè (t-12), X Sỉn Hồ(t-12), XMường Tè (t-18), X Sỉn Hồ(t-18)).

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

168

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

H Quỳnh Nhai (t+24) = F (H Quỳnh Nhai (t), H Quỳnh Nhai (t-6), H Lai Châu(t+6), H Lai Châu(t+12), H Mường Tè (t), H Nậm Giàng (t), X Quỳnh Nhai (t), X Lai Châu(t-12), X Quỳnh Nhai (t-12), X Lai Châu(t-18), X Lai Châu(t-24))

H Tạ Bú (t+24) = F (H Tạ Bú (t), H Tạ Bú (t-6), H Quỳnh Nhai (t+12), H Quỳnh Nhai (t+6), H Bản Củng (t), H Bản Củng (t-6), H Bản Củng (t-12), X Quỳnh Nhai (t-12), X Tuần Giảo (t-12), X Quỳnh Nhai (t-18), X Tuần Giảo (t-18), X Quỳnh Nhai (t-24), X Tuần Giảo (t-24))

Chuỗi số liệu thu thập bao gồm chuỗi số liệu mực nước giờ và mưa giờ tại các trạm kể trên từ năm 1990 đến 2003 (thiếu năm 1996). Báo cáo sử dụng chuỗi số liệu từ năm 1990-1999 để hiệu chỉnh phương trình dự báo và các năm còn lại để kiểm định phương trình.

b. Tóm tắt kết quả xây dựng các phương án dự báo lũ cho sông Đà bằng

phương pháp hồi quy đa biến:

Chi tiết xây dựng các phương án dự báo lũ ngắn hạn cho sông Đà bằng phương pháp hồi quy nhiều biến được trình bày trong Phụ lục III của báo cáo. Sau đây là tóm tắt kết quả đạt được:

Tại trạm Lai Châu

Bảng 4.20: Phương trình dự báo lũ tại trạm Lai Châu (thời gian dự kiến 12h) trên sông Đà bằng phương pháp hồi qui đa biến

Hệ số R2

Trạm

(t) +

0.96

Lai Châu

(t-12) +

Tè

Phương trình dự báo H Lai Châu(t+12) = -8643.257593 + 0.739132968 * H Lai Châu(t) + 0.040286737 * H Lai Châu(t-6) + 1.42617768 * H Mường Tè (t) + 0.402050348 * H Nậm Giàng (-0.937477552) * H Mường Tè (t-6) +(-0.343422618) * H Mường Tè (t-12) + (-0.109242888) * XMường 1.347407508 * X Sỉn Hồ(t-12) + 0.080796971 * XMường Tè (t-18) + 0.292149712 * X Sỉn Hồ(t-12)

Bảng 4.21: Đánh giá kết quả dự báo mực nước trạm Lai Châu (thời gian dự kiến 12h)

NASH

Sai số cho phép (mm)

Hệ số tương quan biên độ dự báo η

Xây dựng và kiểm định

Mức đảm bảo phương án (%)

96.07%

98.02%

242

88.55%

Hiệu Chỉnh

94.22%

97.07%

215

94.97%

Kiểm Định

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

169

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Quá trình mực nước tính toán và dự báo trạm Lai Châu (kiểm định)

19000

18500

18000

)

H thực đo

m m

17500

(

Hdự báo

H

17000

16500

16000

1

162 323 484 645 806 967 1128 1289 1450 1611 1772 1933 2094

giờ (6h)

Hình 4.25: Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo trạm Lai Châu

(trước 12h) khi kiểm định mô hình

Tại trạm Quỳnh Nhai

Các biến phụ thuộc đưa vào để dự báo trạm Quynh Nhai có tương quan với biến độc lập cũng tương tự như khi dự báo trạm Lai Châu. Mực nước các trạm trên tương quan tốt với các trạm Quỳnh Nhai. Hệ sô tương quan đều trên 0.85. Tuy nhiên tương quan giữa mưa và mực nước tại Quỳnh Nhai vẫn thấp. Hệ số tương quan giữa các biến mưa đưa vào với mực nước dao động trong khỏang 0.21-0.25.

Bảng 4.22: Phương trình dự báo lũ tại trạm Quỳnh Nhai (thời gian dự kiến 24h) bằng phương pháp hồi qui đa biến

Trạm

Phương trình dự báo

Hệ số R2

0.98

Quỳnh Nhai

H Quỳnh Nhai (t+24) = 4255.2677 + 0.416134 * H Quỳnh Nhai (t) + (-0.19453) * H Quỳnh Nhai (t-6) + 0.456136 * H Lai Châu(t+6) + (-0.05258) * H Lai Châu(t+12) + 0.004213 * H Mường Tè (t) + (-0.01914) * H Nậm Giàng (t) + 0.691334 * X Quỳnh Nhai (t) + (-0.02895 * X Lai Châu(t-12) + 0.451566 * X Quỳnh Nhai (t-12) (-0.04838) * X Lai Châu(t-18) + 0.148455 * X Lai Châu(t-24))

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

170

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Kết quả dự báo mực nước trạm Quỳnh Nhai như sau:

Bảng 4.23: Đánh giá kết quả dự báo mực nước trạm Quỳnh Nhai với thời gian dự kiến 24h

cho

số

NASH

Sai phép (mm)

Hệ số tương quan biên độ dự báo η

Xây dựng và kiểm định

Mức đảm bảo phương án (%)

97.69%

98.84%

134

99.64%

Hiệu Chỉnh

97.03%

98.50%

109

99.08

Kiểm Định

Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Quynh Nhai (Kiểm định)

14800

14600

14400

)

H thực đo

m m

14200

(

H

H dự báo

14000

13800

13600

1

45 89 133 177 221 265 309 353 397 441 485 529

thời gian (6h)

Hình 4.26: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Quỳnh Nhai

giai đoạn kiểm định mô hình

Tại trạm Tạ Bú: Kết quả dự báo mực nước trạm Tạ Bú như sau:

Bảng 4.24: Phương trình dự báo lũ tại trạm Tạ Bú (thời gian dự kiến 24h) bằng phương pháp hồi qui đa biến

Trạm

Hệ số R2

(t+24) = 3085.49 + 1.2416836 * H Tạ Bú

0.94

Tạ Bú

Phương trình dự báo H Tạ Bú (t) + (-0.29545605) * H Tạ Bú (t-6) + 2.133495 * H Quỳnh Nhai (t+12) + (- 2.04482) * H Quỳnh Nhai (t+6) + 0.264634 * H Bản Củng (t) + (-0.12097) * H Bản Củng (t-6) + (-0.24794) * H Bản Củng (t-12) + 0.645089 * XQuỳnh Nhai(t-12) + (-0.07533) * X Tuần Giảo(t-12) + 0.679241* XQuỳnh Nhai (t-18) + (-0.17657)*X Tuần Giảo (t-18) + 0.05103 * X Quỳnh Nhai (t-24) + 0.200839* X Tuần Giảo (t-24)

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

171

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 4.25: Đánh giá kết quả dự báo mực nước trạm Tạ Bú (thời gian dự kiến 24h)

NASH

Sai số cho phép (mm)

Hệ số tương quan biên độ dự báo η

Xây dựng và kiểm định

Mức đảm bảo phương án (%)

93.59%

96.74%

202

98.35%

Hiệu Chỉnh

95.37%

97.66%

185

99.63%

Kiểm Định

Quá trình mực nước thực đo và dự báo tại trạm Tạ Bú (kiểm định)

11800

11600

11400

)

H thực đo

m m

11200

(

H dự báo

H

11000

10800

10600

1

49 97 145 193 241 289 337 385 433 481 529

thời gian (6h)

Hình 4.27: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Tạ Bú với thời

gian dự kiến 24h – giai đoạn kiểm định

c. Tóm tắt kết quả xây dựng các phương án dự báo lũ cho sông Đà bằng phương

pháp mạng Nơ ron Thần kinh (BPNN):

Đối với phương pháp dự báo bằng mạng trí tuệ nhân tạo các biến đầu vào để dự báo các trạm giống như các biến đưa vào ở phướng pháp hồi quy đa biến. Theo kinh nghiệm số lớp ẩn chỉ cần từ 1 đến 2 lớp là đủ, trong báo cáo này khi dự báo mực nước các trạm đều chỉ dùng 1 lớp ẩn. Như vậy mạng thần kinh sẽ gồm 3 lớp Input, Output và 1 lớp ẩn. Số nút trong lớp ẩn chọn theo nguyên tắc bằng 2n-1 với n là số nút trong lớp input.

Mô hình mạng thần kinh cho bảng dưới đây:

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

172

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 4.26: Cấu trúc mô hình mạng thần kinh (BPNN) được xây dựng cho các trạm trên sông Đà

Trạm

Mô hình mạng

Lai Châu

9-17-1

11-21-1

Quỳnh Nhai

13-25-1

Tạ Bú

Trong phần mền NeuroSolution chuỗi số liệu tính toán chia làm 3 phần:

Training, Cross Validation và Testing.

+ Đối với trạm Lai Châu báo cáo dùng chuỗi dữ liệu từ năm 1990 đến 1998 ( thiếu năm 1996) để cho quá trình Training, 3 năm từ 1999 đến 2001 cho quá trình Cross Validation. 2 năm còn lại 2002 và 2003 cho quá trình Testing.

+ Đối với trạm Quynh Nhai báo cáo dùng chuỗi dữ liệu từ năm 1990,1991 để cho quá trình Training, năm 1997cho quá trình Cross Validation và năm 1999 cho quá trình Testing.

+ Đối với trạm Tạ Bú báo cáo dùng chuỗi dữ liệu từ năm 1990,1991 để cho quá trình Training, năm 1997cho quá trình Cross Validation và năm 1999 cho quá trình Testing.

Kết quả đánh giá các mô hình dự báo bằng BPNN được tóm tắt ở bảng dưới

đây:

Bảng 4.27: Kết quả dự báo các trạm bằng mô hình trí tuệ nhân tạo

Quá trình

NASH

Trạm

Sai số cho phép (mm)

Hệ số tương quan biên độ dự báo η 97.85%

Mức đảm bảo phương án (%) 98.49%

Training

95.75%

239

Cross Validation 95.13%

97.53%

216

98.79%

Lai Châu

Testing.

91.10%

95.44%

235

96.71%

Training

99.03%

99.51%

135

99.83%

Cross Validation 94.05%

96.98%

130

98.90%

Quỳnh Nhai

Testing.

94.82%

97.38%

109

99.26%

Training

89.19%

94.44%

187

96.16%

Cross Validation 83.64%

91.46%

224

92.14%

Tạ Bú

Testing.

75.75%

87.03%

185

80.73%

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

173

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mực nước thực đo và dự báo trạm Lai Châu

18500

18000

)

17500

H thực đo

m m

(

H dự báo

H

17000

16500

16000

1

40 79 118 157 196 235 274 313 352 391 430 469

thời gian (6h)

Hình 4.28: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm LaiChâu với

thời gian dự kiến 12h – giai đoạn kiểm định

Từ đường quá trình trên hình 10, nhận thấy hầu hết các đỉnh lũ đều được dự báo chính xác về mặt thời gian. Đỉnh lũ cao nhất thì giá trị thực đo cao hơn giá trị dự báo gần 0.2m. Như vậy kết quả đưa ra là có thể chấp nhận được.

Quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Quỳnh Nhai

14800

14500

)

H thực đo

m m

14200

(

H dự báo

H

13900

13600

1 55 109 163 217 271 325 379 433 487 541

Thời gian (6h)

Hình 4.29: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Quỳnh Nhai với

thời gian dự kiến 24h – giai đoạn kiểm định

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

174

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Nhìn từ hình vẽ nhận thấy đường quá trình dự báo và thực đo mực nước trạm Quỳnh Nhai rất sát nhau. Sự chênh lệch chủ yếu xảy ra ở phần chân của đường quá trình. Còn các đỉnh đều sát cả về thời gian lẫn giá trị. Do đây là dự báo lũ nên quan tâm đến phần thời gian lũ lên cũng như đỉnh lũ nên kết quả tìm được là rất tốt .

Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Ta Bú

12000

11700

)

11400

H thực đo

m m

(

11100

H

H dự báo

10800

10500

1

45 89 133 177 221 265 309 353 397 441 485 529

thời gian (6h)

Hình 4.30: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Tạ Bú với thời

gian dự kiến 24h

Kết quả dự báo trạm Tạ Bú không cao như 2 trạm phía trên do cuối năn 1999 mực nước cao hơn hẳn so với thời gian trước đó. Do vậy mô hình chưa học được tốt nên mực nước dự báo thấp hơn nhiều so với mực nước thực đo. Tuy nhiên đối với quá trình trước đo thì mực nước dự báo và thực đo là phù hợp. Vì vậy cần nghiên cứu để tìm ra các sơ đồ mạng tối ưu hơn.

Nhận xét: Cũng như đối với áp dụng mô hình hồi quy nhiều biến, việc áp dụng mô hình mạng thần kinh nhân tạo với thuật toán quét ngược cho kết quả rất tốt, thể hiện là đường quá trình tính toán và thực đo trong quá trình đào tạo mạng và kiểm tra mạng khớp pha và rất sát nhau, các chỉ tiêu đánh giá phương án dự báo cho tại các trạm cho kết quả đánh giá là tốt. Tuy nhiên, sự sai lệch về giá trị đỉnh lũ tính toán và đỉnh lũ đo đạc trong phương pháp này vẫn chưa khắc phục được (nhìn hình vẽ). Nguyên nhân ở đây có thể do giá trị mưa, hay dòng khu giữa trên lưu vực có ảnh hưởng trực tiếp tới trạm dự báo mà trong mô hình chưa mô tả hết được hay trong “quá trình học” mạng chưa nhận biết được. Để khắc phục nhược điểm này khi đưa mạng vào dự báo tác nghiệp, ta có thể thay đổi việc chọn mẫu, các mẫu được chọn phải có tính đại biểu nghĩa là phải gồm cả các trận lũ lớn, lũ vừa và lũ bé có thể xảy ra. Việc

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

175

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

chọn mẫu để luyện mạng có ảnh hưởng khá quan trọng đến khả năng dự báo của mạng sau này.

4.4. Xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn hệ thống sông Hồng

Các phương pháp dự báo thủy văn trung hạn hiện nay đang được sử dụng để dự báo tác nghiệp tại Trung tâm DBKTTVTW là: phương pháp tương tự và quan hệ mưa- lũ, phương pháp mô phỏng mô hình mưa rào - dòng chảy TANK dự báo quá trình 5 ngày dòng chảy đến hồ Hoà Bình, phương pháp này dựa vào dự báo mưa 24h, 48h, 72h của Nhật, dự báo mưa 24h, 48h, 72h, 96h, 120h của trung tâm Châu Âu, của Đức, của Úc. Tuy nhiên mức đảm bảo của các phương pháp này theo đánh giá của Trung tâm DBKTTVTW là không vượt quá 60-70%; Thậm chí trong các thời kỳ chuyển mùa chỉ đạt dưới 60%. Mô hình dự báo thuỷ văn hạn vừa, hạn dài chỉ mới đạt được những bước đi ban đầu, chưa có tính hệ thống, chưa phục vụ trực tiếp mục tiêu điều hành, kết quả dự báo chỉ để tham khảo.

Hiện nay Trung tâm DBKTTVTW đang có kế hoạch tiếp nhận và sử dụng các

mô hình sau để dự báo tác nghiệp:

Mô hình TV1 do đề tài KC.08-13 xây dựng (Viện Cơ học thuộc Trung tâm

Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia chủ trì và thực hiện đề tài KC.08-13)

Mô hình HBV của Viện Khí tượng Thuỷ văn Thuỷ Điển.

Mô hình Marine của Viện Cơ học chất lỏng Toulouse - Cộng hoà Pháp. Dự án sẽ tổ chức tiếp thu, chuẩn bị các loại số liệu cần thiết cho các mô hình hiệu chỉnh và kiểm chứng các mô hình phù hợp với lưu vực sông Đà và tính toán dự báo quá trình lưu lượng cao trình mực nước của hồ Hoà Bình (sau này cho cả hồ Sơn La) theo các thời đoạn yêu cầu 24 - 72 giờ, 10 ngày, 3 tháng.

Để góp phần vào việc đưa các sản phẩm NCKH vào phục vụ sản xuất, trong khuôn khổ của hợp tác khoa học công nghệ theo nghị định thư đã được ký kết giữa Chính phủ Italia và Chính phủ Việt Nam, chúng tôi đưa mô hình DIMOSHONG của đối tác Italia xây dựng và phát triển và mô hình HEC-HMS do Hoa kỳ xây dựng vào mô phỏng và thử nghiệm dự báo và đánh giá.

4.4.1. Ứng dụng mô hình của đối tác đề nghị DIMOSHONG

4.4.1.1. Giới thiệu mô hình DIMOSHONG

DIMOSOP (Distributed hydrological MOdel for the Special Observing Period) là mô hình toán toán thủy văn phân bố được sử dụng rất nhiều ở một số nước Châu Âu

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

176

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

như Italia, Pháp, Thụy Sĩ. Đặc điểm nổi bật của mô hình này là có thể sử dụng dữ liệu dạng điểm của các trạm đo mưa trong lưu vực hoặc sử dụng kết quả dự báo dưới dạng ô lưới (grid) là đầu ra của các mô hình dự báo thời tiết như MM5 và BOLAM để dự báo lũ. Như vậy khi có thông tin dự báo mưa từ các mô hình khí tượng, thì hoàn toàn có thể tiến hành dự báo lũ trung hạn.

Đầu vào của mô hình này ngoài lượng mưa còn là bản đồ địa hình dưới dạng DEM, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, loại đất dưới dạng ô lưới Grid (vì đây là mô hình thủy văn phân bố), và các loại công trình cũng như quy trình vận hành của các công trình. Đầu ra của mô hình chính là lưu lượng hay mực nước lũ tại bất kỳ một ô lưới nào (điểm nào) trên lưu vực chứ không phải hạn chế chỉ tại một vị trí như các mô hình thủy văn thông số gộp đưa ra vì vậy một lần chạy mô hình sẽ cho kết quả dự báo của nhiều trạm, nhiều vị trí khác nhau mong muốn với thời gian dự báo lên đến 5 ngày.

Cấu trúc chính của mô hình dựa trên quan điểm chia lưu vực tính toán ra thành một hệ thống các ô lưới. Kích thước của mỗi ô lưới phụ thuộc vào mức độ chi tiết của số liệu thu thập cũng như yêu cầu tính toán. Mỗi một ô lưới trên lưu vực đều được đặc trưng bởi một yếu tố thủy văn nào đó, có thể là một phần tử của lưu vực, có thể là một phần tử của sông, hay là một phần tử của hồ chứa..vv. Nếu ô lưới là một phần tử của lưu vực thì mô hình sẽ tính toán ra dòng chảy từ mưa thông qua mô phỏng các quá trình vật lý trên lưu vực như mưa, tổn thất, tập trung dòng chảy trên sườn dốc cho ô lưới đó, nếu ô lưới là một phần tử của đoạn sông, mô hình sẽ mô phỏng quá trình diễn toán dòng chảy trên sông cho ô lưới, còn nếu ô lưới là một phần tử của hồ chứa, mô hình sẽ mô phỏng quá trình diễn toán dòng chảy qua hồ chứa cho ô lưới này… Các phương pháp tính toán thủy văn cơ bản sau được đưa vào mô hình bao gồm:

Phương pháp tính tổn thất: SCS – CN

Phương pháp chuyển lượng mưa hiệu quả thành dòng chảy: Đường quá trình

SCS …

Phương pháp diễn toán trong sông: Muskingum

Phương pháp tính mưa trên lưu vực: Theissen

Các phương pháp tính và diễn toán dòng ngầm cơ bản

Phương pháp tính và diễn toán dòng chảy sát mặt cơ bản

Yêu cầu dữ liệu đầu vào của mô hình bao gồm:

Bản đồ số hóa độ cao (DEM)

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

177

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bản đồ số hóa hướng dòng chảy (dạng lưới hướng dòng chảy)

Lưới chỉ số CN.

Tài liệu số hóa nút thượng lưu và hạ lưu sông, nhằm xác định vị trí, hình dáng,

cấp bậc sông và chiều dài sông trên lưu vực.

Số trạm mưa và tài liệu mưa quan trắc tại các trạm

Tài liệu mưa dạng lưới (có thể là đầu ra của mô hình dự báo mưa BOLAM hoặc MM5) hoặc được chuyển đổi sang dạng lưới từ số liệu thực đo của các trạm mưa trên lưu vực.

Số trạm và vị trí trạm thủy văn muốn tính ra đường quá trình dòng chảy.

Tài liệu về hồ chứa. Tuy nhiên mô phỏng hồ chứa hiện nay chưa được kích

hoạt.

Tài liệu về nhiệt độ. Cần thiết cho các lưu vực sông có băng tuyết.

Điểm nổi bật của mô hình DIMOSOP so với các mô hình thủy văn thông số tập trung khác đó là khả năng sử dụng thông tin toàn cầu như bản đồ đất, hiện trạng sử dụng đất, ảnh vệ tinh để mô phỏng lưu vực đặc biệt hữu ích cho các lưu vực liên quốc gia, khi mà thông tin về lưu vực ở phần quốc gia kia không thu thập được hoặc thu thập được nhưng không chính xác vì đầu vào của mô hình như đã nêu trên toàn ở dạng ô lưới

Mô hình DIMOSOP đã sử dụng rất nhiều và cho kết quả rất tốt ở một số nước Châu Âu như Italia, Pháp, Thụy Sĩ trong dự báo lũ trung hạn. Ở Việt Nam, mô hình DIMOSOP được chuyển giao cho trường Đại học Thủy Lợi trong khuôn khổ dự án hợp tác song phương giữa Chính phủ Việt Nam và Chính phủ Italia trong việc xây dựng mô hình hỗ trợ dự báo lũ trung hạn cho hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình. Mô hình này khi chuyển giao cho Việt Nam được mang một tên mới là DIMOSHONG.

4.4.1.2. Xây dựng mô hình DIMOSHONG cho lưu vực hệ thống sông Hồng

a. Đầu vào của mô hình: Để chạy được mô hình cần có file chương trình, file thông số của mô hình, các

file dữ liệu dạng tĩnh, các file số liệu dạng động:

File chương trình và file thông số của mô hình

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

178

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Là chương trình được viết bằng ngôn ngữ Fortran hoặc đã được biên dịch với phần mở rộng *.exe); còn file thông số mô hình là file có tên mặc định: PARAMSV.DAT và file khai báo thời đoạn mô phỏng lũ có tên mặc định là RUN_LAM.PRN

Các file số liệu dạng tĩnh

File mô hình số hóa độ cao ( DEM ). Gồm 2 file:

file SHDEMMSK.RDC

file SHDEMMSK.RST

File xác định mạng lưới sông suối: SHDEM0CR.LIN

File ma trận hướng dòng chảy: SHDEM9CR.PUN

File hồ chứa: SERBATOI.DAT

Các file số liệu dạng động

Các file đầu ra của mô hình BOLAM: file *.ppf

File dự liệu mưa thực đo của các điểm đo mưa trên lưu vực

File dữ liệu dòng chảy (Q hoặc H) thực đo của các trạm thủy văn cần dự báo.

b. Đầu vào của mô hình: Chi tiết xây dựng các file số liệu đầu vào mô hình DIMOSHONG được đưa ra trong Phụ lục III-2 của Báo cáo Tổng kết. Sau đây trình bày tóm tắt các kết đạt được:

Xây dựng file số liệu dạng tĩnh: gồm các files SHDEMMSK.RDC,

SHDEMMSK.RST, SHDEM0CR.LIN, SHDEM9CR.PUN, SERBATOI.DAT

Với số liệu đã thu thập được (trình bày trong chương II), chúng tôi lựa chọn DEM có nguồn từ Cục đo Địa hình Địa chất Hoa Kỳ - USGS (địa chỉ http://www.usgs.gov/). Với mô hình số độ cao DEM nguyên gốc này thường còn nhiều lỗi vì vậy cần xử lý. Một số lỗi thông thường và cách xử lý đã được chúng tôi sử dụng gồm:

Sai hệ quy chiếu hoặc không phù hợp với hệ quy chiếu mà mô hình yêu cầu.

Sử dụng phần mềm ArcGIS 9.0 để chuyển đổi.

DEM thu thập được gồm nhiều mảnh, mỗi mảnh chỉ bao một khu vực trong lưu vực nghiên cứu. Sử dụng phần mềm ArcGIS 9.0 để ghép mảnh DEM rồi cắt về khu vực nghiên cứu.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

179

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Xuất hiện các lỗi trên dữ liệu DEM như lỗi giá trị sụt giảm (sink) hoặc nâng cao

đột ngột (peak). Sử dụng phần mềm ArcGIS 9.0 hoặc HEC-geo-HMS để xử lý.

Các lỗi khi xây dựng mạng sông suối từ DEM ở những vùng mà độ cao là không rõ ràng hoặc chuyển tiếp rất nhanh trong khu vực hẹp mà độ phân giải của DEM không thể hiện được. Đối với lỗi này, chúng tôi đã phải hiệu chỉnh bằng việc sử dụng các bản đồ số địa hình với tỷ lệ cao để chuyển sang DEM rồi dùng kỹ thuật Fussion trong GIS để chỉnh sửa.

Cuối cùng là một số rắc rối cần xử lý theo yêu cầu của format mô hình DIMOSHONG, đó là tất cả các file DEM phải ở định dạng format của IDRISI – là phần mềm GIS chuyên được sử dụng ở Châu Âu.

Sơ đồ xử lý như sau:

Hình 4.31: Tóm tắt sơ đồ xử lý và xây dựng các file DEM cho mô hình

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

180

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Kết quả mô phỏng lưu vưc sông Hồng (cả phần lãnh thổ trong nước và Trung

quốc) được đưa ra ở các hình sau đây:

Hình 4.32: Bản đồ DEM lưu vực sông Hồng

Với các thuộc tính của DEM sông Hồng như sau:

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

181

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

182

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.33: Mạng lưới sông lưu vực sông Hồng tính đến Sơn Tây theo định dạng

của DIMOSHONG

Các thuộc tính sông suôi được thể hiện dưới đây :

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

183

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 4.28. Bảng phân loại đất theo USDD- SCS-CN được sử dụng xây dựng bản đồ lưới (grid) lớp phủ bề mặt

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

184

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.34: Bản đồ thổ nhưỡng dạng Grid lưu vực sông Hồng cả phần lãnh thổ

Trung Quốc

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

185

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.35: Bản đồ địa chất dạng Grid lưu vực sông Hồng cả phần lãnh thổ

Trung Quốc

Hình 4.36: Vị trí các trạm đo mưa vực sông Hồng cả phần lãnh thổ Trung Quốc

đưa vào mô hình (trong trường hợp sử dụng số liệu thực mưa đo vào dự báo)

Chuẩn bị các file số liệu dạng động gồm :

Các file *.ppf: đây chính là các file đầu ra của mô hình dự báo thời tiết

BOLAM: được mô tả chi tiết trong chương III và chương V.

File dự liệu mưa thực đo của các điểm đo mưa trên lưu vực: các file này sẽ

được sử dụng trong trường hợp chúng ta dùng mưa thực đo để dự báo.

File dữ liệu dòng chảy (Q hoặc H) thực đo của các trạm thủy văn cần dự báo.

4.4.1.3. Kết quả mô phỏng mô hình DIMOSHONG cho các trận lũ lớn cho

hệ thống sông Hồng.

Sau đây tóm tắt kết quả mô phỏng của mô hình DIMOSHONG cho một số trận lũ lớn trên hệ thống sông Hồng bằng hình vẽ (kết quả chi tiết xin xem Phụ lục III của Báo cáo Tổng kết này).

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

186

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.37: Mô phỏng mưa lũ cho năm 1971

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

187

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.38: Mô phỏng mưa lũ cho năm 1996

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

188

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.39: Mô phỏng mưa lũ cho năm 2000

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

189

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.40: Mô phỏng mưa lũ cho năm 2002

Nhận xét: Quá trình mô phỏng 4 trận mưa trên lưu vực sông Hồng bằng mô hình BOLAM cho kết quả tốt với năm 1971 và 1996 cả về lượng và phân bố mưa theo không gian và thời gian cũng như thời điểm xuất hiện mưa. Kết quả này đủ tin cậy để dua vào dự báo. Tuy nhiên, với trận tháng 7/2000 và hág 8/2002 thì kết quả mô phỏng có thiên lớn nhưng vẫn phù hợp cho dự báo 3 – 5 ngày. Điều này cũng hoàn toàn lý giải được lượng mưa bình quân lưu vực đã không thật sự đại biểu khi phần lớn diện tích thượng nguồn nằm trên địa phận trung Quốc.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

190

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Quá trình lũ mô phỏng lũ bằng mô hình DIMOSHONG cho kết quả thời gian xuất hiện lũ và thời gian tập trung nước phù hợp với điều kiện thực tế của lưu vực. Tuy nhiên, đỉnh lũ hơi thiên lớn với trận lũ năm 1996 do một số yếu tố tác động. Trong phần tính toán thử nghiệm này, ảnh hưởng của hồ chứa trên hệ thống sông Hồng cũng chưa xem xét tới. Việc này sẽ được hoàn thiện trong các nghiên cứu tiếp theo. Một điểm mạnh có thể khai thác ở mô hình, đó là các thành phần dòng chảy sát mặt được mô phỏng rất chi tiết.

Qua đây có thể khẳng định rằng sự kết hợp của mô hình dự báo BOLAM và DIMOSHONG sẽ là những công cụ hữu ích để trợ giúp dự báo và phòng chống lũ trung hạn trên lưu vực sông Hồng. 4.4.2. Ứng dụng mô hình HEC-HMS

4.4.2.1. Giới thiệu mô hình HEC-HMS

Mô hình HEC-HMS là sản phẩm của tập thể các kỹ sư thuỷ văn thuộc quân đội Hoa Kỳ. Đây là mô hình đã được sử dụng ở rất nhiều nơi trên thế giới và ở Việt Nam tính cho đến thời điểm này cũng có không ít đề tài nghiên cứu khả năng ứng dụng thực tế của mô hình này.

Các thành phần chính của HEC-HMS: bao gồm

+Mô hình lưu vực (Basin Component) mô tả hệ thống mạng lưới thủy văn của lưu vực tính toán và mô tả các quá trinh tính tính toán mưa dòng chảy của lưu vực đó. Các yếu tố có thể mô tả trong mạng lưới thủy văn bao gồm:đoạn sông, hợp lưu, phân lưu, lưu vực con, hồ chứa, nguồn, hồ. Quá trình tính toán được thực hiện từ thượng lưu xuống hạ lưu .

+Mô hình khí tượng (Meteorology Component) mô phỏng tính toán lượng mưa , bốc hơi và tuyết tan làm đầu vào cho mô hình lưu vực. Mô hình khí tượng có khả năng xử lý được cả dữ liệu mưa điểm và dữ liệu mưa lưới.

+HMS điều khiển (Control Component) dùng để quản lý và điều khiển khoảng thời gian cũng như bước thời gian tính toán. Mỗi biến điều khiển chỉ có thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc, bước thời gian tính toán.

+Mô hình Hec-HMS còn có hợp phần riêng để quản lý các kiểu dữ liệu tính toán, thực đo. Có 3 kiểu dữ liệu là dữ liệu kiểu quan hệ, dữ liệu theo thời gian và dữ liệu dạng lưới. Các chuỗi số liệu này được nhập vào các gage. Các gage này được liên kết vơi mô hình khí tượng và mô hình lưu vực trong quá trình tính toán.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

191

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Với chức năng mô phỏng quá trình mưa- dòng chảy, mô hình bao gồm hầu hết các phương pháp tính dòng chảy lưu vực và diễn toán, phân tích đường tần suất lưu lượng, công trình xả của hồ chứa và vỡ đập của HEC-1 ( tiền thân của HEC- HMS). Bên cạnh đó HEC-HMS còn bổ sung một số phương pháp tính toán mới như: tính toán đường quá trình liên tục trong thời đoạn dài và tính toán dòng chảy phân bố trên cơ sở các ô lưới của lưu vực. Việc tính toán liên tục có thể dùng một bể chứa đơn giản biểu thị độ ẩm của đất hay phức tạp hơn là mô hình 5 bể chứa bao gồm sự trữ nước tầng trên cùng, sự trữ nước trên bề mặt, trong lớp đất và trong hai tầng ngầm. Dòng chảy phân bố theo không gian có thể được tính toán theo sự chuyển đổi phân bố phi tuyến (Mod Clak) của mưa và thấm cơ bản. Trong đề tài, chúng tôi đã sử dụng phiên bản mới nhất của HEC-HMS, đó là phiên bản 3.01.

4.4.2.2. Xây dựng mô hình HEC-HMS cho lưu vực hệ thống sông Hồng

a. Mô phỏng lưu vực hệ thống sông Hồng

Lưu vực sông Hồng sông Thái Bình tình đến Hà Nội được chia ra làm nhiều lưu

vực nhỏ có diện tích từ 3000 đến 10000 km2:

Trên sông Đà, phần lưu vực phía trên hồ Hòa Bình được chia làm 7 lưu vực bao gồm các lưu vực Man Yến, Trung Ái Kiều, Lý Tiến Độ, Nậm Giàng, Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình.

Trên sông Thao có 7 lưu vực tính đến trạm Yên Bái gồm các lưu vực Đại Đồng,

Thủy Cầu, Ma Mốc, Hoàng Mao, Lao Cai, Bảo Hà, Yên Bái.

Trên sông Chảy tính đến hồ Thác Bà có các lưu vực Lạc Khước và Thác Bà.

Trên sông Gâm tính đến hồ Tuyên Quang có 3 lưu vực gồm Thượng Qua, Bảo

Lạc và Na Hang.

Trên sông Lô có các lưu vực Long Đảng, Ma Phật La, Bắc Quang.

Ngoài ra còn nhiều các phụ lưu khác như Việt Trì nằm dưới trạm Yên Bái và phía dưới hồ Hòa Bình, Tuyên Quang nằm dưới trạm Tuyên Quang, Chiêm Hóa nằm phía dưới hồ Tuyên Quang.

Sơ đồ mô phỏng lưu vực hệ thống sông Hồng được đưa ra trong hình dưới đây:

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

192

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.41: Sơ đồ mô phỏng lưu vực hệ thống sông Hồng đến Hà Nội

bằng phần mềm HEC-HMS 3.01

b. Kết nối dữ liệu liệu mưa vào dự báo dòng chảy

Dữ liệu để dự báo được nhận hàng ngày qua mạng Internet vào lúc 9h00. Các dữ liệu mưa và mực nước định dạng dưới dang text, dữ liệu lưu lượng vào, ra khỏi hồ dưới dạng bảng Excel.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

193

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.42: Thư mục chứa các File dữ liệu Hàng ngày chúng tôi nhận dữ liệu mưa khí tượng, mưa thủy văn, mực nước của các trạm khí tượng thủy văn trên cả nước. Mỗi một trạm có dữ liệu trên một file riêng và tên file được ký hiệu bằng mã trạm.

Để hỗ trợ phần mềm HEC-HMS, chúng tôi đã xây dựng thêm một chương trình để hỗ trợ đọc các dạng File dữ liệu và ghi vào dưới dạng cơ sở dữ liệu DSS của phần mềm HEC. Từ cơ sở dữ liệu này có thể sử dụng liên thông với các phần mềm HEC khác nhau.

Hình 4.43: Menu dự báo Chương trình gồm 1 menu Dự báo thủy văn với các mục “lọc dữ liệu” là lọc dữ

liệu từ các file dữ liệu dưới dạng text về dạng file dữ liệu DSS

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

194

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.44: Cửa sổ lọc dữ liệu Chúng ta chọn tên thư mục chứa các file mưa và mực nước, ở mục thứ hai chọn thời gian bắt đầu lọc dữ liệu. Ở mục lượng mưa ngày dự kiến là lượng mưa ngày dự kiến cho hai ngày tiếp theo. Lượng mưa này dựa trên bản tin dự báo thời tiết được báo cáo hàng ngày do trung tâm dự báo quốc gia gửi hàng ngày.

Chương trình sẽ tự động định dạng DSS như sau:

Hình 4.45: Kết quả lọc dữ liệu Từ menu của DSS Add-ins, chúng ta chọn menu Store (cid:1) Regular Time Series

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

195

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.46: Menu ghi kết quả Tại hộp hội thoại Store Regular Interval Time Series Data ta chọn bảng cần lưu

trữ vào File DSS sau đó chọn OK

Hình 4.47: Hộp hội thoại ghi kết quả Do định dạng của file lưu lượng vào hồ Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang khác các file khác nên chúng tôi để những phần này ở định dạng riêng, tuy nhiên về cơ bản định dạng file DSS thì vẫn giống nhau. Phần mưa của các trạm mưa bên Trung Quốc cũng ở file có định dạng riêng nên cũng nằm ở một sheet riêng.

c. Tóm tắt một số kết quả tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa

Việc áp dụng phần mềm HEC-HMS vào tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa đến các hồ thuộc hệ thống sông Hồng được trình bày chi tiết trong chuyên đề riêng và trong Phụ lục III của báo cáo Tổng kết này. Sau đây là một số kết quả được minh hoạ bằng hình vẽ.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

196

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.48: Đường quá trình dòng chảy vào hồ Hoà Bình tính toán và thực đo

năm 2003

Kết quả tính toán dòng chảy vào Hồ chứa Hòa Bình từ 25/06/2003 đến 08/08/2006 cho thấy đỉnh dòng chảy tính toán và thực đo phù hợp nhau cả về đỉnh lẫn dạng lũ. Sai số dự báo chỉ số Nash đạt Nash=0.77.

4.5. Xây dựng công nghệ dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng

4.5.1. Lập trình kết nối và xây dựng công nghệ

Để xây dựng công nghệ dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng, đề tài đã tiến hành lập trình kết nối các phương pháp dự báo ngắn hạn, các phương pháp dự báo trung hạn cho tất cả các vị trí trên hệ thống sông mà đề tài đã xây dựng, chương trình kết nối này có giao diện thân thiện và rất dễ sử dụng, đồng thời đề tài cũng đưa ra hướng dẫn sử dụng chương trình theo từng bước để hình thành một công nghệ dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng.

Cấu trúc chung của chương trình kết nối được minh hoạ như sau:

Công nghệ Dự báo lũ hệ thống sông Hồng bao gồm:

Dự báo lũ ngắn hạn: dự báo cho trạm nào thì click vào vị trí trạm trên bản đồ

rồi lựa chọn một trong những phương pháp sau để dự báo:

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

197

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Phương pháp phân tích hồi quy nhiều biến

Phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo – ANN

Phương pháp mô hình toán thủy văn HEC-HMS

Dự báo lũ trung hạn: lựa chọn một trong những phương pháp sau để dự báo

sau đó đưa vào vị trí các trạm trong chương trình theo hướng dẫn:

Phương pháp sử dụng mô hình thủy văn thông số phân bố DIMOSHONG

Phương pháp sử dụng mô hình thủy văn HEC-HMS

Dự báo lũ dài hạn: chúng tôi tạo ra sẵn để sau này có thể kết nối vào chương

trình

Giao diện ban đầu của chương trình kết nối này được minh hoạ ở các hình dưới

đây:

Hình 4.49: Giao diện chương trình dự báo lũ hệ thống sông Hồng

4.5.2. Sử dụng công nghệ dự báo ngắn hạn

Muốn dự báo ngắn hạn thì click chuột vào nút dự báo ngắn hạn. chương trình sẽ gọi chương trình dự báo mà chúng tôi đã xây dựng và quản lý trên nền ArcGIS và người dùng có thể lựa chọn 1 trong 3 phương pháp đã xây dựng để dự báo

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

198

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.50: Giao diện chương trình dự báo lũ ngắn hạn hệ thống sông Hồng Người sử dụng chỉ cần nhập dữ liệu thực đo cho các biến theo yêu cầu đối với từng trạm cần dự báo rồi nhấn nút “dự báo”. Sau khi dự báo xong, người sử dụng có thể xem đường quá trình dự báo bằng cách nhấn chuột vào nút “Quá trình mực nước” và kết thúc và thoát ra khỏi chương trình bằng cách nhấn vào nút “thoát”.

4.5.3. Sử dụng công nghệ dự báo trung hạn bằng mô hình DIMOSHONG

Để sử dụng mô hình ta phải thực hiện các bước sau:

Bước 1: Chỉnh sửa bước thời gian mô phỏng cho phù hợp với yêu cầu dự báo.

Dữ liệu về các các bước thời gian mô phỏng được lưu trong file RUN_LAM.prn

Các ký hiệu tượng trưng cho mỗi cột với ý nghĩa như sau:

YYYY: Năm mô phỏng

MM: Tháng mô phỏng

DD: Ngày mô phỏng

HH: Giờ mô phỏng

MM: Phút mô phỏng

TIMEZONE: múi giờ quốc tế của vùng cần mô phỏng (Việt Nam ứng với múi

giờ 7).

Ví dụ:

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

199

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.51: File Bolam

Lưu ý 1: Khi chỉnh sửa ngày giờ mô phỏng không được làm thay đổi định dạng

khoảng cách giữa các cột trong file.

Lưu ý 2: Dòng đầu tiên của ví dụ này chỉ để minh hoạ. Trong file chạy

RUN_LAM.prn sẽ không có dòng này.

Bước 2: Ở bước này người sử dụng sẽ quyết định chọn các hồ chứa trong lưu vực là hồ tự nhiên không có điều tiết “ Sink “ (tức là nước chảy vào hồ, tới khi đầy sẽ tự chảy ra) hay không. Nếu có chọn thì chỉnh sửa các thông số trong file hồ chứa: SERBATOI.DAT

Bước 3: Chỉnh sửa thông số của mô hình DIMOSHONG

Hình 4.52: Hộp hội thoại thông số

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

200

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ý nghĩa của từng thông số sẽ hiện ra ở cửa sổ nằm bên phai của Form trên để chúng ta tham khảo hoặc người dùng có thể tham khảo ý nghĩa của từng thông số trong file paramsv.dat mà chúng tôi đã giới thiệu ở phần trên.

Bước 4: Chạy chương trình và hiển thị kết quả của mô hình DIMOSHONG

Hình 4.53: Kết quả chạy mô hình

4.5.4. Sử dụng công nghệ dự báo trung hạn bằng HEC-HMS

Toàn bộ mạng lưới sông Hồng từ thượng lưu phía Trung Quốc cho đến trạm Hà Nội đã được chúng tôi xây dựng trong mô hình HEC-HMS. Khi nhận số liệu đo đạc từ Văn phòng thường trực của ban chỉ đạo PCLBTW chúng tôi tiến hành làm công tác dự báo tác nghiệp theo các bước sau:

Bước 1: Nhập số liệu

Sau khi nhận số liệu từ Văn phòng thường trực của ban chỉ đạo PCLBTW chúng tôi kiểm tra các loại số liệu đã đầy đủ cho công tác dự báo hay chưa? Nếu số liệu đã đầy đủ thì chúng tôi bắt đầu tiến hành nhập số liệu.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

201

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Danh sách các trạm mưa và trạm mực nước cần phải lọc dữ liệu được liệt kê ở Sheet “Stations”. Nếu cần thêm bớt trạm nào chúng ta chỉ cần thêm bớt các trạm ở danh sách này

Hình 4.54: Danh sách các trạm khí tượng – thủy văn Từ menu của chương trình “Du bao TV” (cid:1) chọn menu “Loc du lieu” chương

trình sẽ hiện ra hộp hội thoại sau:

Hình 4.55: Menu lọc dữ liệu Hộp tên thư mục chứa các file mưa, mực nước cho phép chúng ta chọn thư mục

đường dẫn đến các file số liệu mưa và mực nước.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

202

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ở mục thứ hai chọn thời gian bắt đầu lọc dữ liệu. Ở mục lượng mưa ngày dự kiến là lượng mưa ngày dự kiến cho hai ngày tiếp theo. Nếu chúng ta không muốn chương trình dự báo mưa cho các ngày tiếp theo thì chúng ta bỏ lựa chọn ở mục dự báo mưa. Sau khi điền đầy đủ các thông số thì chọn Ok để chương trình bắt đầu lọc dữ liệu.

Chương trình sẽ tự động định dạng DSS như sau:

Hình 4.56: kết quả lọc dữ liệu Chương trình này chỉ lọc dữ liệu mưa và mực nước của các trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Hồng phần lãnh thổ Việt Nam. Lưu lượng, mực nước của các hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà được gửi dưới dạng riêng nên chúng ta nhập ở phần riêng. Để nhập lưu lượng vào ra, mực nước của các hồ này ta chọn menu “Du bao TV” (cid:1) “Luu luong”

Lượng mưa của các trạm thủy văn Trung Quốc gồm Trung Ái Kiều, Lý Tiến Độ, Nguyên Giang, Mạn Hảo có lượng mưa thực đo 6 giờ và cũng nhập ở sheet riêng. Để nhập các lượng mưa này ta chọn menu “Du bao TV” (cid:1) “Mua Trung Quoc”

Bước 2: Ghi số liệu ra dạng file *.DSS

Chương trình HEC-DSS Data Exchange Add-in laf 1 phần mở rộng của HEC- DSS được viết cho excel. Để hiện thị phần này từ Excel ta chọn menu Tool (cid:1) Add- ins và tích vào ô HEC-DSS MS Excel Data Exchange

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

203

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.57: Tải chương trình DSS Để ghi số liệu ra dạng file *.DSS, đầu tiên ta phải mở file DSS đã có. Từ menu file của chương trình HEC-DSS MS Excel Data Exchange ta chọn File (cid:1) Open. Hộp hội thoại Open file sẽ hiện ra cho phép ta chọn file DSS mà ta cần ghi số liệu vào.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

204

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.58: Mở File DSS Các số liệu cần ghi vào file DSS hàng ngày bao gồm Mưa bên Việt Nam, Mực

nước, Mưa bên Trung Quốc, Lưu lượng vào, ra khỏi hồ.

Để ghi số liệu, từ menu của DSS Add-ins, chúng ta chọn menu Store (cid:1)

Regular Time Series

Tại hộp hội thoại Store Regular Interval Time Series Data ta chọn bảng cần lưu

trữ vào File DSS sau đó chọn OK

Hình 4.59: Ghi lại dữ liệu

Bước 3: Điều chỉnh các thông số ban đầu

Các thông số ban đầu của ngày dự báo thường là các thông số dòng chảy ban đầu, mực nước hồ ban đầu, thấm ban đầu. Chúng ta phải kiểm tra và chỉnh sửa lại các thông số này cho phù hợp

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

205

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.60: Dòng chảy ban đầu

Hình 4.61: Thông số hồ Hòa Bình Ngày bắt đầu và kết thúc dự báo cũng phải chỉnh lại cho phù hợp. Thông thường ngày bắt đầu được chọn trước 3 ngày so với ngày hiện tại phát bản tin dự báo, ngày kết thúc thường được chọn từ 1 đến 3 ngày là thời gian dự kiến. Sau khi chọn thời gian chạy và hoàn tất các bước thì chúng ta chạy chương trình để làm dự báo

Bước 4: Chạy chương trình và kiểm tra kết quả dự báo

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

206

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.62:Thử nghiệm công nghệ dự báo lũ trung hạn cho mùa lũ 2007

4.6. Thử nghiệm công nghệ dự báo lũ trung hạn cho mùa lũ 2007

4.6.1 Dự báo thử nghiệm sử dụng mô hình DIMOSHONG

Đề tài đã thử nghiệm dùng mô hình DIMOSHONG dự báo trung hạn dòng chảy đến các hồ chứa Hòa Bình – Tuyên Quang – Thác Bà từ 15/07 đến 15/09/2007. Quá trình dự báo thử nghiệm được thực hiện song song ở cả Trường Đại học Thủy lợi và cả Trung tâm Dự báo KTTVTW. Trong đó Trường Đại học Thủy lợi lấy đầu vào toàn cầu từ Trung tâm Dự báo KTTVTW cho mô hình BOLAM sau đó chạy mô hình này tại Trường. Kết quả đầu ra của BOLAM được đưa vào sử dụng cho dự báo lũ trung hạn bằng mô hình DIMOSHONG.

Để thử nghiệm mô hình sử dụng các đầu vào khác nhau, đề tài đã sử dụng kết hợp cả số liệu mưa thực đo và mưa dự báo trực tiếp từ BOLAM (mưa diện dạng lưới grid). Trong đó mưa thực đo được sử dụng từ ngày 5/7 đến ngày 19/7 và mưa dự báo từ BOLAM được sử dụng cho thời gian từ 20/7 đến 1/8. Dưới đây là kết quả dự báo thử nghiệm cho mùa lũ năm 2007 (trận lũ tháng 7/2007).

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

207

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Trận lũ tháng 7 năm 2007

0

12000

)

m m

10000

10

( a ư M

8000

/

20

) s 3 m

Real Rain

6000

( g n ợ ư

Pbolam

l

30

TaBu Cal

u ư L

TaBu

4000

40

2000

50

0

1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51

Thời đoạn

Hình 4.63: Đường quá trình dòng chảy dự báo và dòng chảy thực đo tại trạm

Tạ Bú tháng 7/2007

Kết quả dự báo thử nghiệm tại Tạ Bú cho thấy đường quá trình tính toán và thực đo tương đối phù hợp nhau. Sai số Nash = 0.78, sai số chỉ tiêu chất lượng S/σ = 0.47, chênh lệch đỉnh lũ tính toán và thực đo là 1.3%, chênh lệch vè thời gian xuất hiện đỉnh là 3 giờ.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

208

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Trận lũ tháng 7 năm 2007

5000

0

4500

4000

10

)

m m

3500

( a ư M

/

20

3000

) s 3 m

2500

( g n ợ ư

Real Rain

l

30

2000

Pbolam

u ư L

YenBai Cal

1500

YenBai

40

1000

500

50

0

1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51

Thời đoạn

Hình 4.64: Đường quá trình dòng chảy dự báo và dòng chảy thực đo tại trạm

Yên Bái trận lũ tháng 7/2007

Kết quả dự báo thử nghiệm tại Yên Bái cho thấy đường quá trình tính toán và thực đo tương đối phù hợp nhau. Sai số Nash = 0.65, sai số chỉ tiêu chất lượng S/σ = 0.59, chênh lệch đỉnh lũ tính toán và thực đo là 2.52%, chênh lệch về thời gian xuất hiện đỉnh là 6 giờ.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

209

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tran lu thang 7 nam 2007

0

4000

)

3500

m m

10

3000

( a ư M

2500

/

20

) s 3 m

2000

( g n ợ ư

Real Rain

l

30

u ư L

1500

Pbolam BacMe Cal

BacMe

1000

40

500

50

0

1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51

Thời đoạn

Hình 4.65: Đường quá trình dòng chảy dự báo đến trạm Bắc Mê trận lũ tháng

7/2007

Kết quả dự báo thử nghiệm tại Tạ Bú cho thấy đường quá trình tính toán và thực đo tương đối phù hợp nhau. Sai số Nash = -0.74, sai số chỉ tiêu chất lượng S/σ = 1.32, chênh lệch đỉnh lũ tính toán và thực đo là 0.7%, chênh lệch về thời gian xuất hiện đỉnh là 15 giờ.

Bảng 4.29: Kết quả đánh giá sai số dự báo từ mô hình DIMOSHONG

EI

RMSE

S/σ

Trạm

Sai số đỉnh (%)

Thời gian trễ (giờ)

0.78

739.55

0.47

3

1.30

Tạ Bú

Yên Bái

0.65

319.42

0.59

6

2.52

-0.74

348.53

1.32

15

0.70

Bắc Mê

4.6.2 Dự báo thử nghiệm sử dụng mô hình HEC-HMS

Chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm dùng mô hình HEC-HMS dự báo dòng chảy đến các hồ chứa Hòa Bình – Tuyên Quang – Thác Bà từ 15/07 đến 15/09/2007. Dưới đây là kết quả dự báo thử nghiệm cho mùa lũ năm 2007.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

210

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.66: Đường quá trình dự báo và thực đo dòng chảy vào

hồ Hoà Bình từ 16/7 đến 12/9/2007

Do có phần lớn diện tích nằm bên Trung Quốc nên dòng chảy vào hồ Hòa Bình bị ảnh hưởng nhiều từ lượng mưa bên Trung Quốc. Trong khi đó số liệu đo đạc mưa bên Trung Quốc chủ yếu là mưa 12 giờ nên việc tính toán dòng chảy vào hồ cũng sai số nhiều hơn. Kết quả dự báo mực năm 2007 tại Hòa Bình từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007 cho thấy: Lưu lượng tính toán và lưu lượng dòng chảy vào hồ mà chúng tôi nhận được từ Văn phòng Ban chỉ đạo PCLBTW tương đối phù hợp nhau. Với kết quả này có thể chấp nhận được trong dự báo.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

211

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.67: Đường quá trình dự báo và thực đo dòng chảy vào

hồ Tuyên Quang từ 18/7 đến 10/9/2007

Kết quả dự báo tại Tuyên Quang từ 18/07 cho đến tháng 9 năm 2007 cho thấy dòng chảy vào hồ tính toán bằng mô hình HEC-HMS phù hợp với dòng chảy vào hồ mà chúng tôi nhận được từ Văn phòng Ban Chỉ huy PCLBTW. Đỉnh dòng chảy đạt lúc 17h00 ngày 27/07/2007 còn đỉnh dòng chảy thực tế là 2207.67 m3/s lúc 09h00 ngày 27/07/2007. Sai số về đỉnh là 27.6%. Nhưng nhìn chung về dạng dòng chảy là phù hợp.

Hình 4.68: Đường quá trình dự báo dòng chảy vào

hồ Thác Bà từ 18/7 đến 10/9/2007

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

212

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 4.30: Kết quả đánh giá sai số dự báo từ mô hình HEC

EI

RMSE

S/σ

Trạm

Thời gian trễ (giờ)

Sai số đỉnh (%)

0.31

1687.25

0.83

76

9.67

Hồ Hoà Bình

0.10

354.63

0.95

10

24.93

Hồ Tuyên Quang

Nhận xét: Nhìn chung cả 2 mô hình HEC-HMS và DIMOSHONG đều cho kết quả dự báo khả quan. Mô hình DIMOSHONG cho kết quả dự báo dòng chảy tốt hơn mô hình HEC-HMS với chỉ số NASH cao hơn và các chỉ tiêu so sánh khác cũng tốt hơn (xem bảng..). Tuy nhiên do lũ năm 2007 là không lớn và đánh giá kết quả dự báo trong thời gian n

gắn thì cũng chưa khách quan, vì vậy cần thử nghiệm cả 2 mô hình trong vài năm tới với những trận lũ khác nhau, đồng thời nghiên cứu thêm để nâng cao chất lượng dự báo bằng cách sử dụng các phương pháp phân tích thống kê để hiệu chỉnh sai số dự báo. Để làm được việc này thì cần phải có mẫu sai số dự báo dài, do đó cần phải tiếp tục thử nghiệm cả hai mô hình trên. Đặc biệt với mô hình DIMOSHONG hoàn toàn có thể cập nhập thêm các bản đồ về địa chất và lớp phủ với tỷ lệ lớn hơn (sắp được Bộ Tài nguyên Môi trường xuất bản) để tăng độ phân giải của mô hình (giảm kích thước ô lưới), từ đó nâng cao chất lượng mô phỏng và dự báo.

Ở nước ngoài, để đưa một mô hình nào đó vào dự báo tác nghiệp cũng cần một thời gian ít nhất là 5 năm, do đó với kết quả dự báo thử nghiệm cho năm 2007 như vậy, chúng tôi hoàn toàn tin tưởng có thể đưa được 2 mô hình này vào dự báo tác nghiệp trong thời gian gần góp phần vào sự nghiệp phòng chống thiên tai ở Việt Nam nói chung và lưu vực sông Hồng – Thái Bình nói riêng.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

213

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CHƯƠNG V: CÔNG NGHỆ KẾT NỐI DỰ BÁO MƯA VỚI DỰ BÁO LŨ

TRUNG HẠN

Phần lớn các chương trình dự báo lũ trung hạn ở Việt Nam hiện nay đều sử dụng số liệu mưa quan trắc được ở các trạm nằm trong và lân cận lưu vực nghiên cứu hoặc các trị số dự báo mưa cho các trạm này được chiết xuất ra từ các mô hình dự báo thời tiết MM5, HRM, BOLAM, vv.. vì vậy mưa đưa vào các mô hình dự báo lũ trung hạn là mưa điểm. Ngay cả với mô hình mới nhất mà Trung tâm DBKTTVTW cùng với Viện Cơ học Việt nam thử nghiệm là mô hình MARINE – mô hình thủy văn thông số phân bố do Pháp xây dựng ở thời điểm hiện tại cũng chỉ sử dụng mưa điểm, sau đó mới nội suy sang dạng ô lưới (mưa diện) để đưa vào mô hình. Thông thường, nếu nội suy cho vùng nghiên cứu hẹp, lượng mưa biến đổi không lớn do địa hình và hướng gió thì kết quả tương đối tốt, ngược lại sẽ cho kết quả kém. Trong trường hợp nghiên cứu của đề tài, lưu vực lớn, địa hình đa dạng, diện tích đồi núi là phổ biến, thêm vào đó phần lãnh thổ Trung Quốc lại thiếu thông tin nên chắc chắn không tránh khỏi sai số. Tuy nhiên, điểm mạnh của các mô hình thời tiết là cho kết quả của nhiều trường khí quyển, trong đó có mưa và nhiệt độ. Tại mỗi thời điểm, một yếu tố thời tiết được biểu thị bằng một ma trận dạng lưới và mô hình khí tượng sẽ dự báo trước 72h với bước thời gian là 3h sẽ có đến hàng nghìn ma trận.

Để sử dụng có hiệu quả khối lượng thông tin rất lớn mô phỏng từ mô hình dự báo thời tiết BOLAM, nhóm thực hiện đề tài bao gồm chuyên gia Italia và các giảng viên Đại học Thủy lợi đã kết nối trực tiếp ma trận mưa diện dạng ô lưới chiết xuất từ mô hình BOLAM kết hợp với số liệu mưa thực đo với mô hình DIMOSHONG.

Do chương trình DIMOSHONG phiên bản hiện tại viết bằng ngôn ngữ Fortran có giao diện chưa đẹp, quá trình vào và hiển thị kết quả không thuận lợi, ngay cả với những người đã có kinh nghiệm tin học nên các cán bộ của đề tài tiến hành viết lại modul giao diện vào số liệu, hiển thị kết quả dự báo cũng như kết nối dự báo lũ trung hạn vào chương trình dự báo chung bao gồm tất cả các phương pháp dự báo ngắn hạn đã được xây dựng cho các trạm thuộc hệ thống sông Hồng hình thành một công nghệ dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng.

Quá trình xây dựng công nghệ dự báo lũ hệ thống sông Hồng bao gồm các bước

sau:

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

213

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Thêm vào chương trình DIMOSHONG gốc một modul đọc trường số liệu mưa và nhiệt độ được chiết xuất từ file kết quả của BOLAM kết hợp với số liệu mưa thực đo đưa vào như INPUT của mô hình dòng chảy DIMOSHONG.

Lập trình giao diện đọc số liệu

Lập trình giao diện hiển thị kết quả

Tích hợp dự báo mưa lũ trung hạn với công nghệ dự báo lũ cho hệ thống sông

Hồng.

5.1. Xây dựng phần mềm kết nối giữa dự báo mưa với dự báo lũ

5.1.1. Lập trình đọc và ghi kết quả dự báo từ BOLAM ra file PPF – file số liệu vào cho DIMOSHONG

Để làm được việc này trước tiên cần hiểu các đầu vào theo yêu cầu của chương trình DIMOSHONG. Như đã trình bày ở chương IV, các file số liệu đầu vào của DIMOSHONG bao gồm:

a. File chương trình và file thông số của mô hình

Là chương trình được viết bằng ngôn ngữ mã nguồn Fortran hoặc đã được biên dịch với phần mở rộng *.exe); File thông số mô hình là file có tên mặc định: PARAMSV.DAT và file khai báo thời đoạn mô phỏng lũ có tên mặc định là RUN_LAM.PRN

b. Các file số liệu dạng tĩnh

File mô hình số hóa độ cao ( DEM ). Gồm 2 file:

file SHDEMMSK.RDC

file SHDEMMSK.RST

File xác định mạng lưới sông suối: SHDEM0CR.LIN

File ma trận hướng dòng chảy: SHDEM9CR.PUN

File hồ chứa: SERBATOI.DAT

c. Các file số liệu dạng động

Các file đầu ra (file kết quả) của mô hình BOLAM: file *.ppf

File dữ liệu mưa thực đo của các điểm đo mưa trên lưu vực

File dữ liệu dòng chảy (Q/H) thực đo các trạm thủy văn cần dự báo.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

214

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Như vậy, chúng ta cần file kết quả dự báo của mô hình BOLAM dưới định dạng *.ppf (định dạng mẫu đưa ra dưới đây) trong khi đó file kết quả của mô hình dự báo thời tiết BOLAM nguyên gốc có dạng output.mhf và các file dạng ảnh.

Để giải mã và đưa kết quả ra ma trận dạng text file *.ppf, nhóm chuyên gia Italia tham gia dự án đã xây dựng chương trình POSTBOLAM.EXE và chuyển giao cho phía Việt Nam. Chương trình này có nhiệm vụ đọc file kết quả output.mhf và dựa vào file postpc.inp để chuyển sang dạng PPF theo các trường dự báo mà người sử dụng muốn dùng). Mô hình DIMOSHONG cần 2 trường là trường tổng lượng mưa và trường nhiệt độ 2m, vì vậy trước tiên là cần chiết xuất ra 2 trường này và ghi ra file PPF.

Đoạn mẫu dữ liệu trong file postpc.inp. Trường nào cần được ghi ra file PPF sẽ

được đánh số 1, không ghi là số 0.

! DEFINITIONS OF FLAGS TO DECIDE WHICH FIELDS AT SURFACE

OR AT

! SINGLE LEVELS (2-D FIELDS) ARE WRITTEN FOR PLOTTING

DATA ISFLAG /1, & ! 1: Orography

0, & ! 2: M.S.L.P.

1, & ! 3: Total precip.

0, & ! 4: Convective precip.

0, & ! 5: Snow fall

0, & ! 6: Wind at 10 m

1, & ! 7: Temper. at 2m

0, & ! 8: Specific hum. at 2 m

0, & ! 9: Relative hum. at 2 m

0, & ! 10: Skin Specific hum.

0, & ! 11: Skin temperature

0, & ! 12: Flux of sensible heat

0, & ! 13: Flux of latent heat

0, & ! 14: Wind at lowest sigma

0, & ! 15: Temper. at lowest sigma

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

215

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

0, & ! 16: Spec. hum. at lowest sigma

0, & ! 17: Total cloud cover (post mortem)

0, & ! 18: High clouds

0, & ! 19: Middle clouds

0, & ! 20: Low clouds

0, & ! 21: Total cloud cover (radial)

0, & ! 22: Snow height

0, & ! 23: CAPE

0, & ! 24: Ground water lev. 1

0, & ! 25: Ground water lev. 2

0, & ! 26: Ground water lev. 3

0, & ! 27: Ground water lev. 4

0, & ! 28: Ground temp. lev. 1

0, & ! 29: Ground temp. lev. 2

0, & ! 30: Ground temp. lev. 3

0, & ! 31: Ground temp. lev. 4

0, & ! 32: Ground temp. at 5 cm depth

0, & ! 33: Ground temp. at 10 cm depth

0, & ! 34: Ground temp. at 20 cm depth

0, & ! 35: Ground temp. at 50 cm depth

0, & ! 36: Ground temp. at 100 cm depth

0, & ! 37: T min. 2m

0, & ! 38: T max. 2m

0, & ! 39: Temper. at 0.5 m

0, & ! 40: Relative hum. at 0.5 m

0, & ! 41: Temper. at 0.05 m

0, & ! 42: Cumulated short wave flux

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

216

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

0, & ! 43: Cumulated long wave flux

0, & ! 44: Cumulated sensible heat flux

0, & ! 45: Cumulated latent heat flux

0, & ! 46: Albedo

0, & ! 47: Emissivity (broadband)

0, & ! 48: Emissivity (window)

32*0/

! DEFINITIONS OF FLAGS TO DECIDE WHICH FIELDS AT WHICH

LEVELS ARE

! WRITTEN FOR LOCAL PLOTTING - NOTE THAT THE SAME INDEX

IS USED FOR

! U AND V (WIND)

! GPH T U,V Q RH OM RV PV THE ? ? ?

DATA IPFLAG /0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 1000 hPA

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 950

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 900

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 850

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 800

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 750

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 700

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 650

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 600

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 550

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 500

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 450

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 400

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 350

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 300

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

217

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 250

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 200

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 150

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, & ! 100

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0/ ! 50

! FLAG TO SET THE ISENTROPIC LEVELS ON WHICH PV IS PLOTTED

DATA ITFLAG /0, & ! 315 K

0, & ! 320 K

0, & ! 325 K

0/ ! 330 K

....vv...

Có tổng cộng 48 trường dự báo của BOLAM bao gồm địa hình, áp suất, tổng lượng mưa, nhiệt độ 2m, gió, tuyết rơi... Sau mỗi bước thời gian, chương trình BOLAM đưa ra kết quả của tất cả các trường này. Thông tin mỗi trường được lưu trữ kế tiếp nhau theo thứ tự như được ghi chú thích ở file postpc.inc. Muốn xuất ra kết quả dự báo của trường nào, ta đánh dấu là 1, không xuất thì để số 0.

Thông tin trong file PPF là các trường kết quả cho biết loại trường và tầng khí áp tương ứng và entropy được xuất ra (các ký tự 0/1 tương ứng với không/có xuất dữ liệu ra).

Trước khi ghi ra các kết quả dự báo, chương trình BOLAM ghi ra các lớp dữ

liệu bao gồm các Trường dữ liệu trung gian sử dụng cho các mô hình dự báo.

Mô hình BOLAM dự báo trong 72 giờ. Vì vậy, nếu bước thời gian dự báo mưa là ∆t thì file PPF sẽ bao gồm 72/∆t lớp, mỗi lớp là một ma trận số biểu thị giá trị dự báo.

Các thông tin cho mỗi lớp bao gồm:

a. Thông số của ma trận: Thông tin về thời gian (năm, tháng, ngày, giờ, phút), giá trị hiệu chỉnh kết quả (ZOFFS, ZFAC), kích cỡ ma trận và toạ độ thực tế (NLON, NLAT, ZALAT0, ZALON0, ZDLAT, ZDLO).

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

218

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

b. Giá trị các phần tử của ma trận (giá trị dự báo): Gồm NLON * NLAT phần

tử. Các giá trị sau khi đọc vào sẽ được tính lại ra giá trị cuối cùng theo công thức:

Giatri(JLON, JLAT)=REAL(Giatri(JLON,JLAT))/ZFAC+ZOFFS

Mẫu file dạng PPF:

1. DATA ISFLAG, DATA IPFLAG, DATA ITFLAG

2. Lớp mặt nạ

a. Thông số ma trận

b. Giá trị

3. Lớp Kinh độ

a. Thông số ma trận

b. Giá trị

4. Lớp Vĩ độ

a. Thông số ma trận

b. Giá trị

5. Lớp giá trị kết quả dự báo thứ 1

a. Thông số ma trận

b. Giá trị

...

(4+72/∆t) Lớp giá trị kết quả dự báo thứ 72/∆t

a. Thông số ma trận

b. Giá trị

Ví dụ file PPF:

0010001000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

0000000000000000

000000000000

000000000000

000000000000

000000000000

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

219

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

000000000000

000000000000

000000000000

000000000000

000000000000

000000000000

000000000000

000000000000

000000000000

000000000000

000000000000

000000000000

000000000000

000000000000

000000000000

000000000000

0000

70719 300 300 3 0 0.00000E+00 0.99990E+04

161 161 7.06250 97.12500 0.12500 0.12500

9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999

9999999999999999

99351371

0

0

0

0

0

64

9897249999999999999999999999999999999999999999

9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999

9999999999999999

9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999

9999999999999999

9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999

9999999999999999

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

220

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999

9999999999999999

9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999

9999999999999999

9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999

9999999399999993

9918999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999

9999999999999779

99102603

33

0

0

0

0

321921193239999999999999999999999999999999999999999

9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999

9999999999999999

9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999

9999999999999999

...vv....

Từ file *.ppf, nhóm thực hiện viết thêm vào trong chương trình DIMOSHONG gốc một modul mới để đọc file *.ppf. Modul này đọc các dữ liệu về toạ độ X, Y (UTM 84) của từng ô lưới rồi ghi ra 2 file LAT_LAM.PRN và LONG_LAM.PRN dưới dạng từng dòng. Dữ liệu mưa và nhiệt độ được ghi ra file tương ứng (tên file là 2 thông số ghi trong paramsv.dat) có phần mở rộng lần lượt là .13 và .17. Chương trình chỉ ghi dữ liệu tại thời điểm mà mô hình sẽ sử dụng để dự báo dựa vào các thông số trong file paramsv.dat bên cạnh file mưa PPF. Đây chính là 3 file cuối cùng được DIMOSHONG sử dụng trực tiếp như là dữ liệu đầu vào của mô hình.

Mô hình DIMOSHONG là mô hình thuỷ văn thông số phân bố nên lưu vực dự báo được chia thành những ô lưới có độ rộng mỗi ô là 1km trên thực tế. Trong khi đó, mạng lưới dự báo mưa BOLAM lại có độ rộng mỗi ô lớn hơn (0,17o với BOLAM_Father tương đương 18,8 km và 0,077o với BOLAM_Son xấp xỉ 8,5 km). Vì thế, chương trình cần phải có sự hiệu chỉnh để các ô lưới lưu vực dự báo nhận đúng lượng mưa rơi trên ô lưới của mình. Dựa vào 2 file toạ độ LAT_LAM.PRN và LONG_LAM.PRN, chương trình tính toán từng ô lưới trên lưu vực nằm trong vùng ô lưới mưa dự báo bằng cách so sánh vị trí toạ độ UTM.

Trên thực tế, mô hình DIMOSHONG sử dụng mưa thực đo (được thể hiện bởi các trạm quan trắc khí tượng thuỷ văn) đến thời điểm phát báo rồi sử dụng mưa dự báo

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

221

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

cho các ngày tiếp theo để mô phỏng và dự báo dòng chảy lũ. Vì vậy, trong thời đoạn sử dụng mưa thực đo, mô hình sẽ tính toán lượng mưa phân bố trên lưu vực theo đa giác Thiessen với n điểm tương ứng với n trạm quan trắc. Khi chuyển sang sử dụng mưa dự báo, chương trình sẽ coi mỗi ô lưới dự báo mưa BOLAM là một trạm quan trắc thủy văn với tâm là tâm của ô lưới. Ưu điểm của phương pháp xử lý này cho phép ta thay đổi kích thước các ô lưới dự báo mưa mà không phải điều chỉnh lại trong code của chương trình đồng thời sự thay đổi giữa 2 đoạn mưa thực đo và dự báo trở nên đơn giản hơn nhiều.

Ở phần này đưa ra một số đoạn code mẫu trong chương trình chính mà nhóm thực hiện đã can thiệp để người sử dụng tham khảo khi ứng dụng mô hình cho lưu vực khác với ô lưới địa hình kích thước khác.

Đoạn code đọc file PPF và ghi ra tệp mưa và nhiệt độ

DO IT=1,NTMAX

DO IVAR=1,NVMAX

IF (ISFLAG(IVAR).EQ.1) THEN

WRITE(1,*)'IVAR=', IVAR

read(51,9000)NFDR0(5),NFDR0(6),NFDR0(7),IHOUR,IMINU,ZOFFS,ZFAC

read(51,9200) NLAT,NLON,ZALAT0,ZALON0,ZDLAT,ZDLON

read(51,9100) IZOUT (1:nlon, 1:nlat)

if ((IT.ge.tini(ifile)).and.(IT.le.tfin(ifile))) then

write(1,*)'ifile,tini, tfin',ifile, tini(ifile),tfin(ifile)

NUNIT=60+IVAR

DO JLAT = NLAT,1,-1

DO JLON = 1, NLON

ZA(JLON,JLAT)=REAL(IZOUT(JLON,JLAT))/ZFAC+ZOFFS

write(NUNIT,*)ZA(JLON,JLAT)

ENDDO

ENDDO

endif

ENDIF

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

222

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

ENDDO

ENDDO

Đoạn code ghép ma trận mưa vào dự báo lũ

DO 10 I=1,IDIM

YCOORD=YMAX-DX/2.-(I-1)*DX

DO 1 J=1,JDIM

XCOORD=XMIN+DX/2.+(J-1)*DX

IPU(I,J)=-1

IF(ZZ(I,J).GT.0) THEN

DMIN=1.E20

DO 100 K=1,NSTR

IF(XP(IMISUR,K).GE.0.) THEN

D2=(XCOORD-COORD(1,K))*(XCOORD-COORD(1,K))+

&(YCOORD-COORD(2,K))*(YCOORD-COORD(2,K))

IF (D2.LT.DMIN) THEN

DMIN=D2

KKK=K

ENDIF

ENDIF

100 CONTINUE

IPU(I,J)=KKK

TH(KKK)=TH(KKK)+1

ENDIF

1 CONTINUE

10 CONTINUE

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

223

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

5.1.2. Lập trình giao diện xử lý số liệu đầu vào và hiển thị kết quả

Mô hình DIMOSHONG được viết bằng ngôn ngữ Fortran 90. Ưu điểm của nó là kích thước chương trình nhỏ, tốc độ chương trình chạy nhanh. Tuy nhiên, nó lại có nhược điểm là giao diện tương tác với người sử dụng không được đẹp và thuận tiện.

Để giúp người sử dụng thao tác vận hành mô hình dễ dàng hơn, phân tích kiểm tra kết quả mô phỏng nhanh và chính xác hơn, chúng tôi đã xây dựng thêm 2 chương trình bằng ngôn ngữ Visual Basic 6.0 trên môi trường WINDOWS là chương trình Nhập dữ liệu và chương trình Xem kết quả cho Chương trình mô hình DIMOSHONG.

1) Chương trình Nhập dữ liệu

a. File dữ liệu cơ bản

Dữ liệu đầu vào của mô hình DIMOSHONG được thể hiện trong file paramsv.dat chứa các thông tin về file bản đồ số địa hình, file bản đồ hướng dòng chảy, file mưa, file bản đồ phân bố hệ số CN... và các thông số trong mô hình như hệ số nhám, hệ số thấm... File paramsv.dat theo yêu cầu của chương trình gốc mà người sử dụng phải tuân theo được đưa ra trong box dưới đây:

Các thông số của DIMOSHONG trong file PARAMSV.DAT

Dòng 1: Dòng chú thích về mô hình

Dòng 2: Tên của mô hình số độ cao sẽ sử dụng. Chẳng hạn: shdemmsk.rst và

shdemmsk.rdc

Dòng 3: Cụm thông số ở dòng này được trình bày trong file paramsv.dat như

sau:

152 64 3 9 0 1 0 0 1.0/*NSIMSTEP;N.OBS;DT HOURS;NDT SIMUL.INT/DT;NMISP n. raingauge observations;NDTP N. OBS. INT/DT 1; JUMLAM N. BOLAM INTERVALS TO JUMP; NSERB n. reservoirs;PADJ 1.0*/

Giải thích các thông số ở dòng này:

NSIMSTEP: Số bước mô phỏng dòng chảy , biểu diễn bằng số nguyên. Khoảng thời gian giữa mỗi bước được xác định bởi thông số DT. Ví dụ: NSIMSTEP = 152. DT = 3h. Như vậy thời gian mô phỏng sẽ là 152*3/24 = 19 ngày.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

224

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

N.OBS: Số thời đoạn mưa được sử dụng ( lấy từ kết quả của BOLAM hoặc mưa thực đo ). Biểu diễn bằng số nguyên. Khoảng thời gian giữa mỗi thời điểm mưa được xác định bởi thông số DT. Ví dụ: 64

DT: Xác định khoảng thời gian giữa các thời điểm đo mưa hay mô phỏng dòng

chảy. Đơn vị là giờ. Ví dụ: 3 giờ

NDT: Số bước tính toán ứng với khoảng thời gian DT. Ví dụ: NDT = 9. Nghĩa là mô hình sẽ tính NDT = 9 lần trong mỗi khoảng thời gian giữa các thời điểm DT = 3h. Nghĩa là bước tính toán của mô hình là 3*3600/9 = 1200s.

NMISP: Số trạm mưa quan trắc dữ liệu mưa đầu vào cho mô hình DIMOSOP. ( có thể sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số của mô hình ). Biểu diễn bằng số nguyên. Ví dụ: 0 ( trạm ).

NDTP: Số lần quan trắc trong mỗi khoảng thời gian DT. Ví dụ: Trường hợp

DT = 3h, nếu bạn có NDTP = 1h quan trắc thì bạn sẽ lưu dữ liệu cho mỗi 3h.

JUMLAM: Số bước thời đoạn mô phỏng ( bước nhảy ) trong BOLAM. Ví dụ: JUMLAM = 0 nghĩa là không xử dụng kết quả từ BOLAM mà sử dụng tài liệu mưa thực đo từ các trạm quan trắc.

NSERB: Số hồ chứa sẽ dùng trong mô phỏng. Nếu NSERB > 0 thì trong file

chạy của mô hình phải có file hồ chứa và file nhiệt độ. Ví dụ NSERB = 0 ( hồ chứa )

PADJ 1.0 : 1.0 Hệ số hiệu chỉnh mưa. Ngày 10/05/2004 giới thiệu thêm hệ số PADJ để mà tạo ra các kịch bản mưa khác nhau. Hiện tại hệ số này được mặc định bằng 1.

Dòng 4: RISP : Thông só cho phép lựa chọn loại dữ liệu mưa sé sử dụng. Các

lựa chọn bao gồm:

0: Dữ liệu RASTER đo bằng rada, mỗi điểm (cell) trên lưu vực sẽ có 1 giá trị

mưa.

1: Nghĩa là lượng mưa trên lưu vực được biểu thị bởi các giá trị mưa tại các điểm đo mưa (trạm đo mưa). mô hình sẽ tự tính mưa theo phương pháp đa giác Thiessen.

3: không sử dụng

4: Lựa chọn này cho phép DIMOSOP sử dụng kết quả đầu ra của mô hình

BOLAM. File *.ppf

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

225

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Dòng 5: Chỉ dùng trong trường hợp RISP = 4. Nghĩa là sử dụng file *.ppf. Dòng này sẽ xác định số file kết quả của BOLAM được sử dụng trong mô phỏng. Yêu cầu nhập chính xác tên của file BOLAM vào dòng này. Ví dụ: dòng này = 6 nên có 6 file kết quả BOLAM.

Dòng 6: Cũng chỉ dùng trong trường hợp RISP = 4. Tên các file sẽ liệt kê ở mỗi dòng. Theo thứ tự: tên file ppf ( A24 ), tên bước thời gian đầu tiên và cuối cùng ( 2 I4 ).

Ví dụ:

19710813_19710815.ppf 1 16 /file name +tini+tfin (A24,2I4) Dòng này có nghĩa là mô hình sẽ đọc file BOLAM cha ( với DT = 3h ) cho 16*3h = 48h đầu tiên. Nghĩa là sẽ đọc ngày 13 và ngày 14 tháng 8 năm 1971.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

226

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

19710814_19710816.ppf 9 16 /file name +tini+tfin (A24,2I4) Dòng này có nghĩa là mô hình sẽ đọc file BOLAM cha ( với DT = 3h ) nhưng sẽ bỏ 8*3h = 24h đầu của ngày 14 - 8 - 1971. Và như vậy mô hình sẽ đọc dữ liệu trong 8*3h = 24h từ bước 9 tới bước 16. Tức là sẽ đọc dữ liệu ngày 15 - 8 - 1971.

....... ( tương tự cho các file tiếp theo ) .........

19710818_19710820.PPF 9 24 /file name +tini+tfin (A24,2I4) Dòng này có nghĩa là mô hình sẽ đọc file BOLAM cha ( với DT = 3h ) nhưng sẽ bỏ 8*3h = 24h đầu của ngày 18 - 8 - 1971. Và như vậy mô hình sẽ đọc dữ liệu trong 16*3h = 48h từ bước 9 tới bước 24. Tức là sẽ đọc dữ liệu ngày 19 và 20 tháng 8 năm 1971.

Scheme of BOLAM simulation strategy for the 4 selected flood case studies Scheme of BOLAM simulation strategy for the 4 selected flood case studies

full line segments indicate full line segments indicate the BOLAM-father simulations the BOLAM-father simulations (each lasting 72 hours) (each lasting 72 hours)

dashed line segments dashed line segments (below the full line segments) (below the full line segments) indicate the BOLAM-son simulations indicate the BOLAM-son simulations (of 48 hours each) (of 48 hours each)

vertical arrows connect father vertical arrows connect father simulations with the corresponding simulations with the corresponding son simulations son simulations

Figure 3

BOLAM Father files

BOLAM Son files

Dòng 12 ( 7 ):

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

227

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

COST1 : Hệ số nhám Strickler với 1/KS=n; (n hệ số nhám Manning). Ví dụ:

COST1 = 28.

XLL: Hệ số hình dạng. Ví dụ: 20

|<-----------B----------->| ^

| | | Yo XLL=B/Yo

|__________________| -

QRIF MC/S/KM2 : Moduyn lưu lượng lũ dùng trong phương pháp

Muskingum. Ví dụ: 0.15

Dòng 13 ( 8 ):

Q0: Lưu lượng ban đầu ( m3/s/km2 ). Ví dụ: 0.1

c (Ia) : 0.2 Lượng tổn thất ban đầu trong pp SCS-CN (thường lấy bằng 0.2S)

Dòng 14 ( 9 ):

API5 mm per AMC OSSERVATA 13, 28: 30 ;AMC = Độ ẩm kỳ trước. 30 ở đây nghĩa là tính theo nhóm AMC III (phương pháp SCS-CN). Yêu cầu không cao hơn 30.

Iveget =1 PERIODO VEGETATIVO : 1 ( Iveget =1 nếu là lúc thời kỳ cây sinh

trưởng (mùa vụ); =0 nếu ngược lại )

HSNMIN: 6000.0 (tính tuyết rơi – không cần quan tâm)

HSTAR: 6000.0. (h* tính tuyết rơi – không cần quan tâm)

Dòng 15 ( 10 ):

ASOG: Phạm vi dòng chảy trên bề mặt đất ( tính bằng pixels, 1 pixels tương

đương với 1 ô lưới ). Ví dụ: ASOG = 1

Dòng 16 ( 11 ):

CODE: 0 với các lựa chọn

Nếu thông số này nhận giá trị 0 thì ứng với DINAM.MUSK.QRIF (đã đề nghị).

Nếu thông số này nhận giá trị 1 thì ứng với CINEM.

Nếu thông số này nhận giá trị 2 thì ứng với DINAM.MUSK.QCORR

Dòng 17 ( 12 ):

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

228

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CODEC4: 4 ;Hệ số cho phương pháp Muskingum ( không thay đổi hệ số này ).

Dòng 18 ( 13 ): Tên của file mô hình số độ cao ( lưu dưới định dạng nhị phân

thực Idrisi ). Ví dụ: shdemmsk.rst

Dòng 19 ( 14 ): ma trận hướng dòng chảy đã được mã hóa dưới dạng số nguyên

( theo chuẩn ascii ). Ví dụ: shdem9cr.pun

Dòng 20 ( 15 ): file xác định mạng lưới sông suối theo chuẩn ascii. Ví dụ:

shdem9cr.LIN

Dòng 21 ( 16 ): Tên của file mưa BOLAM sử dụng. Chỉ sử dụng với 8 kí tự đầu

của file *.ppf ( của BOLAM ) . Phần mở rộng: 13. Ví dụ: 19710813.13

Dòng 22 ( 17 ): nosnow, dòng này chỉ dùng cho vùng có băng tuyết ( không

thay đổi dòng này ). Ví dụ: nosnow

Dòng 23 ( 18 ): Tên file nhiệt độ ở độ cao 2m của BOLAM. Chỉ sử dụng với 8

kí tự đầu của file *.ppf ( của BOLAM ). Phần mở rộng: 13. Ví dụ: 19710813.17

Dòng thêm: Nếu số hồ chứa lớn hơn 0 thì dòng này sẽ tồn tại và được dùng để

khai báo tên file hồ chứa sẽ sử dụng trong mô phỏng. Ví dụ: serbatoi.dat

Dòng 24 ( 19 ): Tên của file chỉ số độ ẩm kỳ trước CN. Được lưu dưới định

dạng ASCII Idrisi. Ví dụ: CNgsvntq.rst

Dòng 25 ( 20 ):

NSEZC: Số trạm mô phỏng dòng chảy đầu ra. Ví dụ: 20 ( Trạm )

Dòng 26 ( 21 ): Từ dòng này đến dòng 26 + NSEZC. Mỗi dòng sẽ biểu diễn:

tên, vị trí hàng và vị trí cột của các trạm đầu ra.

Ví dụ:

Na Hang 539 566

Bac Me 494 564

Chiem Hoa 571 555

Ha Giang 489 524

Vinh Tuy 546 515

Ham Yen 569 532

Thac Ba 604 528

Tuyen Quang 598 548 Lo

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

229

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Vu Quang 621 553

Viet Tri 662 572 ----------------------------

Dòng 26 + NSEZC + 1 ( hay là dòng cuối cùng ): 6 bước in các file kết quả hỗn

hợp ( gồm một số file gỡ rối, file vô ích và file kết quả cần tính ).

Ví du: 1 3 6 12 18 24

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

230

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chương trình Nhập dữ liệu do nhóm đề tài xây dựng khi chạy sẽ tự động đọc thông tin đường dẫn về file paramsv.dat và sau đó tìm đọc nội dung trong file này. Nếu đường dẫn không chính xác, chương trình sẽ tự động báo lỗi có dạng như sau:

Hình 5.1: Hộp hội thoại thông báo lỗi Để tiếp tục thực hiện chương trình, chúng ta cần phải đưa đường dẫn đúng vào

rồi nhấn nút OK. Để thoát ra không thực hiện chương trình nữa, ta nhấn nút Cancel.

Sau khi đọc xong nội dung file dữ liệu đầu vào của mô hình DIMOSHONG,

chương trình sẽ được hiển thị như hình 5.1:

Hình 5.2: Giao diện ban đầu của chương trình Nhập dữ liệu cho DIMOSHONG b. Giới thiệu tóm tắt chương trình

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

231

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chương trình nhập dữ liệu được thiết kế để hiển thị trên 3 ngôn ngữ: Tiếng Việt, tiếng Italia và tiếng Anh. Để chuyển sang ngôn ngữ của mình, người sử dụng chỉ cần nhấn chuột vào hình ảnh lá cờ tương ứng với ngôn ngữ đó.

hiển thị bằng tiếng Việt

hiển thị bằng tiếng Italia.

hiển

thị

bằng tiếng Anh

Giao diện chương trình được chia thành 4 phần (tab), tương ứng với việc nhập dữ liệu cho phần Thông số chung, Thông số DIMOSHONG, Thông số BOLAM và Kết quả.

Sau khi nhập dữ liệu xong, người sử dụng nhấn vào nút “Lưu” để lưu giữ thông tin đã nhập hoặc sửa vào file dữ liệu ban đầu. Bấm nút Thoát nếu muốn thoát khỏi chương trình. Trước khi thoát, chương trình sẽ cập nhật lại đường dẫn về file dữ liệu ban đầu để giúp cho lần sau chương trình có thể tự động đọc được.

b.1 Nhập dữ liệu cho phần Thông số chung

Để thực hiện việc nhập dữ liệu cho phần Thông số chung, người sử dụng cần

nhấn (chọn) vào mục Thông số chung trên màn hình chương trình.

Giao diện mục này có dạng:

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

232

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5. 3: Giao diện phần nhập dữ liệu Thông số chung Các thông số ở phần nhập dữ liệu Thông số chung bao gồm: Tên file thông tin địa hình dưới dạng RDC, NSIMSTEP, NOBS, DT, NDT, NMISP, NDTP, JUMLAM, NSERB, PADJ và Tiêu đề chú thích. Nhấn phím Tab hoặc dùng chuột để di chuyển tới ô nhập dữ liệu cần thiết.

Các giá trị và thông tin của từng thông số này được giải thích ngay tại cửa sổ bên phải. Khi con trỏ di chuyển tới mục thông số nào, phần giải thích sẽ được hiển thị tương ứng.

Nếu thông số NSERB lớn hơn 0, chương trình sẽ tự động cập nhật tên file

SERBATOI.DAT vào vị trí thích hợp.

b.2 Nhập dữ liệu cho phần Thông số DIMOSHONG

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

233

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.4: Giao diện phần nhập dữ liệu cho Thông số DIMOSHONG Tương tự như phần nhập dữ liệu cho Thông số chung, ô nhập các thông số được hiển thị lần lượt bên phía trái màn hình. Bên phải là phần giải thích cho từng thông số.

b.3 Nhập dữ liệu cho phần Thông số BOLAM

Sau khi chọn mục Thông số BOLAM, màn hình sẽ được hiển thị có dạng như

hình 4.

Thông số RISP có 2 giá trị là 1 và 4. Nếu RISP là 4, chương trình sẽ sử dụng mưa dự báo BOLAM. Vì vậy 2 mục nhập dữ liệu tiếp theo sẽ là số file mưa ppf và tên các file mưa này. Nếu giá trị NMISP > 0 thì chương trình vẫn cần dữ liệu mưa thực đo. Nếu RISP là 1 thì mục nhập dữ liệu tiếp theo sẽ là tên file mưa thực đo.

Tên các file dự báo mưa BOLAM được lưu trữ trên từng dòng riêng biệt, gồm tên file có dạng yyyymmdd_yyyymmdd.ppf (ngày bắt đầu và ngày kết thúc dự báo mưa BOLAM) và 2 thông số thời khoảng bắt đầu và thời khoảng kết thúc được DIMOSHONGsử dụng tương ứng với file đó.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

234

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.5: Giao diện phần nhập dữ liệu cho Thông số BOLAM

b.4 Xem kết quả nhập số liệu

Phần Kết quả bao gồm các thông tin về file bản đồ địa hình, file bản đồ hướng dòng chảy, file bản đồ cấp bậc sông, file mưa BOLAM, file nhiệt độ BOLAM, file bản đồ phân bố hệ số CN và vị trí các điểm (outlets) sẽ được đưa ra kết quả tính.

Tên file mưa BOLAM và nhiệt độ BOLAM có phần mở rộng lần lượt bắt buộc là .13 và .17. Tên các file này là ngày đầu tiên được chạy mô phỏng có dạng yyyymmdd.

Tên và vị trí toạ độ các điểm xuất kết quả có dạng Tên (gồm 12 ký tự kể cả dấu cách), 2 toạ độ x, y (4 ký tự kể cả dấu cách cho mỗi số). Các dữ liệu phải được đưa vào đúng theo yêu cầu, nếu không chương trình DIMOSHONGcó thể sẽ bị nhầm lẫn. Các toạ độ x, y là toạ độ cột, dòng trên ma trận bản đồ số độ cao.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

235

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.6: Giao diện phần Kết quả nhập số liệu

2) Chương trình hiển thị kết quả chạy mô hình DIMOSHONG

Khi chương trình mô hình DIMOSHONG thực hiện xong, kết quả mô phỏng được lưu vào file runoff.out. Các dữ liệu được lưu giữ bao gồm: thời gian, giá trị mưa trung bình trên lưu vực, giá trị mưa hiệu quả trung bình trên lưu vực, các giá trị lưu lượng mô phỏng tại các điểm yêu cầu. Tuy nhiên đây là file dạng text và không có hình vẽ các đường quá trình minh hoạ, nên người dùng rất khó để có thể xem và tiến hành phân tích kết quả. Nhóm thực hiện đề tài đã viết một đoạn chương trình để hiển thị kết quả chạy DIMOSHOP đồng thời đoạn chương trình này cũng tự động tra quan hệ H ~ Q ở các trạm dự báo để hiển thị thêm đường quá trình H ~ t bên cạnh đường Q ~ t. Các đường quan hệ H ~ Q này dễ dàng được cập nhập hàng năm mỗi khi có sự thay đổi để tiện trong quá trình sử dụng. Giới thiệu về chương trình này được tóm tắt dưới đây:

Chương trình xem kết quả sẽ tự động mở file runoff.out theo đường dẫn mặc định được lưu trong file DIMOSHONG.txt. Nếu đường dẫn sai, chương trình sẽ báo lỗi có dạng sau:

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

236

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.7 : Hộp hội thoại thông báo lỗi đường dẫn Nhập đường dẫn đúng rồi nhấn OK. Muốn thoát ra khỏi chương trình, nhấn nút

Cancel.

Hình 5.8: Giao diện chương trình Xem kết quả Tương tự như chương trình “Nhập dữ liệu”, chương trình “Xem kết quả” cũng được thiết kế hiển thị trên 3 ngôn ngữ. Người sử dụng chọn ngôn ngữ bằng cách nhấn chuột vào hình lá cờ tương ứng với ngôn ngữ đó.

Màn hình chương trình gồm 2 phần: Phần bên trái là các nút chức năng, phần bên phải là hình vẽ hiển thị. Trên hình vẽ, tên của biểu đồ sẽ là giá trị tháng và năm của ngày bắt đầu mô phỏng hoặc dự báo. Phần bên phải của hình vẽ là tên các trạm

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

237

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

(các điểm) tương ứng. Người sử dụng có thể dùng chuột kéo dãn các khối hình sao cho phù hợp với yêu cầu, sở thích của mình.

Nút Đọc dữ liệu có tác dụng đọc lại dữ liệu trong file runoff.out. Sau khi đọc xong, chương trình sẽ tự động vẽ biểu đồ đường quá trình lưu lượng của các trạm và lượng mưa trung bình trên lưu vực.

Nút Sao chép vào Clipboard được dùng để đưa biểu đồ vào bộ nhớ của Windows. Người sử dụng có thể dùng các chương trình Office như Excel, Word, chọn mục Paste Special/Picture (Window Meta File) để xuất hình ảnh ra dưới dạng WMF (dạng vector). Kiểu ảnh này có thể phóng to, thu nhỏ mà không ảnh hưởng tới chất lượng giúp cho việc trình bày văn bản được đẹp hơn.

Nút In hình vẽ sẽ in trực tiếp hình ảnh ra máy in với chất lượng tốt.

Nút Lựa chọn sẽ hiển thị một form mới có dạng như sau:

Hình 5.8: Giao diện phần Lựa chọn trạm cần hiển thị kết quả dự báo

Phần Form Lựa chọn:

Người dùng có thể lựa chọn mưa thực tế, mưa hiệu quả và các trạm (điểm) trên hình vẽ có được hiển thị hay không bằng cách nhấp chuột vào ô lựa chọn tương ứng. Để loại bỏ nhanh hoặc lựa chọn nhanh, người dùng có thể nhấn vào nút Bỏ tất cả hay Chọn tất cả.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

238

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Nếu mục Auto Resize được lựa chọn, thước chia độ của hình vẽ sẽ được tính

theo giá trị các trạm (điểm) mới. Còn không thì tỷ lệ vẫn được giữ nguyên.

Sau khi chọn xong, nhấn nút OK để thoát ra khỏi form và thực hiện vẽ lại theo

các yêu cầu mới.

Chọn Huỷ bỏ nếu như muốn thoát và không có thay đổi gì.

Nhấn nút Thoát để thoát ra khỏi chương trình. Chương trình sẽ lưu lại đường

dẫn file dữ liệu vừa đọc vào file DIMOSHONG.txt để thuận tiện cho lần chạy sau.

Chương trình Xem dữ liệu có mục lựa chọn hiển thị kết quả dữ liệu theo Lưu lượng (Q m3/s) hoặc theo Mực nước (H cm). Người sử dụng chọn kiểu hiển thị, chương trình sẽ tự động tính toán chuyển đổi. Dữ liệu quan hệ H~Q được lưu dưới dạng tentram.hq và để trong thư mục HQ. Nếu chương trình không tìm thấy file HQ tương ứng này, dữ liệu của trạm sẽ chỉ hiện thị dưới dạng Lưu lượng và tên đường ở phần chú giải sẽ có thêm chữ Q.

Sau đây là đây là một số đoạn chương trình mà nhóm đề tài đã lập:

Đoạn code đọc file dữ liệu kết quả runoff.out

Open FileDoc For Input As #f

'Bo qua 9 dong dau tien

For II = 1 To 9

Line Input #f, Sss

Next

'Doc ten cac tram co ket qua duoc xuat ra

Line Input #f, Sss

Sss = Mid(Sss, 44, Len(Sss) - 43)

NStation = Len(Sss) / 12

For i = 1 To NStation

NameSta(i) = Mid(Sss, (i - 1) * 12 + 1, 12)

DD(i) = True

Next

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

239

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

'Doc du lieu tuong ung voi tung tram

Line Input #f, Sss

Line Input #f, Sss

Line Input #f, Sss

ND = 0

While Mid(Sss, 1, 1) <> "#"

ND = ND + 1

Ye(ND) = Val(DocTu)

Mo(ND) = Val(DocTu)

Da(ND) = Val(DocTu)

Ho(ND) = Val(DocTu)

It(ND) = Val(DocTu)

Fc(ND) = Val(DocTu)

RR(ND) = Val(DocTu)

RN(ND) = Val(DocTu)

For i = 1 To NStation

tem = DocTu

Q(i, ND) = Val(tem)

Next

Line Input #f, Sss

Wend

Close #f

‘Đoạn code nội suy từ lưu lượng sang mực nước

Sub Noisuy()

Dim i As Integer, j, k, aa, bb, cc, f, s As String, Q1(170), H1(170)

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

240

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

On Error GoTo loi

i = 1

khongloi:

Do While i <= NStation

s = "HQ\" + (Trim(NameSta(i))) + ".hq"

f = FreeFile

Co(i) = False

Open s For Input As #f

Line Input #f, s

Input #f, bb

Co(i) = True

For j = 1 To bb

Input #f, H1(j), Q1(j)

Next

For k = 1 To ND

j = 1

Do While (j < bb) And (Q1(j) < Q(i, k))

j = j + 1

Loop

HQ(i, k) = (Q(i, k)-Q1(j-1))/(Q1(j)- Q1(j - 1)) * (H1(j) - H1(j - 1)) + H1(j -

1)

Next

Close #f

i = i + 1

Loop

loi:

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

241

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

If i <= NStation Then

For k = 1 To ND

HQ(i, k) = Q(i, k)

Next

i = i + 1

Resume khongloi

End If

End Sub

5.2. Kiểm nghiệm phần mềm từ các số liệu trên lưu vực

Phần mềm kết nối dự báo mưa và dự báo lũ trung hạn đã được kiểm nghiệm với lưu vực của hệ thống sông Hồng (kể cả phần lãnh thổ Trung Quốc). Đề tài đã kiểm nghiệm chương trình kết nối khi mô hình DIMOSHONG được chạy với các trường hợp sau để kiểm tra tính ổn định và liên thông của các mô hình liên kết:

Sử dụng số liệu mưa dự báo trực tiếp từ mô hình dự báo BOLAM

Sử dụng số liệu mưa thực đo của các trạm

Kết hợp giữa cả mưa thực đo với mưa dự báo từ BOLAM để dự báo dòng chảy theo hạn đã định trước, trong đó sử dụng mưa thực đo đến ngày làm bản tin dự báo dòng chảy, và sử dụng mưa dự báo từ BOLAM từ thời điểm bắt đầu dự báo cho đến ngày dự kiến theo hạn đã định trước.

Kết quả kiểm nghiệm chương trình kết nối cho các trận lũ lớn trên lưu vực với

các trường hợp trên được đưa ra trong các hình dưới đây:

Năm 2002 sử dụng trực tiếp mưa từ mô hình BOLAM

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

242

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.10: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho

trận lũ 8/2002

Hình 5.11: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho

trận lũ 8/2002

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

243

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.12: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho

trận lũ 8/2002

Năm 2000 chạy với mưa thực đo

Hình 5.13: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa thực đo cho

trận lũ 8/2002

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

244

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.14: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa thực đo cho

trận lũ 7/2000

Hình 5.15: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa thực đo cho

trận lũ 7/2000

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

245

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Dong chay nam 2000 du lieu BOLAM

Hình 5.16: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho

trận lũ 7/2000

Hình 5.17: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho

trận lũ 7/2000

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

246

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.18: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho

trận lũ 7/2000

Hình 5.19: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho

trận lũ 7/2000

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

247

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Năm 1996 mưa thực đo

Hình 5.20: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa thực đo cho

trận lũ 8/1996

Hình 5.21: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa thực đo cho

trận lũ 8/1996

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

248

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.22: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa thực đo cho

trận lũ 8/1996

Hình 5.23: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa thực đo cho

trận lũ 8/1996

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

249

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Năm 1996 Du liệu Từ mưa BOLAM

Hình 5.24: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho

trận lũ 8/1996

Hình 5.25: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho

trận lũ 8/1996

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

250

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.26: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho

trận lũ 8/1996

Lũ năm 1971 với mưa thực đo

Hình 5.27: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa Thực đo cho

trận lũ 8/1971

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

251

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.28: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa Thực đo cho

trận lũ 8/1971

Hình 5.29: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa Thực đo cho

trận lũ 8/1971

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

252

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.30: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa Thực đo cho

trận lũ 8/1971

Lũ năm 1971 chạy từ mưa BOLAM

Hình 5.31: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho

trận lũ 8/1971

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

253

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.32: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho

trận lũ 8/1971

Hình 5.33: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho

trận lũ 8/1971

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

254

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.34: Kết quả mô phỏng đường quá trình lũ sử dụng mưa BOLAM cho

trận lũ 8/1971

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

255

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Nhận xét:

Chương trình kết nối mới được xây dựng nhằm kết nối giữa: 1. chương trình đọc và ghi kết quả dự báo từ BOLAM ra file PPF, file số liệu vào cho DIMOSHONG – 2. chương trình DIMOSHONG phiên bản hiện tại viết bằng ngôn ngữ Fortran có giao diện chưa đẹp, quá trình vào và hiển thị kết quả không thuận lợi – 3. Chương trình với giao diện vào số liệu, hiển thị kết quả dự báo - 4. chương trình kết nối dự báo lũ trung hạn vào chương trình dự báo chung bao gồm tất cả các phương pháp dự báo ngắn hạn đã được xây dựng cho các trạm thuộc hệ thống sông Hồng - đã chạy thông, ổn định và có nhiều tính năng ứng dụng vào dự báo tác nghiệp

Kết quả kiểm nghiệm cho thấy việc sử dụng chương trình kết nối này thuận tiện và dễ dàng hơn rất nhiều chương trình gốc vì nó chạy trong môi trường Window có giao diện đẹp, có tính liên thông cao với mô hình dự báo thời tiết BOLAM.

Kết quả chạy DIMOSHONG được chuyển ngay từ lưu lượng sang mực nước để có thể so sánh với các giá trị thực đo mực nước khi mà đa số các trạm thủy văn trong lưu vực sông Hồng chỉ đo mực nước. Việc chuyển sang lưu lượng hay ngược lại được thực hiện thông qua quan hệ Q ~ H của trạm. Đây là nội dung có ý nghĩa thực tiễn cao, đặc biệt cho dự báo tác nghiệp khi so sánh giữa giá trị dự báo với số liệu thực đo.

Chương trình kết nối rất mở để có thể cập nhật đường H ~ Q của các trạm khi

có sự thay đổi hàng năm hoặc theo định kỳ đo đạc lại quan hệ.

Chương trình đã được chuyển giao cho Trung tâm DBKTTVTW để dự báo thử nghiệm trong mùa lũ 2007. Kết quả dự báo thử nghiệm chi tiết được trình bày trong chuyên đề Phụ lục III của báo cáo tổng kết.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

256

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CHƯƠNG VI: KẾT NỐI MÔ HÌNH DỰ BÁO MƯA LŨ

TRONG ĐIỀU HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA PHÒNG CHỐNG LŨ

6.1. Xây dựng mô hình kết nối dự báo mưa lũ với điều hành hệ thống hồ chứa phòng lũ

Mô hình kết nối dự báo mưa lũ với điều hành hồ chứa trên hệ thống sông Hồng – sông Thái Bình được sử dụng trong nghiên cứu này là phần mềm HEC-HMS phiên bản 3.1.1. Lý do chúng tôi lựa chọn phần mềm HEC-HMS phiên bản 3.1.1 vì:

(cid:2) Mô hình thủy văn DIMOSHONG mà phía đối tác Italia xây dựng và chuyển giao cho Trường Đại học Thủy lợi chưa kích hoạt modun điều tiết hồ chứa vì thực tế chưa xây dựng. Phía đối tác Italia dự định sẽ tiếp tục xây dựng và kích hoạt modun này trong năm tiếp theo 2008 nếu chương trình hợp tác được kéo dài.

(cid:2) Phần mềm HEC-HMS phiên bản mới nhất 3.1.1 đã tích hợp thêm phần diễn toán và điều hành hồ chứa. Do đó phần mềm này có thể tính toán dòng chảy từ mưa (sử dụng cả mưa dạng điểm và mưa lưới dạng grid) sau đó diễn toán qua hồ chứa, rồi diễn toán qua đoạn sông nên nó rất thích hợp cho việc kết nối giữa mô hình dự báo mưa lũ và điều hành hồ chứa. Thêm vào đó, với phiên bản mới này, tại các nút tính toán chúng ta có thể nhập quan hệ Q-H tại các nút, từ đó có thể tham khảo trực tiếp mực nước tại các nút tính toán so với thực đo.

6.1.1. Giới thiệu tóm tắt mô hình HEC-HMS về khả năng điều tiết hồ chứa

Mô hình toán thuỷ văn HEC-HMS (HEC- Hydrologic Modeling System) của hiệp hội các kỹ sư quân sự Hoa Kỳ là thế hệ phần mềm kế tiếp về tính toán mưa-dòng chảy được thay thế cho mô hình Hec-1 bằng giao diện trong Window.

Mô hình có những cải tiến đáng kể so với Hec-1 cả về kỹ thuật tính toán và khoa học thuỷ văn. Mô hình bao gồm hầu hết các phương pháp tính dòng chảy lưu vực và diễn toán của mô hình Hec-1.

Nhiều phương pháp tính mới và quan trọng được đề cập đến trong mô hình HEC-HMS mà trong mô hình Hec-1 không đề cập đến: tính toán đường quá trình liên tục trong thời đoạn dài và tính toán dòng chảy phân bố dùng cách miêu tả theo các ô lưới của lưu vực. Việc tính toán liên tục có thể dùng một bể chứa đơn giản biểu thị độ ẩm của đất hay phức tạp hơn là mô hình 5 bể chứa bao gồm sự trữ nước tầng trên cùng, sự trữ nuớc trên bề mặt, trong lớp đất và trong hai tầng ngầm. Dòng chảy phân

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

257

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

bố theo không gian có thể được tính toán theo sự chuyển đổi phân bố phi tuyến (Mod Clak) của mưa và thấm cơ bản.

Chương trình bao gồm giao diện đồ họa, các thành phần phân tích thuỷ văn, dự trữ số liệu, các công cụ quản lý và các bản ghi. Chương trình đã kết hợp các ngôn ngữ lập trình C, C++ và Fortran. Phương tiện tính toán và giao diện đồ họa được lập trình theo hướng đối tượng C++. Các thuật toán thuỷ văn được viết bằng Fortran và được tổ chức trong một thư viện Lib Hydro

Quản lý số liệu được trình bày dùng thư viện HEC-Lib. Mặc dù đã được kết hợp trong một chương trình nhưng vẫn có sự tách biệt rõ ràng giữa giao diện, công cụ tính toán và trữ số liệu.

Trong chương trình có thể sử dụng hệ thống đơn vị đo quốc tế, tất cả việc tính toán được trình bày theo đơn vị mét, số liệu đầu vào và kết quả tính ra có thể là đơn vị mét hay đơn vị của Anh/ Mỹ và được tự động chuyển khi cần thiết.

Mô hình toán thuỷ văn được thiết kế để tính toán quá trình mưa - dòng chảy của

hệ thống lưu vực.

Các đuờng quá trình được xây dựng bởi chương trình được dùng trực tiếp hay được kết nối với các phần mềm khác để nghiên cứu theo các hướng khác như : tiêu đô thị, dự báo dòng chảy, tác động đô thị hoá trong tương lai, thiết kế đập tràn, giảm thiệt hại lũ và vận hành hệ thống.

Nét đặc trưng của chương trình là gắn kết hoàn chỉnh môi trường công việc bao gồm số liệu cơ bản, sử dụng số liệu vào, phương pháp tính toán và công cụ báo cáo kết quả. Giao diện đồ họa cho phép người sử dụng có thể làm việc giữa các phần khác nhau của chương trình một cách trực quan.

Chuỗi thời gian, chuỗi số liệu được trữ trong hệ thống trữ số liệu HEC-DSS. Số liệu mưa và số liệu lưu lượng có thể nhập trực tiếp vào chương trình hay có thể được trữ trong file DSS đã tạo ra từ trước, hoặc sử dụng một mô đun tiện ích DSS để người dùng có thể chủ động trong việc thiết lập dữ liệu đầu vào cho mô hình và quản lý các dữ liệu đó một cách nhanh hơn và gọn nhẹ hơn.

Một đặc điểm nổi bật của phần mềm HEC-HMS 3.1.1 mới là khả năng diễn toán và điều hành hồ chứa. Phần mềm có thể tính toán dòng chảy từ mưa sau đó diễn toán qua hồ chứa, và sau đó diễn toán qua đoạn sông. Hơn nữa với phiên bản mới này, tại các nút tính toán chúng ta có thể nhập quan hệ Q-H tại các nút, từ đó chúng ta có thể tham khảo trực tiếp mực nước tại các nút tính toán.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

258

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 6.1: Mô phỏng dòng chảy qua hồ chứa

Phương trình cơ bản

Dòng chảy ra khỏi hồ chứa có thể được tính toán theo phương pháp Modified Puls với giả thiết mực nước hồ coi như là nằm ngang. Mô hình được viết dưới dạng sau

=

− OI

∆ S ∆ t

Vơi I là dòng chảy vào trung bình trong thời đoạn ∆t

O là dòng chảy ra khỏi hồ chứa trong thời đoạn ∆t ∆S là sự thay đổi lượng trữ trong thời gian ∆t

+

S

S

I

+ 1

+ 1

t

t

t

t

t

t

−

=

Phương trình trên có thể viết lại dưới dạng sau − + 1 ∆ t

+ OO 2

I 2

Với t là bước thời gian, It và It+1 là dòng chảy vào bắt đầu và cuối thời đoạn t, Ot và Ot+1 là dòng chảy vào bắt đầu và cuối thời đoạn t, St và St+1 là dung tích hồ lúc bắt đầu và cuối thời đoạn t

Phương trình này có thể viết lại như sau

2

t

+

+

+

−

O

I

I

+ 1

t

t

+ 1

t

O t

(

)

S ∆

+ 1 t t

2 S ∆ t

  

 = 

  

  

Mô hình hồ chứa này được kết hợp với các mô hình mưa dòng chảy khác. Khi nhập vào mô hình thì ta phải nhập các quan hệ lượng trữ - dòng chảy ra. quan hệ lượng

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

259

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

trữ - dòng chảy ra (hoặc là quan hệ mực nước – lượng trữ - dòng chảy ra hay mực nước – diện tích – dòng chảy ra ) được xây dựng và cung cấp bởi các thông số hồ chứa, số cửa ra hoặc đập tràn tự do. Hình vẽ dưới đây mô phỏng một số quan hệ đơn giản.

Hình 6.2: Các đường đặc tính hồ Chi tiết về phần mềm HEC-HMS được đưa ra trong Phụ lục chương IV của Báo

cáo Tổng kết này.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

260

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

6.1.2. Mô phỏng hệ thống sông Hồng phục vụ điều hành hệ thống hồ chứa bằng HEC-HMS

Lưu vực sông Hồng sông Thái Bình tình đến Hà Nội được chia ra làm nhiều lưu

vực nhỏ có diện tích từ 3000 đến 10000 km2:

(cid:2) Trên sông Đà, phần lưu vực phía trên hồ Hòa Bình được chia làm 7 lưu vực bao gồm các lưu vực Man Yến, Trung Ái Kiều, Lý Tiến Độ, Nậm Giàng, Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình.

(cid:2) Trên sông Thao có 7 lưu vực tính đến trạm Yên Bái gồm các lưu vực Đại Đồng,

Thủy Cầu, Ma Mốc, Hoàng Mao, Lao Cai, Bảo Hà, Yên Bái.

(cid:2) Trên sông Chảy tính đến hồ Thác Bà có các lưu vực Lạc Khước và Thác Bà. (cid:2) Trên sông Gâm tính đến hồ Tuyên Quang có 3 lưu vực gồm Thượng Qua, Bảo

Lạc và Na Hang.

(cid:2) Trên sông Lô có các lưu vực Long Đảng, Ma Phật La, Bắc Quang. (cid:2) Ngoài ra còn nhiều các phụ lưu khác như Việt Trì nằm dưới trạm Yên Bái và phía dưới hồ Hòa Bình, Tuyên Quang nằm dưới trạm Tuyên Quang, Chiêm Hóa nằm phía dưới hồ Tuyên Quang.

Sơ đồ mô phỏng lưu vực hệ thống sông Hồng được đưa ra trong hình 6.3

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

261

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 6.3: Sơ đồ mô phỏng lưu vực hệ thống sông Hồng đến Hà Nội

bằng phần mềm HEC-HMS 3.01

Quan hệ số cửa - mực nước - lưu lượng xả hồ Hòa Bình

124

119

114

109

)

m

104

( Z

99

94

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

89

84

0

5000

10000

15000

25000

20000 Lưu lượng xả (m3/s)

Hình 6.4: Đường quá trình lưu lượng đến hồ Hòa Bình và lưu lượng xả ra khỏi

hồ từ 20/07/07 – 24/08/07

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

262

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 6.5: Quan hệ mực nước –dung tích hồ chứa hồ Tuyên Quang

Hình 6.6: Quan hệ mực nước –dung tích hồ chứa hồ Thác Bà

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

263

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Các thông số chủ yếu của 3 hồ Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang như sau:

a. Hồ Hoà bình:

+123 m

(cid:2) Cao trình đỉnh đập: (cid:2) Mực nước dâng bình thường: +115 m (cid:2) Mực nước gia cường: +120 m (cid:2) Sau khi nâng cao lõi đập: Mực nước gia cường: +122 m (cid:2) Dung tích cưỡng bức (từ cao trình +115 m~ +120 m): 0,7 tỷ m3 (cid:2) Dung tích phòng lũ hạ du: 4,9 tỷ m3 (cid:2) Công trình xả lũ: 12 cửa xả đáy kích thước mỗi cửa: BxH = 10 x 6 m; ngưỡng tràn : +56 m; 6 cửa xả mặt kích thước mỗi cửa: BxH = 10x15 m; ngưỡng tràn: +102m

(cid:2) Công suất lắp máy : 1920 MW

b. Hồ Thác bà:

(cid:2) Cao trình đỉnh đập: +62 m (cid:2) Cao trình mực nước gia cường: +59,3 m (cid:2) Cao trình mực nước dâng bình thường: +58,0 m (cid:2) Cao trình mực nước trước lũ: +56,5m (cid:2) Dung tích phòng lũ hạ du: 0,450 tỷ m3

c. Công trình thuỷ điện Tuyên quang (cid:2) Diện tích lưu vực F=14972 km2. (cid:2) Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tần suất 0.02%: 2735 m3/s (cid:2) Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tần suất 0.01%: 17258 m3/s (cid:2) Mực nước gia cường ứng với lũ 0.01%: +123,89 m (cid:2) Mực nước gia cường ứng với lũ 0.02%: +122,55 m (cid:2) Mực nước dang bình thường MNDBT: +120,00 m (cid:2) Mực nước trước lũ: +105,22 m (cid:2) Mực nước chết: +90.00 m (cid:2) Dung tích toàn bộ Wtb: 2260×106 m3

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

264

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

(cid:2) Dung tích hiệu dụng Vhd: 1699×106 m3 (cid:2) Dung tích điều tiết nhiều năm Vnn: 622×106 m3 (cid:2) Dung tích điều tiết năm Vn: 1070×106 m3 (cid:2) Dung tích chết Vc: 561×106 m3 (cid:2) Dung tích phòng lũ Vpl: (1000 ÷1500)×106 m3 (cid:2) Công suất lắp máy: 342 MW (cid:2) Tràn xả mặt: cửa van cung kiểu tràn thực dụng: o Cao trình ngưỡng tràn: 104.85 m o Số lượng và kích thước cửa van n(BxH): 4(15×15,15) m

(cid:2) Tràn xả sâu:

o Cao trình ngưỡng lỗ:79 m o Số lượng và kích thước lỗ xả sâu (BxH): 8(4.5×6.0) m

6.2. Lựa chọn hệ thống kịch bản về mưa và dòng chảy lũ phục vụ điều hành thử nghiệm theo mô hình dự báo lũ trung hạn .

6.2.1. Những căn cứ để thiết lập hệ thống kịch bản

Theo quyết định số: 80/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ Ngày 01 tháng 06 năm 2007 “Về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm” được tóm tắt một số ý chính như sau:

Điều 1. Từ ngày 15 tháng 6 đến ngày 15 tháng 9 hàng năm, các hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà phải điều tiết để phục vụ chống lũ và phát điện theo nội dung sau:

1. Đảm bảo an toàn công trình

a) Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công trình đầu mối thủy điện Hòa Bình, chủ động đề phòng mọi bất trắc, với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 10.000 năm một lần không được để mực nước hồ Hòa Bình vượt mực nước gia cường ở cao trình 122 m;

b) Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công trình đầu mối thủy điện Tuyên Quang, chủ động đề phòng mọi bất trắc, với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

265

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

5.000 năm một lần, không được để mực nước hồ Tuyên Quang vượt mực nước gia cường ở cao trình 122,55 m;

c) Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công trình đầu mối thủy điện Thác Bà, chủ động đề phòng mọi bất trắc, với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 10.000 năm một lần, không được để mực nước hồ Thác Bà vượt mực nước gia cường ở cao trình 61 m.

2. Đảm bảo an toàn chống lũ cho hạ du

a) Đảm bảo an toàn cho đồng bằng Bắc Bộ với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại 150 năm một lần tại Sơn Tây, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá 13,1 m;

b) Đảm bảo an toàn cho thủ đô Hà Nội với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại 250 năm một lần tại Sơn Tây, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá 13,4 m.

3. Đảm bảo an toàn phát điện

Trên cơ sở đảm bảo an toàn công trình và an toàn chống lũ cho hạ du, điều hành để cao trình mực nước các hồ Hòa Bình, Tuyên Quang và Thác Bà nằm trong phạm vi cho phép trong từng thời kỳ theo quy định của quy trình này.

Điều 2. Trong thời gian làm nhiệm vụ đảm bảo an toàn chống lũ, việc vận hành các công trình xả sâu và xả mặt phải thực hiện theo quy trình vận hành công trình xả nhằm đảm bảo ổn định cho hệ thống công trình đầu mối và hạn chế tối đa thiệt hại đối với các công trình và sản xuất ở hạ du.

Điều 4. Để đảm bảo vừa chống lũ an toàn, vừa nâng cao hiệu ích phát điện, quy

định 3 thời kỳ vận hành trong mùa lũ như sau:

1. Thời kỳ lũ sớm: từ 15 tháng 6 đến 15 tháng 7.

2. Thời kỳ lũ chính vụ: từ 16 tháng 7 đến 25 tháng 8.

3. Thời kỳ lũ muộn: từ 26 tháng 8 đến 15 tháng 9.

6.2.2. Lựa chọn kịch bản mưa lũ

Do điều kiện hình thành lũ trên 3 sông khác nhau nên lũ sông Hồng có trường hợp trùng với sự xuất hiện đỉnh lũ của sông này nhưng lại không phù hợp với các sông khác. Trường hợp xảy ra nhiều nhất là trường hợp Đỉnh lũ lớn sông Đà gặp đỉnh lũ lớn sông Hồng chiếm 68%. Sau đấy là trường hợp Đỉnh lũ lớn sông Lô gặp đỉnh lũ lớn sông Hồng chiếm 47%. Ít hơn nữa là trường hợp Đỉnh lũ lớn sông Thao gặp đỉnh lũ lớn sông Hồng chiếm 44%. Trường hợp Đỉnh lũ lớn sông Đà, Đỉnh lũ lớn sông Lô gặp đỉnh lũ lớn sông Hồng chiếm 34%. Trường hợp Đỉnh lũ lớn sông Đà, Đỉnh lũ lớn

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

266

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

sông Thao gặp đỉnh lũ lớn sông Hồng chiếm 25% Và trường hợp Đỉnh lũ 3 sông cùng gặp đỉnh lũ sông Hồng chiếm 13%.

Trong thực tế rất ít lũ lớn của 3 sông gây ra lũ lớn trên hệ thống sông Hồng (13%). Cho đến nay chỉ có 1 lần duy nhất xuất hiện tổ hợp lũ 1971 là lũ lịch sử của sông Thao gặp lũ lích sử của sông Lô và lũ lớn trên sông Đà. Trường Đại Học Thủy Lợi dung phương pháp tổ hợp ngẫu nhiên Monte – Carlo để tổ hợp mô phỏng 10.000 con lũ. Song những con lũ được mô phỏng này cũng chưa xuất hiện tổ hợp lũ 1971 mà chỉ gặp tổ hợp lũ đặc biệt lớn sông Đà gặp lũ vừa trên sông Thao và sông Lô như dạng lũ 1945. Các tổ hợp lũ thực tế phản ánh tính không đồng bộ của các điều kiện phát sinh lũ trên 3 sông (theo Bùi Quang Tuấn – 2000)

Trên cơ sở các trận lũ đã xảy ra trên hệ thống sông Hồng - sông Thái Bình chúng tôi lựa chọn một số kịch bản mưa lũ để tiến hành điều hành thử nghiệm mô hình dự báo mưa lũ và điều hành hệ thống hồ chứa, nhất là việc điều hành theo quy trình mới có xét đến hồ chứa Tuyên Quang. Cụ thể chúng tôi chọn trận lũ năm 1971 là trận lũ xảy ra với trường hợp lũ lịch sử trên sông Lô gặp lũ lịch sử sông Thao gặp lũ lớn trên sông Đà nhưng giả thiết đến ở các thời kỹ khác nhau như thời kỳ lũ sớm, thời kỳ lũ chính vụ và thời kỳ lũ muộn.

Bảng 6.1: Kịch bản các phương án vận hành hệ thống phòng lũ

Nội dung kịch bản mưa – lũ

Tên kịch bản

Kịch bản 1

trận lũ năm 1971 là trận lũ xảy ra với trường hợp lũ lịch sử trên sông Lô gặp lũ lịch sử sông Thao gặp lũ lớn trên sông Đà xảy ra vào thời kỳ lũ sớm

Kịch bản 2

trận lũ năm 1971 là trận lũ xảy ra với trường hợp lũ lịch sử trên sông Lô gặp lũ lịch sử sông Thao gặp lũ lớn trên sông Đà xảy ra vào thời kỳ lũ chính vụ

Kịch bản 3

trận lũ năm 1971 là trận lũ xảy ra với trường hợp lũ lịch sử trên sông Lô gặp lũ lịch sử sông Thao gặp lũ lớn trên sông Đà xảy ra vào thời kỹ lũ muộn

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

267

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

6.3. Phương án vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian dự kiến của dự báo hạn trung (từ 3 đến 5 ngày)

Theo quyết định số: 80/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ Ngày 01 tháng 06 năm 2007 “Về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm”

6.3.1. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ sớm

1. Quy định về mực nước: cao trình mực nước trước lũ các hồ trong thời kỳ lũ

sớm không được vượt quá quy định trong Bảng 6.1.

Bảng 6.2: Quy định về mực nước trước lũ trong các hồ thời kỳ lũ sớm

Hòa Bình

Tuyên Quang

Thác Bà

Tên hồ

98

105,2

56

Cao trình mực nước (m)

2. Quy định về chế độ vận hành

a) Hồ Hòa Bình:

- Từ ngày 01 tháng 7 nếu không cắt lũ, bắt đầu điều tiết để đưa dần mực nước hồ về mực nước trước lũ của thời kỳ lũ chính vụ, sao cho đến ngày 16 tháng 7 mực nước hồ nằm trong phạm vi quy định tại Bảng 6.1;

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt quá 10,5 m trong 24 giờ tới, được sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 98 m ÷ 102 m để cắt lũ, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá 10,5 m;

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt quá 11,5 m trong 24 giờ tới, được sử dụng tiếp dung tích hồ trong khoảng cao trình 102 m ÷ 105 m để cắt lũ, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá 11,5 m.

Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại trạm thuỷ văn Hà Nội xuống dưới mức

11 m, xả nước, đưa dần mực nước hồ về cao trình mực nước trước lũ thời kỳ lũ sớm.

b) Hồ Tuyên Quang: khi dự báo mực nước sông Lô tại thị xã Tuyên Quang vượt quá 26 m trong 24 giờ tới, được phép sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 105,2 m ÷ 113 m để cắt lũ, giữ mực nước sông Lô tại thị xã Tuyên Quang không vượt quá 27 m. Khi mực nước hồ đạt 113 m, được xả xuống hạ du lưu lượng bằng lưu lượng đến hồ. Sau đỉnh lũ, khi mực nước tại thị xã Tuyên Quang xuống dưới cao trình 26 m, xả nước, đưa mực nước hồ về cao trình 105,2 m.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

268

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

c) Hồ Thác Bà: được sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 56 m ÷ 58 m

để điều tiết lũ. Sau đỉnh lũ, xả nước, đưa mực nước hồ về mực nước trước lũ.

6.3.2. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ chính vụ

1. Quy định về mực nước: cao trình mực nước trước lũ các hồ trong thời kỳ lũ

chính vụ không được vượt quá quy định trong Bảng 6.1.

Bảng 6.3: Quy định về mực nước trước lũ trong các hồ thời kỳ chính vụ

Hòa Bình Tuyên Quang Thác Bà

Tên hồ

90 ÷ 94

105,2

56

Cao trình mực nước (m)

2. Quy định về chế độ vận hành

a) Hồ Hòa Bình:

- Căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi Trường, nếu thấy khả năng xuất hiện lũ có chu kỳ lặp lại trên 100 năm tại Sơn Tây, khi chưa tham gia cắt lũ, phải nhanh chóng đưa mực nước hồ về cao trình 90 m;

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt 11,5 m trong 24 giờ tới, hồ Hoà Bình được sử dụng dung tích từ cao trình mực nước trước lũ đến cao trình mực nước 98 m để cắt lũ, giữ mức nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 11,50 m;

- Khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội đã vượt 11,5 m, dự báo trong 24 giờ tới lũ vẫn lên nhanh, tiếp tục cắt lũ, kết hợp với sự tham gia cắt lũ của các hồ Tuyên Quang và Thác Bà để giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,1 m, mực nước hồ không vượt quá cao trình 115 m;

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt 13,1 m trong 24 giờ tới, hồ Hoà Bình tiếp tục phối hợp với các hồ Tuyên Quang và Thác Bà để cắt lũ, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,4 m, mực nước hồ không vượt quá cao trình 117 m.

Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội xuống dưới 11,50 m, xả nước,

đưa mực nước hồ về mức quy định tại Bảng 6.1.

Sau ngày 16 tháng 8, căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu lũ chính vụ có khả năng

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

269

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

kết thúc sớm, được Ban Chỉ đạo phòng, chống lụt bão Trung ương cho phép, dâng dần mực nước hồ nhưng không vượt quá cao trình 106 m.

b) Hồ Tuyên Quang: căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi Trường, nếu không có khả năng xuất hiện lũ có chu kỳ lặp lại trên 100 năm tại Sơn Tây, vận hành hồ theo khoản 2 điểm b Điều 5.

Trường hợp Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường nhận định có khả năng xuất hiện lũ có chu kỳ lặp lại trên 100 năm tại Sơn Tây, đưa hồ về cao trình mực nước trước lũ và vận hành như sau: khi dự báo trong 24 giờ tới mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt cao trình 12,0 m, mực nước hồ Hòa Bình vượt cao trình 102 m hoặc trong trường hợp mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt cao trình 12,8 m, hồ Tuyên Quang bắt đầu tham gia cắt lũ để cùng hồ Hoà Bình và hồ Thác Bà giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,4 m. Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội xuống dưới cao trình 12,0 m, xả nước, đưa mực nước hồ về mức quy định trong Bảng 6.1

Sau ngày 16 tháng 8, căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên Môi trường, nếu lũ chính vụ có khả năng kết thúc sớm, được Ban Chỉ đạo phòng, chống lụt bão Trung ương cho phép, dâng dần mực nước hồ lên cao trình 113 m.

c) Hồ Thác Bà: khi dự báo trong 24 giờ tới mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt cao trình 13,1 m, hồ Thác Bà bắt đầu tham gia cắt lũ để cùng hồ Hòa Bình và Tuyên Quang giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,4 m, mực nước hồ không vượt quá cao trình 58 m. Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội xuống dưới cao trình 13,1 m, xả nước, đưa mực nước hồ về mức quy định trong Bảng 6.1

Sau ngày 16 tháng 8, căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu lũ chính vụ có khả năng kết thúc sớm, được Ban Chỉ đạo phòng, chống lụt bão Trung ương cho phép, dâng dần mực nước hồ lên cao trình mực nước dâng bình thường.

6.3.3. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ muộn

1. Hồ Hòa Bình:

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

270

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

a) Căn cứ nhận định của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu mùa lũ có khả năng kết thúc sớm, hồ được phép tích dần lên cao trình mực nước dâng bình thường (+117 m);

b) Khi mực nước hồ đã ở cao trình 117 m, nếu xẩy ra lũ muộn, được xả xuống hạ

du lưu lượng bằng lưu lượng đến, giữ mực nước hồ không vượt quá 117,3 m.

2. Hồ Tuyên Quang:

a) Căn cứ nhận định của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu mùa lũ có khả năng kết thúc sớm, hồ được phép tích dần lên cao trình mực nước dâng bình thường (+120 m);

b) Khi mực nước hồ đã ở cao trình 120 m, nếu xẩy ra lũ muộn, được xả xuống hạ

du lưu lượng bằng lưu lượng đến, giữ mực nước hồ không vượt quá 120 m.

3. Hồ Thác Bà

Khi mực nước hồ đã ở cao trình 58 m, nếu xẩy ra lũ muộn, được xả xuống hạ du

lưu lượng bằng lưu lượng đến, giữ mực nước hồ không vượt quá 58 m.

6.3.4. Vận hành đảm bảo an toàn công trình

1. Vận hành đảm bảo an toàn công trình thuỷ điện Hòa Bình.

Khi mực nước hồ Hòa Bình đã ở mức 117 m mà dự báo lũ sông Đà tiếp tục lên, mực nước hồ có thể vượt cao trình 117,3 m, bắt đầu chế độ vận hành đảm bảo an toàn công trình: mở dần hoặc mở liên tiếp các cửa xả sâu, xả mặt để khi mực nước hồ đạt cao trình 117,3 m, toàn bộ các cửa xả sâu, xả mặt, các cửa van cửa lấy nước đã được mở hết.

Việc mở các cửa xả phải tiến hành lần lượt để tổng lưu lượng xả xuống hạ du không được lớn hơn tổng lưu lượng đến hồ cộng trừ sai số lưu lượng xả của một cửa xả sâu.

2. Vận hành đảm bảo an toàn công trình thuỷ điện Tuyên Quang

Khi mực nước hồ Tuyên Quang đã ở mức 120 m mà dự báo lũ sông Gâm tiếp tục lên, mực nước hồ có thể vượt 120,5 m, bắt đầu chế độ vận hành đảm bảo an toàn công trình: mở dần hoặc mở liên tiếp các cửa xả sâu, xả mặt để khi mực nước hồ đạt cao trình 120,5 m, toàn bộ các cửa xả sâu, xả mặt và các cửa van cửa lấy nước đã được mở hết.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

271

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Việc mở các cửa xả phải tiến hành lần lượt để tổng lưu lượng xả xuống hạ du không được lớn hơn tổng của lưu lượng đến hồ cộng trừ sai số lưu lượng xả của một cửa xả sâu.

3. Vận hành đảm bảo an toàn công trình Thác Bà

Khi mực nước hồ Thác Bà đã ở mức 58 m mà dự báo lũ sông Chảy tiếp tục lên, mực nước hồ có thể vượt 59,6 m, bắt đầu chế độ vận hành đảm bảo an toàn công trình, mở dần các cửa đập tràn, các cửa van cửa lấy nước để khi mực nước hồ đạt cao trình 59,6 m, toàn bộ các cửa xả của tràn và các cửa van cửa lấy nước đã được mở hết.

Việc mở các cửa xả phải tiến hành lần lượt để tổng lưu lượng xả xuống hạ du

không được lớn hơn lưu lượng đến hồ.

6.4. Kết quả vận hành thử nghiệm hệ thống hồ chứa theo các kịch bản đề ra

1. Trận lũ lịch sử năm 1971 xảy ra trong thời kỳ lũ sớm từ 15 tháng 6 đến 15 tháng 7.

Mực nước lớn nhất trận lũ từ 13/08/1971 tại Hà Nội khi chưa có sự điều tiết của hệ thống hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà là 14.05 m. Khi có sự điều tiết của hệ thống hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà mực nước lớn nhất tại Hà Nội giảm 1.78 m còn 12.27 m. Tuy nhiên mực nước hồ tại hồ Tuyên Quang và Hòa Bình khá cao. Mực nước lớn nhất tại hồ Hòa Bình là 105.1 m. Mực nước lớn nhất tại hồ Tuyên Quang là 112.8 m. Theo quy trình vận hành năm 2007, Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt quá 11,5 m, được sử dụng tiếp dung tích hồ trong khoảng cao trình 102 m ÷ 105 m để cắt lũ. Hồ Tuyên Quang: khi dự báo mực nước sông Lô tại thị xã Tuyên Quang vượt quá 26 m, được phép sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 105,2 m ÷ 113 m để cắt lũ, giữ mực nước sông Lô tại thị xã Tuyên Quang không vượt quá 27 m. Khi mực nước hồ đạt 113 m, được xả xuống hạ du lưu lượng bằng lưu lượng đến hồ. Sau đỉnh lũ, khi mực nước tại thị xã Tuyên Quang xuống dưới cao trình 26 m, xả nước, đưa mực nước hồ về cao trình 105,2 m. Hồ Thác Bà: được sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 56 m ÷ 58 m để điều tiết lũ. Sau đỉnh lũ, xả nước, đưa mực nước hồ về mực nước trước lũ.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

272

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

15

)

m

(

H

14

13

12

11

10

9

8

Mực nước Hà Nội khi có điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà Mực nước HN khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà

7

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69

Thời đoạn

Hình 6.7: Mực nước tại Hà Nội năm 1971 khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và khi có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà

Theo tính toán điều tiết hồ Hòa Bình trong thời kỳ lũ sớm, mực nước hồ trước lũ giả thiết bằng mực nước chết. Khi có lũ dạng năm 1971 xảy ra, hồ sẽ được mở dần các cửa xả từ 1 cửa cho đến 6 cửa xả đáy sao cho lưu lượng xả bằng hoặc lớn hơn lưu lượng vào hồ cho đến cửa xả đáy số 6. Mực nước hồ tính toán với dạng lũ 1971 là 105.1 m. Sau đấy sẽ đóng cửa số 6 để cắt lũ cho Hà Nội trong trường hợp mực nước Hà Nội lớn hơn 11.5 m. Sau khi lũ xuống, mở tiếp cửa xả đáy số 6 để giảm mực nước hồ theo quy trình vận hành đã ban hành. (theo quy trình trong thời kỳ này được tích đến cao trình 102 m ÷ 105 m)

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

273

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 6.8 :Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Hòa

Bình điều tiết theo dạng lũ năm 1971

Hồ Tuyên Quang trong thời kỳ lũ sớm, mực nước hồ trước lũ giả thiết bằng mực nước chết. Khi có lũ dạng năm 1971 xảy ra, hồ sẽ được mở dần các cửa xả. Lưu lượng xả trong thời kỳ đầu trận lũ bằng với lưu lượng đến hồ. Khi lũ đến lớn hơn 2000m3/s và mực nước tại Tuyên Quang lớn hơn 26m thì bắt đầu đóng dần các cửa xả để cắt lũ cho phía hạ lưu. Khi lũ xuống thì các cửa xả được mở hết để đưa mực nước hồ về mực nước an toàn theo quy trình vận hành hồ. theo tính toán với trận lũ năm 1971 xảy ra vào thời kỳ lũ sớm thì mực nước hồ là 112.8 m (theo quy trình trong thời kỳ này được tích đến cao trình 105,2 m ÷ 113 m). mực nước lớn nhất tại Hồ Thác Bà là 60 m.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

274

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 6.9 :Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Tuyên

Quang điều tiết theo dạng lũ năm 1971 2. Trận lũ lịch sử năm 1971 xảy ra trong thời kỳ lũ chính vụ từ 16 tháng 7 đến 25 tháng 8.

Mực nước trước lũ cửa các hồ giả thiết theo Quy định về mực nước: cao trình mực nước trước lũ các hồ trong thời kỳ lũ chính vụ không được vượt quá quy định trong bảng sau.

Bảng 6.4: Cao trình mực nước trước lũ

Hòa Bình

Thác Bà

Tên hồ

Tuyên Quang

90 ÷ 94

105,2

56

Cao trình mực nước (m)

Trong trường hợp này mực nước ban đầu giả thiết của hồ Hòa Bình là 94 m,

Tuyên Quang 105.2 m, Thác Bà 56 m

Hồ Hòa Bình mở 4 cửa xả lũ trước khi lũ đến. Khi lũ xảy ra hồ mở 5 cửa xả lũ để giảm mực nước hồ về 90 m sau đó lại đóng cửa số 5 mở với 4 cửa xả để bắt đầu cắt lũ.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

275

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Khi lũ xuống thì hồ Hòa Bình tiếp tục mở cửa số 6 để đưa mực nước hồ về theo quy định điều hành. Mực nước hồ cao nhất là 105.9 m.

Hình 6.10 :Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Hòa

Bình điều tiết theo dạng lũ năm 1971

Trong trường hợp này nếu hồ Hòa Bình mở nhiều hơn 5 cửa xả thì đều làm mực

nước Hà Nội lên cao trên 13 m.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

276

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 6.11:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ

Tuyên Quang điều tiết theo dạng lũ năm 1971

Mực nước lớn nhất hồ Tuyên Quang là 111.8 m và xả với lưu lượng ổn định là 2500 m3/s. Nếu cần thiết để chống lũ cho công trình thì hồ Tuyên Quang có thể xả với lưu lượng lớn hơn. Tuy nhiên trong trường hợp này mực nước hồ vẫn nhỏ hơn mực nước dâng bình thường (120 m).

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

277

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 6.12:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Thác

Bà điều tiết theo dạng lũ năm 1971

Mực nước hồ Thác Bà trong trường hợp này đã vượt ngưỡng tràn tự do nên nước từ hồ Thác bà đã được xả xuống hạ lưu. Mực nước lớn nhất tại hồ Thác bà là 60.05 m gần bằng mực nước dâng gia cường 61 m.

Mực nước lớn nhất tại Hà Nội trong trường hợp này là 12.68 m giảm 1.37 so với

trường hợp khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình và Tuyên Quang.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

278

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

15

)

m

(

H

14

13

12

11

10

9

8

Mực nước Hà Nội khi có điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà Mực nước HN khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà

7

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69

Thời đoạn

Hình 6.13: Mực nước tại Hà Nội năm 1971 khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và khi có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà

Các phương án tính toán khác cũng đã được xét đến như trường hợp hồ Hòa Bình mở 5 cửa khi lũ đến để cắt lũ cho Hà Nội và mở 6 cửa khi lũ xuống v..v nhưng mực nước cũng không hạ thấp hơn nhiều so với phương án đã trình bày ở trên.

3. Trận lũ lịch sử năm 1971 xảy ra trong thời kỳ lũ muộn từ 26 tháng 8 đến 15 tháng 9.

Theo quy trình vận hành hệ thống hồ Hòa Bình, Tuyên Quang,Thác Bà, giả thiết mực nước ban đầu tại các hồ đã đạt đén mực nước dâng bình thường hồ Hòa Bình=117 m, Tuyên Quang=120 m,Thác Bà =58 m

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

279

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 6.14:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Hòa

Bình điều tiết theo dạng lũ năm 1971

. Khi nhận định tình hình có khả năng xảy ra trận lũ như trận lũ lịch sử năm 1971, các hồ mở các cửa xả đáy, hồ Hòa Bình giả thiết đang mở 6 cửa xả đáy sau đó mở tiếp cửa xả đáy số 7. Khi lũ bắt đầu lên nhanh thì đóng dần các cửa xả cho đến cửa xảy đáy số 3 để cắt lũ cho Hà Nội. Khi lũ xuống thì mở các cửa xả đáy số 4, 5 để thoát lũ đảm bảo an toàn cho hồ chứa. Mực nước hồ Hòa Bình lớn nhất là 116.6 m

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

280

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 6.15:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ

Tuyên Quang điều tiết theo dạng lũ năm 1971

Hồ Tuyên Quang giả thiết đang xả với lưu lượng 2500 m3/s. Khi nhận định tình hình lũ có khả năng xảy ra trận lũ như trận lũ lịch sử năm 1971 thì tăng lưu lượng xả lên 4000 m3/s sau đó giảm dần giữ mực nước hồ ở mưc nước dâng bình thường.Mực nước hồ Tuyên Quang lớn nhất là 120 m. Mực nước hồ Thác Bà lớn nhất là 60.2 m thấp hơn mực nước dâng gia cường 0.8 m.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

281

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 6.16:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Thác

Bà điều tiết theo dạng lũ năm 1971

Quá trình vận hành Hồ Hòa Bình ảnh hưởng lớn nhất đến mực nước tại Hà Nội. Trong trường hợp này hồ Hòa Bình chỉ mở 7 cửa xả đáy. Khi hồ Hòa Bình mở lớn hơn 7 cửa xả đáy làm mực nước Hà Nội cao hơn 13 m.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

282

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

15

)

m

(

H

14

13

12

11

10

9

8

Mực nước Hà Nội khi có điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà Mực nước HN khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà

7

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69

Thời đoạn

Hình 6.17: Mực nước tại Hà Nội năm 1971 khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và khi có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà

Mực nước Hà Nội lớn nhất là 13.09 m giảm 0.96 m so với khi chưa có sự điều

tiết của hệ thống hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà

6.5. Thử nghiệm mô hình vận hành trong mùa lũ 2007

Chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm dùng mô hình HEC-HMS dự báo mực nước cho Hà Nội và điều hành cho hệ thống hồ chứa Hòa Bình – Tuyên Quang – Thác Bà từ 15/07 đến 15/09/2007. Trong năm nay cũng chưa có trận lũ nào lớn vượt báo động cấp 1 tại Hà Nội. Hồ Hòa Bình mở nhiều nhất là 5 cửa xả đáy vào 11h ngày 28/07 khi lưu lượng vào hồ lớn hơn 10.000 m3/s và mực nước hồ > 95 m, sau đó lại đóng vào lúc 9h ngày 02/08. Vào lúc 11h ngày 05/08 Hồ Hòa Bình lại mở cửa xả đáy số 5 cho đến 11 giờ ngày 07/08/2007. Năm 2007 với sự hoạt động của Hồ Tuyên Quang thì công tác dự báo phức tạp hơn so với các năm khác.Diễn biến dòng chảy trên sông Lô vốn đã rất phức tạp cộng với hoạt động của Hồ Tuyên Quang đang trong giai đoạn vận hành thử nghiệm chưa theo quy trình làm công tác dự báo gặp nhiều khó khăn hơn và độ chính

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

283

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

xác cũng thấp hơn. Tuy nhiên sau một thời gian làm công tác dự báo, chúng tôi nhận thấy mô hình HEC-HMS cho kết quả khả quan và đáng tin cậy. Dưới đây là kết quả dự báo và vận hành hệ thống hồ chứa trong năm 2007.

Mực nước tính toán và thực đo tại Sơn Tây năm 2007

14

12

10

8

)

(

m H

Tinh Toan Thuc do

6

4

2

0

1

33 65 97 129 161 193 225 257 289 321 353 385 417 449 481 513 545 577 609

Thứ tự

Hình 6.18: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tại Sơn

Tây từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007

Kết quả dự báo mực năm 2007 tại Sơn Tây từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007 cho thấy: Mực nước tính toán và thực đo phù hợp nhau cả về đỉnh lẫn về dạng dòng chảy, chỉ số Nash Sơn Tây = 0.98. Chỉ tiêu chất lượng S/σ=1.53. Sai số đỉnh là 0.5%. Với kết quả này có thể chấp nhận được trong sai số dự báo (tb hường chỉ số Nash trên 0.7)

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

284

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mực nước tại Hà Nội tính toán và thực đo năm 2007

12

10

8

)

(

6

m H

Tinh Toan Thuc do

4

2

0

1

33 65 97 129 161 193 225 257 289 321 353 385 417 449 481 513 545 577 609

Thứ tự

Hình 6.19: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tạiHà Nội

từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007

Do trạm Hà Nội nằm xa dưới hạ lưu hồ Hòa Bình so với trạm Sơn Tây nên mực nước tại Hà Nội ít bị ảnh hưởng việc xả lũ của hồ Hòa Bình hơn so với trạm Sơn Tây. Chính vì vậy, chúng ta có thể thấy trên đồ thị quá trình mực nước của Hà Nội có ít các đỉnh nhỏ nhấp nhô hơn so với trạm Sơn Tây. Kết quả dự báo mực nước tại Hà Nội cũng chính xác hơn so với trạm Sơn Tây. Trên đồ thị ta thấy mực nước tính toán và dự báo rất phù hợp nhau cả về đỉnh lẫn dạng mực nước. Chỉ số Nash dự báo tại trạm Hà Nội = 0.94.

Bảng 6.5: thống kê sai số dự báo tại trạm Sơn Tây và Hà Nội

EI

RMSE S/b

Trạm

T gian trễ (giờ)

Sai số đỉnh (%)

Sơn Tây

0.98

0.41

0.15

4

0.51

0.46

0.26

16

2.01

Hà Nội 0.93

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

285

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Kết luận

Qua một thời gian làm dự báo và điều hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông

Hồng – sông Thái Bình, chúng tôi nhận thấy mô hình HEC-HMS cho kết quả rất tốt.

Kết quả điều hành thử nghiệm trận lũ lịch sử năm 1971 cho kết quả tốt. Mực nước tại Hà Nội khi có sự tham gia của hệ thống Hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác bà giảm đi đáng kể (phương án lũ sớm giảm 1.78 m, phương án lũ chính vụ giảm 1.37 m, phương án lũ muộn giảm 3.96 m). Tuy nhiên mô hình này chưa giải quyết được bài toán tối ưu hệ thống, chưa tự động xây dựng kịch bản điều hành (ví dụ như khống chế mực nước Hà Nội là 11.5 m, chương trình sẽ cho các phương án điều hành khác nhau ..v..v) mà các phương án vẫn là do con người xây dựng và mô hình chỉ tính toán ra kết quả. Để xây dựng phương án điều hành tối ưu ta phải dùng các chương trình điều hành khác.

Các kết quả dự báo tại các trạm đều cho kết quả cao như tại Sơn Tây năm 2007 Nash=0.89, năm 2006 Nash=0.91, năm 2003 Nash=0.92. Kết quả dự báo lưu lượng vào hồ Hòa Bình cũng khá chính xác Năm 2003 Nash = 0.77, năm 2007 Nash = 0.79. Nhìn chung các kết quả dự báo đều phù hợp nhau cả về đỉnh lẫn về lượng.

Với các kết quả nghiên cứu ban đầu mà chúng tôi đã đạt được, Chúng tôi hy vọng rằng sang các năm tiếp theo, đề tài sẽ tiếp mở rộng nghiên cứu để có thể ứng dụng thực tế tốt hơn nữa.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

286

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

7.1. Kết luận

Đề tài ”Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình” trong khuôn khổ Hiệp định thư đã được ký kết giữa 2 chính phủ Việt Nam và Italia về hợp tác khoa học công nghệ đã được thực hiện trong hai năm 2006, 2007 và đã thu được những kết quả sau đây:

a. Về khoa học công nghệ

1) Đề tài đã xây dựng chương trình quản lý cơ sở dữ liệu cho hệ thống sông Hồng và

Thái Bình bao gồm CSDL bản đồ và CSDL khí tượng thủy văn:

- CSDL bản đồ được xây dựng trên nền GIS có khả năng quản lý, hiển thị và phân tích tất cả các bản đồ ở mọi tỷ lệ khác nhau, cả bản đồ số và bản đồ giấy đã thu thập được trong quá trình thực hiện đề tài

- CSDL khí tượng thủy văn được xây dựng và phát triển từ phần mềm Water Resources Database (WRDB) của Hoa Kỳ có khả năng quản lý, hiển thị, chiết xuất và phân tích tất cả các số liệu KTTV của khu vực nghiên cứu đã thu thập trong quá trình thực hiện đề tài. CSDL này được xây dựng dưới dạng mở, có thể cập nhật và quản lý không chỉ các tài liệu trong khuôn khổ đề tài mà còn mở rộng cho các lĩnh vực khác như môi trường, địa chất thủy, hải văn và có thể mở rộng không gian cho cả nước phục vụ các mục tiêu nghiên cứu khác nhau.

2) Đề tài đã xây dựng công nghệ dự báo mưa trung hạn sử dụng mô hình BOLAM do đối tác Italia chuyển giao cho lưu vực sông Hồng – Thái Bình (bao gồm cả diện tích lưu vực bên Trung Quốc). Những công việc đã thực hiện khi xây dựng công nghệ này bao gồm:

- Nghiên cứu nguyên nhân gây mưa lũ lớn lưu vực sông Hồng – Thái Bình.

- Tổng quan các phương pháp dự báo mưa trung hạn trên thế giới và Việt Nam.

- Tiếp nhận mô hình dự báo mưa trung hạn BOLAM do đối tác Italia cung cấp. Nghiên cứu, cải tiến và chạy thử nghiệm dự báo thời tiết trong đó có dự báo mưa trung hạn cho khu vực nghiên cứu.

Mô hình BOLAM đã được chạy thử nghiệm từ tháng 2 năm 2007 với số liệu đầu vào từ mô hình toàn cầu GFS (độ phân giải 0.5 độ) tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương. Các kết quả đánh giá kỹ năng dự báo mưa của 2 phiên bản BOLAM_FATHER

287

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

và BOLAM_SON đã cho thấy mô hình BOLAM có khả năng mô phỏng tốt các tâm mưa lớn và tại các vùng núi. Tuy nhiên, các dự báo mưa cho vùng đồng bằng dường như kết quả chưa cao.

trong BOLAM_SON

thường

Một đặc điểm nữa có thể nhận thấy trong các kết qủa đánh giá dự báo mưa của mô hình BOLAM, đó là khuynh hướng sai số hệ thống thiên lớn trên toàn bộ miền đánh giá. Nói chung, diện mưa dự báo của 2 phiên bản nghiên cứu với các mô hình khác phù hợp với nhau, tuy nhiên có sự khác biệt trong dự báo định lượng. Sai khác giữa BOLAM với các mô hình khác và sai khác giữa phiên bản BOLAM_SON với lớn hơn BOLAM_FATHER. Lượng mưa BOLAM_FATHER.

Một ưu điểm dễ nhận thấy là BOLAM có thể chạy với trường số liệu đầu vào được lấy từ mô hình toàn cầu GFS của NCEP độ phân giải 0.5 x 0.5 độ được cung cấp bởi các cơ quan khí tượng các nước lân cận, tổ chức khí tượng khu vực, châu Âu và thế giới, tương tự như một số mô hình số khác hiện đang được chạy nghiệp vụ tại trung tâm dự báo KTTVTW. Các cán bộ đã cải tiến (i) Thay đổi cấu trúc thư mục trong mô hình, (ii) Thay đổi các chương trình điều khiển, (iii) Thay đổi lưới sai phân không gian và (iv) Bổ sung chương trình đồ họa GrADS và chuyển đổi định dạng về NetCDF cho phù hợp với điều kiện Việt Nam. Mô hình được chạy thử nghiệm trong khoảng thời gian từ tháng 2 đến tháng 8/2007 và đã chứng tỏ là một trong những mô hình có thể sử dụng tốt ở Việt Nam, nhưng cần có thêm thời gian để chỉnh lý các thông số trên cơ sở so sánh với các mô hình dự báo khác.

3) Đề tài đã xây dựng công nghệ dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng với việc kết nối các công nghệ dự báo lũ ngắn hạn với việc kéo dài thời gian dự kiến thông qua dự báo mưa bằng BOLAM và dự báo lũ trung hạn bằng DIMOSHONG. Những công việc đã thực hiện khi xây dựng công nghệ này bao gồm:

- Nghiên cứu đặc điểm lũ hệ thống sông Hồng và các phương pháp dự báo lũ

hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới

- Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ ngắn hạn cho hệ thống sông Hồng. Công nghệ này cho phép người dùng lựa chọn một trong 3 phương pháp dự báo lũ ngắn hạn khác nhau cho tất cả các trạm thuộc hệ thống sông Hồng bao gồm: phương pháp hồi quy nhiều biến, phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo – ANN và mô hình toán thủy văn HEC-HMS do Hoa Kỳ xây dựng.

- Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn cho hệ thống sông Hồng. Công nghệ này cho phép người dùng lựa chọn 1 trong 2 phương pháp dự báo lũ

288

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

trung hạn cho các trạm thuộc hệ thống sông Hồng bao gồm: phương pháp sử dụng mô hình toán thủy văn do Hoa Kỳ xây dựng, và phương pháp sử dụng mô hình toán thủy văn thông số phân bố DIMOSHONG do đối tác Italia cung cấp. Trong đó đề tài đã thực hiện việc lập trình giao diện, cải tiến việc vào dữ liệu và hiển thị kết quả dự báo từ mô hình (cả dạng bảng và đồ thị).

- Chuyển giao cho Trung tâm Dự báo KTTVTW để cùng song song dự báo thử

nghiệm cho mùa lũ 2007

Kết quả dự báo thử nghiệm cho mùa lũ 2007 bằng mô hình DIMOSHONG đồng pha với các mô hình khác, nhưng sai số về đỉnh còn lớn tới 15 - 25%. Tuy nhiên, do thời gian thử nghiệm còn ngắn, các modul thành phần của mô hình chưa hoàn chỉnh nên cần phải đánh giá thêm một vài mùa lũ nữa với việc xây dựng các phương pháp thống kê để hiệu chỉnh sai số dự báo. Ở nước ngoài để đưa một công nghệ vào dự báo tác nghiệp cần ít nhất là từ 4 đến 5 năm đánh giá.

4) Đề tài đã nghiên cứu xây dựng công nghệ tích hợp giữa dự báo mưa và lũ trung hạn. Đây là một điểm mới trong chương trình dự báo lũ trung hạn ở Việt Nam vì phần lớn các chương trình dự báo lũ trung hạn ở Việt Nam hiện nay đều sử dụng số liệu mưa quan trắc được ở các trạm nằm trong và lân cận lưu vực nghiên cứu hoặc các trị số dự báo mưa cho các trạm này được chiết xuất ra từ các mô hình dự báo thời tiết MM5, HRM, vv.. vì vậy tài liệu mưa đưa vào các mô hình dự báo lũ trung hạn thường chỉ là mưa điểm, sau đó mới nội suy sang dạng ô lưới (mưa diện) để đưa vào mô hình. Nếu việc nội suy trong vùng hẹp, lượng mưa không thay đổi lớn vì địa hình và hướng gió thì tương đối tốt, nhưng ngược lại sẽ cho kết quả kém. Lưu vực nghiên cứu của đề tài có địa hình chủ yếu là đồi núi, lại bao gồm cả phần lãnh thổ Trung Quốc - nơi các thông tin không đầy đủ và cập nhật thì sai số lớn là điều khó tránh khỏi. Để sử dụng có hiệu quả kết quả đầu ra của mô hình dự báo thời tiết BOLAM, nhóm thực hiện đề tài bao gồm cả chuyên gia Italia và các giảng viên Đại học Thủy lợi đã tiến hành kết nối và sử dụng trực tiếp trường mưa diện dạng ô lưới của mô hình BOLAM đưa thẳng vào mô hình DIMOSHONG song song với sử dụng số liệu mưa thực đo.

5) Đề tài đã thử nghiệm kết nối dự báo mưa lũ trung hạn với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – Thái Bình cho một vài kịch bản. Công nghệ kết nối sử dụng mô hình mạng sông HEC-HMS phiên bản mới nhất vì phiên bản này ngoài phần tính toán dòng chảy từ mưa sử dụng cả mưa điểm và mưa diện (grid) thì còn diễn toán dòng chảy trên mạng lưới sông và điều

289

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

tiết hồ chứa. Mô hình do đối tác Italia chuyển giao – DIMOSHONG đến thời điểm này vẫn chưa tích hợp phần điều tiết hồ chứa (Phía đối tác dự định sẽ thực hiện trong năm 2008 nếu đề tài được mở rộng). Kết quả thử nghiệm bước đầu với mô hình HEC-HMS được đánh giá là khả quan, tuy nhiên nếu đưa được thêm mô hình DIMOSHONG vào trong công nghệ kết nối thì sẽ có nhiều lựa chọn hơn và kết quả chắc chắn sẽ tốt hơn.

b. Về mặt hợp tác quốc tế

Đề tài đã tạo điều kiện thuận lợi để phát triển hợp tác quốc tế về khoa học công nghệ cho cơ quan thực hiện đề tài là Trường Đại học Thủy lợi, Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương với các trường Đại học, Viện nghiên cứu ở Italia (Đại học Bách khoa Milan, Đại học Brescia, Viện nghiên cứu khí quyển Boglona). Quá trình hợp tác không chỉ dừng lại ở những lĩnh vực đã và đang được thực hiện trong phạm vi đề tài mà còn ở nhiều lĩnh vực khác như đào tạo cán bộ có trình độ chuyên môn cao cho Trường Đại học Thủy lợi, mời chuyên gia Italia tới Việt Nam giảng dạy tại Đại học thủy lợi, hợp tác thử nghiệm hệ thống quan trắc tự động với một nhà sản xuất thiết bị AIE của Italia..vv.

Đề tài đã cử nhiều đoàn cán bộ sang học tập nghiên cứu ở Italia và ngược lại, Đại học Thủy lợi đã tiếp đón nhiều đoàn chuyên gia của Italia sang làm việc và giảng dạy ở Việt Nam.

Đây là một hướng đi có nhiều khả thi với việc đề xuất các vấn đề chúng ta đang cần, thế mạnh của phía đối tác để có thể triển khai các dự án nghiên cứu thuận lợi. Mặt khác để có thể hợp tác một cách bình đẳng cần có lực lượng cán bộ đủ mạnh, các cơ quan thực thi có đủ năng lực, mở rộng hợp tác giữa các cơ quan khoa học, các nhà khoa học trong nước và cần được bố trí đủ nguồn tài chính thực hiện nhiệm vụ khoa học đã được phê duyệt

c. Về mặt đào tạo

Đề tài đã đóng góp đáng kể đào tạo nguồn nhân lực trình độ cao cho Đại học

Thủy lợi, cụ thể:

- Kết quả nghiên cứu của đề tài được cập nhật vào trong chương trình giảng dạy Cao học và Đại học môn học Dự báo Thủy văn và sắp tới là dự báo khí tượng cho chuyên ngành mới sắp mở tại trường.

- 01 nghiên cứu là giảng viên của Đại học Thủy lợi đang nghiên cứu về lĩnh vực của đề tài ở Đại học Bách khoa Milan và Đại học Brescia. Sắp tới sẽ có 01

290

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

giảng viên của ĐHTL thực hiện nghiên cứu theo hướng mở rộng của đề tài cho việc vận hành tối ưu hệ thống liên hồ chứa.

- 02 đồ án tốt nghiệp đại học, trong đó một đồ án được dự thi giải thưởng đồ án xuất sắc Loa Thành. 3 báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên năm học 2006- 2007, trong đó một đồ án được giải nhì.

- 01 bài báo quốc tế được đăng trong niên giám Hội thảo quốc tế ”AOGS 4th Annual General Meeting, Bangkok, Thailand, 31 July to 4 August 2007”. Đây là hội thảo chuyên về Quản lý tài nguyên nước và Môi trường được tổ chức thường niên cho các chuyên gia quốc tế trình bày những nghiên cứu mới nhất về lĩnh vực trên. Dự kiến sẽ có 3 đến 4 bài báo được đăng trên Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường để công bố kết quả của đề tài.

d. Về phục vụ sản xuất

Hiện nay mô hình dự báo thời tiết trung hạn BOLAM và mô hình thủy văn phân bố DIMOSHONG đã được chuyển giao và dự báo thử nghiệm để đánh giá. Những mô hình này sẽ tiếp tục được thử nghiệm, hiệu chỉnh, so sánh với các mô hình khác để sớm đưa vào dự báo tác nghiệp những năm tới

7.2 Kiến nghị

1) Để tăng thêm tính hiệu quả của đề tài, cần tiếp tục mở rộng, nâng cấp chương trình quản lý CSDL khí tượng thủy văn – môi trường và bản đồ cho toàn quốc để phục vụ tốt hơn những nghiên cứu khác cũng như học tập của sinh viên và học viên cao học, nghiên cứu sinh của trường ĐHTL

2) Để có thể đưa mô hình BOLAM vào dự báo nghiệp vụ và cải thiện chất lượng dự

báo định lượng mưa, chúng tôi có một số đề xuất sau:

- Nghiên cứu “song song hóa” mã nguồn của mô hình BOLAM để có thể chạy

trên các máy tính song song hiệu năng cao.

- Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp thống kê để hiệu chỉnh các kết qủa dự báo mưa từ mô hình BOLAM. So sánh, hiệu chỉnh trên cơ sở các mô hình khác như mạng thần kinh nhân tạo ANN, UMOS, GMOS và dự báo tổ hợp.

- Thử nghiệm chạy mô hình BOLAM với số liệu phân tích và dự báo của một số mô hình toàn cầu khác và với số liệu từ hệ đồng hóa số liệu 3DVAR tại TTDB KTTVTW.

291

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Nghiên cứu cải tiến hoặc thay thế sơ đồ tham số hóa đối lưu trong mô hình

BOLAM, chạy thử nghiệm và đánh giá kết qủa.

3) Về công nghệ dự báo lũ trung hạn, để đưa công nghệ này vào dự báo tác nghiệp,

chúng tôi có một số đề xuất sau:

- Cần tiếp tục hoàn thiện chương trình DIMOSHONG cho khu vực nghiên cứu bằng cách cải thiện thời gian chạy mô hình cho ô lưới bé hơn. Tuy nhiên việc này còn phụ thuộc rất nhiều vào việc thu thập các bản đồ về thảm phủ và địa chất với tỷ lệ lớn hơn. Đồng thời tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện thành phần dòng chảy sát mặt, dòng chảy ngầm vào mô hình.

- Tiếp tục thử nghiệm mô hình HEC-HMS và cải tiến việc đọc dữ liệu mưa, tốt nhất là mưa diện từ đầu ra của BOLAM, chứ không phải là mưa điểm thực đo và mưa điểm dự báo của BOLAM như hiện nay.

- Tích hợp thêm các phương pháp thống kê và mô hình đang dùng vào công nghệ

dự báo lũ.

4) Về công nghệ kết nối dự báo mưa lũ với điều hành hệ thống công trình phòng lũ,

chúng tôi có một số đề xuất sau:

- Tiếp tục hợp tác với Italy nhằm phát triển mô hình DIMOSHONG, đặc biệt là

việc tích hợp modul điều tiết hồ chứa vào mô hình dự báo mưa lũ.

- Thử nghiệm điều hành cho nhiều kịch bản mưa lũ khác nhau nhằm xây dựng cơ sở khoa học cho việc đưa ra quy trình vận hành tối ưu hệ thống công trình đa mục tiêu đem lại hiệu quả kinh tế cao, chứ không chỉ 1 mục tiêu là phòng lũ.

Để làm được điều này, Ban Chủ nhiệm Đề tài kính đề nghị Bộ Khoa học Công nghệ và Bộ Nông nghiệp và PTNT cấp kinh phí cho việc thực hiện đề tài năm 2008. Việc kéo dài này cũng phù hợp với thời gian về hợp định thư đã ký kết giữa 2 chính phủ.

Cuối cùng Ban Chủ nhiệm đề tài xin chân thành cảm ơn Bộ Khoa học Công nghệ và Bộ Nông nghiệp và PTNT, Bộ Ngoại Giao Italia, Đại sứ Quán Italia tại Việt Nam đã hỗ trợ kinh phí cho chúng tôi thực hiện đề tài này. Xin cảm ơn cơ quan phối hợp Trung tâm Dự báo KTTV Trung Ương, và các bạn đồng nghiệp đã nỗ lực tham gia và thực hiện đề tài.

292

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Klibasep K. P. - Grôskốp I. F. - Tính toán thủy văn- bản dịch của Ngô Đình Tuấn

và Lê Thạc Cán - NXBKHKT - 1975.

2. Bộ Thủy lợi - Quy phạm tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế. QP-TL.C-6-77.

Vũ Kỹ thuật-1979.

3. Ngô Đình Tuấn - Một số vấn đề về phương pháp phân tích tính toán thủy văn cho

các sông suối Việt Nam - Luận án PTS. KHKT - 1980.

4. Ngô Đình Tuấn, Lê Thạc Cán và nnk. - Tính toán thủy văn. Nhà xuất bản Nông

nghiệp, Hà Nội, 1985.

5. Ngô Đình Tuấn, Đỗ Cao Đàm - Tính toán thủy văn cho các công trình thuỷ lợi

vừa và nhỏ. Nhà xuất bản Nông Nghiệp, Hà Nội, 1986.

6. Trần Tuất, Trần Thanh Xuân, Nguyễn Đức Nhật - Địa lý sông ngòi Việt Nam.

Nhà xuất bản KHKT, Hà Nội, 1987.

7. Đỗ Đình Khôi - Hoàng Niêm - Dòng chảy lũ sông ngòi Việt Nam - Viện Khí

tượng thủy văn - 1991.

8. Ngô Đình Tuấn, Lê Thạc Cán – Tính toán thủy văn. Nhà xuất bản Nông nghiệp -

1992

9. Lê Đức, 2007: Hệ thống phân tích mưa tại Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy

văn Trung ương, Báo cáo kỹ thuật.

10. Quyết định số 80/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ Ngày 01 tháng 06 năm 2007 Về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm

Tiếng Anh

11. Monin A. S. and Obukhov A., 1955: Basic laws of turbulence mixing in the surface layer of the atmosphere. Trudy Geophy. Inst. AN SSSR, 24, 163-187.

12. Blackadar A. K., 1962: The vertical distribution of wind and turbulent exchange

in a neutral atmosphere. J. Geophys. Res., 67, 3095-3102.

13. Apollov, B. A., G. P. Kalinin, and V. D. Komarov (1964). Hydrological

Forecasting. Jerusalem, Israel, Israel Program for Scientific Translation.

293

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

14. Montgomery, Donglas C. and Linwood A. Johnson (1976). Forecasting and

Time Series Analysis. New York, USA, McGraw Hill Book Company.

15. Louis J. F., 1979: A parametric model of the vertical eddy fluxes in the

atmosphere. Boundary-Layer Meteorol., 17, 18-202.

16. Chao, Lincoln L. (1981). Statistics for Management. Prentice-Hall of Southeast

Asia Pte. Ltd.

17. Bougeault P. and Lacarrere P., 1989: Parameterization of orogra[hy-induced

turbulence in a meso-betascale model. Mon. Wea. Rev., 117, 1872-1890.

18. Kain J. S. and Fristch J. M., 1990: A one-dimensional entraining/detraining plume model and its application in convective parameterization. J. Atmos. Sci., 47, 2784-2802.

19. Holder, R. H. (1990). Multiple Regression in Hydrology. Walling Ford, Institute

of Hydrology.

20. Ritter B. and J. F. Geleyn, 1992: A comprehensive radiation scheme for numerical weather prediction models with potential applications in climate

simulations. Mon. Wea. Rev., 120, 303-325.

21. Leheman R., 1993: On the choice of relaxation coefficients for Davies' tateral boundary scheme for regional weather prediction models. Meteorol. Atmos. Phys., 52, 1-14.

22. Maidment, David R. (1993). Handbook of Hydrology. New York, USA,

McGraw-Hill Book Company.

23. Pressman D. YA., 1994: A numerical model of hydrothermal processes in soil as a part of a mesoscale weather forecast scheme. Meteorology and Hydrology in Russian, No 11, 62-75.

24. Buzzi A., M. Fantini, P. Malguzzi and F. Nerozzi, 1994: Validation of a limited

area model in cases of Mediterranean cyclongenesis: sruface fields

25. Schulz P., 1995: An explicit cloud physics parameterization for operational

numerical weather prediction. Mon. Wea. Rev., 123, 3331-3343.

26. Billet S. and Toro E. F., 1997: On WAF-type schemes for multidimensional

hyperbolic conservation laws. J. Comput Phys., 130, 1-24.

294

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

27. Lionello P., L. Zampato, P. Malguzzi, A. Tomasin, and A. Bergamasco, 1998: On

the correct surface stress for the prediction of the wind wave field and the storm surge in the northern Adriatic Sea. Nuovo Cimento, 21C, 515–531.

28. Gurnell, A. M. and D. R. Montgomery (1998). Hydrological Applications of

GIS. New York, USA, John Willey and Sons.

29. Malguzzi P. and N. Tartaglione, 1999: An economical second order advection scheme for explicit numerical weather prediction. Quart. J. Roy. Met. Soc., 125, 2291-2303.

30. Buzzi A. and L. Foschini, 2000: Mesoscale meteorological features associated with heavy precipitation in the southern Alpine region. Meteorol. Atmos. Phys., 72, 131-146.

31. Bacchi, B., and R. Ranzi Eds., 2000: RAPHAEL – Runoff and Atmospheric Processes for Flood Hazard Forecasting and Control. Final Report. EC, Directorate General XII, Programme Env. and Climate 1994-1998, Bruxelles.

32. Beven, K., 2000. Rainfall-runoff modelling, The Primer, J. Wiley and Sons.

33. Atmosphere Boundary-Layer. Meteorol., 17, 18-2002.

34. Precipitation scores. Meteorol. Atmos. Phys., 53, 137-153.

35. Aziz, F., N. Tripathi, M. Ole and M. Kusanagi (2002). Development of Flood 25. Buyalski, C. P., D. G. Ehler, and D. L. King et (1991). Canal System Automation Manual – a Water Resources Technical Publication. USA, Bureau of Reclamation.

36. Garcia, Sandra G. (2002). A GIS Grass – Embedded Decision Support Framework for Flood Forecasting. Proceeding of the Open source GIS Grass users conference 2002 – Trento, Italy, 11 – 13 September 2002.

37. Nielsen, S. A. and P. Klinkhachorn (2002). Real Time Flood Forecasting in Tawatchai, Tingsanchali (2003). Flood Modelling and Forecasting – Lecture Notes. School of Civil Engineering, Asian Institute of technology.

38. Ranzi, R., M. Bochicchio And B. Bacchi, Effects on floods of recent afforestation and urbanisation in the Mella River (Italian Alps), Hydrol. Earth System Sci., 6(2), 239-265, 2002.

295

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

39. Ranzi, R., B. Bacchi and G. Grossi, Runoff measurements and hydrological

modelling for the estimation of rainfall volumes in an alpine basin, Quart. Journal Royal Meteorol. Soc., Vol. 129 Part B, n. 588, 653-672, 2003.

40. Drofa O., P. Malguzzi, G. Fioravanti, A. Buzzi, 2003: Modeling of the thermal

and water exchange in the vegetated soil and interaction with the atmosphere. Proceeding of the conference of “Associazione Atiliana di Agrometeorologia 2003“, Bologna May 29-30, 2003.

41. Information Technology Services (2003). Using SPSS version 11.5 for Windows.

online:

http://www.utexas.edu/its/sds/products/spsswin.html

Available [downloaded: February 2003].

42. Jolliffe I.T. and Stephenson D.B. (2003), Forecast verification: A practitioner’s

guide in atmospheric science, Wiley and Sons Ltd.

43. Nurmi P. (2003), “Recommendations on the verification of local weather

forecasts”, ECMWF Tech Memo, 430.

44. Bacchi, B. And R. Ranzi, Hydrological and meteorological aspects of floods in

the Alps: an overview, Hydrol. Earth System Sci., 7(6), 784-798, 2003.

45. Kain J. S., 2004: The Kain-Fritsch convective parameterization: an update. J.

App. Meteorol., 43, 170-181.

46. WWRP/WGNE

(2004), Recommendation

for

the

verification

and

intercomparison of QPFs from operational NWP models.

47. Vu Minh Cat, Le Van Nghinh, Ngo Le An, Red River Flood and its forecasting at Hanoi Station, Workshop on Natural environment, sustainable protection and

conservation: Italy – Vietnam cooperation perspectives, 2004

48. Zampieri M., P. Malguzzi and A. Buzzi, 2005: Sensitivity of quantitative precipitation forecasts to boundary layer parameterization: a flash flood case study in the Western Mediterranean. Natural Hazard Earth System Sci., 5, 603-

612.

49. Barontini, S., A. Clerici, R. Ranzi And B. Bacchi, Saturated Hydraulic Conductivity And Water Retention Relationships For Alpine Mountain Soils, in:

De Jong C., D. N. Collins e R. Ranzi (editors), Climate and Hydrology of Mountain Areas, ISBN: 0-470-85814-1, 101-122, J. Wiley & Sons, 2005.

296

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

50. Malguzzi, P., Grossi, G., Buzzi, A., Ranzi, R. and Buizza, R., 2006: The 1966

‘century’ flood in Italy: a meteorological and hydrological revisitation, J. Geophys Res., 111, D24106, doi:10.1029/2006JD007111.

51. The U.S. Army Corps of Engineers, The Hydrologic Modeling System HEC-

HMS– User’s Manual – Version 3.1.1, 2006.

52. The U.S. Army Corps of Engineers, The Hydrologic Modeling System HEC-

HMS– Technical Reference Manual – Version 3.1.1, 2006.

53. Ranzi, R., M. Zappa and B. Bacchi, Hydrological aspects of the Mesoscale Alpine Programme: findings from field experiments and simulations, Quart. Journal Royal Meteorol. Soc., 2007

297

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Bé n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n tr−êng ®¹i häc thñy lîi B¸o c¸o tãm t¾t ®Ò tµi hîp t¸c Nghiªn cøu x©y dùng c«ng nghÖ dù b¸o lò trung h¹n kÕt nèi víi c«ng nghÖ ®iÒu hµnh hÖ thèng c«ng tr×nh phßng chèng lò cho ®ång b»ng s«ng hång - s«ng th¸i b×nh

Chñ nhiÖm ®Ò tµi: pgs, ts. vò minh c¸t

hµ néi - 2007

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ **********

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN **********

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP NHÀ NƯỚC

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

GIAI ĐOẠN 2006 - 2007

BÁO CÁO TÓM TẮT

Cơ quan quản lý: Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn Bộ Khoa học Công Nghệ Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Thuỷ lợi

: PGS.TS Vũ Minh Cát : PGS.TS Vũ Minh Cát, ĐHTL

Chủ nhiệm đề tài Những người thực hiện PGS.TS Lê Văn Nghinh, ĐHTL TS. Nguyễn Lan Châu, TTDBKTTVTW Ths. Đỗ Lệ Thủy, TTDBKTTVTW

Ths. Hoàng Thanh Tùng Ths. Nguyễn Hoàng Sơn Ths. Phạm Xuân Hoà NCS. Ngô Lê An Và những cộng tác viên khác

Hà Nội Tháng 10 - 2007

2

MỤC LỤC

1

1

2

2

2

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1. Mở đầu 1.2. Mục tiêu của đề tài 1.3. Phạm vi của đề tài 1.4. Phương pháp nghiên cứu

2

3

3

1.4.1. Dự báo mưa trung hạn 1.4.2. Dự báo lũ trung hạn 1.4.3. Tích hợp dự báo mưa lũ trung hạn trong điều hành hệ thống hồ chứa

3

1.5 Đóng góp của mỗi bên trong đề tài hợp tác nghiên cứu

3

4

1.5.1. Phía đối tác Ytalia 1.5.1. Phía đối tác Việt Nam

7

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH THU THẬP, PHÂN TÍCH VÀ QUẢN LÝ CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN

7

8

9

12

12

2.1. Tổng quan về lưu vực sông Hồng 2.2. Thu thập và phân tích tài liệu cơ bản 2.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO MƯA TRUNG HẠN 3.1. Dự báo mưa ở Việt Nam

12

3.1.1. Đặc điểm sự hình thành mưa lũ và tổ hợp các kiểu hình thời tiết gây

mưa lớn lưu vực sông Hồng

12

3.1.2. Đánh giá hiện trạng các phương pháp dự báo mưa ở Việt nam

13

13

14

3.2. Thử nghiệm mô hình BOLAM của Italy 3.2.1. Giới thiệu mô hình BOLAM 3.2.2. Nghiên cứu ứng dụng mô hình BOLAM cho Việt Nam

16

3.2.3. Dự báo thử nghiệm bằng mô hình BOLAM mùa lũ 2007

18

18

CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO LŨ TRUNG HẠN 4.1. Ứng dụng mô hình DIMOSHONG cho lưu vực sông Hồng

18

19

21

4.1.1. Giới thiệu mô hình DIMOSHONG 4.1.2. Xây dựng mô hình DIMOSHONG cho lưu vực hệ thống sông Hồng 4.1.3. Kết quả mô phỏng bằng DIMOSHONG cho các trận lũ lớn cho hệ

3

thống sông Hồng.

22

25

4.2. Giới thiệu công nghệ dự báo lũ 4.3. Thử nghiệm và đánh giá công nghệ dự báo lũ trung hạn cho mùa lũ 2007

25

4.3.1 Dự báo thử nghiệm sử dụng mô hình DIMOSHONG

26

4.3.2. Dự báo thử nghiệm sử dụng mô hình HEC-HMS

29

29

CHƯƠNG V: KẾT NỐI DỰ BÁO MƯA VỚI DỰ BÁO LŨ ĐẾN HỒ CHỨA 5.1. Xây dựng phần mềm kết nối giữa dự báo mưa với dự báo lũ

30

5.1.1. Lập trình đọc và ghi kết quả dự báo từ BOLAM ra file PPF - đầu vào

cho mô hình DIMOSHONG

30

5.1.2. Lập trình giao diện xử lý số liệu đầu vào và hiển thị kết quả

39

36

36

5.2. Kiểm nghiệm phần mềm từ các số liệu trên lưu vực CHƯƠNG VI: KẾT NỐI MÔ HÌNH DỰ BÁO MƯA LŨ TRONG ĐIỀU HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA PHÒNG CHỐNG LŨ 6.1. Xây dựng mô hình kết nối dự báo mưa lũ với điều hành hệ thống hồ chứa

phòng lũ

37

6.2. Lựa chọn hệ thống kịch bản về mưa và dòng chảy lũ phục vụ điều hành thử

37

38

nghiệm theo mô hình dự báo lũ trung hạn 6.2.1. Những căn cứ để thiết lập hệ thống kịch bản 6.2.2. Lựa chọn kịch bản mưa lũ

38

6.3. Phương án vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian dự kiến của dự

39

39

41

42

báo hạn trung (từ 3 đến 5 ngày) 6.3.1. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ sớm 6.3.2. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ chính vụ 6.3.3. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ muộn 6.3.4. Vận hành đảm bảo an toàn công trình

43

43

6.4. Kết quả vận hành thử nghiệm hệ thống hồ chứa theo các kịch bản đề ra 6.5. Kiểm định mô hình điều hành theo thực tế trong mùa lũ 2007

46

46

49

CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1. Kết luận 7.2. Kiến nghị

51

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Tài liệu đã thu thập và chuơng trình quản lý CSDL Phụ lục 2: Công nghệ dự báo mưa trung hạn hệ thống sông Hồng – Thái Bình

ii

Phụ lục 3: Công nghệ dự báo lũ hệ thống sông Hồng

iii

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CHƯƠNG I. MỞ ĐẦU

1.1. Mở đầu

Dự báo khí tượng thủy văn đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc điều hành hệ thống các hồ chứa thượng nguồn phục vụ phát điện, cấp nước và chống lũ cho hạ du. Lũ trên hệ thống sông Hồng tập trung nhanh, thời gian lũ ở phần thượng lưu các sông cũng chỉ kéo dài từ 3 đến 5 ngày, trong khi các phương pháp dự báo lũ hiện nay chỉ mới đạt thời gian dự kiến 24 đến 36 giờ, do đó các quy trình vận hành hệ thống công trình phòng lũ hạ du cũng chỉ được xây dựng với thời gian dự kiến 24 đến 36 giờ. Để công tác điều hành các công trình phòng lũ cho hạ du có hiệu quả, các nhà khoa học đã nghĩ tới việc kéo dài thời gian dự kiến thông qua việc dự báo mưa. Điều đó có nghĩa là nếu như chúng ta dự báo được lượng mưa trước một khoảng thời gian (chẳng hạn 24 đến 36 giờ) thì cũng có nghĩa là đã kéo dài được thời gian dự báo lũ lên gấp đôi.

Xuất phát từ nhu cầu cần thiết phải nâng cao chất lượng dự báo và kéo dài thời gian dự báo mưa lũ trên hệ thống sông Hồng phục vụ điều hành hệ thống liên hồ chứa phòng lũ cho hạ du thì việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ mới trên thế giới về dự báo mưa lũ trung hạn là rất cần thiết. Chính vì vậy trường Đại học Thủy lợi đã được Bộ Khoa học Công nghệ và Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn giao nhiệm vụ thực hiện đề tài ”Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình” trong khuôn khổ nghị định thư giữa 2 chính phủ Việt Nam và Italy về hợp tác khoa học công nghệ 2006 -2008.

1

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Tham gia vào thực hiện nghiên cứu này phía đối tác Italia gồm các chuyên gia của Đại học Brescia, Đại học Bách khoa Milano – nơi xây dựng và phát triển mô hình thủy văn DIMOSOP và các chuyên gia của Viện Nghiên cứu Khoa học Khí Quyển và Khí hậu Bologna (Institute of Atmospheric Sciences and Climate in Bologna (ISAC- CNR) – nơi xây dựng và phát triển mô hình dự báo thời tiết BOLAM. Phía Việt Nam, tham gia vào đề tài này ngoài các chuyên gia, giảng viên của trường Đại học Thủy lợi còn là những chuyên gia đầu ngành về dự báo thuộc Trung tâm Dự báo KTTVTW, nơi tiếp nhận kết quả của đề tài đưa vào thử nghiệm, hiệu chỉnh và dự báo tác nghiệp trong tương lai.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1.2. Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu của đề tài là: “hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo mưa lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – Thái Bình”.

Các nội dung chính của đề tài là:

1. Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo mưa trung hạn

2. Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn

3. Nghiên cứu xây dựng công nghệ tích hợp giữa dự báo mưa và lũ trung hạn

4. Kết nối dự báo mưa lũ trung hạn với công nghệ điều hành hệ thống công trình

phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – Thái Bình.

1.3. Phạm vi của đề tài

Khu vực nghiên cứu của đề tài là lưu vực sông Hồng – sông Thái Bình, chủ yếu cho phần lãnh thổ lưu vực phía Việt Nam. Công nghệ dự báo mưa trung hạn sẽ được xây dựng cho toàn bộ lưu vực sông Hồng và sông Thái Bình, trong khi công nghệ dự báo lũ sẽ được thực hiện cho mọi vị trí của lưu vực sông Hồng – sông Thái Bình, nhưng kết quả đưa ra là các vị trí thuộc thượng nguồn của các hồ chứa hiện tại bao gồm Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà. Phần kết nối dự báo mưa lũ trung hạn với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái bình chỉ là kết nối và thử nghiệm một số kịch bản đề ra nhằm hỗ trợ cho việc điều hành các hồ chứ không phải đi xây dựng quy trình vận hành cho các hồ chứa trên lưu vực nghiên cứu.

1.4. Phương pháp nghiên cứu

Ngoài các phương pháp nghiên cứu như điều tra, thu thập số liệu, thông tin, phương pháp phân tích, tổng hợp số liệu, thông tin thì việc thử nghiệm các mô hình toán dự báo mưa lũ, kết nối từ dự báo mưa sang dự báo lũ và thử nghiệm điều hành các hồ chứa phòng lũ là phương pháp chính của đề tài.

2

1.4.1. Dự báo mưa trung hạn

Trong khuôn khổ dự án hợp tác theo nghị định thư, phía đối tác Italy chuyển giao mô hình BOLAM - một trong những mô hình số trị đang được sử dụng ở các nước châu Âu vào nghiên cứu và ứng dụng dự báo mưa trung hạn cho lưu vực sông Hồng và sông Thái Bình. Mô hình này được chính TS. Buzzi – tác giả phát triển cùng tham gia nghiên cứu, mô phỏng và chuyển giao cho Trường Đại học Thủy lợi. Phía Việt Nam, Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Trung tâm Dự báo KTTVTW sẽ tiếp nhận để áp dụng dự báo tác nghiệp cho khu vực nghiên cứu sau khi đã chỉnh sửa cho phù hợp với điều kiện Việt Nam.

1.4.2. Dự báo lũ

Mô hình DIMOSOP – mô hình toán thủy văn thông số phân bố được chính GS. TS. Ranzi – tác giả của mô hình nghiên cứu, cập nhật và chuyển giao cho Trường ĐH Thủy lợi. Vì đã cập nhật các thông số mang tính địa phương, mô hình mang tên DIMOSHONG. Điểm nổi bật của mô hình DIMOSOP so với các mô hình thủy văn thông số tập trung khác là khả năng sử dụng thông tin toàn cầu bao gồm bản đồ đất, hiện trạng sử dụng đất, ảnh vệ tinh để mô phỏng lưu vực, đặc biệt hữu ích cho các lưu vực liên quốc gia như lưu vực hệ thống sông Hồng và Thái Bình, khi mà thông tin về lưu vực ở phần Trung Quốc không thu thập được hoặc thu thập được nhưng rất sơ lược.

Song song với nghiên cứu ứng dụng DIMOSOP cho dự báo trung hạn, đề tài còn sử dụng mô hình HEC-HMS do Hoa Kỳ xây dựng để so sánh và đánh giá, đồng thời sử dụng các phương pháp phân tích thống kê, mạng Trí tuệ nhân tạo để xây dựng các phương án dự báo ngắn hạn cho hệ thống sông nghiên cứu để từ đó phát triển thành một công nghệ dự báo lũ (cả ngắn hạn và trung hạn) phục vụ điều hành hệ thống hồ chứa chống lũ cho hạ du.

1.4.3. Tích hợp dự báo mưa lũ trung hạn trong điều hành hệ thống hồ chứa phòng lũ

Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành lập trình để đưa ra công nghệ kết nối dự báo mưa và dự báo lũ trung hạn phục vụ dự báo tác nghiệp (công nghệ kết nối BOLAM – DIMOSHONG), đây là một cách tiếp cận mới để sử dụng tối đa các thông tin dự báo từ mô hình thời tiết BOLAM (sử dụng ngay mưa diện dạng lưới, chứ không làm theo phương pháp truyền thống là dùng mưa điểm rồi nội suy thành dạng lưới, sẽ gây sai số nhiều).

Đồng thời đề tài cũng tiến hành thử vận hành một vài phương án phòng lũ, chứ không đi sâu vào vấn đề tìm ra tập hợp các phương án vận hành tối ưu hệ thống liên hồ chứa đáp ứng đa mục tiêu vì vấn đề kinh phí và thời gian thực hiện ngắn như đã nêu ở phần phạm vi của đề tài.

1.5 Đóng góp của mỗi bên trong đề tài hợp tác nghiên cứu

3

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

1.5.1 Phía đối tác Italy

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Từ tháng 3/2006, các đối tác Italy đã cho phép các cán bộ Việt nam tiếp cận các

mô hình dự kiến chuyển giao là BOLAM và DIMOSOP.

4 cán bộ của trường đại học Thủy lợi và trung tâm dự báo quốc gia đã được cử sang Italy học tập, nghiên cứu mô hình với sự giúp đỡ trực tiếp của tiến sĩ Buzzi và giáo sư Ranzi - chủ nhiệm của đề tài hợp tác phía Italy, tác giả phát triển các mô hình trên. Cũng trong khuôn khổ của đề tài, 1 cán bộ của đại học Thủy lợi hiện là nghiên cứu sinh của GS Ranzi được nghiên cứu mô hình trong thời gian khá dài, đã giúp các cán bộ phía Việt nam rất nhiều trong việc tìm hiểu, rút ngắn thời gian tiếp cận và kiểm soát các mô hình nghiên cứu.

Phía Italy đã làm việc và cho phép chúng ta kết nối với nguồn dữ liệu toàn cầu,

khu vực là đầu vào của mô hình dự báo mưa BOLAM.

Giáo sư Ranzi và các chuyên gia Italy cùng với các cán bộ của trường đại học Thủy lợi cài đặt, hiệu chỉnh và chạy thử mô hình gốc; thực địa một số điểm trên lưu vực để hiệu chỉnh các thông số của mô hình và đổi tên mô hình DIMOSOP thành DIMOSHONG với các thông số gần với điều kiện của lưu vực sông Hồng.

Đào tạo các chuyên gia, các nghiên cứu sinh trong lĩnh vực khí tượng thủy văn và mở rộng ra các hướng khác như kết nối các mô hình thành một khối cùng với xây dựng các trạm quan trắc tự động để dự báo thời gian thực, một hướng tiếp cận hiện đại mà chúng ta mong đợi trong những năm tới.

Với những đóng góp có hiệu quả của chuyên gia, chỉ trong một thời gian ngắn, các cán bộ phía Việt nam thuộc trường đại học Thủy lợi và Trung tâm dự báo KTTV trung ương đã tiếp nhận, cài đặt, chạy thông 2 mô hình.

1.5.2 Phía đối tác Việt Nam

a) Đối với mô hình BOLAM

Mô hình dự báo thời tiết do trung tâm dự báo KTTV trung ương tiếp nhận chuyển giao, cài đặt và sử dụng. Để tạo ra những phù hợp cho chạy nghiệp vụ với điều kiện tại Việt Nam, chúng ta đã nghiên cứu cải tiến như sau:

- Thay đổi cấu trúc thư mục mô hình về cấu trúc thư mục chuẩn của một mô hình dự báo thời tiết số trên hệ điều hành Linux và sắp xếp lại các chương trình mã nguồn theo cấu trúc thư mục này.

- Thay đổi bộ biên dịch cho toàn bộ mã nguồn mô hình BoLAM với việc sử dụng bộ

4

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

biên dịch ifort thay cho pgf90 để tăng tốc độ tính toán và tối ưu hóa.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Viết mới chương trình (script) điều khiển mô hình BoLAM từ cài đặt, vào số liệu,

chạy mô hình và tạo sản phẩm bằng ngôn ngữ lập trình bash-shell.

- Phát triển bộ chương trình hậu xử lý cho mô hình BoLAM phục vụ bài toán hiển

thị kết quả và đánh giá kết quả.

- Thay đổi lưới sai phân ngang của mô hình BoLAM (sử dụng lưới kinh vĩ có độ

phân giải như nhau thay vì sử dụng lưới sai phân quay).

Với những thay đổi trên, đã cải thiện được thời gian chạy mô hình, xuất nhập kết quả theo các trường trực tiếp phục vụ các dự báo khác. Trong năm 2006, các cán bộ của trung tâm dự báo KTTV trung ương đã cài đặt và chạy thông chương trình. Từ tháng 1/2007 đến tháng 8/2007 đã chạy thử nghiệm dự báo thời tiết cho khu vực Việt Nam song song với các mô hình khác, nhằm so sánh kết quả, đánh giá sai số và tiếp tục cải tiến mô hình

b) Đối với mô hình DIMOSHONG

Trường đại học Thủy lợi tiếp nhận, cải tiến cho phù hợp và ghép nối với các mô hình dự báo khác phục vụ điều hành phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng. Những cải tiến, nâng cấp do cán bộ của Trường thực hiện bao gồm:

-

Sử dụng phần mềm ArcGIS 9.0 để chuyển đổi giữa hệ qui chiếu tài liệu hiện có và hệ qui chiếu mà mô hình sử dụng.

-

Sử dụng phần mềm ArcGIS 9.0 để ghép các mảnh DEM có các tỉ lệ khác nhau rồi cắt về khu vực nghiên cứu.

- Ứng dụng kỹ thuật Fussion trong GIS để chỉnh sửa các lỗi khi xây dựng mạng sông suối từ DEM ở những vùng mà độ cao là không rõ ràng hoặc chuyển tiếp rất nhanh trong khu vực hẹp mà độ phân giải của DEM không thể hiện được.

-

Xử lý format mô hình DIMOSHONG với tất cả các file DEM phải ở định dạng format của IDRISI – là phần mềm GIS chuyên dụng được sử dụng ở Châu Âu.

-

Lập trình kết nối đưa các kết quả dự báo mưa từ mô hình BOLAM sang mô hình DIMOSHONG trực tiếp từ files mà không phải nhập dữ liệu thủ công.

- Mô hình gốc chưa đưa thêm modul tính dòng chảy sát mặt cũng như dòng chảy ngầm, do vậy chưa phản ánh đúng quá trình hình thành dòng chảy trên bề mặt lưu vực, chúng tôi cùng chuyên gia đã đưa thêm modul này vào và hiệu chỉnh cho phù hợp với điều kiện Việt Nam

5

Lập trình giao diện xử lý số liệu đầu vào và hiển thị kết quả

- Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

-

Kết nối mô hình dự báo mưa lũ trong điều hành hệ thống hồ chứa phòng lũ.

Với các thay đổi như trên và việc áp dụng trực tiếp cho sông Hồng, các chuyên

gia đề nghị đổi tên cho phiên bản mới là DIMOSHONG.

Mô hình mới chỉ chạy thử nghiệm cho mùa lũ từ tháng 5 đến tháng 8 năm 2007

trên lưu vực sông Hồng. Kết quả chưa tốt như mong muốn.

Có thể nhận thấy rằng mục tiêu của đề tài là tiếp nhận, chuyển giao các tiến bộ KHCN thông qua việc hợp tác giữa các nhà khoa học của 2 phía. Thành công của đề tài là ở chỗ:

-

Các cán bộ khoa học của 2 phía đã hợp tác trên tinh thần giúp đỡ cho phía Việt Nam tiếp nhận, cập nhật những tiến bộ về khoa học công nghệ.

-

Các mô hình khá phức tạp nhưng đã cài đặt, chạy thông trên các hệ máy tính hiện có của Việt Nam

-

Đã chạy thử nghiệm cho một mùa lũ song song với các mô hình khác được sử dụng dự báo tác nghiệp từ nhiều năm nay. Các kết quả của 2 mô hình mới chưa thực sự tốt, sai số còn lớn và còn cần tiếp tục thử nghiệm ít nhất cho một vài năm tới, hiệu chỉnh cho phù hợp trước khi đưa vào dự báo tác nghiệp.

-

Ngoài việc sử dụng mô hình, thông qua đề tài này đã có 3 nghiên cứu sinh hoặc trực tiếp hoặc thực hiện 1 phần cùng với chuyên gia và cán bộ Việt Nam thử nghiệm có kết quả các mô hình dự báo.

Thông qua đề tài, chúng tôi đánh giá cao sự giúp đỡ, tinh thần trách nhiệm của các chuyên gia, đặc biệt là GS. Roberto Ranzi (ĐH Brescia), Tiến sĩ Bizzi (Viện Nghiên cứu Khoa học Khí Quyển và Khí hậu Bologna (Institute of Atmospheric Sciences and Climate in Bologna (ISAC-CNR) và các chuyên gia của 2 cơ quan phối hợp phía Italy.

Về phía Việt Nam, sự phối hợp tốt giữa Trường đại học Thủy lợi và Trung tâm

6

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

dự báo KTTV trung ương là cơ sở cho sự thành công của đề tài.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG HỒNG –THÁI BÌNH; THU THẬP, PHÂN TÍCH VÀ QUẢN LÝ CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN

2.1. Tổng quan chung về lưu vực sông Hồng – Thái Bình

Lưu vực sông Hồng-Thái Bình trải dài từ vĩ độ 20o00 tới 25o30’ và từ kinh độ 100o00’ đến 107o10’ Đông. Lưu vực tiếp giáp với lưu vực sông Trường Giang và Châu Giang của Trung Quốc ở phía Bắc, lưu vực sông Mê Kông ở phía Tây, lưu vực sông Mã ở phía Nam và vịnh Bắc Bộ ở phía Đông.

Tổng diện tích lưu vực khoảng 169 nghìn km2, trong đó phần diện tích thuộc Việt Nam là 86,7 nghìn km2, chiếm 51% và phần ngoài nước khoảng 82,3 nghìn km2, bằng 49% tổng diện tích lưu vực.

Hình 2.1: Vị trí địa lý lưu vực sông Hồng – Thái Bình lãnh thổ Việt Nam

Lưu vực sông Hồng - Thái Bình bao gồm 26 tỉnh, thành phố thuộc vùng đồng bằng sông Hồng, Tây Bắc và Đông Bắc có tổng diện tích tự nhiên khoảng 115,75 nghìn km2.

Lưu vực sông có vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, bao gồm 8 tỉnh, thành phố: Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh, Hải Dương, Hưng Yên và năm 2004 bổ sung thêm 3 tỉnh mới là: Hà Tây, Vĩnh Phúc và Bắc Ninh. Đây là vùng kinh tế có tầm quan trọng đặc biệt trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh phía Bắc nói riêng và cả nước nói chung.

7

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Lưu vực sông Hồng-Thái Bình với các hoạt động kinh tế như sản xuất nông nghiệp, đánh bắt thủy - hải sản, công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp, du lịch và dịch

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

vụ và năng lượng, chủ yếu là thủy điện và các dạng năng lượng khác, giao thông vận tải và viễn thông. Với thế mạnh đó, lưu vực sông Hồng-Thái Bình, mà trọng tâm là tam giác kinh tế Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh và Vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ nổi lên như là một lưu vực có tiềm năng kinh tế quan trọng vào bậc nhất nước ta hiện nay.

2.2. Thu thập và phân tích tài liệu cơ bản

Các tài liệu cơ bản mà đã thu thập, phân tích và xử lý để đưa vào cơ sở dữ liệu

quản lý bao gồm:

a. Số liệu khí tượng

- Số liệu các trạm trên lưu vực hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình bao gồm mưa, bốc hơi, nhiệt độ, gió từ năm 1960- 2004. Đề tài đặc biệt khai thác triệt để số liệu mưa ngày, mưa giờ đã có tại các trạm

- Số liệu mưa ngày và mưa 6h của 1 số trạm thuộc lưu vực hệ thống sông Hồng

thuộc lãnh thổ Trung quốc

b. Số liệu thuỷ văn

- Số liệu thủy văn của 50 trạm thủy văn, trong đó có khoảng 40 trạm đo lưu lượng và

10 trạm đo mực nước thời kỳ 1960 – 2004.

- Tài liệu quan trắc thuỷ văn và hiện trạng điều hành các hồ chứa Hoà bình, Thác bà

(mực nước hồ, lưu lượng xả, tình trạng công trình....).

- Mực nước, lưu lượng ngày, giờ tại Hoà bình và Thác bà từ 1989 đến 2004

- Tài liệu vận hành hồ Hoà bình, Thác bà từ 1989 đến 2004

- Tài liệu đóng mở các cửa xả lũ và các cửa lấy nước vào nhà máy thuỷ điện

- Tài liệu công suất và điện năng phát điện

- Số liệu thủy triều 1960 - 2004

c. Tài liệu địa hình các hồ chứa bao gồm tài liệu mặt cắt ngang, dọc các hồ chứa Thác Bà, Hòa Bình, Tuyên Quang, Sơn La, Lai châu

- Các đường quan hệ Z~V, Z~F các hồ Hoà bình, Thác bà, Sơn la, Lai châu, Tuyên

quang thời kỳ thiết kế và hiện tại.

8

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- Tài liệu mặt cắt ngang, dọc các hồ chứa lớn Tuyên Quang, Sơn La, Lai châu...

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Tài liệu mặt cắt sông thượng lưu các hồ Sơn la, Lai châu do Công ty Tư vấn điện I

thực hiện từ năm 2001 -2002

d. Mô hình số độ cao – DEM và bản đồ số địa hình, thảm phủ thực vật, đất...

- Bản đồ DEM độ phân giải 90m, 1km khu vực nghiên cứu (cả phần lãnh thổ Trung

Quốc) được tải về từ Website USSG của Hoa Kỳ.

- Bản đồ số của lưu vực sông Hồng (phần Việt Nam) tỷ lệ 1:25.000 gồm các lớp địa

hình, thảm phủ thực vật, hành chính.

- Bản đồ giấy tỷ lệ 1:50.000 của lưu vực sông Hồng, thái Bình (khoảng 300 mảnh)

và bản đồ giấy của lưu vực phía Trung Quốc, tỷ lệ 1: 250.000.

e. Tài liệu địa hình hệ thống sông Hồng

- Tài liệu mặt cắt ngang, mặt cắt dọc của các sông của đồng bằng sông Hồng- Thái Bình khảo sát trong Chương trình “Phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng-Thái bình” thực hiện năm 1999-2000

- Các tài liệu đo bổ sung lòng sông Hồng do Viện Quy hoạch thuỷ lợi Bộ

NN&PTNT, Công ty Tư vấn điện I thực hiện từ năm 2000 đến nay

f. Tài liệu địa hình các khu phân chậm lũ

- Tài liệu địa hình do Viện quy hoạch thuỷ lợi Bộ NN&PTNT đo năm 2000-2002

- Tài liệu điều tra lũ sông Đáy (Chương trình Phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng-

Thái bình thực hiện năm 1999).

2.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu

Đề tài xây dựng chương trình quản lý cơ sở dữ liệu gồm Cơ sở dữ liệu bản đồ và Cơ sở dữ liệu KTTV. Trong đó Cơ sở dữ liệu bản đồ được xây dựng trên nền GIS sử dụng phần mềm ArcGIS 9.0. Cơ sở dữ liệu KTTV sử dụng phần mềm WRDB (Water Resources Data Base) do Hoa Kỳ xây dựng. Chương trình sử dụng ngôn ngữ chính là tiếng Anh, tuy nhiên phần quản lý giao diện chung có thể hiển thị bằng cả tiếng Việt và tiếng Ý để phục vụ nghiên cứu của Đề tài.

Cơ sở dữ liệu được xây dựng này tuân theo những tiêu chí sau:

- Có hệ thống và cơ chế phân cấp người dùng, để đảm bảo tính chính xác và bảo mật

của số liệu.

- Có cơ chế kiểm tra, phát hiện những lỗi do đánh máy sai, vào nhầm số liệu của

9

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

trạm khác

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Có phần đánh giá chất lượng của số liệu

- Có khả năng cập nhật số liệu từ nhiều định dạng, nhiều biểu mẫu khác nhau, cập

nhật tự động từ các data logger của các trạm tự động.

- Có khả năng thực hiện các phép tính phân tích thống kê thông dụng

Giao diện chương trình quản lý cơ sở dữ liệu được đưa ra trong hình 2.2:

10

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 2.2: Giao diện trang đầu của Chương trình quản lý cơ sở dữ liệu

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2.3: CSDL quản lý các bản đồ DEM có độ phân giải khác nhau & bản đồ quét tỷ lệ 1:50.000 của cả nước

2.3.2. Cơ sở số liệu KTTV

11

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 2.4: Giao diện CSDL KTTV Hệ thống sông Hồng Thái Bình được phát triển từ phần mềm Water Resources Database.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO MƯA TRUNG HẠN

Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo mưa trung hạn là một trong những mục

tiêu chính của đề tài. Nội dung thực hiện của nhiệm vụ này bao gồm:

1. Đánh giá hiện trạng dự báo mưa ở Việt Nam

2. Nghiên cứu ứng dụng và cải tiến mô hình dự báo mưa BOLAM cho lưu vực sông

Hồng – Thái Bình

3. Dự báo thử nghiệm đánh giá mô hình trong năm 2007.

3.1. Dự báo mưa ở Việt Nam

3.1.1. Đặc điểm sự hình thành mưa và tổ hợp các kiểu hình thời tiết gây mưa lớn lưu vực sông Hồng

Qua nghiên cứu, có thể thấy mưa lũ lớn trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình có

đặc điểm sau:

- Mưa lũ lớn trên lưu vực sông Hồng thường do hoạt động liên tiếp hoặc tổ hợp của một số hình thế thời tiết hoạt động kế tiếp nhau gây nên. Hoạt động đơn độc của một hình thế thời tiết (trừ bão) chưa thấy có khả năng gây lũ lớn trên hệ thống sông trong gần 4 thập kỉ qua.

- Hình thế thời tiết thường gặp nhất gây lũ lớn là hoạt động của khối không khí lạnh (KKL), dải hội tụ nhiệt đới và áp cao tây Thái Bình Dương (ACTBD) lấn sâu vào lục địa châu Á tác động với hình thế thời tiết khác như rãnh thấp nóng phía tây (RTN), hoàn lưu bão; Xoáy thấp lạnh trên cao bao trùm Bắc Bộ lại kết hợp với các hình thế khác; Rãnh thấp kết hợp với KKL từ phía bắc tràn xuống hay bão, bão kết hợp với các hình thế khác.

- Trong các loại tổ hợp gây mưa lũ lớn và đặc biệt lớn đáng chú ý nhất tới tổ hợp hoạt động hoặc hoạt động kế tiếp nhau của bão, RTN kết hợp KKL hoặc ACTBD và dải hội tụ nhiệt đới.

7 trận lũ đặc biệt lớn trên sông Hồng vào các năm 1968, 1969, 1970, 1971, 1983, 1986, 1996 (mực nước đỉnh lũ tại Hà Nội trên 12,0 mét) đều xảy ra khi có tác động gây mưa lớn đều khắp, kéo dài 8-10 ngày với lượng mưa phổ biến 100-300 mm, có nơi tới 500 - 700mm và tâm mưa khoảng 700 - 800mm do tổ hợp của 2 hoặc trên 2 loại hình thế thời tiết cùng hoạt động hoặc hoạt động liên tiếp.

3.1.2. Đánh giá hiện trạng các phương pháp dự báo mưa ở Việt nam

12

Ở Việt Nam, từ nhiều năm nay, chủ yếu sử dụng phương pháp synop để dự báo

thời tiết và các yếu tố khí tượng. Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bộ môn dự báo số trị ra đời từ những năm 70, nhưng cũng chỉ từ năm 1997 trở lại đây mới có những mô hình dự báo tác nghiệp hiệu quả do sự hợp tác từ các Cơ quan khí tượng Nhật bản (JMA), CHLB Đức (DWD) và sự phối hợp của các nước trong khu vực. Điển hình là bộ mô hình dự báo số trị phân giải cao GME-HRM (Global Model for Europe-High-resolution Regional Model) do Tổng cục thời tiết, CHLB Đức (DWD) cung cấp bao gồm mô hình HRM (dự báo cho khu vực) lồng ghép trong mô hình toàn cầu GME. Mô hình có độ phân giải 0.5°× 0.5° (khoảng 60 km), số mực theo chiều thẳng đứng là 31, sử dụng lưới tam giác điều hoà (icosahedral-hexagonal). Hệ thống nghiệp vụ GME-HRM đã được đưa vào chạy thử nghiệm từ tháng 5 năm 2002; thực hiện dự báo thời hạn 72 giờ. Số liệu đầu vào cho mô hình HRM là các trường phân tích và dự báo của mô hình GME được nhận hàng ngày qua mạng Internet.

Các sản phẩm từ mô hình này rất đa dạng: khí áp, gió, mưa, nhiệt độ, mây, vv…được đưa ra dưới dạng các bản đồ hoặc dạng số làm đầu vào cho một số mô hình khác như: mô hình sóng, mô hình nước dâng do bão, tính toán ô nhiễm dầu loang, các mô hình thuỷ văn, mô hình dự báo quỹ đạo và cường độ bão.

Các thông tin thu nhận từ 5 trạm với 7 radar thời tiết và các ảnh vệ tinh GMS, ảnh mây có độ phân giải cao là các sản phẩm quan trọng để dự báo bão, ATNĐ, mưa, dông, tố, lốc.

3.2. Thử nghiệm mô hình BOLAM của Italy

3.2.1. Giới thiệu mô hình BOLAM

13

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Mô hình BoLAM (Bologna Limited Area Model) được phát triển từ đầu những năm 1990 tại Viện khoa học khí quyển và khí hậu (ISAC) thuộc Cơ quan nghiên cứu quốc gia Italia (theo Buzzi và những người khác (nnk) (1994), Buzzi và nnk (2000)). Hiện tại, mô hình BoLAM đang được chạy nghiệp vụ tại một số cơ quan khí tượng quốc gia châu Âu và trung tâm khí tượng khu vực của Italia. BoLAM được sử dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu khác nhau, từ các nghiên cứu lý thuyết đến dự báo tác nghiệp. Mô hình BoLAM có khả năng thực hiện các mô phỏng dạng hạ quy mô động lực (dynamic downscale) bằng cách thực hiện các lần tích phân khác nhau sử dụng lưới lồng tương tác một chiều. Cụ thể, tích phân mô hình trên một lưới có độ phân giải thô, sau đó các trường đầu ra từ lần tích phân này được sử dụng làm trường đầu vào cho lần tích phân trên lưới mịn hơn nằm trong miền tính toán của lưới thô. Thủ tục chạy lưới lồng tương tác một chiều này có ưu điểm là độ phân giải thẳng đứng và địa hình có thể được đặt một cách độc lập giữa các lần chạy mô hình trên lưới thô và lưới có độ phân giản cao. Tuy nhiên, độ phân giải cao nhất có thể được sử dụng trong mô hình là khoảng 6-8km do mô hình BoLAM là một mô hình thủy tĩnh. Bên cạnh những ưu điểm nói trên, mô hình BoLAM còn có khả năng tương tác với các mô

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

hình hải văn và thủy văn. Chẳng hạn, BoLAM có thể được sử dụng để chạy tương tác hai chiều với mô hình sóng WAM và POM (theo Lionello và Malguzzi (1998), hay chạy lồng ghép tương tác một chiều với mô hình thủy văn DIMOSOP. Đặc biệt, gần đây mô hình vận chuyển xon khí và hóa học (BOLCHEM) đã được phát triển dựa trên động lực của mô hình BoLAM.

(Các phương trình động lực học, phương pháp số để giải, mô tả quá trình vật lý, các sơ đồ tham số hoá vật lý, yêu cầu số liệu, và các phương pháp xử lý của BOLAM được trình bày cụ thể trong Báo cáo tổng kết).

3.2.2. Nghiên cứu ứng dụng mô hình BoLAM cho Việt Nam

Tháng 11 năm 2006, mô hình BoLAM được cài đặt và chạy thử nghiệm tài Phòng Nghiên cứu ứng dụng thuộc TT DBKTTV TƯ và triển khai chạy bán nghiệp vụ trên máy tính PC-Linux với hai phiên bản BoLAM_FATHER (độ phân giải 28km, 31 mực thẳng đứng và bước thời gian tích phân 120 giây) và BoLAM_SON (độ phân giải 14km, 40 mực thẳng đứng và bước thời gian tích phân 90 giây) và chạy 2 thời điểm trong một ngày (tại 00UTC và 12UTC). Trường số liệu đầu vào được lấy từ mô hình toàn cầu GFS của NCEP độ phân giải 0.5 x 0.5 độ. Hình 3.1 minh họa các bước chạy mô hình BoLAM tại TT DBKTTV TƯ trên máy tính PC-Linux (Intel Pentium 4, CPU 3.06HGz, Ram 1 Gb) từ bước lấy số liệu mô hình toàn cầu, tiền xử lý mô hình, chạy mô hình cho đến hậu xử lý sau mô hình. Toàn bộ các chi phí thời gian tính toán tương ứng được đưa ra trong bảng 3.1. Từ bảng 3.1, có thể nhận thấy tổng thời gian chạy mô hình BoLAM vẫn chưa đáp ứng được bài toán nghiệp vụ.

Do phiên bản mô hình BoLAM được chuyển giao là phiên bản nghiên cứu, có

một số điểm chưa phù hợp với chúng ta nên chúng tôi đã có một số thay đổi như sau:

1. Thay đổi cấu trúc thư mục mô hình về cấu trúc thư mục chuẩn của một mô hình dự báo thời tiết số trên hệ điều hành Linux và sắp xếp lại các chương trình mã nguồn theo cấu trúc thư mục này.

2. Thay đổi bộ biên dịch cho toàn bộ mã nguồn mô hình BoLAM. Cụ thể, sử dụng bộ biên dịch ifort thay vì pgf90 để tăng tốc độ tính toán và tối ưu hóa một số chương trình.

3. Viết mới các chương trình (script) điều khiển mô hình BoLAM từ cài đặt, chuẩn bị số liệu đầu vào, chạy mô hình và tạo sản phẩm bằng ngôn ngữ lập trình bash-shell.

14

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

4. Phát triển một bộ chương trình hậu xử lý cho mô hình BoLAM phục vụ bài toán hiển thị kết quả (sử dụng phần mềm đồ họa GrADS-Grid Analysis and Display System) và đánh giá kết quả (chuyển định dạng đầu ra của BoLAM về dạng mã NetCDF-Network Common Data Form để phù hợp với chương trình đánh giá nghiệp vụ tại TT DBKTTV TƯ)

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

5. Thay đổi lưới sai phân ngang của mô hình BoLAM (sử dụng lưới kinh vĩ có độ

phân giải như nhau thay vì sử dụng lưới sai phân quay).

Hình 3.1: Biểu đồ quy trình chạy mô hình BoLAM trên máy tính PC-Linux

Bảng 3.1. Các chi phí tính toán thời gian chạy mô hình BoLAM

Chương trình Chi phí thời

Bộ biên dịch ifort ifort ifort ifort ifort gian (phút) 15.0 2.2 143.2 1.26 145.3 3.0

Lấy số liệu GFS độ phân giải 0.5 độ Tiền xử lý cho mô hình BoLAM_FATHER Chạy mô hình BoLAM_FATHER Tiền xử lý cho mô hình BoLAM_SON Chạy mô hình BOLAM_SON Hậu xử lý cho mô hình BoLAM_FATHER và BoLAM_SON

15

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Tổng số thời gian chạy 309.96

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.2: Ví dụ minh họa dự báo +24h cho trường mưa, khí áp và hàm dòng bề mặt của mô hình BoLAM_FATHER (bên trái) và BoLAM_SON (bên phải)

Hình 3.3: Ví dụ minh họa dự báo +24h cho trường gió và độ cao địa thế vị mực 500mb của mô hình BoLAM_FATHER (bên trái) và BoLAM_SON (bên phải)

Hình 3.4: Ví dụ minh họa dự báo +24h cho trường nhiệt độ tại độ cao 2m của mô hình BoLAM_FATHER (bên trái) và BoLAM_SON (bên phải)

16

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

3.2.3. Dự báo thử nghiệm bằng mô hình BOLAM mùa lũ 2007

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mục tiêu của đề tài là từ nghiên cứu, cải tiến có thể đưa BOLAM vào dự báo tác nghiệp cho khu vực Việt Nam. Sau khi có những thay đổi thích hợp và sau một thời gian chạy thử, TT DBKTTV TU đã đưa BOLAM vào dự báo thử nghiệm. Chúng tôi sử dụng tập số liệu phân tích và dự báo 6 giờ một của mô hình toàn cầu GFS có độ phân giải ngang 0.5 x 0.5 độ làm điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình BoLAM. Cụ thể, chuỗi số liệu thử nghiệm bao gồm 7 tháng số liệu bắt đầu từ 01/02/2007 cho đến 31/08/2007 với tất cả các thời điểm tích phân được thực hiện tại 00UTC (tức 7h sáng giờ Việt Nam) cho đến hạn dự báo 72h.

Để đánh giá và so sánh kỹ năng dự báo mưa của mô hình BoLAM với các mô hình chạy nghiệp vụ tại TT DBKTTV TƯ, trong nghiên cứu này chúng tôi lựa chọn miền tích phân cho mô hình BoLAM tương tự với mô hình nghiệp vụ HRM. Cụ thể, phiên bản BoLAM_FATHER sẽ có cùng miền tích phân với phiên bản nghiệp vụ HRM độ phân giải 28km và miền tính toán của BoLAM_SON tương tự với phiên bản HRM độ phân giải 14km. Điểm dưới cùng bên trái của phiên bản BoLAM_FATHER có tọa độ là (50S, 80.250E) và của phiên bản BoLAM_SON là (7.1250S, 97.250E).

Đánh giá thử nghiệm được thực hiện từ 02 đến 08 năm 2007. Các chỉ số đánh giá bao gồm các chỉ số cơ bản được sử dụng trong đánh giá mưa định lượng. Đây là những chỉ số cơ bản cho phép một cái nhìn tổng quát về kỹ năng dự báo mưa định lượng của một mô hình (WWRP/WGNE 2004). Lượng mưa đánh giá sẽ được phân làm ba thời đoạn dự báo: ngày thứ nhất 00-24h, ngày thứ hai 24-48h và ngày thứ ba 48-72h. Các chỉ số đánh giá lượng mưa bao gồm: sai số trung bình ME, sai số quân phương RMSE, hệ số tương quan giữa dự báo và thực đo COR.

Đánh giá chi tiết về mô hình BOLAM cho năm 2007 được chúng tôi trình bày trong báo cáo Tổng kết và Phụ lục II. Sau đây là một số nhận xét chung của chúng tôi khi thử nghiệm mô hình:

Ưu điểm: Về mặt khí hậu, nhìn chung, BoLAM đã thể hiện tốt khả năng nắm bắt được những tâm mưa chính.

Theo khu vực: Miền núi phía bắc, bắc Trung Bộ và đông Nam Bộ kết quả dự báo tốt nhất, ít bị thiên lớn, trong khi đồng bằng Bắc bộ, nam Trung Bộ kết quả dự báo thấp, giá trị dự báo thiên lớn so với các mô hình khác hiện đang sử dụng.

Nhược điểm: BoLAM có xu hướng dự báo thiên cao, mang tính hệ thống mà nguyên nhân từ bản thân mô hình.

17

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Biện pháp khắc phục: Chạy song song với các mô hình khác với cùng điều kiện đầu vào trong một thời gian đủ dài, xây dựng tương quan của giá giá trị dự báo với giá trị thực bằng phương pháp thống kê rồi hiệu chỉnh thông số mô hình để tăng cường chất lượng dự báo.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO LŨ Để xây dựng công nghệ dự báo lũ cho khu vực nghiên cứu, đề tài đã tiến hành nghiên cứu tổng quan về dự báo thủy văn ở Việt Nam, phân tích đặc điểm mưa lũ trên hệ thống sông Hồng, xây dựng các phương án dự báo lũ ngắn hạn và trung hạn cho các vị trí khác nhau trên hệ thống sông Hồng. Nội dung nghiên cứu bao gồm:

1- Ứng dụng mô hình DIMOSHONG dự báo lũ trên hệ thống sông tới các hồ 2- Lập trình kết nối các phương pháp dự báo ngắn hạn 3- Xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn cho hệ thống sông Hồng. 4- Thử nghiệm công nghệ dự báo trung hạn cho mùa lũ 2007. Trong báo cáo này, chúng tôi chỉ giới thiệu tóm tắt về công nghệ dự báo lũ đã xây dựng và việc áp dụng mô hình DIMOSHONG (Xin tham khảo Báo cáo Tổng kết và Phụ lục III cho các hạng mục còn lại đã nêu ở trên ).

4.1. Ứng dụng mô hình DIMOSHONG cho lưu vực sông Hồng 4.4.1. Giới thiệu mô hình DIMOSHONG

DIMOSOP (Distributed hydrological MOdel for the Special Observing Period) là mô hình toán toán thủy văn phân bố được sử dụng rất nhiều ở một số nước Châu Âu như Italia, Pháp, Thụy Sĩ. Đặc điểm nổi bật của mô hình này là có thể sử dụng dữ liệu dạng điểm của các trạm đo mưa trong lưu vực hoặc sử dụng kết quả dự báo dưới dạng ô lưới (grid) là đầu ra của các mô hình dự báo thời tiết như MM5 và BOLAM để dự báo lũ.

Đầu vào của mô hình này ngoài lượng mưa còn là bản đồ địa hình dưới dạng DEM, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, loại đất dưới dạng ô lưới Grid và các loại công trình cũng như quy trình vận hành của các công trình. Đầu ra của mô hình chính là lưu lượng hay mực nước lũ tại bất kỳ một điểm nào trên lưu vực. Vì vậy, một lần chạy mô hình sẽ cho kết quả dự báo của nhiều trạm, nhiều vị trí khác nhau mong muốn với thời gian dự báo lên đến 5 ngày.

Các phương pháp tính toán thủy văn cơ bản sau được đưa vào mô hình bao gồm:

- Phương pháp tính tổn thất: SCS – CN - Phương pháp chuyển mưa hiệu quả thành dòng chảy: Đường quá trình SCS … - Phương pháp diễn toán trong sông: Muskingum - Phương pháp tính mưa trên lưu vực: Theissen - Các phương pháp tính và diễn toán dòng ngầm cơ bản - Phương pháp tính và diễn toán dòng chảy sát mặt cơ bản Yêu cầu dữ liệu đầu vào của mô hình bao gồm:

18

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- Bản đồ số hóa độ cao (DEM)

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Bản đồ số hóa hướng dòng chảy (dạng lưới hướng dòng chảy) - Lưới chỉ số CN. - Tài liệu số hóa nút thượng lưu và hạ lưu sông, nhằm xác định vị trí, hình dáng, cấp

bậc sông và chiều dài sông trên lưu vực.

- Số trạm mưa và tài liệu mưa quan trắc tại các trạm - Tài liệu mưa dạng lưới (có thể là đầu ra của mô hình dự báo mưa BOLAM hoặc MM5) hoặc được chuyển đổi sang dạng lưới từ số liệu thực đo của các trạm mưa trên lưu vực.

- Số trạm và vị trí trạm thủy văn muốn tính ra đường quá trình dòng chảy. - Tài liệu về hồ chứa. Tuy nhiên mô phỏng hồ chứa hiện nay chưa được kích hoạt. - Tài liệu về nhiệt độ. Cần thiết cho các lưu vực sông có băng tuyết.

Điểm nổi bật của mô hình DIMOSOP so với các mô hình thủy văn thông số tập trung khác là khả năng sử dụng thông tin toàn cầu như bản đồ đất, hiện trạng sử dụng đất, ảnh vệ tinh mô phỏng lưu vực, đặc biệt hữu ích cho các lưu vực liên quốc gia, khi mà thông tin về lưu vực ở phần quốc gia kia không thu thập được hoặc thu thập được nhưng không chính xác vì đầu vào của mô hình như đã nêu trên toàn ở dạng ô lưới

4.1.2. Xây dựng mô hình DIMOSHONG cho lưu vực hệ thống sông Hồng a. Đầu vào của mô hình:

Để chạy được mô hình cần có file chương trình, file thông số của mô hình, các

file dữ liệu dạng tĩnh, các file số liệu dạng động:

File chương trình và file thông số của mô hình

Là chương trình được viết bằng ngôn ngữ Fortran hoặc đã được biên dịch với phần mở rộng *.exe); còn file thông số mô hình là file có tên mặc định: PARAMSV.DAT và file khai báo thời đoạn mô phỏng lũ có tên mặc định là RUN_LAM.PRN

Các file số liệu dạng tĩnh

1. File mô hình số hóa độ cao ( DEM ). Gồm 2 file:

a. file SHDEMMSK.RDC b. file SHDEMMSK.RST

2. File xác định mạng lưới sông suối: SHDEM0CR.LIN 3. File ma trận hướng dòng chảy: SHDEM9CR.PUN 4. File hồ chứa: SERBATOI.DAT

Các file số liệu dạng động

19

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

1. Các file đầu ra của mô hình BOLAM: file *.ppf 2. File dự liệu mưa thực đo của các điểm đo mưa trên lưu vực 3. File dữ liệu dòng chảy (Q hoặc H) thực đo của các trạm thủy văn cần dự báo.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chi tiết xây dựng các file số liệu đầu vào mô hình DIMOSHONG được đưa ra trong Phụ lục III-2 của Báo cáo Tổng kết. Sau đây trình bày tóm tắt các kết đạt được: b. Kết quả mô phỏng lưu vưc sông Hồng (cả phần lãnh thổ trong nước và Trung quốc) được minh hoạ ở các hình sau đây:

Hình 4.1: Bản đồ DEM lưu vực sông Hồng

20

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 4.2: Mạng lưới sông lưu vực sông Hồng tính đến Sơn Tây theo định dạng của DIMOSHONG

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.3: Bản đồ thổ nhưỡng dạng Grid lưu vực sông Hồng

c. Chuẩn bị các file số liệu dạng động gồm : (cid:131) Các file *.ppf: đây chính là các file đầu ra của mô hình dự báo thời tiết BOLAM:

được mô tả chi tiết trong chương III và chương V.

(cid:131) File dự liệu mưa thực đo của các điểm đo mưa trên lưu vực: các file này sẽ được sử

dụng trong trường hợp chúng ta dùng mưa thực đo để dự báo.

21

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

(cid:131) File dữ liệu dòng chảy (Q hoặc H) thực đo của các trạm thủy văn cần dự báo. 4.1.3. Kết quả mô phỏng bằng DIMOSHONG cho các trận lũ lớn cho hệ thống sông Hồng. Đề tài đã tiến hành hiệu chỉnh, kiểm định mô hình và mô phỏng các trận lũ lớn cho hệ thống sông Hồng.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.4 Mô phỏng mưa lũ cho năm 1971

Nhận xét:

- Quá trình mô phỏng 4 trận mưa trên lưu vực sông Hồng bằng mô hình BOLAM cho kết quả tốt với năm 1971 và 1996 cả về lượng và phân bố mưa theo không gian và thời gian cũng như thời điểm xuất hiện mưa. Với trận tháng 7/2000 và tháng 8/2002 thì kết quả mô phỏng có thiên lớn. Điều này cũng hoàn toàn lý giải được lượng mưa bình quân lưu vực đã không thật sự đại biểu khi phần lớn diện tích thượng nguồn nằm trên địa phận trung Quốc.

- Quá trình lũ mô phỏng lũ bằng mô hình DIMOSHONG cho kết quả thời gian xuất hiện lũ và thời gian tập trung nước phù hợp với điều kiện thực tế của lưu vực. Tuy nhiên, đỉnh lũ thiên lớn với trận lũ năm 1996 do một số yếu tố tác động. Trong phần tính toán thử nghiệm này, ảnh hưởng của hồ chứa trên hệ thống sông Hồng chưa được xem xét. Việc này sẽ được hoàn thiện trong các nghiên cứu tiếp theo (năm 2008). Một điểm mạnh có thể khai thác ở mô hình là các thành phần dòng chảy sát mặt được mô phỏng rất chi tiết.

- Do thời gian và số lượng dự báo thử nghiệm chưa nhiều nên chưa thể có kết luận chính xác về khả năng ứng dụng của mô hình. Tuy nhiên, có thể khẳng định rằng sự kết hợp của mô hình dự báo BOLAM và DIMOSHONG sẽ là những công cụ hữu ích để trợ giúp dự báo và phòng chống lũ trung hạn trên lưu vực sông Hồng.

22

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Giới thiệu công nghệ dự báo lũ Công nghệ Dự báo lũ hệ thống sông Hồng bao gồm:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Dự báo lũ ngắn hạn: dự báo cho trạm nào thì click vào vị trí trạm trên bản đồ rồi lựa chọn một trong những phương pháp sau để dự báo: - Phương pháp phân tích hồi quy nhiều biến - Phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo – ANN - Phương pháp mô hình toán thủy văn HEC-HMS Dự báo lũ trung hạn: lựa chọn một trong những phương pháp sau để dự báo sau đó đưa vào vị trí các trạm trong chương trình theo hướng dẫn: - Phương pháp sử dụng mô hình thủy văn thông số phân bố DIMOSHONG - Phương pháp sử dụng mô hình thủy văn HEC-HMS Dự báo lũ dài hạn: Giao diện của chương trình kết nối này được minh hoạ ở hình 4.6

Hình 4.5 Giao diện chương trình dự báo lũ hệ thống sông Hồng

Chương trình dự báo được quản lý trên nền ArcGIS. Người dùng có thể lựa chọn

23

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

1 trong 3 phương pháp đã xây dựng để dự báo:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.6: Giao diện chương trình dự báo lũ ngắn hạn hệ thống sông Hồng

Người sử dụng chỉ cần nhập dữ liệu thực đo cho các biến theo yêu cầu đối với từng trạm cần dự báo rồi nhấn nút “dự báo”. Sau khi dự báo xong, người sử dụng có thể xem đường quá trình dự báo bằng cách nhấn chuột vào nút “Quá trình mực nước” và kết thúc và thoát ra khỏi chương trình bằng cách nhấn vào nút “thoát”.

Muốn dự báo trung hạn bằng mô hình DIMOSHONG thì nhấn chuột vào nút “dự báo trung hạn”, và lựa chọn mô hình DiMOSHONG, màn hình sau sẽ hiện ra để ta vào dữ liệu và thực hiện các bước hướng dẫn (chi tiết được trình bày trong báo cáo Tổng kết và Phụ lục III).

24

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 4.7 Giao diện vào dữ liệu của chương trình dự báo lũ bằng DIMOSHONG

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Muốn dự báo trung hạn bằng mô hình HEC_HMS thì nhấn chuột vào nút “dự báo trung hạn”, và lựa chọn mô hình HEC-HMS rồi thực hiện các bước như hướng dẫn (chi tiết được trình bày trong báo cáo Tổng kết và Phụ lục III).

Hình 4.8 Giao diện hiển thị kết quả của chương trình dự báo lũ bằng HEC-HMS

4.3 Thử nghiệm công nghệ dự báo lũ trung hạn cho mùa lũ 2007 4.3.1 Dự báo thử nghiệm sử dụng mô hình DIMOSHONG

Thử nghiệm mô hình DIMOSHONG dự báo dòng chảy đến các hồ chứa Hòa Bình – Tuyên Quang – Thác Bà từ 15/05 đến 15/09/2007. Việc dự báo thử được thực hiện song song ở Trường Đại học Thủy lợi và Trung tâm Dự báo KTTVTW. Số liệu mưa thực đo từ ngày 5/7 đến ngày 19/7 và mưa dự báo từ BOLAM từ 20/7 đến 1/8 được sử dụng cho dự báo. Kết quả dự báo thử trận lũ tháng 7/2007 như dưới đây.

Trận lũ tháng 7 năm 2007

12000

0

10000

10

m) m ( a ư M

8000

20

6000

Real Rain Pbolam

l

30

) s / 3 m ( g n ợ ư u ư L

TaBu Cal TaBu

4000

40

2000

0

50

1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51

Thời đoạn

25

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 4.9: Quá trình dòng chảy dự báo và thực đo tại trạm Tạ Bú 7/2007

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Trận lũ tháng 7 năm 2007

5000

0

4500

4000

10

3500

m) m ( a ư M

3000

20

2500

l

2000

30

) s / 3 m ( g n ợ ư u ư L

1500

Real Rain Pbolam YenBai Cal YenBai

1000

40

500

0

50

1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51

Thời đoạn

Hình 4.10: Quá trình dòng chảy dự báo và thực đo trạm Yên Bái trận lũ 7/2007

Tran lu thang 7 nam 2007

4000

0

3500

10

3000

m) m ( a ư M

2500

/

20

2000

l

30

Real Rain Pbolam

) s 3 m ( g n ợ ư u ư L

1500

BacMe Cal

BacMe

1000

40

500

0

50

1

3

5

7

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51

Thời đoạn

Hình 4.11: Quá trình dòng chảy dự báo và thực đo trạm Bắc Mê trận lũ 7/2007

Bảng 4.1: Kết quả đánh giá sai số dự báo từ mô hình DIMOSHONG

T gian trễ (giờ) Sai số đỉnh (%)

EI 0.78 0.65 -0.74 RMSE 739.55 319.42 348.53 S/σ 0.47 0.59 1.32 3 6 15 1.30 2.52 0.70

Trạm Tạ Bú Yên Bái Bắc Mê

4.3.2 Dự báo thử nghiệm sử dụng mô hình HEC-HMS

26

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm dùng mô hình HEC-HMS dự báo dòng chảy đến các hồ chứa Hòa Bình – Tuyên Quang – Thác Bà từ 15/07 đến 15/09/2007. Dưới đây là kết quả dự báo thử nghiệm cho mùa lũ năm 2007.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.12: Đường quá trình dự báo và thực đo vào hồ Hoà Bình 18/7 đến 10/9/2007

Do có phần lớn diện tích nằm bên Trung Quốc nên dòng chảy vào hồ Hòa Bình bị ảnh hưởng nhiều từ lượng mưa bên Trung Quốc. Trong khi đó số liệu đo đạc mưa bên Trung Quốc chủ yếu là mưa 12 giờ nên việc tính toán dòng chảy vào hồ cũng sai số nhiều hơn.

Hình 4.13: Quá trình dự báo và thực đo vào hồ Tuyên Quang từ 18/7 đến 10/9/2007

Kết quả dự báo mực năm 2007 tại Hòa Bình từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007 cho thấy: Lưu lượng tính toán và lưu lượng dòng chảy vào hồ tương đối phù hợp nhau.

27

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Kết quả dự báo tại Tuyên Quang từ 18/07 cho đến tháng 9 năm 2007 cho thấy dòng chảy vào hồ tính toán bằng mô hình HEC-HMS phù hợp với dòng chảy vào hồ.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Đỉnh lũ dự báo đạt lúc 17h00 ngày 27/07/2007, trong khi đỉnh lũ thực tế là 2.207 m3/s lúc 09h00 ngày27/07/2007. Sai số về đỉnh là 27.6%, nhưng dạng đường là phù hợp.

Hình 4.14: Quá trình dự báo dòng chảy vào hồ Thác Bà từ 18/7 đến 10/9/2007

Bảng 4.2: Kết quả đánh giá sai số dự báo từ mô hình HEC

T gian trễ (giờ) Sai so đỉnh(%)

Trạm Hồ Hoà Bình Hồ Tuyên Quang EI 0.31 0.10 RMSE 1687.25 354.63 S/σ 0.83 0.95 76 10 9.67 24.93

Nhận xét: Cả 2 mô hình HEC-HMS và DIMOSHONG đều cho kết quả dự báo khả quan. Tuy nhiên, do lũ năm 2007 là không lớn và số lượng dự báo chưa nhiều, nên cần tiếp tục thử nghiệm cả 2 mô hình trong vài năm tới, đồng thời nghiên cứu thêm để nâng cao chất lượng dự báo bằng cách sử dụng các phương pháp phân tích thống kê, cập nhập thêm các bản đồ về địa chất và lớp phủ với tỷ lệ lớn hơn (sắp được Bộ Tài nguyên Môi trường xuất bản) để tăng độ phân giải của mô hình (giảm kích thước ô lưới) nhằm nâng cao chất lượng dự báo.

28

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Để đưa một mô hình vào dự báo tác nghiệp cần ít nhất là 5 năm. Với kết quả dự báo thử cho năm 2007, chúng tôi hoàn toàn tin tưởng có thể đưa được 2 mô hình này vào dự báo tác nghiệp trong thời gian gần góp phần vào sự nghiệp phòng chống thiên tai ở Việt Nam nói chung và lưu vực sông Hồng – Thái Bình nói riêng.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CHƯƠNG V: CÔNG NGHỆ KẾT NỐI DỰ BÁO MƯA VỚI DỰ BÁO LŨ TRUNG HẠN

Phần lớn các chương trình dự báo lũ trung hạn ở Việt Nam hiện nay đều sử dụng số liệu mưa quan trắc được ở các trạm nằm trong và lân cận lưu vực nghiên cứu hoặc các trị số dự báo mưa cho các trạm này được chiết xuất ra từ các mô hình dự báo thời tiết MM5, HRM, BOLAM, vv.. vì vậy số liệu mưa đưa vào các mô hình dự báo lũ trung hạn là mưa điểm. Ngay cả với mô hình mới nhất mà Trung tâm DBKTTVTW cùng với Viện Cơ học Việt nam thử nghiệm là mô hình MARINE do Pháp xây dựng cũng chỉ sử dụng mưa điểm, sau đó mới nội suy sang dạng ô lưới (mưa diện) để đưa vào mô hình. Nếu nội suy cho vùng hẹp, lượng mưa biến đổi không lớn do địa hình và hướng gió thì kết quả tương đối tốt, ngược lại sẽ cho kết quả kém. Do lưu vực nghiên cứu lớn, địa hình đa dạng, chủ yếu là đồi núi, thêm vào đó phần lãnh thổ Trung Quốc lại thiếu thông tin nên chắc chắn không tránh khỏi sai số. Tuy nhiên, điểm mạnh của các mô hình BOLAM là cho kết quả của nhiều trường khí quyển, trong đó có mưa và nhiệt độ. Tại mỗi thời điểm, một yếu tố thời tiết được biểu thị bằng một ma trận dạng lưới và mô hình khí tượng sẽ dự báo trước 72h với bước thời gian là 3h sẽ có đến hàng nghìn ma trận.

Để sử dụng có hiệu quả khối lượng thông tin rất lớn mô phỏng từ mô hình dự báo thời tiết BOLAM, nhóm thực hiện đề tài bao gồm chuyên gia Italia và các giảng viên Đại học Thủy lợi đã kết nối trực tiếp ma trận mưa diện dạng ô lưới chiết xuất từ mô hình BOLAM kết hợp với số liệu mưa thực đo với mô hình DIMOSHONG.

Do chương trình DIMOSHONG phiên bản hiện tại viết bằng ngôn ngữ Fortran có giao diện chưa đẹp, quá trình vào và hiển thị kết quả không thuận lợi, nên các cán bộ của đề tài tiến hành viết lại modul giao diện vào số liệu, hiển thị kết quả dự báo cũng như kết nối dự báo lũ trung hạn vào chương trình dự báo chung bao gồm tất cả các phương pháp dự báo ngắn hạn đã được xây dựng cho các trạm thuộc hệ thống sông Hồng hình thành một công nghệ dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng.

Quá trình xây dựng công nghệ kết nối dự báo mưa với dự báo lũ trung hạn hệ

thống sông Hồng bao gồm các bước sau:

- Thêm vào chương trình DIMOSHONG gốc một modul đọc số liệu mưa được chiết xuất từ file kết quả của BOLAM kết hợp với số liệu mưa thực đo đưa vào như INPUT của mô hình dòng chảy DIMOSHONG.

- Lập trình giao diện đọc số liệu

- Lập trình giao diện hiển thị kết quả

- Tích hợp dự báo mưa lũ trung hạn với dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng.

29

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

5.1. Xây dựng phần mềm kết nối giữa dự báo mưa với dự báo lũ

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

5.1.1. Lập trình đọc và ghi kết quả dự báo từ BOLAM ra file PPF – file số liệu vào cho DIMOSHONG

Để đưa kết quả ra ma trận dạng text file *.ppf theo yêu cầu của DIMOSHONG, các chuyên gia Italy đã xây dựng chương trình POSTBOLAM.EXE và chuyển giao cho Việt Nam. Chương trình này đọc file kết quả output.mhf và dựa vào file postpc.inp để chuyển sang dạng PPF theo các trường dự báo mà người sử dụng mong muốn. Mô hình DIMOSHONG cần 2 trường tổng lượng mưa và nhiệt độ 2m và các trường được chiết xuất sau mỗi bước thời gian tính toán.

Nhóm thực hiện viết thêm vào trong chương trình DIMOSHONG gốc một modul mới để đọc file *.ppf. Modul này đọc các dữ liệu về toạ độ X, Y (UTM 84) của từng ô lưới rồi ghi ra 2 file LAT_LAM.PRN và LONG_LAM.PRN dưới dạng từng dòng. Dữ liệu mưa và nhiệt độ được ghi ra file tương ứng (tên file là 2 thông số ghi trong paramsv.dat) có phần mở rộng lần lượt là .13 và .17. Chương trình chỉ ghi dữ liệu tại thời điểm mà mô hình sẽ sử dụng để dự báo dựa vào các thông số trong file paramsv.dat bên cạnh file mưa PPF. Đây chính là 3 file cuối cùng được DIMOSHONG sử dụng trực tiếp như là dữ liệu đầu vào của mô hình.

lưới của mình. Dựa vào 2 file trên ô

Mô hình DIMOSHONG dự báo theo ô lưới có độ rộng mỗi ô là 1km trên thực tế. Trong khi đó, mạng lưới dự báo mưa BOLAM lại có độ rộng mỗi ô lớn hơn (0,17o với BOLAM_Father tương đương 18,8 km và 0,077o với BOLAM_Son xấp xỉ 8,5 km). Vì thế, chương trình cần phải có sự hiệu chỉnh để các ô lưới dự báo nhận đúng lượng mưa rơi toạ độ LAT_LAM.PRN và LONG_LAM.PRN, chương trình tính toán từng ô lưới trên lưu vực nằm trong vùng ô lưới mưa dự báo bằng cách so sánh vị trí toạ độ UTM.

Mô hình DIMOSHONG sử dụng mưa thực đo (được thể hiện bởi các trạm quan trắc khí tượng thuỷ văn) đến thời điểm phát báo và sử dụng tiếp mưa dự báo cho các ngày tiếp theo để dự báo dòng chảy lũ. Vì vậy, trong thời đoạn sử dụng mưa thực đo, mô hình sẽ tính toán lượng mưa phân bố trên lưu vực theo đa giác Thiessen với n điểm tương ứng với n trạm quan trắc. Khi chuyển sang sử dụng mưa dự báo, chương trình sẽ coi mỗi ô lưới dự báo mưa BOLAM là một trạm quan trắc thủy văn với tâm là tâm của ô lưới. Ưu điểm của phương pháp xử lý này cho phép ta thay đổi kích thước các ô lưới dự báo mưa mà không phải điều chỉnh lại trong code của chương trình đồng thời sự thay đổi giữa 2 đoạn mưa thực đo và dự báo trở nên đơn giản hơn nhiều.

5.1.2 Lập trình giao diện xử lý số liệu đầu vào và hiển thị kết quả

30

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Mô hình DIMOSHONG được viết bằng ngôn ngữ Fortran 90. Ưu điểm của nó là kích thước chương trình nhỏ, tốc độ chạy nhanh. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là giao diện tương tác với người sử dụng không đẹp và thuận tiện.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Để giúp người sử dụng thao tác vận hành mô hình dễ dàng hơn, phân tích kiểm tra kết quả mô phỏng nhanh và chính xác hơn, chúng tôi đã xây dựng thêm 2 chương trình bằng ngôn ngữ Visual Basic 6.0 trên môi trường WINDOWS gồm chương trình Nhập dữ liệu và chương trình Xem kết quả cho mô hình DIMOSHONG.

1) Chương trình Nhập dữ liệu

a. File dữ liệu cơ bản

Dữ liệu đầu vào của mô hình DIMOSHONG được thể hiện trong file paramsv.dat chứa các thông tin về các file bản đồ số địa hình, bản đồ hướng dòng chảy, mưa, bản đồ phân bố hệ số CN... và các thông số như hệ số nhám, thấm...

Chương trình Nhập dữ liệu sẽ tự động đọc thông tin đường dẫn về file paramsv.dat và tìm đọc nội dung trong file này. Nếu đường dẫn không chính xác, chương trình sẽ tự động báo lỗi có dạng như sau:

Sau khi đọc xong nội dung file dữ liệu đầu vào của mô hình DIMOSHONG,

chương trình sẽ được hiển thị như hình 5.1:

Hình 5.1: Giao diện ban đầu của chương trình Nhập dữ liệu cho DIMOSHONG

31

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

b. Giới thiệu tóm tắt chương trình

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chương trình nhập dữ liệu được thiết kế để hiển thị trên 3 ngôn ngữ: Tiếng Việt, tiếng Italia và tiếng Anh. Để chuyển sang ngôn ngữ của mình, người sử dụng chỉ cần nhấn chuột vào hình ảnh lá cờ tương ứng với ngôn ngữ đó.

hiển thị bằng tiếng Việt

hiển thị bằng tiếng Italia.

hiển thị bằng tiếng Anh

Giao diện chương trình được chia thành 4 phần (tab), tương ứng với việc nhập dữ liệu cho phần Thông số chung, Thông số DIMOSHONG, Thông số BOLAM và Kết quả.

Sau khi nhập dữ liệu xong, người sử dụng nhấn vào nút “Lưu” để lưu giữ thông tin đã nhập hoặc sửa vào file dữ liệu ban đầu. Bấm nút Thoát nếu muốn thoát khỏi chương trình. Trước khi thoát, chương trình sẽ cập nhật lại đường dẫn về file dữ liệu ban đầu để giúp cho lần sau chương trình có thể tự động đọc được.

2) Chương trình hiển thị kết quả chạy mô hình DIMOSHONG

Khi chương trình mô hình DIMOSHONG thực hiện xong, kết quả mô phỏng được lưu vào file runoff.out. Các dữ liệu được lưu giữ bao gồm: thời gian, giá trị mưa trung bình trên lưu vực, giá trị mưa hiệu quả trung bình trên lưu vực, các giá trị lưu lượng mô phỏng tại các điểm yêu cầu. Tuy nhiên đây là file dạng text và không có hình vẽ các đường quá trình minh hoạ, nên người dùng rất khó để có thể xem và tiến hành phân tích kết quả. Nhóm thực hiện đề tài đã viết một đoạn chương trình để hiển thị kết quả chạy DIMOSHOP đồng thời đoạn chương trình này cũng tự động tra quan hệ H ~ Q ở các trạm dự báo để hiển thị thêm đường quá trình H ~ t bên cạnh đường Q ~ t. Các đường quan hệ H ~ Q này dễ dàng được cập nhập hàng năm mỗi khi có sự thay đổi để tiện trong quá trình sử dụng. Giới thiệu về chương trình này được tóm tắt dưới đây:

32

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Chương trình xem kết quả sẽ tự động mở file runoff.out theo đường dẫn mặc định được lưu trong file DIMOSHONG.txt. Nếu đường dẫn sai, chương trình sẽ báo lỗi có dạng sau:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Nhập đường dẫn đúng rồi nhấn OK. Muốn thoát ra khỏi chương trình, nhấn nút

Cancel.

Hình 5.2: Giao diện chương trình Xem kết quả

Tương tự như chương trình “Nhập dữ liệu”, chương trình “Xem kết quả” cũng được thiết kế hiển thị trên 3 ngôn ngữ. Người sử dụng chọn ngôn ngữ bằng cách nhấn chuột vào hình lá cờ tương ứng với ngôn ngữ đó.

Màn hình chương trình gồm 2 phần: Phần bên trái là các nút chức năng, phần bên phải là hình vẽ hiển thị. Trên hình vẽ, tên của biểu đồ sẽ là giá trị tháng và năm của ngày bắt đầu mô phỏng hoặc dự báo. Phần bên phải của hình vẽ là tên các trạm (các điểm) tương ứng. Người sử dụng có thể dùng chuột kéo dãn các khối hình sao cho phù hợp với yêu cầu, sở thích của mình.

Nút đọc dữ liệu có tác dụng đọc lại dữ liệu trong file runoff.out. Sau khi đọc xong, chương trình sẽ tự động vẽ biểu đồ đường quá trình lưu lượng của các trạm và lượng mưa trung bình trên lưu vực.

Nút sao chép

33

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

vào Clipboard được dùng để đưa biểu đồ vào bộ nhớ của Windows. Người sử dụng có thể dùng các chương trình Office như Excel, Word, Hình 5.3: Giao diện phần Lựa chọn trạm cần hiển thị kết quả dự báo

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

chọn mục Paste Special/Picture (Window Meta File) để xuất hình ảnh ra dưới dạng WMF (dạng vector). Kiểu ảnh này có thể phóng to, thu nhỏ mà không ảnh hưởng tới chất lượng giúp cho việc trình bày văn bản được đẹp hơn. Nút in hình vẽ sẽ in trực tiếp hình ảnh ra máy in với chất lượng tốt. Nút lựa chọn sẽ hiển thị một form mới có dạng như sau: Phần Form Lựa chọn:

- Người dùng có thể lựa chọn mưa thực tế, mưa hiệu quả và các trạm (điểm) trên hình vẽ có được hiển thị hay không bằng cách nhấp chuột vào ô lựa chọn tương ứng. Để loại bỏ nhanh hoặc lựa chọn nhanh, người dùng có thể nhấn vào nút Bỏ tất cả hay Chọn tất cả.

- Nếu mục Auto Resize được lựa chọn, thước chia độ của hình vẽ sẽ được tính theo

giá trị các trạm (điểm) mới. Còn không thì tỷ lệ vẫn được giữ nguyên.

- Sau khi chọn xong, nhấn nút OK để thoát ra khỏi form và thực hiện vẽ lại theo các

yêu cầu mới.

- Chọn Huỷ bỏ nếu như muốn thoát và không có thay đổi gì.

Nhấn nút Thoát để thoát ra khỏi chương trình. Chương trình sẽ lưu lại đường dẫn

file dữ liệu vừa đọc vào file DIMOSHONG.txt để thuận tiện cho lần chạy sau.

Chương trình Xem dữ liệu có mục lựa chọn hiển thị kết quả dữ liệu theo Lưu lượng (Q m3/s) hoặc theo Mực nước (H cm). Người sử dụng chọn kiểu hiển thị, chương trình sẽ tự động tính toán chuyển đổi. Dữ liệu quan hệ H~Q được lưu dưới dạng tentram.hq và lưu trong thư mục HQ. Nếu chương trình không tìm thấy file HQ, dữ liệu của trạm sẽ chỉ hiện thị dưới dạng Lưu lượng và tên đường ở phần chú giải sẽ có thêm chữ Q.

5.2. Kiểm nghiệm phần mềm từ các số liệu trên lưu vực

Phần mềm kết nối dự báo mưa và dự báo lũ trung hạn đã được kiểm nghiệm với lưu vực của hệ thống sông Hồng (kể cả phần lãnh thổ Trung Quốc). Đề tài đã kiểm nghiệm chương trình kết nối để kiểm tra tính ổn định và liên thông của các mô hình liên kết trong các trường hợp sau:

- Sử dụng số liệu mưa dự báo trực tiếp từ mô hình dự báo BOLAM

- Sử dụng số liệu mưa thực đo của các trạm

34

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- Kết hợp cả mưa thực đo với mưa dự báo từ BOLAM, trong đó sử dụng mưa thực đo dự báo dòng chảy theo hạn đã định trước và tiếp tục sử dụng mưa dự báo từ BOLAM dự báo dòng chảy cho những ngày tiếp theo.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Chạy thử nghiệm chương trình dự báo lũ ngắn hạn cho các trạm thuộc hệ thống

sông Hồng với các phương pháp lựa chọn khác nhau.

Quá trình thử nghiệm thấy chương trình chạy ổn định. Sau đây là những nhận xét

chung:

- Chương trình kết nối mới được xây dựng nhằm kết nối giữa Chương trình đọc và ghi kết quả dự báo từ BOLAM ra file PPF, file số liệu vào cho DIMOSHONG và kết nối dự báo lũ trung hạn vào chương trình dự báo chung bao gồm tất cả các phương pháp dự báo ngắn hạn được xây dựng cho các trạm thuộc hệ thống sông Hồng - đã chạy thông, ổn định và có nhiều tính năng ứng dụng vào dự báo tác nghiệp với giao diện đẹp, thân thiện với người sử dụng trên môi trường Windows, có tính liên thông cao với mô hình dự báo thời tiết BOLAM.

- Kết quả chạy DIMOSHONG được chuyển từ lưu lượng sang mực nước để có thể so sánh với các giá trị thực đo mực nước khi đa số các trạm thủy văn trong lưu vực sông Hồng chỉ đo mực nước. Việc chuyển sang lưu lượng hay ngược lại được thực hiện thông qua quan hệ Q ~ H của trạm. Đây là nội dung có ý nghĩa thực tiễn cao, đặc biệt cho dự báo tác nghiệp khi so sánh giữa giá trị dự báo với số liệu thực đo.

- Chương trình kết nối rất mở để có thể cập nhật đường H ~ Q của các trạm khi có sự

thay đổi hàng năm hoặc theo định kỳ đo đạc lại quan hệ.

35

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Chương trình đã được chuyển giao cho Trung tâm DBKTTVTW để dự báo thử nghiệm trong mùa lũ 2007. Kết quả dự báo thử nghiệm chi tiết được trình bày trong chuyên đề Phụ lục III của báo cáo tổng kết.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CHƯƠNG VI: KẾT NỐI MÔ HÌNH DỰ BÁO MƯA LŨ TRONG ĐIỀU HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA PHÒNG CHỐNG LŨ

6.1. Xây dựng mô hình kết nối dự báo mưa lũ với điều hành hệ thống hồ chứa phòng lũ

Mô hình kết nối dự báo mưa lũ với điều hành hồ chứa trên hệ thống sông Hồng – sông Thái Bình được sử dụng trong nghiên cứu này là phần mềm HEC-HMS phiên bản 3.1.1. Lý do chúng tôi lựa chọn phần mềm HEC-HMS phiên bản 3.1.1 vì:

- Mô hình thủy văn DIMOSHONG chưa có modul điều tiết hồ chứa. Phía đối tác Italia dự định sẽ tiếp tục xây dựng modul này trong năm tiếp theo 2008, nếu chương trình hợp tác được tiếp tục.

- Phần mềm HEC-HMS phiên bản mới nhất 3.1.1 đã tích hợp thêm phần diễn toán

và điều hành hồ chứa.

Lưu vực sông Hồng - Thái Bình tính đến Hà Nội được chia ra làm nhiều lưu vực nhỏ có diện tích từ 3,000 đến 10,000 km2. Sơ đồ mô phỏng lưu vực hệ thống như hình 6.1

36

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 6.1: Sơ đồ mô phỏng lưu vực hệ thống sông Hồng đến Hà Nội bằng phần mềm HEC-HMS 3.01

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

6.2. Lựa chọn hệ thống kịch bản về mưa và dòng chảy lũ phục vụ điều hành thử nghiệm theo mô hình dự báo lũ trung hạn .

6.2.1. Những căn cứ để thiết lập hệ thống kịch bản

Theo quyết định số: 80/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ Ngày 01 tháng 06 năm 2007 “Về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm” được tóm tắt một số ý chính như sau:

Điều 1. Từ 15/6 đến ngày 15/9 hàng năm, các hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà phải điều tiết để phục vụ chống lũ và phát điện theo nội dung sau:

1. Đảm bảo an toàn công trình

- Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công trình đầu mối thủy điện Hòa Bình, chủ động đề phòng mọi bất trắc, với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 10.000 năm một lần không được để mực nước hồ Hòa Bình vượt mực nước gia cường ở cao trình 122 m;

- Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công trình đầu mối thủy điện Tuyên Quang, chủ động đề phòng mọi bất trắc, với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 5.000 năm một lần, không được để mực nước hồ Tuyên Quang vượt mực nước gia cường ở cao trình 122,55 m;

- Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công trình đầu mối thủy điện Thác Bà, chủ động đề phòng mọi bất trắc, với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 10.000 năm một lần, không được để mực nước hồ Thác Bà vượt mực nước gia cường ở cao trình 61 m.

2. Đảm bảo an toàn chống lũ cho hạ du

- Đảm bảo an toàn cho đồng bằng Bắc Bộ với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại 150 năm một lần tại Sơn Tây, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá 13,1 m;

- Đảm bảo an toàn cho thủ đô Hà Nội với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại 250 năm một lần tại Sơn Tây, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá 13,4 m.

3. Đảm bảo an toàn phát điện

37

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Trên cơ sở đảm bảo an toàn công trình và an toàn chống lũ cho hạ du, điều hành để cao trình mực nước các hồ Hòa Bình, Tuyên Quang và Thác Bà nằm trong phạm vi cho phép trong từng thời kỳ theo quy định của quy trình này.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Điều 2. Trong thời gian làm nhiệm vụ đảm bảo an toàn chống lũ, việc vận hành các công trình xả sâu và xả mặt phải thực hiện theo quy trình vận hành công trình xả nhằm đảm bảo ổn định cho hệ thống công trình đầu mối và hạn chế tối đa thiệt hại đối với các công trình và sản xuất ở hạ du. Điều 3. Để đảm bảo vừa chống lũ an toàn, vừa nâng cao hiệu ích phát điện, quy định 3 thời kỳ vận hành trong mùa lũ như sau: 1. Thời kỳ lũ sớm: từ 15 tháng 6 đến 15 tháng 7. 2. Thời kỳ lũ chính vụ: từ 16 tháng 7 đến 25 tháng 8. 3. Thời kỳ lũ muộn: từ 26 tháng 8 đến 15 tháng 9.

6.2.2. Lựa chọn kịch bản mưa lũ

Do lũ hình thành trên 3 sông khác nhau nên lũ hạ lưu không đồng pha và có nhiều kiểu tổ hợp. Trong thực tế rất ít khi có tổ hợp đồng thời lũ lớn 3 sông (13%). Cho đến nay chỉ có 1 lần duy nhất xuất hiện tổ hợp lũ 1971 là lũ lịch sử của sông Thao gặp lũ lịch sử của sông Lô và lũ lớn trên sông Đà. Trường Đại Học Thủy Lợi dùng phương pháp Monte – Carlo để tổ hợp mô phỏng 10.000 con lũ. Song những con lũ được mô phỏng này cũng chưa xuất hiện tổ hợp lũ 1971 mà chỉ gặp tổ hợp lũ đặc biệt lớn sông Đà gặp lũ vừa trên sông Thao và sông Lô như dạng lũ 1945. Các tổ hợp lũ thực tế phản ánh tính không đồng bộ của các điều kiện phát sinh lũ trên 3 sông (theo Bùi Quang Tuấn – 2000).

Căn cứ vào tài liệu lũ lịch sử trên sông Hồng, chọn trận lũ năm 1971 để xây dựng các kịch bản điều hành. Các kịch bản đề xuất như sau:

Tên kịch bản

Nội dung kịch bản mưa – lũ

Kịch bản 1

trận lũ năm 1971 là trận lũ xảy ra với trường hợp lũ lịch sử trên sông Lô gặp lũ lịch sử sông Thao gặp lũ lớn trên sông Đà xảy ra vào thời kỳ lũ sớm

Kịch bản 2

trận lũ năm 1971 là trận lũ xảy ra với trường hợp lũ lịch sử trên sông Lô gặp lũ lịch sử sông Thao gặp lũ lớn trên sông Đà xảy ra vào thời kỳ lũ chính vụ

Kịch bản 3

trận lũ năm 1971 là trận lũ xảy ra với trường hợp lũ lịch sử trên sông Lô gặp lũ lịch sử sông Thao gặp lũ lớn trên sông Đà xảy ra vào thời kỹ lũ muộn

Bảng 6.1: Kịch bản các phương án vận hành hệ thống phòng lũ

38

6.3. Phương án vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian dự kiến của dự báo hạn trung (từ 3 đến 5 ngày)

Theo quyết định số: 80/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ Ngày 01 tháng 06 năm 2007 “Về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm” Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

6.3.1. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ sớm

1. Quy định về mực nước: cao trình mực nước trước lũ các hồ trong thời kỳ lũ

sớm không được vượt quá quy định trong Bảng 6.1.

Tên hồ

Hòa Bình

Tuyên Quang

Thác Bà

Cao trình mực nước (m)

98

105,2

56

Bảng 6.2: Quy định về mực nước trước lũ trong các hồ thời kỳ lũ sớm

2. Quy định về chế độ vận hành

a) Hồ Hòa Bình:

- Từ ngày 01 tháng 7 nếu không cắt lũ, bắt đầu điều tiết để đưa dần mực nước hồ về mực nước trước lũ của thời kỳ lũ chính vụ, sao cho đến ngày 16 tháng 7 mực nước hồ nằm trong phạm vi quy định tại bảng 6.1;

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt quá 10,5 m trong 24 giờ tới, được sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 98 m ÷ 102 m để cắt lũ, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá 10,5 m;

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt quá 11,5 m trong 24 giờ tới, được sử dụng tiếp dung tích hồ trong khoảng cao trình 102 m ÷ 105 m để cắt lũ, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá 11,5 m.

Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại trạm thuỷ văn Hà Nội xuống dưới mức

11 m, xả nước đưa dần mực nước hồ về cao trình mực nước trước lũ thời kỳ lũ sớm.

b) Hồ Tuyên Quang: khi dự báo mực nước sông Lô tại thị xã Tuyên Quang vượt quá 26 m trong 24 giờ tới, được phép sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 105,2 m ÷ 113 m để cắt lũ, giữ mực nước sông Lô tại thị xã Tuyên Quang không vượt quá 27 m. Khi mực nước hồ đạt 113 m, được xả xuống hạ du lưu lượng bằng lưu lượng đến hồ. Sau đỉnh lũ, khi mực nước tại thị xã Tuyên Quang xuống dưới cao trình 26 m, xả nước, đưa mực nước hồ về cao trình 105,2 m.

c) Hồ Thác Bà: được sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 56 m ÷ 58 m

để điều tiết lũ. Sau đỉnh lũ, xả nước, đưa mực nước hồ về mực nước trước lũ.

6.3.2. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ chính vụ

39

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

1. Quy định về mực nước: cao trình mực nước trước lũ các hồ trong thời kỳ lũ chính vụ không được vượt quá quy định trong Bảng 6.1.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 6.2: Quy định về mực nước trước lũ trong các hồ thời kỳ chính vụ

Tên hồ Hòa Bình Tuyên Quang Thác Bà

Cao trình mực nước (m) 90 ÷ 94 105,2 56

2. Quy định về chế độ vận hành

a) Hồ Hòa Bình:

- Căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi Trường, nếu thấy khả năng xuất hiện lũ có chu kỳ lặp lại trên 100 năm tại Sơn Tây, khi chưa tham gia cắt lũ, phải nhanh chóng đưa mực nước hồ về cao trình 90 m;

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt 11,5 m trong 24 giờ tới, hồ Hoà Bình được sử dụng dung tích từ cao trình mực nước trước lũ đến cao trình mực nước 98 m để cắt lũ, giữ mức nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 11,50 m;

- Khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội đã vượt 11,5 m, dự báo trong 24 giờ tới lũ vẫn lên nhanh, tiếp tục cắt lũ, kết hợp với sự tham gia cắt lũ của các hồ Tuyên Quang và Thác Bà để giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,1 m, mực nước hồ không vượt quá cao trình 115 m;

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt 13,1 m trong 24 giờ tới, hồ Hoà Bình tiếp tục phối hợp với các hồ Tuyên Quang và Thác Bà để cắt lũ, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,4 m, mực nước hồ không vượt quá cao trình 117 m.

Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội xuống dưới 11,50 m, xả nước,

đưa mực nước hồ về mức quy định tại Bảng 6.1.

Sau ngày 16 tháng 8, căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu lũ chính vụ có khả năng kết thúc sớm, được Ban Chỉ đạo phòng, chống lụt bão Trung ương cho phép, dâng dần mực nước hồ nhưng không vượt quá cao trình 106 m.

40

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

b) Hồ Tuyên Quang: căn cứ nhận định thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi Trường, nếu không có khả năng xuất hiện lũ có chu kỳ lặp lại trên 100 năm tại Sơn Tây, vận hành hồ theo khoản 2 điểm b Điều 5.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Trường hợp Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường nhận định có khả năng xuất hiện lũ có chu kỳ lặp lại trên 100 năm tại Sơn Tây, đưa hồ về cao trình mực nước trước lũ và vận hành như sau: khi dự báo trong 24 giờ tới mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt cao trình 12,0 m, mực nước hồ Hòa Bình vượt cao trình 102 m hoặc trong trường hợp mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt cao trình 12,8 m, hồ Tuyên Quang bắt đầu tham gia cắt lũ để cùng hồ Hoà Bình và hồ Thác Bà giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,4 m. Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội xuống dưới cao trình 12,0 m, xả nước, đưa mực nước hồ về mức quy định trong Bảng 6.1

Sau ngày 16 tháng 8, căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên Môi trường, nếu lũ chính vụ có khả năng kết thúc sớm, được Ban Chỉ đạo phòng, chống lụt bão Trung ương cho phép, dâng dần mực nước hồ lên cao trình 113 m.

c) Hồ Thác Bà: khi dự báo trong 24 giờ tới mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt cao trình 13,1 m, hồ Thác Bà bắt đầu tham gia cắt lũ để cùng hồ Hòa Bình và Tuyên Quang giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,4 m, mực nước hồ không vượt quá cao trình 58 m. Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội xuống dưới cao trình 13,1 m, xả nước, đưa mực nước hồ về mức quy định trong Bảng 6.1

Sau ngày 16 tháng 8, căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu lũ chính vụ có khả năng kết thúc sớm, được Ban Chỉ đạo phòng, chống lụt bão Trung ương cho phép, dâng dần mực nước hồ lên cao trình mực nước dâng bình thường.

6.3.3. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ muộn

1. Hồ Hòa Bình:

a) Căn cứ nhận định của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu mùa lũ có khả năng kết thúc sớm, hồ được phép tích dần lên cao trình mực nước dâng bình thường (+117 m);

b) Khi mực nước hồ đã ở cao trình 117 m, nếu xẩy ra lũ muộn, được xả xuống hạ

du lưu lượng bằng lưu lượng đến, giữ mực nước hồ không vượt quá 117,3 m.

41

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

2. Hồ Tuyên Quang:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

a) Căn cứ nhận định của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu mùa lũ có khả năng kết thúc sớm, hồ được phép tích dần lên cao trình mực nước dâng bình thường (+120 m);

b) Khi mực nước hồ đã ở cao trình 120 m, nếu xẩy ra lũ muộn, được xả xuống hạ

du lưu lượng bằng lưu lượng đến, giữ mực nước hồ không vượt quá 120 m.

3. Hồ Thác Bà

Khi mực nước hồ đã ở cao trình 58 m, nếu xẩy ra lũ muộn, được xả xuống hạ du

lưu lượng bằng lưu lượng đến, giữ mực nước hồ không vượt quá 58 m.

6.3.4. Vận hành đảm bảo an toàn công trình

1. Vận hành đảm bảo an toàn công trình thuỷ điện Hòa Bình.

Khi mực nước hồ Hòa Bình đã ở mức 117 m mà dự báo lũ sông Đà tiếp tục lên, mực nước hồ có thể vượt cao trình 117,3 m, bắt đầu chế độ vận hành đảm bảo an toàn công trình: mở dần hoặc mở liên tiếp các cửa xả sâu, xả mặt để khi mực nước hồ đạt cao trình 117,3 m, toàn bộ các cửa xả sâu, xả mặt, các cửa van cửa lấy nước đã được mở hết.

Việc mở các cửa xả phải tiến hành lần lượt để tổng lưu lượng xả xuống hạ du không được lớn hơn tổng lưu lượng đến hồ cộng trừ sai số lưu lượng xả của một cửa xả sâu.

2. Vận hành đảm bảo an toàn công trình thuỷ điện Tuyên Quang

Khi mực nước hồ Tuyên Quang đã ở mức 120 m mà dự báo lũ sông Gâm tiếp tục lên, mực nước hồ có thể vượt 120,5 m, bắt đầu chế độ vận hành đảm bảo an toàn công trình: mở dần hoặc mở liên tiếp các cửa xả sâu, xả mặt để khi mực nước hồ đạt cao trình 120,5 m, toàn bộ các cửa xả sâu, xả mặt và các cửa van cửa lấy nước đã được mở hết.

Việc mở các cửa xả phải tiến hành lần lượt để tổng lưu lượng xả xuống hạ du không được lớn hơn tổng của lưu lượng đến hồ cộng trừ sai số lưu lượng xả của một cửa xả sâu.

42

3. Vận hành đảm bảo an toàn công trình Thác Bà

Khi mực nước hồ Thác Bà đã ở mức 58 m mà dự báo lũ sông Chảy tiếp tục lên, mực nước hồ có thể vượt 59,6 m, bắt đầu chế độ vận hành đảm bảo an toàn công trình, mở dần các cửa đập tràn, các cửa van cửa lấy nước để khi mực nước hồ đạt cao trình 59,6 m, toàn bộ các cửa xả của tràn và các cửa van cửa lấy nước đã được mở hết. Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Việc mở các cửa xả phải tiến hành lần lượt để tổng lưu lượng xả xuống hạ du

không được lớn hơn lưu lượng đến hồ.

6.4. Kết quả vận hành thử nghiệm hệ thống hồ chứa theo các kịch bản đề ra

Đề tài đã sử dụng công nghệ kết nối dự báo lũ với vận hành hệ thống hồ chứa theo các kịch bản đề ra. Kết quả điều hành thử nghiệm trận lũ lịch sử năm 1971 cho kết quả tốt. Mực nước tại Hà Nội khi có sự tham gia của Hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác bà giảm đi đáng kể (phương án lũ sớm giảm 1.78 m, phương án lũ chính vụ giảm 1.37 m, phương án lũ muộn giảm 3.96 m). Tuy nhiên mô hình này chưa giải quyết được bài toán tối ưu hệ thống, chưa tự động xây dựng kịch bản điều hành (ví dụ như khống chế mực nước Hà Nội là 11.5 m, chương trình sẽ cho các phương án điều hành khác nhau ..v..v) mà các phương án vẫn là do con người xây dựng và mô hinh chỉ tính toán ra kết quả. Để xây dựng phương án điều hành tối ưu ta phải dùng các chương trình điều hành khác. Các kết quả dự báo tại các trạm đều cho kết quả cao như tại Sơn Tây năm 2007 NASH = 0.89, năm 2006 NASH = 0.91, năm 2003 NASH = 0.92. Kết quả dự báo lưu lượng vào hồ Hòa Bình có kết quả dự báo đều phù hợp nhau cả về đỉnh lẫn về lượng với thực đo (NASH ≥ 0.8).

Khi thực hiện, chúng tôi thấy công nghệ kết nối này tương đối thuận tiện. Tuy nhiên nếu tiếp tục phát triển mô hình DIMOSHONG để đưa việc điều tiết hồ chứa vào mô hình thì công nghệ kết nối này sẽ thuận lợi hơn nhiều.

6.5. Thử nghiệm mô hình vận hành trong mùa lũ 2007

43

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm dùng mô hình HEC-HMS dự báo mực nước cho Hà Nội và điều hành cho hệ thống hồ chứa Hòa Bình – Tuyên Quang – Thác Bà từ 15/07 đến 15/09/2007. Trong năm nay cũng chưa có trận lũ nào lớn vượt báo động cấp 1 tại Hà Nội. Hồ Hòa Bình mở nhiều nhất là 5 cửa xả đáy vào 11h ngày 28/07 khi lưu lượng vào hồ lớn hơn 10.000 m3/s và mực nước hồ > 95 m, sau đó lại đóng vào lúc 9h ngày 02/08. Vào lúc 11h ngày 05/08 Hồ Hòa Bình lại mở cửa xả đáy số 5 cho đến 11 giờ ngày 07/08/2007. Năm 2007 với sự hoạt động của Hồ Tuyên Quang thì công tác dự báo phức tạp hơn so với các năm khác.Diễn biến dòng chảy trên sông Lô vốn đã rất phức tạp cộng với hoạt động của Hồ Tuyên Quang đang trong giai đoạn vận hành thử nghiệm chưa theo quy trình làm công tác dự báo gặp nhiều khó khăn hơn và độ chính xác cũng thấp hơn. Tuy nhiên sau một thời gian làm công tác dự báo, chúng tôi nhận thấy mô hình HEC-HMS cho kết quả khả quan và đáng tin cậy. Dưới đây là kết quả dự báo và vận hành hệ thống hồ chứa trong năm 2007.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mực nước tính toán và thực đo tại Sơn Tây năm 2007

14

12

10

8

)

(

m H

Tinh Toan Thuc do

6

4

2

0

1

33 65 97 129 161 193 225 257 289 321 353 385 417 449 481 513 545 577 609

Thứ tự

Hình 6.13: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tại Sơn Tây từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007

Kết quả dự báo mực năm 2007 tại Sơn Tây từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007 cho thấy: Mực nước tính toán và thực đo phù hợp nhau cả về đỉnh lẫn về dạng dòng chảy, chỉ số Nash Sơn Tây = 0.98. Chỉ tiêu chất lượng S/σ=1.53. Sai số đỉnh là 0.5%. Với kết quả này có thể chấp nhận được trong sai số dự báo (tb hường chỉ số Nash trên 0.7)

Mực nước tại Hà Nội tính toán và thực đo năm 2007

12

10

8

)

(

6

m H

Tinh Toan Thuc do

4

2

0

1

33 65 97 129 161 193 225 257 289 321 353 385 417 449 481 513 545 577 609

Thứ tự

44

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 6.14: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tạiHà Nội từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007

Do trạm Hà Nội nằm xa dưới hạ lưu hồ Hòa Bình so với trạm Sơn Tây nên mực nước tại Hà Nội ít bị ảnh hưởng việc xả lũ của hồ Hòa Bình hơn so với trạm Sơn Tây. Chính vì vậy, chúng ta có thể thấy trên đồ thị quá trình mực nước của Hà Nội có ít các đỉnh nhỏ nhấp nhô hơn so với trạm Sơn Tây. Kết quả dự báo mực nước tại Hà Nội cũng chính xác hơn so với trạm Sơn Tây. Trên đồ thị ta thấy mực nước tính toán và dự báo rất phù hợp nhau cả về đỉnh lẫn dạng mực nước. Chỉ số Nash dự báo tại trạm Hà Nội =

0.93, chỉ tiêu chất lượng S/σ=0.26, sai số đỉnh là 2.01%.

Kết luận

45

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Từ việc dự báo và điều hành thử nghiệm hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Hồng – sông Thái Bình, chúng tôi nhận thấy mô hình HEC-HMS cho kết quả khả quan. Với các kết quả nghiên cứu ban đầu đạt được, hy vọng rằng sang các năm tiếp theo, đề tài sẽ tiếp tục mở rộng nghiên cứu để đưa điều tiếp hồ chứa vào mô hình DIMOSHONG để có thể ứng dụng công nghệ kết nối trong thực tế tốt hơn nữa.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

7.1. Kết luận

Đề tài ”Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình” trong khuôn khổ nghị định thư đã được ký kết giữa 2 chính phủ Việt Nam và Italia về hợp tác khoa học công nghệ đã được thực hiện trong hai năm 2006, 2007 và đã thu được những kết quả sau đây:

a. Về khoa học công nghệ

1) Đề tài đã xây dựng chương trình quản lý cơ sở dữ liệu cho hệ thống sông Hồng và

Thái Bình bao gồm CSDL bản đồ và CSDL khí tượng thủy văn:

- CSDL bản đồ được xây dựng trên nền GIS có khả năng quản lý, hiển thị và phân tích tất cả các bản đồ ở mọi tỷ lệ khác nhau, cả bản đồ số và bản đồ giấy đã thu thập được trong quá trình thực hiện đề tài

- CSDL khí tượng thủy văn được xây dựng và phát triển từ phần mềm Water Resources Database (WRDB) của Hoa Kỳ có khả năng quản lý, hiển thị, chiết xuất và phân tích tất cả các số liệu KTTV của khu vực nghiên cứu đã thu thập trong quá trình thực hiện đề tài. CSDL này được xây dựng dưới dạng mở, có thể cập nhật và quản lý không chỉ các tài liệu trong khuôn khổ đề tài mà còn cho các lĩnh vực khác như môi trường, địa chất thủy hải văn và có thể mở rộng ra cho cả nước phục vụ các mục tiêu nghiên cứu khác nhau.

2) Đã đưa mô hình BOLAM do đối tác Italia cung cấp vào ứng dụng dự báo mưa cho lưu vực sông Hồng – Thái Bình (bao gồm cả diện tích lưu vực bên Trung Quốc). Những công việc đã thực hiện khi xây dựng công nghệ này bao gồm:

- Nghiên cứu nguyên nhân gây mưa lũ lớn lưu vực sông Hồng – Thái Bình.

- Tổng quan các phương pháp dự báo mưa trung hạn trên thế giới và Việt Nam.

- Tiếp nhận, chạy thông, cải tiến và chạy thử nghiệm thành công mô hình BOLAM

dự báo thời tiết trong đó có dự báo mưa trung hạn cho khu vực nghiên cứu.

46

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Mô hình BOLAM đã được chạy thử nghiệm từ tháng 2 năm 2007 với số liệu đầu vào từ mô hình toàn cầu GFS (độ phân giải 0.5 độ) tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương. Các kết quả đánh giá kỹ năng dự báo mưa của 2 phiên bản BOLAM_FATHER và BOLAM_SON đã cho thấy mô hình BOLAM có khả năng mô phỏng tốt các tâm mưa lớn và tại các vùng núi. Tuy nhiên, các dự báo mưa cho vùng đồng bằng dường

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

như kết quả chưa cao và có xu hướng dự báo thiên cao ở một số vùng hay phiên bản BOLAM_SON thường cho cường độ mưa lớn hơn phiên bản BOLAM_FATHER.

Qua quá trình thử nghiệm với việc (i) Thay đổi cấu trúc thư mục trong mô hình BoLAM, (ii) Thay đổi các chương trình điều khiển trong mô hình BoLAM, (iii) Thay đổi lưới sai phân không gian và (iv) Bổ sung chương trình đồ họa GrADS và chuyển đổi định dạng về NetCDF cho phù hợp với điều kiện Việt Nam, mô hình được chạy thử nghiệm trong khoảng thời gian từ tháng 2 đến tháng 8/2007 và đã chứng tỏ là một trong những mô hình có thể sử dụng tốt ở Việt Nam. Tuy nhiên, cần có thêm thời gian để chỉnh lý, hiệu chỉnh các thông số trên cơ sở xem xét, so sánh với các mô hình hiẹn có chúng ta đang sử dụng.

3) Đề tài đã xây dựng công nghệ dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng với việc kết nối các công nghệ dự báo lũ ngắn hạn với việc kéo dài thời gian dự kiến thông qua dự báo mưa bằng BOLAM và dự báo lũ trung hạn bằng DIMOSHONG. Những công việc đã thực hiện khi xây dựng công nghệ này bao gồm:

- Nghiên cứu đặc điểm lũ hệ thống sông Hồng và tổng kết các phương pháp dự báo

lũ hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới

- Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ ngắn hạn cho hệ thống sông Hồng. Công nghệ đã xây dựng này cho phép người dùng lựa chọn 3 phương pháp dự báo lũ ngắn hạn khác nhau cho tất cả các trạm thuộc hệ thống sông Hồng bao gồm: phương pháp hồi quy nhiều biến, phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo – ANN, và phương pháp mô hình toán thủy văn HEC-HMS do Hoa Kỳ xây dựng.

- Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn cho hệ thống sông Hồng. Công nghệ đã xây dựng này cho phép người dùng lựa chọn 2 phương pháp dự báo lũ trung hạn cho tất cả các trạm thuộc hệ thống sông Hồng bao gồm: Mô hình HEC và mô hình DIMOSHONG. Đề tài đã lập trình giao diện để cải tiến việc vào dữ liệu và hiển thị kết quả dự báo từ mô hình (cả dạng bảng và đồ thị).

- Chuyển giao công nghệ cho Trung tâm Dự báo KTTVTW để tiến hành dự báo thử

nghiệm cho mùa lũ 2007

47

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Kết quả dự báo thử nghiệm cho mùa lũ 2007 là tương đối khả quan và hoàn toàn có thể coi đây như một lựa chọn trong dự báo lũ trung hạn. Tuy nhiên vẫn cần phải đánh giá thêm một vài mùa lũ nữa với việc xây dựng các phương pháp thống kê để hiệu chỉnh sai số dự báo. Ở nước ngoài để đưa một công nghệ vào dự báo tác nghiệp cần ít nhất là từ 4 đến 5 năm đánh giá.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

4) Đề tài đã nghiên cứu xây dựng công nghệ tích hợp giữa dự báo mưa và lũ trung hạn. Đây là một điểm mới trong chương trình dự báo lũ trung hạn ở Việt Nam vì phần lớn các chương trình dự báo lũ trung hạn ở Việt Nam hiện nay đều sử dụng số liệu mưa điểm quan trắc được ở các trạm nằm trong và lân cận lưu vực nghiên cứu hoặc các trị số dự báo mưa cho các trạm này được chiết xuất ra từ các mô hình dự báo thời tiết MM5, HRM, vv.. Để sử dụng có hiệu quả kết quả đầu ra của mô hình BOLAM, nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành kết nối và sử dụng trực tiếp trường mưa diện dạng ô lưới của mô hình BOLAM đưa thẳng vào mô hình DIMOSHONG song song với sử dụng số liệu mưa thực đo.

5) Thử nghiệm kết nối dự báo mưa lũ trung hạn với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – Thái Bình cho một vài kịch bản bằng mô hình HEC-HMS phiên bản mới nhất. Kết quả thử nghiệm bước đầu với mô hình HEC-HMS được đánh giá là khả quan, tuy nhiên nếu đưa được thêm mô hình DIMOSHONG vào trong công nghệ kết nối thì sẽ có nhiều lựa chọn hơn và kết quả chắc chắn sẽ tốt hơn.

b. Về mặt hợp tác quốc tế

Đề tài đã tạo điều kiện thuận lợi để phát triển hợp tác quốc tế về khoa học công nghệ cho cơ quan thực hiện đề tài là Trường Đại học Thủy lợi, Trung tâm Dự báo KTTV Trung Ương với các trường Đại học, Viện nghiên cứu ở Italia (Đại học Bách khoa Milan, Đại học Brescia, Viện nghiên cứu khí quyển Boglona). Quá trình hợp tác không chỉ dừng lại ở những lĩnh vực đã và đang được thực hiện trong phạm vi đề tài mà còn ở nhiều lĩnh vực khác như đào tạo cán bộ có trình độ chuyên môn cao cho Trường Đại học Thủy lợi, mời chuyên gia Italia tới Việt Nam giảng dạy tại Đại học thủy lợi, hợp tác thử nghiệm hệ thống quan trắc tự động với một nhà sản xuất thiết bị AIE của Italia..vv.

Đề tài đã cử nhiều đoàn cán bộ sang học tập nghiên cứu ở Italia và ngược lại, Đại học Thủy lợi đã tiếp đón nhiều đoàn chuyên gia của Italia sang làm việc và giảng dạy ở Việt Nam.

c. Về mặt đào tạo

Đề tài đã đóng góp đáng kể vào công tác đào tạo của Đại học Thủy lợi, cụ thể:

- Kết quả nghiên cứu của đề tài được cập nhật vào trong chương trình giảng dạy Cao

học và Đại học môn học Dự báo Thủy văn và sắp tới là dự báo khí tượng.

48

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- 01 nghiên cứu là giảng viên của Đại học Thủy lợi đang nghiên cứu về lĩnh vực của đề tài ở Đại học Bách khoa Milan và Đại học Brescia. Sắp tới sẽ có 01 giảng viên

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

của ĐHTL thực hiện nghiên cứu theo hướng mở rộng của đề tài cho việc vận hành tối ưu hệ thống liên hồ chứa.

- 02 đồ án tốt nghiệp đại học, trong đó một đồ án được dự thi giải thưởng đồ án xuất

sắc Loa Thành đạt giải ba.

- 03 báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên năm học 2006-2007, trong đó một đồ án

được giải nhì.

- 01 bài báo quốc tế được đăng trong cuốn niên giám Hội thảo quốc tế ”AOGS 4th Annual General Meeting, Bangkok, Thailand, 31 July to 4 August 2007”. Dự kiến sẽ có 3 đến 4 bài báo được đăng trên Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường để công bố kết quả của đề tài.

c. Về phục vụ sản xuất

Hiện nay mô hình dự báo thời tiết trung hạn BOLAM và mô hình thủy văn phân bố DIMOSHONG đã được chuyển giao và dự báo thử nghiệm để đánh giá. Những mô hình này sẽ được sử dụng để tham khảo trong dự báo tác nghiệp những năm tới

7.2 Kiến nghị

1) Trong khuôn khổ của đề tài, cần tiếp tục vận hành, mở rộng và nâng cấp chương trình quản lý CSDL khí tượng thủy văn – môi trường và bản đồ cho toàn quốc để phục vụ tốt hơn những nghiên cứu tiếp theo cũng như học tập của sinh viên và học viên cao học, nghiên cứu sinh của trường ĐHTL

2) Về công nghệ dự báo mưa trung hạn, để có thể đưa mô hình BOLAM vào dự báo nghiệp vụ và cải thiện chất lượng dự báo định lượng mưa, chúng tôi có một số đề xuất sau:

-

Song song hóa mã nguồn của mô hình BOLAM để có thể chạy mô hình trên các máy tính song song hiệu năng cao.

-

Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp thống kê sau mô hình để hiệu chỉnh các kết qủa dự báo định lượng mưa trực tiếp từ mô hình BOLAM như mạng thần kinh nhân tạo ANN, UMOS, GMOS và dự báo tổ hợp.

-

Thử nghiệm chạy mô hình BOLAM với số liệu phân tích và dự báo của một số mô hình toàn cầu khác và với số liệu từ hệ đồng hóa số liệu 3DVAR tại TTDB KTTVTƯ.

-

49

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Nghiên cứu cải tiến hoặc thay thế sơ đồ tham số hóa đối lưu trong mô hình BOLAM, chạy thử nghiệm và đánh giá kết qủa.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

-

Về công nghệ dự báo lũ trung hạn, để đưa công nghệ này vào dự báo tác nghiệp, chúng tôi có một số đề xuất sau:

-

Cần tiếp tục hoàn thiện chương trình DIMOSHONG cho khu vực nghiên cứu bằng cách cải thiện thời gian chạy mô hình cho ô lưới bé hơn, tuy nhiên việc này còn phụ thuộc rất nhiều vào việc thu thập các bản đồ về thảm phủ và địa chất với tỷ lệ lớn hơn. Đồng thời tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện thành phần dòng chảy sát mặt và đưa vào thành phần dòng chảy ngầm.

-

Tiếp tục thử nghiệm mô hình HEC-HMS và cải tiến việc đọc dữ liệu mưa, tốt nhất là mưa diện từ đầu ra của BOLAM, chứ không phải là mưa điểm thực đo và mưa điểm dự báo của BOLAM như hiện nay.

- Tích hợp thêm các phương pháp thống kê và mô hình đang dùng vào công nghệ.

3) Về công nghệ kết nối dự báo mưa lũ với điều hành hệ thống công trình phòng lũ,

chúng tôi có một số đề xuất sau:

- Tiếp tục nghiên cứu và hợp tác với Italia nhằm phát triển mô hình DIMOSHONG,

đặc biệt là việc tích hợp modun điều tiết hồ chứa vào trong mô hình dự báo.

- Thử nghiệm điều hành cho nhiều kịch bản mưa lũ khác nhau để hình thành một cơ sở khoa học cho việc đưa ra quy trình vận hành tối ưu hệ thống công trình đa mục tiêu đem lại hiệu quả kinh tế cao, chứ không chỉ 1 mục tiêu là phòng lũ.

Để làm được điều này, Ban Chủ nhiệm Đề tài kính đề nghị Bộ Khoa học Công nghệ và Bộ Nông nghiệp và PTNT cấp kinh phí cho việc thực hiện đề tài năm 2008. Việc kéo dài này cũng phù hợp với thời gian về hợp định thư đã ký kết giữa 2 chính phủ.

50

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Cuối cùng Ban Chủ nhiệm đề tài xin chân thành cảm ơn Bộ Khoa học Công nghệ và Bộ Nông nghiệp và PTNT, Bộ Ngoại Giao Italia, Đại sứ Quán Italia tại Việt Nam đã hỗ trợ kinh phí cho chúng tôi thực hiện đề tài này. Xin cảm ơn cơ quan phối hợp Trung tâm Dự báo KTTV Trung Ương, và các bạn đồng nghiệp đã nỗ lực tham gia và thực hiện đề tài.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Billet S. and Toro E. F., 1997: On WAF-type schemes for multidimensional

hyperbolic conservation laws. J. Comput Phys., 130, 1-24.

2. Blackadar A. K., 1962: The vertical distribution of wind and turbulent exchange

in a neutral atmosphere. J. Geophys. Res., 67, 3095-3102.

3. Bougeault P. and Lacarrere P., 1989: Parameterization of orogra[hy-induced

turbulence in a meso-betascale model. Mon. Wea. Rev., 117, 1872-1890. atmosphere. Boundary-Layer Meteorol., 17, 18-2002.

4. 5. Buzzi A., M. Fantini, P. Malguzzi and F. Nerozzi, 1994: Validation of a limited area model in cases of Mediterranean cyclongenesis: sruface fields and precipitation scores. Meteorol. Atmos. Phys., 53, 137-153.

6. Buzzi A. and L. Foschini, 2000: Mesoscale meteorological features associated with heavy precipitation in the southern Alpine region. Meteorol. Atmos. Phys., 72, 131-146.

8.

7. Drofa O., P. Malguzzi, G. Fioravanti, A. Buzzi, 2003: Modeling of the thermal and water exchange in the vegetated soil and interaction with the atmosphere. Proceeding of the conference of “Associazione Atiliana di Agrometeorologia 2003“, Bologna May 29-30, 2003. Jolliffe I.T. and Stephenson D.B. (2003), Forecast verification: A practitioner’s guide in atmospheric science, Wiley and Sons Ltd.

9. Kain J. S., 2004: The Kain-Fritsch convective parameterization: an update. J.

App. Meteorol., 43, 170-181.

10. Kain J. S. and Fristch J. M., 1990: A one-dimensional entraining/detraining plume model and its application in convective parameterization. J. Atmos. Sci., 47, 2784-2802.

11. Lê Đức, 2007: Hệ thống phân tích mưa tại Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy

văn Trung ương, Báo cáo kỹ thuật.

12. Leheman R., 1993: On the choice of relaxation coefficients for Davies' tateral boundary scheme for regional weather prediction models. Meteorol. Atmos. Phys., 52, 1-14.

13. Lionello P., L. Zampato, P. Malguzzi, A. Tomasin, and A. Bergamasco, 1998: On the correct surface stress for the prediction of the wind wave field and the storm surge in the northern Adriatic Sea. Nuovo Cimento, 21C, 515–531.

14. Louis J. F., 1979: A parametric model of the vertical eddy fluxes in the

51

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

atmosphere. Boundary-Layer Meteorol., 17, 18-202.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

15. Malguzzi P. and N. Tartaglione, 1999: An economical second order advection scheme for explicit numerical weather prediction. Quart. J. Roy. Met. Soc., 125, 2291-2303.

16. Monin A. S. and Obukhov A., 1955: Basic laws of turbulence mixing in the surface layer of the atmosphere. Trudy Geophy. Inst. AN SSSR, 24, 163-187. 17. Nurmi P. (2003), “Recommendations on the verification of local weather

forecasts”, ECMWF Tech Memo, 430.

18. Pressman D. YA., 1994: A numerical model of hydrothermal processes in soil as a part of a mesoscale weather forecast scheme. Meteorology and Hydrology in Russian, No 11, 62-75.

19. Ritter B. and J. F. Geleyn, 1992: A comprehensive radiation scheme for numerical weather prediction models with potential applications in climate simulations. Mon. Wea. Rev., 120, 303-325.

20. Schulz P., 1995: An explicit cloud physics parameterization for operational

numerical weather prediction. Mon. Wea. Rev., 123, 3331-3343. (2004), Recommendation 21. WWRP/WGNE the for verification and

intercomparison of QPFs from operational NWP models.

22. Zampieri M., P. Malguzzi and A. Buzzi, 2005: Sensitivity of quantitative precipitation forecasts to boundary layer parameterization: a flash flood case study in the Western Mediterranean. Natural Hazard Earth System Sci., 5, 603- 612.

23. Ngô Đình Tuấn, Lê Thạc Cán – Tính toán thủy văn. Nhà xuất bản Nông nghiệp. 24. Trần Tuất, Trần Thanh Xuân, Nguyễn Đức Nhật - Địa lý sông ngòi Việt Nam.

Nhà xuất bản KHKT, Hà Nội, 1987.

25. Đỗ Đình Khôi - Hoàng Niêm - Dòng chảy lũ sông ngòi Việt Nam - Viện Khí

tượng thủy văn - 1991.

26. Ngô Đình Tuấn, Đỗ Cao Đàm - Tính toán thủy văn cho các công trình thuỷ lợi

vừa và nhỏ. Nhà xuất bản Nông Nghiệp, Hà Nội, 1986.

27. Ngô Đình Tuấn, Lê Thạc Cán và nnk. - Tính toán thủy văn. Nhà xuất bản Nông

nghiệp, Hà Nội, 1985.

28. Bộ Thủy lợi - Quy phạm tính toán các đặc trưng thủy văn thiết kế. QP-TL.C-6-77.

Vũ Kỹ thuật-1979.

29. Klibasep K. P. - Grôskốp I. F. - Tính toán thủy văn- bản dịch của Ngô Đình Tuấn

52

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

và Lê Thạc Cán - NXBKHKT - 1975.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

30. Ngô Đình Tuấn - Một số vấn đề về phương pháp phân tích tính toán thủy văn cho

các sông suối Việt Nam - Luận án PTS. KHKT - 1980.

31. Apollov, B. A., G. P. Kalinin, and V. D. Komarov (1964). Hydrological Forecasting. Jerusalem, Israel, Israel Program for Scientific Translation.

32. Aziz, F., N. Tripathi, M. Ole and M. Kusanagi (2002). Development of Flood 25. Buyalski, C. P., D. G. Ehler, and D. L. King et (1991). Canal System Automation Manual – a Water Resources Technical Publication. USA, Bureau of Reclamation.

33. Chao, Lincoln L. (1981). Statistics for Management. Prentice-Hall of Southeast

Asia Pte. Ltd.

34. Gurnell, A. M. and D. R. Montgomery (1998). Hydrological Applications of

GIS. New York, USA, John Willey and Sons.

35. Garcia, Sandra G. (2002). A GIS Grass – Embedded Decision Support

Framework for Flood Forecasting. Proceeding of the Open source GIS Grass users conference 2002 – Trento, Italy, 11 – 13 September 2002.

36. Holder, R. H. (1990). Multiple Regression in Hydrology. Walling Ford, Institute

of Hydrology.

37. Information Technology Services (2003). Using SPSS version 11.5 for Windows. http://www.utexas.edu/its/sds/products/spsswin.html

38. Maidment, David R. (1993). Handbook of Hydrology. New York, USA,

McGraw-Hill Book Company.

39. Montgomery, Donglas C. and Linwood A. Johnson (1976). Forecasting and Time Series Analysis. New York, USA, McGraw Hill Book Company. 40. Nielsen, S. A. and P. Klinkhachorn (2002). Real Time Flood Forecasting in Tawatchai, Tingsanchali (2003). Flood Modelling and Forecasting – Lecture Notes. School of Civil Engineering, Asian Institute of technology.

41. Bacchi, B. And R. Ranzi, Hydrological and meteorological aspects of floods in

the Alps: an overview, Hydrol. Earth System Sci., 7(6), 784-798, 2003. 42. Bacchi, B., and R. Ranzi Eds., 2000: RAPHAEL – Runoff and Atmospheric Processes for Flood Hazard Forecasting and Control. Final Report. EC, Directorate General XII, Programme Env. and Climate 1994-1998, Bruxelles.

43. Barontini, S., A. Clerici, R. Ranzi And B. Bacchi, Saturated Hydraulic

53

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Conductivity And Water Retention Relationships For Alpine Mountain Soils, in: De Jong C., D. N. Collins e R. Ranzi (editors), Climate and Hydrology of Mountain Areas, ISBN: 0-470-85814-1, 101-122, J. Wiley & Sons, 2005.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

44. Beven, K., 2000. Rainfall-runoff modelling, The Primer, J. Wiley and Sons. 45. Malguzzi, P., Grossi, G., Buzzi, A., Ranzi, R. and Buizza, R., 2006: The 1966 ‘century’ flood in Italy: a meteorological and hydrological revisitation, J. Geophys Res., 111, D24106, doi:10.1029/2006JD007111.

46. Ranzi, R., B. Bacchi and G. Grossi, Runoff measurements and hydrological

modelling for the estimation of rainfall volumes in an alpine basin, Quart. Journal Royal Meteorol. Soc., Vol. 129 Part B, n. 588, 653-672, 2003.

47. Ranzi, R., M. Bochicchio And B. Bacchi, Effects on floods of recent afforestation and urbanisation in the Mella River (Italian Alps), Hydrol. Earth System Sci., 6(2), 239-265, 2002.

48. Ranzi, R., M. Zappa and B. Bacchi, Hydrological aspects of the Mesoscale Alpine Programme: findings from field experiments and simulations, Quart. Journal Royal Meteorol. Soc., 2007

50. quyết định số: 80/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ Ngày 01 tháng 06 năm 2007 Về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm

49. Vu Minh Cat, Le Van Nghinh, Ngo Le An, “Lu sông Hồng và dự báo lũ tại Hà Nội” “Red River Flood and its forecasting at Hanoi Station”, Workshop on Natural environment, sustainable protection and conservation: Italy – Vietnam cooperation perspectives, 2004

51. The U.S. Army Corps of Engineers, The Hydrologic Modeling System HEC-

HMS– User’s Manual – Version 3.1.1, 2006.

52. The U.S. Army Corps of Engineers, The Hydrologic Modeling System HEC-

54

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

HMS– Technical Reference Manual – Version 3.1.1, 2006.

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

**********

BÁO CÁO KẾT QUẢ

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP NHÀ NƯỚC

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

PHỤ LỤC I.1

Cơ quan quản lý: Bộ Khoa học Công Nghệ

Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn

Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Thuỷ lợi

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Vũ Minh Cát

Hà nội tháng 10 - 2007

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

**********

BÁO CÁO KẾT QUẢ

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP NHÀ NƯỚC

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối

với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

GIAI ĐOẠN 2006 - 2007

PHỤ LỤC I.1

THU THẬP VÀ QUẢN LÝ SỐ LIỆU ĐỀ TÀI

Cơ quan quản lý: Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn

Bộ Khoa học Công Nghệ

Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Thuỷ lợi

Chủ nhiệm đề tài : PGS.TS Vũ Minh Cát

Những người thực hiện : PGS. TS. Lê Văn Nghinh

Ths. Hoàng Thanh Tùng

Ths. Nguyễn Hoàng Sơn

Ths. Phạm Xuân Hoà

KS. Trần Kim Châu

KS. Nguyễn Mạnh Minh Toàn

KS. Nguyễn Thu Hà

KS. Bùi Ngọc Quyên

Và những cộng tác viên khác

Hà N(cid:31)i Tháng 10 – 2007

ii

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

MỤC LỤC

I. THU THẬP CÁC THÔNG TIN SỐ LIỆU PHỤC VỤ ĐỀ TÀI................................. 5 I.1 ĐẶT VẤN ĐỀ......................................................................................................... 5 I.2. TỔNG QUAN LƯU VỰC SÔNG HỒNG - THÁI BÌNH ..................................... 6

I.2.1. Vị trí địa lý và địa hình.......................................................................................... 6

I.2.2. Hệ thống Sông Hồng ........................................................................................... 10 I.2.2.1 Dòng chính Sông Thao................................................................................. 10 I. 2.2.2. Phụ lưu sông Đà ........................................................................................ 20 I. 2.2.3. Phụ lưu sông Lô ........................................................................................ 31

I.2.3. Hệ thống sông Thái Bình..................................................................................... 43 I.3. TÀI LIỆU ĐO ĐẠC KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN TRONG VÀ LÂN CẬN LƯU VỰC SÔNG HỒNG - THÁI BÌNH................................................. 45

I.3.1. Mạng lưới trạm đo khí tượng thuỷ văn .............................................................. 45 I.3.1.1. Tình hình quan trắc trên lãnh thổ ở Trung Quốc ......................................... 46 I.3.1.2. Tình hình quan trắc trên phần lưu vực thuộc Việt Nam .............................. 46

I.3.2. Nhận xét chung về tài liệu khí tượng thuỷ văn .................................................. 56 I.4. QUY HOẠCH PH ÁT TRIỂN KINH TẾ, XÃ HỘI VÙNG ĐỒNG BẰNG S.HỒNG –S. THÁI BÌNH ĐẾN NĂM 2010 VÀ2020 ............................ 57

I.4.1. Dự báo phát triển dân số..................................................................................... 57

1.4.2. Quy hoạch phát triển công nghiệp ..................................................................... 61

1.4..3 Quy hoạch phát triển nông nghiệp.................................................................... 62

1.4.4 Quy hoạch phát triển lâm nghiệp........................................................................ 63

1.4.5 Quy hoạch phát triển thuỷ sản ............................................................................ 63

1.4.6 Quy hoạch phát triển dịch vụ.............................................................................. 65

1.4.7 Kết luận.............................................................................................................. 66 I.5. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ TÀI LIỆU ĐỊA HÌNH HỆ THỐNG SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH ............................................................................... 67

I.5.1. Sơ đồ mạng lưới sông Hồng - Thái Bình ........................................................... 67

I.5.2. Cơ sở toạ độ, độ cao ........................................................................................... 68

I.5.3. Tài liệu mặt cắt ngang ......................................................................................... 68

I.5.4. Tài liệu mặt cắt dọc ............................................................................................. 69

I.5.5. Phân tích đánh giá tài liệu đo đạc........................................................................ 69 I.6. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ TÀI LIỆU ĐỊA HÌNH CÁC HỒ CHỨA TRÊN HỆ THỐNG SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH.............................................. 70

iii

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

I.6.1. Tài liệu mặt cắt ngang, dọc, các thông số cơ bản của các hồ chứa lớn trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình....................................................................................... 70 1.6.2 Nhận xét chung.............................................................................................. 82 I.7. THU THẬP VÀ XỬ LÝ MÔ HÌNH SỐ HÓA ĐỘ CAO DEM........................... 82

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

I.7.1 Khái niệm mô hình số hóa độ cao DEM................................................................... 82 I.7.1.1. Các phương pháp xây dựng bản đồ DEM.......................................................... 83 I.7.1.2. Các ứng dụng của DEM................................................................................... 84 I.7.1.3. Tìm kiếm và lựa chọn nguồn dữ liệu DEM........................................................ 85

I.7.2. Kỹ thuật xử lý DEM .............................................................................................. 87 I.7.2.1. Giới thiệu về các phần mềm sử dụng để xử lý DEM .......................................... 87 I.7.2.2. Xử lý DEM ..................................................................................................... 94

I.7.3. Nghiên cứu áp dụng DEM trong mô hình toán thủy văn để dự báo lũ..................... 101 I.7.3.1. Sử dụng DEM xác định lưu vực, các tiểu lưu vực và mạng lưới sông suối ....... 101 1.7.3.2 Sử dụng phần mềm HEC-geoHMS tính toán DEM để xác định lưu vực ............ 103 1.7.3.3. Sử dụng DEM tính toán các đặc trưng lưu vực.............................................. 104

1.7.4. Áp dụng DEM trong việc xác định phân chia các lưu vực con ................................ 104 cho lưu vực Đà – Lô – Thao........................................................................................... 104

iv

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

CÁC DỮ LIỆU ĐÃ THU THẬP

TT Tài liệu Thư mục

1 ..\ Tailieu

Thu thập tài liệu quy hoạch, thiết kế và các nghiên cứu có liên quan

2 ..\Dulieu\Diahinh

Thu thập, xử lý tài liệu địa hình hệ thống sông Hồng

3 ..\Dulieu\Diahinh

Thu thập, xử lý,báo cáo tài liệu địa hình các hồ chứa

4 ..\Dulieu\Diahinh

Thu thập và báo cáo tài liệu quan trắc các hồ chứa

5 Thu thập, xử lý và báo cáo bản đồ DEM ..\Dulieu\Map\DEM

6 Xây dựng Ngân hàng dữ liệu các loại ..\csdl

v

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

(KTTV, công trình, …)

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

THU THẬP VÀ QUẢN LÝ SỐ LIỆU ĐỀ TÀI

I. THU THẬP CÁC THÔNG TIN SỐ LIỆU PHỤC VỤ ĐỀ TÀI.

I.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm gần đây, do chế độ khí hậu có nhiều sự thay đổi nên đã chi phối đến chế độ dòng chảy sông ngòi, trong đó có hệ thống sông Hồng. Hệ thống sông Hồng chi phối mọi hoạt động dân sinh kinh tế vùng đồng bằng sông Hồng - Thái Bình. Nhất là mùa lũ. Khi chưa có hồ Hòa Bình vào thời kỳ mùa lũ việc phòng chống lũ rất khó khăn, sau khi có hồ Hòa bình và tương lai là hồ Tuyên Quang và hồ Sơn La Tuy nhiên việc dự báo lũ trên hệ thống sông Hồng là một bài toán khó nhưng có rất nhiều ý nghĩa trong phòng chống lũ cho hạ lưu.

Việc thu thập tài liệu phục vụ cho bài toán dự báo lũ sông Hồng là một vấn đề cấp thiết. Số liệu này rất đa dạng và phong phú, nhất là khi có hệ thống hồ chứa trên hệ thống sông.

Trên thế giới, việc nghiên cứu điều hành lũ, điều phối cấp nước, phát điện và các lợi ích khác của hồ chứa đã được nhiều học giả và các chuyên gia nghiên cứu rất sâu, việc dự báo lũ trên sông kết hợp với điều tiết lũ bởi hệ thống hồ chứa cũng đã được áp dụng nhiều công nghệ dự báo hiện đại.

Nhiều mô hình toán đã kết nối với hệ thống cơ sở dữ liệu như hệ thông tin địa lý (GIS), các vệ tinh, Rada để tăng tính hiệu quả của các mô hình toán áp dụng trong dự báo. Kỹ thuật dự báo số trong dự báo tác nghiệp được phát triển mạnh.

Nhằm điều hành thống nhất và có hiệu quả kiểm soát lũ kết hợp với bài toán dự báo cần nắm rõ tình hình nghiến cứu về vấn đề kiêm soát lũ hiện nay ở trong nước. Cụ thể chúng ta phải xem xét các tiêu chuẩn ngành về phòng chống lũ, các quy trình, quy phạm đã ban hành như:

1. Tiêu chuẩn ngành về phòng chống lũ ĐBSH: chống lũ 500 năm giữ mực nước Hà Nội không vượt 13.4m, mực nước Phả Lại không vượt 7.92m đã được thông qua. Đê không tôn cao, chỉ gia cố tăng mức nước an toàn.

2. Dự án nâng lõi đập hồ Hòa Bình đến cao trình 122.5m phục vụ chống lũ 49.000 m3/s đã được công ty Hydroproject của Cộng hoà liên bang Nga thực hiện, Bộ Công nghiệp và Bộ Khoa học & Công nghệ đã tiến hành thẩm định và đệ trình phê duyệt.

1

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

3. Hồ chứa Tuyên Quang trên sông Gâm sẽ vận hành tổ máy đầu tiên vào năm 2007.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sự ra đời của hồ Tuyên Quang đã bổ sung thêm dung tích ®iÒu tiÕt phßng lò vµ cÊp n−íc cho hạ du.

4. Hồ Sơn La trên sông Đà đưa tổ máy số 1 vào hoạt động năm 2009 sẽ nâng tổng dung tích phòng lũ hạ du lên 7 tỷ m3. Hồ Lai Châu (Nậm Nhùn) và hồ Bản Chát, Hồ Nậm Quảng trên nhánh sông Nậm Mu cũng sẽ đưa vào hoạt động năm 2010 – 2013. Toàn cảnh bức tranh lũ trên ĐBSH sẽ thay đổi sâu sắc. Cần nắm bắt những thay đổi này và thể hiện trong quy trình ®iÒu tiÕt cÊp n−íc cho ĐBSH.

5. Dự án “làm sống lại sông Đáy” đang được thử nghiệm với những bước đi ban đầu như xây dựng mới cống Vân Cốc 3 cửa, tiến tới 9 cửa, kênh dẫn lũ Ngọc Tảo, cống Đáy, thực hiện dẫn nước sông Hồng vào sông Đáy 50m3/s trong mùa kiệt, thực hiện phân một lưu lượng 600 m3/s thường xuyên vào đầu và cuối mùa lũ hàng năm vào sông Đáy. Với sự ra đời của các hồ chứa nước lớn thượng nguồn, con người mơ ước trong một tương lai gần sẽ loại bỏ việc trữ lũ vào hai cánh đồng màu mỡ Chương Mỹ, Mỹ Đức, nơi có gần 1 triệu người đang sinh sống.

Ngoài các thông tin trên, để xây dựng được phương án dự báo lũ chính xasxc cần phải thu thập các thông tin về điều kiện tự nhiên, thông thin về nghiên cứu khí tượng thủy văn trên lưu vực và địa hình lưu vực, mặt cắt sông.

I.2. TỔNG QUAN LƯU VỰC SÔNG HỒNG - THÁI BÌNH

I.2.1. Vị trí địa lý và địa hình.

Lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình là một lưu vực sông liên quốc gia chảy qua 3 nước Việt Nam, Trung Quốc, Lào với tổng diện tích tự nhiên vào khoảng 169.000km2 và diện tích lưu vực của hai sông này trong lãnh thổ Việt Nam vào khoảng 87.840km2. Châu thổ sông nằm hoàn toàn trong lãnh thổ Việt Nam có diện tích ước tính khoảng 17.000km2. Chiều daì sông Hồng trong lãnh thổ Việt Nam khoảng 328km. Phần lưu vực nằm ở Trung quốc là: 81.200 km2 chiếm 48% diện tích toàn lưu vực. Phần lưu vực nằm ở Lào là: 1.100 km2 chiếm 0,7% diện tích toàn lưu vực. Phần lưu vực nằm ở Việt Nam là: 87.840 km2 chiếm 51,3% diện tích lưu vực.

2

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Đây là con sông lớn thứ hai (sau sông Mêkông) chảy qua Việt Nam đổ ra biển Đông. Sông Hồng được hình thành từ 3 sông nhánh lớn là sông Đà, sông Lô và sông Thao. Sông Thái Bình cũng được hình thành từ 3 nhánh sông lớn là sông Cầu, sông Thương và sông Lục Nam. Hai hệ thống sông được nối thông với nhau bằng sông Đuống và sông Luộc tạo thành lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình được giới hạn từ 20023’ đến 25030’ vĩ độ

Bắc và từ 1000 đến 107010’ kinh độ Đông.

+ Phía Bắc giáp lưu vực sông Trường Giang và sông Châu Giang của Trung

Quốc.

+ Phía Tây giáp lưu vực sông Mêkông.

+ Phía Nam giáp lưu vực sông Mã.

+ Phía Đông giáp vịnh Bắc Bộ.

Hình 1.1: Vị trí địa lý lưu vực sông Hồng – Thái Bình trên lãnh thổ

Việt Nam

Tổng diện tích lưu vực sông Hồng - Thái Bình (Lưu vực) khoảng 169 nghìn km2. Trong đó, phần diện tích ở Việt Nam khoảng 86,7 nghìn km2, bằng 26% diện tích nước ta và bằng khoảng 51% so với toàn bộ lưu vực; phần ngoài nước khoảng 82,3 nghìn km2, bằng khoảng 49% tổng diện tích Lưu vực.

3

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Lưu vực sông Hồng-Thái Bình liên quan tới 26 tỉnh, thành phố thuộc vùng đồng bằng sông Hồng, Tây Bắc và Đông Bắc có tổng diện tích tự nhiên khoảng 115,75 nghìn km2.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Như vậy, toàn bộ phía Bắc nước ta, bao gồm vùng Đồng bằng sông Hồng, Tây Bắc, Đông Bắc, với khoảng 75,4% diện tích thuộc lưu vực sông Hồng - Thái Bình, cùng với các hệ thống sông khác như: Bằng Giang, Kỳ Cùng ở Lạng Sơn, thượng nguồn sông Mã, sông Mê Công ở Sơn La, Lai Châu (cũ) và các sông ven biển Quảng Ninh bao trùm toàn bộ 26 tỉnh, thành phố trên tổng số 64 tỉnh, thành phố cả nước và khoảng 35% diện tích lãnh thổ nước ta.

Lưu vực sông có vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, bao gồm 8 tỉnh, thành phố: Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh, Hải Dương, Hưng Yên và năm 2004 đã bổ sung thêm 3 tỉnh mới là: Hà Tây, Vĩnh Phúc và Bắc Ninh. Đây là vùng kinh tế có tầm quan trọng đặc biệt trong chiến lược phát triển kinh tế-xã hội của các tỉnh phía Bắc nói riêng và cả nước nói chung, bởi lưu vực có một tiềm năng kinh tế đa dạng và dồi dào, một nguồn nhân lực phong phú và năng động, lại nằm ở một vị trí địa lý vô cùng trọng yếu, có thủ đô Hà Nội và cảng Hải Phòng, cảng hàng không quốc tế Nội Bài và trung tâm du lịch nổi tiếng ở tỉnh Quảng Ninh.

Dân số sống trên lưu vực khoảng 29,26 triệu người, trong đó 20% sống ở đô thị, 80% còn lại sống ở khu vực nông thôn. Mật độ trung bình ở vùng đồng bằng Bắc Bộ khoảng 1.000 người/km2, bình quân trên lưu vực là 277 người/km2.

4

Lưu vực sông Hồng-Thái Bình có thế mạnh về phát triển các ngành kinh tế như sản xuất nông nghiệp, chủ yếu là cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao, đánh bắt thủy- hải sản, công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp, du lịch và dịch vụ và năng lượng, chủ yếu là thủy điện và các dạng năng lượng khác, giao thông vận tải và viễn thông. Với thế mạnh đó, lưu vực sông Hồng-Thái Bình, mà trọng tâm là tam giác kinh tế Hà Nội- Hải Phòng-Quảng Ninh và Vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ nổi lên như là một lưu vực có tiềm năng kinh tế quan trọng vào bậc nhất nước ta hiện nay.

Sông Thái Bình bắt nguồn từ Việt Nam về phía bắc của Hà Nội, chảy về phía đông nam và cuối cùng đổ ra Biển Đông. Ở phía nam Hà Nội, sông Đuống tách từ sông Hồng và nhập vào sông Thái Bình chảy về phía đông. Cảng Hải Phòng nổi tiếng nằm ở phía bắc cửa sông Thái Bình. Hệ thống sông Thái Bình do 3 sông: Cầu, Thương và Lục Nam hợp thành. Hệ thống sông nằm ở khu vực đông bắc Bắc Bộ, phía tây và phía bắc giáp lưu vực sông Hồng, phía đông giáp hệ thống sông Kỳ Cùng - Bằng Giang, phía đông nam giáp lưu vực các sông nhỏ ở Quảng Ninh và phía nam giáp vịnh Bắc Bộ. Phần phía tây và tây bắc là vùng núi cao thuộc cánh cung sông Gâm, Ngân Sơn - Yên Lạc quy tụ về dãy núi Tam Đảo với đỉnh Pia-Bioc cao 1576 m, dãy núi Tam Đảo ở phía tây nam với đỉnh cao 1592m; phần phía bắc và đông bắc là vùng núi thuộc cánh cung Bắc Sơn với một số đỉnh núi cao trên 1000 m như đỉnh Cốc Xe 1131 m, Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Khao Kiên 1107 m, phía đông nam giáp với tỉnh Quảng Ninh là dãy núi Yên Tử cao 1068 m. Vùng đồi núi thấp phân bố ở trung lưu sông Cầu, sông Thương và sông Lục Nam với độ cao dưới 100-200 m. Vùng đồng bằng nằm ở hạ lưu các sông, địa hình bằng phẳng và thấp. Nhìn chung, địa hình ở lưu vực sông Cầu thấp dần từ bắc xuống nam, còn ở 2 lưu vực sông Thương và sông Lục Nam thì thấp dần theo hướng đông bắc - tây nam. Độ cao trung bình của lưu vực của sông Cầu, sông Thương xấp xỉ nhau (190 m) còn ở sông Lục Nam thì cao hơn (207m).

5

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hệ thống sông Hồng là hệ thống sông lớn thứ hai ở nước ta, chỉ sau hệ thống sông Mê Kông. Nhưng nếu xét về phần diện tích lưu vực cũng như lượng dòng chảy được sinh ra trong lãnh thổ nước ta thì nó được xếp hàng đầu. Địa hình lưu vực thấp dần theo hướng tây bắc-đông nam, độ cao đường phân nước (ranh giới lưu vực) xung quanh hệ thống sông bằng khoảng 2000-3000 m ở lãnh thổ Trung Quốc và 1000-2000 m ở Việt Nam. Địa hình đồi núi chiếm phần lớn lưu vực với độ cao trung bình 1090 m. Phần phía tây của lưu vực nằm trong lãnh thổ nước ta được giới hạn bởi khối núi ở biên giới Việt-Lào với những đỉnh núi cao trên 1800 m như Pu-đen-đinh (1886 m), Pu- sam-sao (1987m), về phía bắc có dãy núi Pu-si-lung (3076 m) nằm ở biên giới Việt- Trung, phía đông được giới hạn bởi cánh cung Ngân Sơn - Yên Lạc với những núi cao trên 1500 m như đỉnh Phia Bioc cao 1576 m. Trung và thượng lưu của hệ thống sông là những khối núi và cao nguyên. Đáng kể nhất là dãy Hoàng Liên Sơn kéo dài 180km từ biên giới Việt-Trung đến Vạn Yên với đỉnh Phan-xi-păng cao 3143 m, Pu Luông 2985 m. Đó cũng là đường phân nước giữa sông Đà và sông Thao. Dãy núi Con Voi chạy gần song song với sông Thao, là đường phân nước giữa sông Thao với sông Lô. Các cao nguyên đá vôi có thể kể đến là các cao nguyên: Ta Phìn, Sín Chải, Sơn La, Mộc Châu trong lưu vực sông Đà, các cao nguyên Bắc Hà, Quản Bạ, Đồng Văn trong lưu vực sông Lô. Xen kẽ những cao nguyên, đồi núi là những thung lũng, bồn địa bằng phẳng như các bồn địa Nghĩa Lộ, Quang Huy. Vùng trung du được đặc trưng bởi địa hình đồi dạng bát úp với độ cao dưới 50-100 m. Hạ lưu sông Hồng kết hợp với hạ lưu sông Thái Bình đã tạo thành đồng bằng sông Hồng-sông Thái Bình. Như vậy, đồng bằng sông Hồng-Thái Bình (đồng bằng châu thổ Bắc Bộ) do phù sa của 2 hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình bồi đắp, địa hình bằng phẳng, hơi nghiêng ra biển theo hướng tây bắc - đông nam, trừ một số đồi có độ cao thường dưới 10 m. Dọc theo các triền sông có đê bao bọc, nên đồng bằng bị chia cắt thành những vùng trũng. ở gần bờ biển có các cồn cát và bãi phù sa.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 1.2: Bản đồ lưu vực sông Hồng - Thái Bình

Dưới đây là mô tả tóm tắt các phụ lưu và phân lưu chính của hệ thống sông

Hồng – Thái Bình :

I.2.2. Hệ thống Sông Hồng

I.2.2.1 Dòng chính Sông Thao

a. Đặc điểm địa lý tự nhiên của lưu vực.

1. Vị trí địa lý.

6

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Sông Thao được coi là dòng chính của sông Hồng, bắt nguồn từ hồ Đại Lý ở độ cao gần 2000m trên đỉnh Nguỵ Sơn thuộc tỉnh Vân Nam - Trung Quốc, chảy theo hướng tây bắc - đông nam, qua tỉnh Vân Nam rồi đổ vào nước ta tại vùng biên giới Việt Trung thuộc huyện Bát Xát tỉnh Lào Cai, tiếp tục chảy qua Lào Cai, Yên Bái, Phú

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Thọ. Đến Việt Trì hợp với các nhánh khác (sông Lô, sông Đà ) và chảy vào sông Hồng. Diện tích lưu vực sông Thao trên lãnh thổ Việt Nam đến Yên Bái là 7000km2, trong đó diện tích ngoài lãnh thổ Việt Nam chiếm 41.000km2.

2. Địa hình địa mạo.

Lưu vực sông Thao (địa phận Việt Nam) có địa hình phức tạp phân cách rất mạnh theo nhiều kiểu khác nhau. Hai dãy núi chạy song song là núi Voi và Dãy Hoàng Liên Sơn xuyên suốt hai tỉnh theo hướng Tây Bắc – Đông Nam chính là đường phân nước của sông Thao: dãy núi con Voi ở phía Đông là đường phân nước giữa sông Thao và sông Chảy, dãy Hoàng Liên Sơn ở phía Tây là đường phân nước giữa sông Đà và sông Thao. Địa hình sông Thao trong lãnh thổ Việt Nam thấp dần từ Đông Bắc xuống Đông và Đông Nam, hướng chảy các sông suối trong lưu vực cũng chảy theo hướng dốc của địa hình. Gió Đông Nam hoặc Tây Nam thổi dọc theo thung lũng sông Thao đều bị chặn lại và nâng lên theo các khối núi chặn giữ ở phía Tây gây ra mưa địa hình. Có những trận mưa ở Việt Nam đạt 300 – 400mm thì phần lưu vực bên Trung Quốc chỉ mưa 50 – 100mm. Trạm Yên Bái diện tích khống chế so với trạm Lào Cai tăng 17% nhưng tổng lượng dòng chảy năm trung bình tăng 42,8%. Rõ ràng phần lãnh thổ ở Việt Nam của sông Thao đã cung cấp một lượng dòng chảy đáng kể.

Địa hình vùng núi cao phía Đông dãy Hoàng Liên Sơn hiểm trở với những đỉnh núi cao trên 2000 - 3000m so với mặt biển, trong đó đỉnh Phang - Si - Păng cao 3143 mét được coi là nóc nhà của Việt Nam. Đặc điểm địa hình vùng này có hai kiểu rõ rệt, đó là địa hình kiểu cổ và địa hình thứ sinh.

Địa hình kiểu cổ là kết quả của sự bảo tồn lớp bề mặt đã bị bào mòn nên đã tạo ra những lớp bề mặt gợn sóng ở trên những đọ cao khác nhau như 1350 - 1450 mét, 1600 - 1700 mét và 2000 - 2100 mét. Những bề mặt gợn sóng ấy tạo thành bởi những núi đồi có hướng Tây Bắc - Đông Nam phân bố rộng khắp và phân cách với nhau bởi những thung lũng hẹp, có tác dụng như những bình phong ngăn chặn gió mùa Đông Bắc.

7

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Địa hình thứ sinh là kiểu địa hình bị phân cách mãnh liệt có độ dốc lớn (40o- 50o), chênh lệch độ cao 200-300 mét, thung lũng hẹp, sâu 500-600 mét, hướng núi chủ yếu Tây Nam - Đông Bắc tạo thành hướng gần vuông góc với sông Thao. Địa hình này có tác dụng chặn gió Đông Nam hoặc Tây Nam mang ẩm thổi theo dọc thung lũng sông Thao. Lượng ẩm này bị chặn lại và nâng lên theo các khối núi và dễ dàng gây ra mưa.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Vùng đồi thung lũng bồn địa, phạm vi phân bố vùng này không rộng, địa hình có quá trình hình thành phức tạp, nhiều đồi , chênh lệch độ cao 40 - 50 mét, có nhiều hình thái của vùng đồi cổ đỉnh tròn, sườn thoải với độ dốc 20o - 25o và độ cao 400 - 500 mét. Dưới chân núi là những thung lũng rộng, thung lũng kiểu lòng chảo Mường Lò ( Văn Chấn ) có hình cánh cung, kéo dài từ xã Dương Sơn đến xã Thạch Sơn dài 15 km, nơi rộng nhất 5 km và nơi hẹp nhất 2 km, là cánh đồng rộng nhất tỉnh Yên Bái. Thung lũng Than Uyên có dạng phễu thắt lại ở phía bắc, mở rộng về phía nam, có độ cao trung bình 300 - 350 mét, rộng 30 km2.

Do điều kiện địa lý tự nhiên địa hình chi phối lượng mưa năm của hai tỉnh Lào Cai, Yên Bái biến đổi tương đối lớn cả về không gian và thời gian. Để có thể đánh giá đúng được tài nguyên nước trên lưu vực sông Thao cần nghiên cứu sự phân phối mưa trên lưu vực cũng như bốc hơi, độ ẩm…

Một đặc điểm cần chú ý khi nghiên cứu về lưu vực này là lượng ngậm cát ở Lào Cai khá lớn so với các vùng khác do vậy cũng ít nhiều ảnh hưởng đến dòng chảy cũng như chất lượng nước.

3. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng.

Trên cơ sở quá trình hình thành, phát triển và sử dụng đất đai có thể phân thành

các vành đai thổ nhưỡng như sau :

- Vành đai thổ nhưỡng vùng đồi dưới 300-400m.

- Vành đai thổ nhưỡng từ 400-500m đến 700-900m,

- Vành đai thổ nhưỡng lớn hơn 1000m.

Vành đai thổ nhưỡng vùng đồi dưới 300 – 400m này chiếm phần lớn diên tích của các thung lũng của các sông như thung lũng sông Thao. Trong vành đai này chia thành hai nhóm:

+ Nhóm đất hình thành tại chỗ.

8

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Là nhóm đất chịu sự tác động chi phối của yếu tố tự nhiên trong khoảng thời gian dài và trên lớp phong hoá của đá mẹ. Đặc điểm của nhóm đất này là quá trình feralít hoá mạnh, triệt để trên tầng đất này. Tầng nham thạch bị phong hoá lâu có màu đỏ vàng hoặc vàng đỏ, loại này có khả năng giữ nước. Đá mẹ có nhiều kiểu xen kẽ nhau phức tạp, song chủ yếu vẫn là nhóm đá biến chất Giơ nai, Mi ca, Pi rít, Apatít chiếm gần như toàn bộ diện tích, trừ một giải bậc thềm ven dãy Phăng Xi Păng - Pu luông. Ven hữu ngạn sông Thao thỉnh thoảng có trầm tích sét, đất nặng hơn và có kết cấu bền, thoát nước kém.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

+ Nhóm đất bồi tụ :

Là nhóm đất trong quá trình hình thành chịu sự tác dụng trực tiếp của nước. Loại này phần lớn phân bố ở vùng ven sông, suối hoặc trên những ruộng bậc thang ít nhiều bị ngập nước theo mùa, vụ và cũng là nơi tích đọng sản phẩm từ trên núi cao xuống. Đất này thành phần cơ giới nhẹ, thoát nước nhưng nơi ngập nước không có quá trình Gơ Lây.

4. Thảm phủ thực vật.

Là vùng nằm trong vành đai nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều nên có giới thực vật phong phú, tốc độ phát triển nhanh. Có thể nói riêng về mặt thực bì có nhiều kiểu từ rừng rậm đến rừng thưa, vừa có kiểu rừng nhiệt đới, vừa có kiểu rừng trên núi, song nhìn chung đã bị tàn phá nặng nề, diện tích rừng còn rất ít và chủ yếu phân bố ở vùng núi cao dãy Hoàng Liên Sơn và dãy núi Con Voi. Ơ vùng thấp có rừng cỏ tranh lau lách vv... hoặc cây bụi. Ở dãy Hoàng Liên Sơn rừng còn lại khoảng 10 -15%, song chỉ là rừng thứ cấp và một số ít là rừng nguyên thủy nằm trên các sườn dốc, đỉnh cao. Chi lưu Nậm Kim thuộc lưu vực Nậm Mu (huyện Mù Cang Chải) thực vật bị tàn phá nghiêm trọng.

Ngoài các loại rừng kể trên còn có loại rừng tái sinh mà chủ yếu là bồ đề, mỡ ở vùng thấp thuộc lưu vực sông Ngòi Thia, Ngòi Nhù vv... Ơ vùng cao Bắc Hà, Mường Khương có sa mộc, trúc, ở Than Uyên, Mù Cang Chải, Sa Pa có thông. Đặc điểm rừng tái sinh phân tán, diện tích hẹp.

5. Đặc điểm khí hậu.

Lưu vực sông Thao nằm trong vùng núi cao ở phía bắc, khí hậu vừa mang tính chất đa dạng của chế độ hoàn lưu gió mùa nhiệt đới phức hợp của Bắc Bộ, vừa mang tính chất của vùng núi địa hình bị cắt xẻ. Sơ bộ có thể thấy những khối không khí sau đây trong một năm luân phiên nhau khống chế tình hình thời tiết khí hậu hai tỉnh với mức độ khác nhau.

- Khối không khí cực đới lục địa biến tính mang lại thời tiết lạnh và khô cho

lưu vực.

- Khối không khí nhiệt đới biển đông đem lại thời tiết ẩm trong mùa đông lạnh

cho lưu vực.

- Khối không khí nhiệt đới vịnh Băng Gan nóng ẩm nhưng sau khi đi qua vùng

núi phía tây rồi vòng qua vịnh Bắc Bộ tràn tới và trở thành nóng và tương đối khô.

9

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- Khối không khí xích đạo từ nam bán cầu tràn lên đi qua biển nên rất ẩm.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Khối không khí nhiệt đới Thái Bình Dương rất ẩm và nóng.

Do các khối không khí trên gặp gỡ và giao tranh biến động xen kẽ nhau, thêm vào đó địa hình phức tạp làm cho khí hậu vùng này phân hoá mạnh. Sau đây đề cập một số yếu tố chính.

Chế độ nhiệt.

Lưu vực sông Thao có khí hậu nhiêt đới gió mùa, do ảnh hưởng của địa hình phức tạp cắt xẻ nhiệt độ cũng biến động mạnh. Nhiệt độ biến động theo cả không gian và thời gian, có vùng rét nhất nước ta có những ngày nhiệt xuống thấp đến dưới 0o như ở SaPa mùa đông có tuyết rơi, mùa hạ có nơi oi bức nhất miền Bắc nước ta như một số thung lũng kín gió Văn Chấn - Bảo Hà - Lào Cai. Nhiệt độ giảm dần theo chiều cao thẳng đứng hình thành các vùng khí hậu nóng, lạnh, ẩm khô khác nhau lớn

Độ ẩm không khí và bốc hơi.

Do điều kiện địa hình, điều kiện khí hậu nên chế độ ẩm ở lưu vực này cao hơn so với các nơi khác ở đồng bằng Bắc Bộ (Sa Pa 88%, Yên Bái 87%, Lào Cai 86%). Do địa hình phức tạp nên độ ẩm tương đối ở các nơi trong tỉnh khác nhau rõ rệt, vùng thấp sự diễn biến độ ẩm hàng năm điều hoà hơn vùng cao, nhìn chung độ ẩm vùng cao lớn hơn.

Lượng bốc hơi trong vùng cũng phân bố không đều, ở Mường Khương, Hoàng Liên Sơn lượng bốc hơi năm dưới 500mm, trong khi đó vùng Than Uyên, Mù Kang Chải thì lượng bốc hơi năm trên 1000mm.

Lượng bốc hơi tháng lớn nhất phần lớn rơi vào tháng V. Riêng vùng Sa Pa, Hoàng Liên Sơn, Than Uyên và Mù Kang Chải rơi vào tháng III. Tháng có lượng bốc hơi bé nhất ở các nơi xuất hiện không đều, có thể rơi vào các tháng I, II, VII, XI hay tháng XII .

Chế độ gió.

Do ảnh hưởng của gió mùa cùng với địa hình chia cắt phức tạp của hai tỉnh nên mỗi nơi tần suất hướng gió khác nhau. Vùng Sa Pa cao thoáng nên tần suất lặng gió nhỏ hơn. Ơ Sa Pa tốc độ gió đạt tới 37 m/s, hay ở đỉnh Hoàng Liên Sơn đạt tới 40 m/s (20-V/ 1978). Dọc thung lũng sông Thao mùa đông thường thịnh hành gió đông nam, mùa hạ tỷ lệ gió đông nam giảm và chuyển sang gió nam hoặc tây nam. Các khu vực khác như Bắc Hà - Lục Yên bốn mùa hướng gió thịnh hành ít bị thay đổi. Đặc biệt ở tỉnh Lào Cai có gió địa phương Ô Quy Hồ và gió Than Uyên.

10

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Chế độ mưa.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Khí hậu lưu vực sông Thao cũng giống như các miền khác trong nước ta do ảnh hưởng của chế độ gió mùa phân hoá thành hai mùa: mùa mưa từ tháng IV – X, mùa khô từ tháng XI – III. Do điều kiện địa hình cắt xẻ mạnh nên lượng mưa trong khu vực rất phong phú nhưng lại phân bố không đều theo không gian và thời gian.

Lượng mưa giảm dần từ tây sang đông xuống nam, dưới tác động của địa hình lượng mưa được phân phôí lại trong các vùng. Vùng mưa lớn là vùng đông và tây dãy Hoàng Liên Sơn, đông dãy Con Voi với lượng mưa năm từ 1800 mm đến trên 2000 mm. Vùng mưa ít là những thung lũng kín gió thuộc lưu vực sông Thao (Văn Chấn - Bảo Hà - Văn Bàn - Cam Đường) với lượng mưa từ 1400 mm đến 1800 mm.

Một đặc điểm đáng chú ý là sự biến động của lượng mưa ở một số nơi khá lớn gây ra những khó khăn nhất định đối với các ngành sản xuất, nhất là về phương diện phòng chống lũ lụt thiên tai và sản xuất nông nghiệp.

Với lượng mưa phong phú kết hợp với điều kiện địa lý tự nhiên, địa chất thuận lợi đã tạo nên một mạng lưới sông ngòi dày đến rất dày, thể hiện nguồn nước phong phú. Đây là một thuận lợi căn bản cho sản xuất nông nghiêp, lâm nghiệp và các ngành kinh tế quốc dân khác trong hiện tại và tương lai của hai tỉnh.

6. Mạng lưới sông ngòi.

Sông Thao bắt nguồn từ dãy núi Ngụy Sơn cao trên 2000 mét thuộc tỉnh Vân Nam Trung Quốc, sông có chiều dài 913 km (tính đến Việt Trì). Diện tích lưu vực tính đến Yên Bái 48.000 km2, đoạn Lào Cai -Yên Bái có diện tích là 7.000 km2, chiếm 13% toàn bộ diện tích.

11

Sông Thao có hướng chảy ổn định và thuần nhất theo hướng Tây Bắc - Đông Nam do ảnh hưởng của vận động tạo sơn Hymalaya vạch nên. Địa hình lưu vực chủ yếu là đồi núi và có độ cao tuyệt đối lớn nhất nước ta. Đặc điểm của địa hình tại lưu vực này là sự xâm thực bề mặt đang diễn ra dữ dội. Dãy núi Hoàng Liên Sơn kéo dài hơn 180 km, đường chia nước giữa sông Thao và sông Đà trở thành tấm bình phong tự nhiên có tác dụng ngăn cản các khối khí và nhiễu động thời tiết gây mưa địa hình. Điều này đã quyết định cho lưu vực sông Thao một chế độ khí hậu ẩm ướt và xuất hiện tâm mưa lớn Hoàng Liên Sơn ở miền Bắc nước ta. Tuy nhiên lượng mưa này không phân bố đồng đều trên lưu vực mà còn phụ thuộc vào các điều kiên địa lý.

Hệ quả của điều kiện khí hậu và địa hình trên lưu vực sông Thao đã tạo nên vùng này có mạng lưới sông ngòi phát triển, mật độ lưới sông từ dày đến rất dày (1 - 1.7 km/ km2). Các vùng đồi thấp ít mưa hơn, bốc hơi nhiều hơn, độ dốc nhỏ nên sông suối kém phát triển, mật độ lưới sông phổ biến từ 0.6 - 1.0 km2, vùng thung lũng sông có địa Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

hình bằng phẳng, khuất gió mật độ sông suối chỉ đạt 0.4 km/ km2. Các vùng núi cao Hoàng Liên Sơn có mật độ sông suối rất dày.

Một đặc điểm nữa của mạng lưới sông trong lưu vực sông Thao là sự phân bố rất không đều các phụ lưu ở hai bên bờ sông. Bờ phải sông Thao là dãy Hoàng Liên Sơn với địa hình bị xâm thực mạnh mẽ, độ dốc lớn, lượng mưa lớn nên xuất hiện nhiều phụ lưu lớn như Ngòi Phát, Ngòi Bo, Ngòi Nhù, Ngòi Thia, Ngòi Lao vv...Phía trái sông Thao do dãy núi Con Voi chạy sát bờ sông nên ở bờ này không phát triển các chi lưu lớn mà chỉ có các khe suối nhỏ.

Trong lưu vực có 112 sông suối lớn nhỏ, trong đó sông có diện tích trên 100 km2

chỉ có 8 sông. Lưu vực sông Thao chúng ta có thể phân chia các lưu vực sau:

Dòng chính sông Thao

Đoạn từ Lào Cai đến Yên Bái có chiều dài 156 km chạy giữa hai tỉnh như một đường thẳng theo hướng Tây Bắc - Đông Nam. Các phụ lưu đoạn sông này phát triển không cân xứng, hệ số không cân xứng sông chỉ bằng 0.12, thuộc loại nhỏ, bên hữu ngạn nhiều sông suối hơn bên tả ngạn, nguyên nhân chính là do phía bên trái có dãy núi Con Voi nằm sát sông làm cho sông ngòi lớn không thể phát triển được mà chỉ hình thành được các con suối nhỏ.

Các phụ lưu chính

Các phụ lưu chính của sông Thao kể từ thượng lưu xuống gồm: Ngòi Phát (F = 512 km2), Ngòi Bo (F = 587 km2), Ngòi Nhù (F = 1550 km2), Ngòi Hút (F = 632 km2), Ngòi Thia (F = 1570 km2), và Ngòi Lao (F = 680 km2). Như vậy trong các sông nhánh chỉ có hai sông có diện tích trên 1000 km2 .

+ Ngòi Thia

12

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Là phụ lưu lớn nhất có chiều dài 96 km và diện tích 1570 km2. Ngòi Thia bắt nguồn từ vùng núi Pu Luông có đỉnh cao 2953 mét chạy theo hướng tây nam - đông bắc đổ vào sông Thao bên bờ phải tại Quảng Nạc. Độ cao bình quân lưu vực H = 907 mét. Địa hình lưu vực thấp dần từ tây nam xuống đông bắc, độ cao tương đối của lưu vực vào loại lớn nhất miền Bắc Việt Nam. Dòng sông rất dốc, từ đường phân nước 2000 m xuống dòng chính độ dốc bình quân đáy sông bằng 9.65%, vì thế lũ ở sông Ngòi Thia rất ác liệt.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 1-1 Đặc trưng hình thái sông Ngòi Thia

Diện Độ rộng Độ dốc Mật

bq lưu bq lưu độ Tên sông Chiều dài sông vực Hệ số uốn khúc Độ cao bq lưu vực ( m) Hệ số không đối xứng ( km) vực (%) lưới sông (km) Tích lưu vực (km2)

96 1570 907 42.1 23.1 1.78 0.93 0.99

Ngòi Thia

28 157 1310 51.5 7.5 1.36 0.64 1.06

Ngòi Nhu

31 264 897 43.3 12.0 1.62 0.22 0.99

Ngòi Nhì

16 74.5 1.26 1.34

Ngòi Thíp

Mạng lưới sông Ngòi trong lưu vực Ngòi Thia phát triển từ dày đến rất dày, điều này phù hợp với sự sắp xếp của địa hình và khí hậu trong lưu vực. Những phụ lưu nhập vào sông chính cũng không cân xứng, phía bên phải nhiều thạch Mắcma (riôlit) rất rắn chắc mật độ sông ngòi từ 1 - 1.3 km/ km2 thuộc loại dày. Vùng thấp phía đông bắc mặc dù nham thạch là diệp thạch Mica vv..rất thuận lợi cho sông ngòi phát triển nhưng do mưa ít nên mật độ sông ngòi lại nhỏ hơn phía tây nam (1 km/ km2, thuộc cấp tương đối dày). Các sông suối có chiều dài trên 10 km có 14 sông, trong đó có 5 sông có diện tích trên 100 km2. Hầu hết các sông suối này có độ cao, độ dốc bình quân lưu vực thuộc loại lớn, thung lũng sông dốc và hẹp, điều này chứng tỏ rằng vùng núi cao này đang còn trẻ và đang phát triển.

13

+ Ngòi Nhù

Ngòi Nhù là phụ lưu lớn thứ hai của sông Thao dài 73 km với diện tích lưu vực F = 1550 km2, bắt nguồn từ vùng núi cao trên 2000 mét ( núi Lang Cung 2913 m, Khau Pha 2977m ) chảy theo hướng tây nam - đông bắc nhập vào sông Thao phía bên phải ở làng Nhù. Do địa hình lưu vực nằm lọt giữa hai khối núi lớn là Hoàng Liên Sơn và Puluông nên lượng mưa trên lưu vực thấp hơn hẳn so với các lưu vực bên cạnh như Ngòi Bo, Ngòi Thia. Tuy vậy nền địa chất là sa diệp thạch Mica có sự phân cắt bề mặt lớn nên mạng lưới sông ngòi lưu vực phát triển mạnh, mật độ sông suối đạt tới 1.27 Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

km / km2. Đặc biệt vùng thượng lưu sông (Nậm Qua) có mật độ lưới sông đạt tới 1.64 km / km2.

Bảng 1- 2 Đặc trưng hình thái sông Ngòi Nhù

Diện Độ rộng Độ dốc Mật

bq lưu bq lưu độ Tên sông Chiều dài sông vực Hệ số uốn khúc Độ cao bq lưu vực ( m) Hệ số không đối xứng ( km) vực (%) lưới sông (km) Tích lưu vực (km2)

73 1550 942 30.2 27.6 1.55 0.72 1.27 Ngòi Nhù

20 103 574 28.3 6.4 1.46 1.32 1.48 Ngòi Nhún

25 177 1235 43.7 8.8 1.19 1.48 1.37 Nậm Qua

17 116 1106 45.9 8.2 1.34 1.93 1.64 Nâm Khắt

Lưu vực Ngòi Nhù có hình dạng bầu dục, độ rộng bình quân lưu vực 27.6 km, dòng sông uốn khúc theo địa hình với hệ số uốn khúc đạt tới 1.55. Các phụ lưu gia nhập vào Ngòi Nhù không cân xứng, phía trái nhiều hơn phía bên phải. Tổng số có 14 sông suối có chiều dài trên 10 km. Trên lưu vực có phần đá vôi chiếm tới 12.3%.

Ngoài hai phụ lưu chính trên trong địa phận hai tỉnh còn có 4 phụ lưu có diện tích lưu vực nằm trong khoảng từ 512 km2 đến 680 km2 và đều nằm ở phía hữu ngạn. Các phụ lưu có diện tích bé phân bố đều ở hai bên tả hữu.

7. Một số đặc điểm chế độ thủy văn lưu vực sông Thao

Dòng chảy năm

Lưu vực sông Thao có tổng lượng nước 25.2km3, trong đó lượng nước sản sinh ngoài lãnh thổ Việt Nam là 14.5km3. Dòng chảy năm của lưu vực sông Thao phân bố không đều theo không gian và biến đổi mạnh mẽ theo thời gian.

14

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Sự phân bố của dòng chảy năm trong lãnh thổ tương tự như sự phân bố mưa. Vùng phía Đông dãy Hoàng Liên Sơn lượng dòng chảy lớn (một trong những trung

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

tâm dòng chảy lớn nhất Việt Nam). Trị số mô đuyn dòng chảy năm đạt giá trị lớn nhất 70 l/s.km2 tại lưu vực Ngòi Bo. Cũng nằm trên sườn này còn có trạm Sa Pả - Ngòi Đum nhưng giá trị môdun dòng chảy chỉ bằng hai phần ba giá trị của trạm Tà Thàng. Theo điều tra thực tế của Đài khí tượng thủy văn Hoàng Liên Sơn tháng XII/1982 cho thấy ở đỉnh núi và vài nơi trong thung lũng của lưu vực Ngòi Đum có đá vôi cho nên lưu vực có thể bị mất nước do hiện tượng kastơ. Giá trị môdun dòng chảy giảm dần dọc theo thung lũng sông Thao và về phía Nam của lưu vực, môdun dòng chảy ở đây vào khoảng 40l/skm2.

Lưu vực sông Thao có phần diện tích thượng lưu nằm ở đất Trung Quốc (tính đến Lao Cai 41000Km2, đến Yên Bái 48000km2) vùng này có lượng mưa không lớn; có những trận mưa trong khi ở Việt Nam đạt 300mm thì ở phần lưu vực đó chỉ mưa 50-100mm. Do đó trạm Lào Cai có môdun dòng chảy nhỏ so với lưu vực (14.09l/skm2). Trạm Yên Bái diện tích khống chế so với trạm Lao Cai tăng 17% nhưng tổng lượng dòng chảy năm trung bình nhiều năm tăng 30.32%. Rõ ràng phần lãnh thổ ở Việt Nam của sông Thao đã cung cấp thêm một lượng dòng chảy đáng kể.

Hệ số biến đổi Cv cũng thay đổi không nhiều từ 0.11 đến 0.33 cho thấy sự biến động của dòng chảy năm không lớn lắm, trên các lưu vực sông bé hệ số Cv lớn hơn ở các sông chính, do mức độ điều tiết của lưu vực sông bé thấp hơn. Lưu vực sông Thao diện tích lưu vực chủ yếu nằm ở Trung Quốc do vậy cũng không có điều kiện để xem xét đầy đủ để khẳng định.

Dòng chảy lũ

Mùa lũ trên sông Thao thường bắt đầu từ tháng VI, trừ trạm Khe Lếch mùa lũ bắt đầu từ tháng VII. Thời gian kết thúc mùa lũ không đồng nhất giữa các sông ngòi trong lưu vực, mùa lũ kết thúc vào tháng IX hoặc tháng X. Lượng dòng chảy mùa lũ chiếm từ 70%-80%, tuy nhiên cũng có những năm tổng lượng dòng chảy lũ có thể đạt được trên 80% lượng dòng chảy cả năm như trạm Thanh Sơn năm 1994 lượng dòng chảy mùa lũ là 81%. Lượng dòng chảy của một trận lũ có thể chiếm một tỷ trọng khá lớn do với lượng dòng chảy cả năm, ở sông lớn tỷ trọng này cao hơn ở sông nhỏ. Tại Lào Cai lũ tháng VIII năm 2002 chiếm 23.74% lượng nước cả năm, ở Yên Bái lũ tháng VIII năm 1971 chiếm tới 30.02% lượng dòng chảy cả năm.

15

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Như vậy mùa lũ đến chậm hơn so với mùa mưa một tháng. Nguyên nhân là do sau thời kỳ mùa khô khi đất có độ ảm thấp nên khi có mưa rơi xuống sẽ thấm bổ sung độ ẩm cho đất trước, sau khi bổ sung đủ độ ẩm mới sinh ra dòng chảy mặt, tổn thất

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

giảm dòng chảy mặt lớn dần đồng nghĩa với việc dòng chảy trong sông tăng lên và khi có mưa lớn sẽ tạo thành dòng chảy lũ.

Dòng chảy mùa cạn

Mùa cạn kéo dài 7 tháng từ tháng XI đến tháng V năm sau (đối với trạm Khe Lếch từ tháng XII đến tháng VI), tổng lượng dòng chảy mùa cạn chiếm khoảng 25% tổng lượng dòng chảy năm.

Mùa cạn là thời đoạn ít nước trong sông suối, do đó mùa cạn và mùa khô không hoàn toàn trùng nhau, mùa khô được xác định theo lượng mưa, mùa cạn được xác định theo lượng nước trong sông. Vùng phía đông Hoàng Liên Sơn với hướng đón gió mùa đông bắc thuận lợi đã đem lại một lượng mưa nhỏ vào những tháng mùa đông tăng lượng ẩm, giảm lượng bốc hơi lưu vực nên mùa cạn tuy chỉ 7 tháng nhưng lượng dòng chảy phong phú hơn chiếm tới trên dưới 30%.

Thông thường trong thời kỳ lượng nước trong sông gần như hoàn toàn phụ thuộc vào lượng dòng chảy ngầm kéo dài trên dưới ba tháng và lượng dòng chảy này tương đối ổn định về trị số và thời gian. Theo kết quả thống kê khả năng lớn nhất thời điểm xuất hiện tháng kiệt nhất và ba tháng kiệt nhất xuất hiện không đồng nhất về mặt thời gian, ở dòng chính sông thao 3 tháng kiệt nhất thường xuất hiện vào tháng II, trên các sông nhánh 3 tháng mùa kiệt thường bắt đầu xuất hiện sớm hơn vào tháng I. Tỷ lệ dòng chảy trong 3 tháng giao động trong khoảng từ 7.89 (trạm Tà Thàng) đến 11.01 (trạm Khe Lếch). Lưu vực Tà Thàng có giá trị môdun dòng chảy lớn nhất 21.1l/s.km2, nhỏ nhất ở Lào Cai và Yên Bái chỉ đạt dưới 5 l/s.Km2, nguyên nhân là hai trạm này có diện tích phần lớn nằm trên đất Trung Quốc, nơi mà lượng mưa bé hơn rất nhiều và điều kiện khí hậu cũng khắc nghiệt hơn.

I. 2.2.2. Phụ lưu sông Đà

a. Đặc điểm lý tự nhiên lưu vực.

1. Vị trí địa lý

16

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Sông Đà là chi lưu lớn nhất của sông Hồng bắt nguồn từ dãy Ngụy Sơn thuộc tỉnh Vân Nam Trung Quốc chảy vào Việt Nam theo hướng Tây Bắc – Đông Nam ở độ cao trên 1500m sau đó ngoặt sang hướng Đông ở Pa Vinh, khi tới thị xã Hòa Bình sông chảy theo hướng Bắc đổ vào sông Hồng ở Trung Hà, trên thành phố Việt Trì 12 km và cách cửa sông Hồng 235km. Sông Đà có diện tích lưu vực 52.900 km2 trong đó 50.6% thuộc phần lãnh thổ Việt Nam, bao gồm phần trung và hạ lưu sông và chiếm 37% diện tích tập trung nước của sông Hồng. Sông Đà có chiều dài dòng chính là

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

980km (phần thuộc lãnh thổ Việt Nam dài 540 km). Lưu vực sông Đà có dạng hình thuôn dài chạy dọc theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, kéo dài từ 20040’ đến 25000’ độ vĩ Bắc và từ 100022’ đến 105024’ độ kinh đông với chiều dài lưu vực 690km (phần thuộc lãnh thổ Việt Nam là 380 km) và chiều rộng bình quân lưu vực 76km (phần trong nước là 80 km). Chiều rộng lưu vực lớn nhất là 165 km thuộc tỉnh Lai Châu còn phần hẹp nhất, 25km, thuộc tỉnh Hòa Bình. Độ dốc bình quân lòng sông trung bình 0.41‰, trong đó độ dốc lòng sông thuộc lãnh thổ Trung Quốc là 2,54‰.

2. Điều kiện địa hình

Lưu vực sông Đà nằm giữa các dãy núi cao và trung bình chạy dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam. Phía Tây có dãy núi Ailao thuộc lãnh thổ Trung Quốc có độ cao từ 2000-2500 m và dãy Hoàng Liên Sơn (Việt Nam) với đỉnh núi Phan Xi Păng cao 3143m. Phía Tây Nam có các dãy núi cao như Pu Đen Đinh (đỉnh cao nhất là 1986 m, độ dốc sườn đổ xuống sông Đà đạt tới 300 ) và Su Xung Chảo Chai, Pu Huổi Long . . . ,với độ cao khoảng trên dưới 2000m là đường phân nước giữa lưu vực sông Đà với các chi lưu của sông Mêkông và sông Mã. Phía cực Bắc có các dãy núi Pusilung (3076m) và Ngũ Đài Sơn (3048m), phía Đông Bắc có dãy Hoàng Liên Sơn và Pu Luông (Lào Cai) với các đỉnh cao từ 2500 đến 3000m và cũng là đường phân nước giữa lưu vực sông Thao và sông Đà., phía Đông Nam là vùng núi thấp Ba Vì (1287m), Viên Nam (1029m) và Đối Thôi (1198m) là đường phân lưu nước giữa lưu vực sông Đà và sông Đáy. Đặc điểm nổi bật của lưu vực sông Đà là các dạng địa hình núi cao và cao nguyên đều cao và bị chia cắt theo chiều thẳng đứng rất mạnh. Điều nhận thấy rõ rệt là địa hình núi và cao nguyên ở đây có sự sắp xếp song song có ảnh hưởng lớn đến khí hậu của vùng. Có thể nói lưu vực sông Đà chia làm 3 nhóm địa hình: Nhóm kiểu địa hình núi, nhóm kiểu địa hình cao nguyên, nhóm kiểu địa hình thung lũng.

Nhóm kiểu địa hình núi

Bao Phía Tây Bắc của lưu vực từ biên giới Việt Trung, Việt Lào tới Lai Châu, Mường Lay chủ yếu là các dãy núi ở độ cao trên 1000 m. Đường sống núi hẹp, có đỉnh cao nhất đạt tới 3076 m, chủ yếu cấu tạo bởi granit, ven rìa xen đá phiến và đá vôi.

Nhóm kiểu địa hình cao nguyên

17

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Ngoài địa hình là núi, lưu vực sông Đà còn có đặc trưng địa hình các dải cao nguyên kéo dài từ Lai Châu tới suối Rút ( Hoà Bình ). Phía Bắc lưu vực là các cao nguyên đá vôi Tà - Phình và Sín - Chải có độ cao trên 1000 m. Quá trình Karst ở vào giai đoạn cuối, có những cánh đồng Karst khá rộng. Phía Nam, Đông Nam là cao nguyên Sơn La rộng khoảng 25 Km, dài 100 Km ở độ cao 500 đến 700 m.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Nhóm kiểu địa hình thung lũng

Lưu vực sông Đà có địa hình núi cao, cao nguyên chiếm ưu thế, còn các thung lũng và vùng trũng giữa núi chiếm diện tích nhỏ, thường hẹp, có bề mặt tương đối bằng phẳng.

Dưới đây là số liệu thống kê diện tích đất và cao độ tương ứng của lưu vực sông

Đà.

- Phần diện tích có H < 600 m là 432.820 ha ( Chiếm tỷ lệ 17 %)

- Phần diện tích có 600 < H < 1500 m là 1.807.660 ha ( Chiếm tỷ lệ 71 %)

- Phần diện tích có H > 1500 m là 305.520 ha ( Chiếm tỷ lệ 12 %)

3. Điều kiện địa chất.

Về cấu trúc địa chất, sông Đà là vùng có cấu trúc địa chất phức tạp và chưa ổn định. Toàn bộ lưu vực phân bố rộng trên nền đá vôi, tạo nên cấu trúc Karst phức tạp, có nhiều đứt gãy ngang. Ba đới đứt gãy chính là đứt gãy sông Hồng, đứt gãy Điện Biên – Lai Châu và đứt gãy sông Mã. Những kết quả nghiên cứu gần đây nhất cho thấy trong phạm vi lãnh thổ Tây Bắc thì các đới đứt gãy này vẫn đang hoạt động. Các thành phần kiến tạo địa chất ban đầu bao gồm nhiều phức hệ vật chất – kiến trúc từ cổ đến trẻ, phát triển theo trật tự từ các đá phun trào Bazơ dưới biển, các xâm nhập Mafic và kết thúc với đá trầm tích, phun trào axit, các xâm nhập Granit dạng Batonit.

Về các hoạt động địa chấn, do lưu vực có địa hình núi chia cắt nên có nhiều quá trình ngoại sinh huỷ hoại, quá trình xói mòn đất, kết hợp với cấu trúc địa chất kém ổn định thường diễn ra các hoạt động địa chấn như động đất. Theo tài liệu thống kê từ năm 1914 đến 1989 đã có hàng trăm trận động đất mạnh xảy ra với cường độ địa chấn đạt tới 6.8 đến 7 độ Richter. Nhìn chung hầu hết động đất trong vùng đều xảy ra trong lớp Granit và Bazan với độ sâu chấn tâm nhỏ hơn 35 Km.

Ngoài ra trong vùng còn thường xuyên có động đất kích thích xảy ra như nứt, trượt, sạt lở đất đặc biệt ở các vùng dốc cao, do tổng hợp của nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra : do tác động của trọng lực, do hoạt hoá trở lại của các đứt gãy kiến tạo, . . . các quá trình địa chất này chủ yếu xảy ra trong giai đoạn đầu khi các hồ chứa tích nước. Các kết quả nghiên cứu trong nhiều năm qua cho thấy cùng với sự tích nước của hồ chứa, các hoạt động địa chất đã tăng lên, hiện tượng động đất kích thích xảy ra mạnh mẽ nhất ở khu vực xung quanh đập thuộc địa phận Thị xã Hoà Bình.

18

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

4. Điều kiện địa chất, thổ nhưỡng.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tây Bắc là vùng rừng núi cao, có độ chia cắt mạnh nhất Việt Nam, riêng với lưu vực sông Đà, thổ nhưỡng có đặc điểm chủ yếu là trên nền đá vôi và đất phong hoá trên nền đá vôi. Nhưng do địa hình chia cắt mạnh và diễn biến khác biệt về chế độ khí hậu, thuỷ văn giữa các tiểu vùng sinh thái nên loại hình phân bố thổ nhưỡng của lưu vực sông Đà rất đa dạng và phong phú.Theo kết quả thống kê tài nguyên đất thì trong phạm vi lưu vực sông Đà (phần Việt Nam, tới mặt cắt Hoà Bình) có 7 loại đất chính với các diện tích tương ứng như sau:

- Đất lòng hồ và đất bán ngập: 20240 ha (0.79%)

- Đất phù sa sông suối: 18205 ha (0.71%)

- Đất tích tụ thung lũng: 15195 ha (0.60%)

- Đất feralit biến đổi do trồng lúa: 6105 ha (0.24%)

- Đất feralit điển hình: 1310426 ha (51.47%)

- Đất feralit mùn trên núi: 1043529 ha (41.23%)

- Đá vôi và đất trơ sỏi đá: 166350 ha (4.96%)

Do đất đai vùng lưu vực sông Đà phân bố rất đa dạng theo độ cao và thổ nhưỡng, quỹ đất của vùng này rất dồi dào (3.610.140 ha), hiện được phân hạng sử dụng theo đặc điểm về thổ nhưỡng và độ dốc và yêu cầu đối với bảo tồn thiên nhiên cũng như mức độ phòng hộ cho các hồ thuỷ điện và các dòng sông, suối. Trong đó, diện tích dành cho lâm nghiệp (dốc trên 25o), nông nghiệp, và đất khác (thổ cư, giao thông, núi đá, sông hồ…) như sau: Đất dùng cho Nông nghiệp (đất phù sa sông suối, đất tích tụ thung lũng . . .) chiếm tỷ lệ 9.0% với diện tích là 323.295 ha; Đất dùng cho Lâm nghiệp là 2.940.870 ha (81,5% ) và đất dùng cho các mục đích khác là 345.975 ha ( 9,5% ).

5. Đặc điểm khí hậu

Do tác động của địa hình (nằm khuất bên sườn phía Tây dãy Hoàng Liên Sơn)

lại ở vị trí xa nhất về phía Tây lãnh thổ, vùng núi Tây Bắc có khí hậu khác biệt rõ rệt so với phần còn lại của Bắc Bộ, thể hiện nhiều nét dị thường đối với nền khí hậu chung của toàn miền, thậm chí dựa trên một số điểm có thể tách vùng này thành một miền khí hậu riêng.

19

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Có thể nói rằng khí hậu vùng lưu vực sông Đà là khí hậu nhiệt đới, gió mùa vùng núi,với hai mùa rõ rệt. Mùa đông lạnh, suốt mùa đông duy trì một tình trạng hanh khô điển hình, có sương muối và ít mưa (mùa khô) trùng với mùa gió Đông Bắc, kéo

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

dài từ tháng XI ÷ III. Mùa hè trùng với mùa gió Tây Nam, nóng có gió tây khô nóng

và nhiều mưa (mùa mưa),kéo dài từ tháng V ÷ IX. Giữa hai mùa là thời kỳ chuyển

tiếp, nền nhiệt ẩm và có tính ôn hoà.

Chế độ bức xạ, nắng, mây

Nằm trọn trong khu vực nội chí tuyến của bán cầu Bắc, lại không chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió mùa Đông Bắc nên lưu vực sông Đà có chế độ bức xạ nắng khá dồi dào.

Lượng bức xạ tổng cộng năm tương đối cao trên hầu khắp lãnh thổ lưu vực, đạt 120-133 kcal/cm2năm. Thời kỳ (III-X) có lượng bức xạ tổng cộng khá lớn, đạt 10-13,5 kcal/cm2tháng. Thời kỳ còn lại có lượng bức xạ thấp hơn, dao động trong khoảng 7,5- 10 kcal/cm2tháng.

Trên hầu khắp lưu vực có khá nhiều nắng. Tổng số giờ nắng hàng năm đạt khoảng 1700-2100 giờ. Quanh năm trên lưu vực số giờ nắng đều đạt trên 100 giờ/ tháng. Ba tháng (III-V) có nhiều nắng nhất, đạt 170-210 giờ/tháng.

Ngược lại với nắng, trên hầu khắp lưu vực có tương đối ít mây. Lượng mây tổng quan trung bình năm dao động trong khoảng 6,4-7,2 / 10BT. Ba tháng giữa mùa mưa (VI-VIII) có nhiều mây nhất, đạt 8-9/10BT. Các tháng (II-IV) có ít mây nhất, chỉ đạt 4,5-6,5/10BT.

Chế độ nhiệt

Nhiệt độ trung bình năm khá cao ở những vùng thấp, đạt 22,5-23,3oC thuộc chế độ nhiệt nóng. Nhiệt độ trung bình năm giảm theo độ cao địa hình xuống còn 20 oC ở độ cao khoảng 750m ; đến 16 oC ở độ cao 1500-1600m. Ở những vùng núi cao từ 1500-1600m trở lên, nhiệt độ trung bình tất cả các tháng trong năm đều nhỏ hơn 20 oC. Như vậy ở các vùng núi cao này mùa lạnh thường kéo dài quanh năm.

Trên toàn lưu vực biến trình năm của nhiệt độ có một cực đại và một cực tiểu. Cực đại thường xuất hiện vào tháng VI hoặc tháng VII, còn cực tiểu xuất hiện vào tháng I.

20

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Trị số biên độ nhiệt ngày đêm trên lưu vực khá lớn, đặc biệt là vào mùa đông thời tiết lạnh và khô, mức độ chênh lệch nhiệt độ ngày và đêm lớn, có thể đạt 10-15 oC, ở vùng núi cao dao động trong khoảng 8-10 oC. Vào mùa hè, trời nhiều mây và mưa nhiều nên biên độ ngày đêm của nhiệt độ tương đối thấp, đạt 7-9 oC trên phần lớn lãnh thổ, dao động trong khoảng 5-7 oC ở vùng núi cao 900-1000m trở lên.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ở những vùng thấp trong thung lũng sông Đà do ảnh hưởng của hiệu ứng « phơn » với gió mùa Tây Nam sau khi vượt qua các dãy núi cao thượng Lào nên các giá trị cao nhất của nhiệt độ đều lớn hơn 35 oC vào thời kỳ (II-X hoặc XI) ; có thể đạt tới 40-42,2 oC trong hai tháng IV-V. Chỉ ở những vùng núi cao 800-900m trở lên nhiệt độ tuyệt đối mới thấp hơn 35 oC.

Trong mùa đông do ảnh hưởng của thời tiết lạnh khô, ở những vùng có độ cao trên 500m nhiệt độ tối thấp tuyệt đối xuống dưới 0 oC ; còn ở những vùng thấp trị số này thấp hơn 5 oC.

Độ ẩm không khí và bốc hơi.

Lưu vực sông Đà có độ ẩm cao và ít thay đổi. Độ ẩm tuyệt đối dao động trong phạm vi từ 11 - 32mb và độ ẩm tương đối khá cao, trung bình năm trong toàn vùng lưu vực sông Đà dao động trong khoảng từ 80 – 85% và không chênh lệch nhiều giữa các vùng (mùa nóng độ ẩm không khí trung bình khoảng 84 – 87%, mùa lạnh có khí hậu khô lạnh, độ ẩm không khí chỉ có 72 – 75%).

Lượng bốc hơi lớn nhất ( đo bằng ống Piche) dao động trong phạm vi khá rộng, từ 666 đến 1052 mm/năm. Thời kỳ giữa mùa khô đến đầu mùa mưa (II-V) có lượng bốc hơi lớn nhất, đạt 70-150mm/tháng. Vào thời kỳ còn lại, lượng bốc hơi dao động trong khoảng 40-70mm/tháng.

Ngoài ra, trên lưu vực sông Đà còn xuất hiện một số các hiện tượng thời tiết có tần suất tương đối lớn và có ảnh hưởng đáng kể đến đời sống, sản xuất và sức khỏe của con người như: gió khô nóng, sương muối, sương mù, dông lốc và mưa đá.

Toàn lưu vực sông Đà chịu tác động của cơ chế gió mùa Đông Nam Á với hai mùa gió : gió mùa đông và gió mùa hạ. Gió mùa đông bị chi phối bởi không khí cực đới lục địa và không khí nhiệt đới biển Đông đã biến tính. Gió mùa hạ bị chi phối bởi ba khối không khí : Không khí nhiệt đới biển Bắc Ấn Độ Dương (gió Tây Nam), không khí xích đạo (gió Nam) và không khí biển Thái Bình Dương.

Không khí nhiệt đới biển Bắc Ấn Độ Dương tác động đến vùng thượng nguồn sông Đà vào các tháng đầu mùa hạ (V, VI và VII ) với bản chất nóng và ẩm phát triển

trên chiều dầy 4÷5 km, mang lại mùa mưa sớm và là nguồn gốc gây ra mưa lớn trên

lưu vực sông Đà, gây nên những trận lũ lớn vào các tháng V,VI và VII.

Chế độ gió

21

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Do địa hình bị chắn ít chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc và Tây Nam nên hướng gió trên lưu vực sông Đà phụ thuộc chủ yếu vào hướng thung lũng. Tốc độ gió

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

trung bình năm chỉ đạt dưới 1m/s ở những vùng thấp, dao động trong khoảng 1-2,4m.s trên các cao nguyên và vùng núi. Tốc độ gió trung bình ít thay đổi trong năm, tuy nhiên vào thời kỳ chuyển tiếp từ đông sang hè (II-IV) do ảnh hưởng của các cơn dông nhiệt trị số này thường đạt giá trị lớn nhất.

Chế độ mưa

Lượng mưa ở vùng lưu vực sông Đà phân bố rất không đều phụ thuộc vào đặc điểm của địa hình, giá trị trung bình năm biến đổi khá mạnh mẽ từ 1300-3200mm. Vùng mưa lớn Hoàng Liên – Sa Pa đạt tới trên 2000mm, trong khi vùng mưa ít Nam Sơn La chỉ đạt 1200 - 1600mm. Lưu vực sông Đà có một số tâm mưa lớn như tâm mưa xuất hiện ở vùng núi cao Phu Đen Đinh – Tây Bắc Lai Châu: 3115mm và vùng núi cao Sìn Hồ - Hoàng Liên Sơn: 2978mm. Ngoài ra còn có một số tâm mưa nhỏ khác trong các thung lũng sông nằm khuất ở sườn Bắc hoặc Đông Bắc của các dãy núi cao như : Nậm Mạ - 1495mm, Ba Nậm Cúm – 1474mm, Mường Chà – 1597mm.

Tương ứng với vùng mưa lớn cũng là vùng có lượng ẩm phong phú quanh năm,

đồng thời vùng mưa ít cũng là vùng thiếu ẩm, chủ yếu là trong mùa Đông.

Trên lưu vực sông Đà trong tháng VII hướng gió chủ yếu là gió Tây Nam, trong khi đó ở lưu vực sông Thao và sông Lô hướng gió chủ yếu là gió Nam và Đông Nam. Do tác dụng che chắn của dãy Ao Lai và dãy Hoàng Liên Sơn cao trên 3000 m nên không khí biển Bắc Ấn Độ Dương ít ảnh hưởng đến lưu vực sông Thao và sông Lô. Vì vậy, lượng mưa tháng lớn nhất của sông Đà thường vào các tháng VI, VII còn lượng mưa tháng lớn nhất của sông Thao và sông Lô thường vào tháng VIII.

Không khí xích đạo bắt đầu từ Nam Thái Bình Dương và một phần từ Nam bán cầu, bản chất là nóng ẩm, song mát và ẩm hơn khá nhiều so với không khí nhiệt đới biển Bắc Ấn Độ Dương. Không khí xích đạo đi theo luồng gió Nam và thường đi cùng với nhiễu động thời tiết khác như rãnh hội tụ nội chí tuyến và bão cho nên thường kèm theo thời tiết xấu, nhiều mây, có mưa vừa hay lớn trên lưu vực sông Hồng phát huy rõ rệt vào tháng VII và VIII.

22

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Không khí nhiệt đới biển Thái Bình Dương xuất phát từ dải Tây Nam của lưỡi cao áp cận chí tuyến, xâm nhập vào lưu vực sông Hồng trong trường hợp lưỡi cao áp Thái Bình Dương phát triển về phía Tây, tác động trong suốt mùa hạ, các tháng chiếm ưu thế là tháng V,VIII và IX. Không khí nhiệt đới biển Thái Bình Dương tác động trên lưu vực sông Hồng tương đối ổn định, mặc dù giai đoạn đầu khí áp cao mới xâm nhập đất liền hay kết hợp với những nhiễu động thời tiết kiểu hội tụ, nó có thể gây mưa lớn trong hệ thống.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Cơ chế gió mùa và sự thay đổi điều kiện bức xạ theo chu kỳ năm tạo nên biến đổi tuần hoàn năm của hầu hết các yếu tố khí hậu, nổi bật nhất là sự hình thành và diễn biến của các mùa.

Ở vùng thấp (có độ cao dưới 70m), mùa lạnh bắt đầu từ nửa cuối tháng XI và kết thúc vào nửa cuối tháng III còn mùa nóng ứng với khoảng thời gian còn lại. Càng lên cao mùa lạnh càng kéo dài trong khi mùa nóng ngắn lại: bắt đầu muộn hơn và kết thúc sớm hơn. Khi lên tới độ cao từ 1500m trở lên thì hầu như không còn mùa nóng.

Mùa mưa bắt đầu từ khoảng tháng IV và kết thúc vào tháng X, tháng XI. Về cơ bản có thể nói rằng mùa mưa gần như trùng với mùa nóng và mùa khô trùng với mùa lạnh. Mùa lạnh cũng là khoảng thời gian dễ xảy ra sương muối và hạn hán. Sương muối có thể xảy ra ở nhiều nơi trong khoảng thời gian tháng XII, tháng I. Hạn hán thường xảy ra ở Nam Sơn La. Trong khi mưa phùn thường xuất hiện vào cuối mùa lạnh. Mùa nóng cũng là thời kỳ thịnh hành thời tiết nóng khô ở nhiều nơi, cũng là thời kỳ mưa bão, có nhiều khả năng xảy ra lũ lụt ở nhiều nơi. Mưa đá cũng thường xảy ra trong thời kỳ quá độ từ mùa lạnh sang mùa nóng.

Do cấu trúc địa hình chia cắt bởi các dãy núi cao nên đặc điểm khí hậu của toàn vùng được hợp thành từ nhiều tiểu vùng khí hậu phong phú. Các tiểu vùng khí hậu trong lưu vực có thể được phân loại theo tính chất và loại hình địa lý – sinh thái của các vùng cao nguyên, thung lũng bồn địa hay thung lũng sông … Phụ thuộc vào vị trí địa lý và điều kiện địa hình, có thể chia toàn khu vực sông Đà thành 3 vùng khí hậu: Vùng trên lưu vực (từ nguồn đến biên giới), vùng giữa lưu vực (từ biên giới tới Tạ Khoa) và vùng dưới lưu vực (từ Tạ Khoa đến cửa sông).

Vùng trên của lưu vực là vùng núi cao, có nhiều khe lũng sâu, khí hậu mát mẻ ít mưa nhiệt độ trung bình dao động từ 15 - 180C. Nhiệt độ cao nhất vào tháng VII đạt tới 300C, nhiệt độ thấp nhất vào tháng I xấp xỉ 00C, độ ẩm tương đối trung bình khoảng 82 - 86%, lượng mưa năm khoảng 1200 - 1600mm.

23

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Vùng giữa của lưu vực là vùng núi, chịu ảnh hưởng của gió mùa Tây Nam. Nhiệt độ không khí trung bình năm dao động từ 21 - 230C, nhiệt độ cao nhất khoảng 38 - 420C, trong khi đó nhiệt độ thấp nhất xuống tới (-0.80C). Về mùa đông, do chịu ảnh hưởng của gió mùa nên nhiệt độ không khí dao động mạnh trong khoảng từ 5 - 300C. Trong vùng này mưa nhiều, đồng thời ở bờ trái sông Đà có những dãy núi cao chắn gió mùa Tây Nam nên có lượng mưa lớn hơn (2000 - 3000mm) so với bờ phải (1200 - 2000mm).

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Vùng dưới của lưu vực sông Đà bao gồm cao nguyên Mộc Châu và những núi không cao thuộc tỉnh Hoà Bình, chịu ảnh hưởng lớn của gió mùa Đông Bắc, Tây Nam và bão từ biển Đông. Trong vùng này nhiệt độ không khí năm dao động từ 18 - 230C. Nhiệt độ trung bình thnág vào mùa hè ít thay đổi, nhiệt độ không khí cao nhất vào tháng VII (trung bình tháng khoảng 280C), nhiệt độ cao nhất tuyệt đối dao động trong khoảng từ 35 - 410C. Trong mùa hè biên độ dao động lớn nhất ngày đêm của nhiệt độ không khí xảy ra vào tháng IV, tháng V đạt tới 8 - 120C. Mùa đông khi gió mùa Đông Bắc tràn về, nhiệt độ không khí giảm xuống thấp. Nhiệt độ thấp xảy ra vào tháng I và giao động từ 11 - 160C.

Ở vùng dưới của lưu vực sông Đà có mưa nhiều. Lượng mưa hàng năm ít thay đổi. Phân bố mưa trong năm phụ thuộc vào hình thái gió mùa: Gió mùa Tây Nam gây ra khoảng 85% tổng lượng mưa năm, đặc biệt tập trung vào ba tháng VII, VIII và IX. Khi đó lượng mưa tăng đột ngột do ảnh hưởng của những trận bão đổ bộ vào phần dưới lưu vực. Lượng mưa tháng lớn nhất tại trạm Hoà Bình là 734mm, mưa ngày lớn nhất đạt tới 224mm. Cường độ mưa rất lớn, có thể vượt quá 20mm trong 5 phút. Mùa hè số ngày mưa tới 100 - 140mm, riêng tháng VII và tháng VIII thường đạt tới 18 - 20 ngày/tháng. Ở Hoà Bình, vào mùa lạnh thường gió có hướng Bắc và Tây Bắc trong khi vào mùa nóng thì gió có hướng Nam và Tây Nam. Tốc độ gió trung bình dao động từ 1,5 - 2,4m/s. Tốc độ gió lớn nhất vào mùa nóng đạt 28m/s (Hoà Bình) và tới 40m/s (Mộc Châu).

6. Mạng lưới sông ngòi lưu vực

24

Sông ngòi trong lưu vực sông Đà có những đặc điểm khác so với những vùng Đông Bắc. Dòng chính của sông Đà có hướng trùng kiến tạo của khu Tây Bắc. Sông suối trong lưu vực sông Đà thuộc loại sông trẻ, thung lũng sông hẹp, nhiều đoạn có dạng hẻm vực sâu, chứng tỏ địa hình mới được nâng lên rất mạnh. Phần lớn lòng sông cao hơn mặt biển từ 100 - 500m. Do đó sông đang đào lòng mạnh, trắc diện hẹp, bồi tụ ít và lắm thác ghềnh.

Thượng lưu sông Đà kể từ nguồn tới Pắc Ma, dòng sông chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam. Lòng sông đoạn này hẹp, mùa cạn rộng, trung bình 40 - 60m. Độ dốc lớn chỉ tính từ biên giới Việt Trung tới Lai Châu dài khoảng 125km, đạt độ dốc bình quân tới 160cm/km. Trung lưu sông Đà từ Pắc Ma tới Suối Rút, sông vẫn chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam. Dòng sông chảy giữa hai bờ núi rất cao. Độ dốc đáy sông giảm xuống rõ rệt, còn khoảng 38 - 40cm/km nhưng thác ghềnh còn nhiều. Về mùa cạn, lòng sông rộng trung bình 90 - 100m. Hạ lưu sông Đà từ Suối Rút tới cửa sông (Trung Hà) lòng sông mở rộng rõ rệt, trung bình khoảng 200m về mùa cạn. Độ Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

dốc giảm không nhiều. Ngoài Thác Bờ trên đoạn này không còn thác nữa, trong khi đó bãi bồi lại khá nhiều. Từ suối Rút sông Đà chảy theo hướng Tây Đông cho tới Hoà Bình. Qua Hoà Bình sông Đà chuyển theo hướng Tây Nam - Đông Bắc. Chính những khối núi Ba Vì, Viên Nam, Đối Thôi đã buộc sông Đà phải đổi hướng như vậy. Thung lũng sông trên đoạn này mở rộng tới 10km, giao thông tương đối thuận lợi.

Không kể những phụ lưu lớn, dòng chính sông Đà có mạng lưới thuỷ văn phân bố không đồng đều. Mật độ sông suối từ thưa đến dày. Vùng đá vôi mưa ít, mật độ có nơi xuống dưới 0,50km/km2 như ở lưu vực sông Nậm Sập, vùng núi cao mưa nhiều như vùng sông Nậm Mu, mạng lưới sông suối rất dày, khoảng 1,67km/km2. Các vùng còn lại có mật độ tương đối dày từ 0,50 đến 1,50km/km2. Tổng số sông suối có chiều dài từ 10km trở lên thuộc lưu vực dòng chính sông Đà có tới 223 sông, trong đó có 148 sông có diện tích nhỏ hơn 100km2, có 67 con suối có chiều dài từ 15 đến hơn 100 km. Riêng khu vực thuỷ điện Hoà Bình ( từ Tạ Bú đến Hoà Bình ) có 34 con suối, tổng chiều dài của các sông suối của riêng lưu vực sông Đà vào khoảng gần 4500 km làm cho mật độ lưới sông trong lưu vực tương đối cao hơn so với các vùng khác trong nước.

Đồng thời, mạng lưới sông suối trên lưu vực sông Đà có dạng hình lông chim và các phụ lưu đổ thẳng góc vào dòng chính, khả năng tập trung nước trên sông Đà rất lớn và đây là nguyên nhân gây nên tính ác liệt của dòng chảy lũ trên lưu vực và các hiện tượng lũ quét, lũ bùn đá... xảy ra mạng tính chất thường xuyên trên lưu vực. Khả năng xói mòn xâm thực cát bùn trên bề mặt đưa xuống sông cũng rất lớn.

7. Một số đặc điểm chế độ thủy văn lưu vực sông Đà

Dòng chảy năm

Lượng mưa trung bình hàng năm của cả lưu vực sông Đà tương đối lớn, vào khoảng 1900 mm. Và lượng mưa bình quân trong năm phân bố không đều theo không gian: tại Mường Tè, Sìn Hồ (Lai Châu): 1800 mm – 2000 mm; tại Điện Biên: 1580 mm; tại Kim Bôi và Thị xã Hoà Bình: 2250 mm; tại các cao nguyên Sơn La, Mộc Châu: 1600 – 1800 mm …

25

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Do đặc điểm mưa như vậy nên dòng chảy năm của sông Đà rất dồi dào: tổng lượng nước bình quân nhiều năm của sông Đà khoảng 55,7 tỷ m3 ứng với lưu lượng bình quân năm là 1770 m3/s và môđun dòng chảy năm tại Lý Tiên Độ (Trung Quốc) là 25,2l/s.km2 khi tới Lai Châu đạt gần 34,l/s.km2. Tuy nhiên từ Lai Châu tới Hoà Bình, môđun dòng chảy năm hầu như không tăng (tại Hoà Bình là 33,2 l/s.km2). Tính trung

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

bình trên toàn lưu vực sông Đà, moduyn dòng chảy tương ứng là 33.51 l/s/km2 với chiều sâu dòng chảy 1058 mm.

Trong mùa mưa, lượng nước tính ở phần thượng lưu của đập thuỷ điện Hoà Bình chiếm khoảng 75% - 78% tổng lượng nước cả năm. Trong mùa khô, lượng nước giảm mạnh, còn trên 23%, chỉ có một số chi lưu chính như Nậm Na, Nậm Ma, Nậm Mức, Nậm Bú … là còn có lượng nước dồi dào.

Nước mặt và nước ngầm trong toàn lưu vực nói chung có lưu lượng và chất lượng dòng chảy thay đổi theo mùa. Mùa mưa, nước các dòng sông suối dâng cao, thường gây ra lũ lớn tại các địa phương trong vùng, thậm chí có cả lũ quét, kèm theo lở núi và lũ bùn với tần suất có xu hướng gia tăng.

Dòng chảy lũ

Xem xét dòng chảy mùa lũ, lũ trên lưu vực sông Đà thường do những trận mưa rào nhiệt đới gây nên trên một phạm vi rộng, có cường độ lớn. Lượng nước mùa lũ chiếm bình quân từ 77,6% đến 78,5% lượng nước cả năm, riêng tháng VIII chiếm tới 23,7% là tháng có lượng dòng chảy lớn nhất. Mùa cạn kéo dài trong 7 tháng (từ tháng XI đến tháng V). Nước lũ sông Đà lớn nhất trong hệ thống sông Hồng do các trung tâm mưa lớn phân bổ ở trung lưu sông Đà gây ra. Đoạn từ Lý Tiên Độ tới Tạ Bú, mưa lớn trên các sườn núi cao đón gió Tây Nam. Sự hoạt động sớm của áp thấp phía Tây là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự xuất hiện lưu lượng đỉnh lũ vào tháng VII.

Đặc điểm về hình thái lưu vực sông thuận lợi cho nước lũ hình thành mau chóng và ác liệt. Tại Lai Châu, biên độ mực nước lớn nhất đạt trị số kỷ lục so với các sông lớn của miền Bắc (lớn hơn 25m) và cường suất lớn nhất bình quân đạt tới 77,4cm/h. Nguyên nhân chính là do địa hình dốc, mưa có cường độ lớn trên một vùng trơ trọi, cộng với thung lũng sông bị thắt hẹp lại ở phía dưới Lai Châu gây ra. Hệ số điều tiết hoàn toàn cũng thuộc loại lớn nhất miền Bắc đạt 0,42 tại Lai Châu và 0,40 tại Hoà Bình. Nguyên nhân chủ yếu là do mưa tập trung trên địa hình dốc nhiều, thung lũng sông hẹp nên khả năng điều tiết bị hạn chế.

26

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Lượng lũ lớn, đỉnh lũ cao là đặc điểm nổi bật nhất của dòng chảy lớn nhất sông Đà. Theo tài liệu quan trắc, lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất hàng năm trên lưu vực sông Đà dao động rất lớn : ở Tạ Bú từ 4630 ÷ 22.700 m3/s, ở Hoà Bình từ 4720 ÷ 21000 m3/s . Trong lúc đó ở Phù Yên – sông Thao lưu lượng lũ lớn chỉ đạt từ 2780 ÷ 11000 m3/s, ở Phù Ninh – sông Lô từ 3330 ÷ 14.000 m3/s . Đặc biệt tại tuyến Sơn Tây, hợp lưu của ba con sông : Đà-Thao-Lô lưu lượng lũ lớn nhất đạt tới 9360 m3/s đến 36.000 m3/s. Chỉ xét trong chuỗi số liệu 10 năm (1961-1970) đã có tới 6 năm nước lũ vượt quá mức

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

22m ở Hoà Bình. Dòng chảy tháng lớn nhất đều lớn hơn 20% lượng dòng chảy cả năm, xuất hiện vào tháng VII ở thượng lưu và vào tháng VIII ở trung và hạ lưu. Trong điều kiện địa lý thuỷ văn thuận lợi cho dòng chảy lũ hình thành trên những phụ lưu của sông Đà gây ra những trận lũ đặc biệt lớn, thì việc xây dựng các hồ chứa trên sông Đà như hồ chứa Hoà Bình đã có và hồ chứa Lai Châu, Sơn La trong tương lai có ý nghĩa vô cùng quan trọng cho việc chống lũ và cấp nước cho hạ du. Hồ chứa Hoà Bình có khả năng cắt lưu lượng đỉnh lũ sông Hồng tại Sơn Tây tới 11400 đến 15000 m3/s, hồ chứa Hoà Bình cũng ảnh hưởng nhiều tới dòng chảy ở hạ lưu đập, đến tam giác châu thổ sông Hồng – sông Thái Bình.

Dòng chảy mùa cạn

Từ tháng XI đến tháng V năm sau là thời kỳ mùa cạn, lượng mưa trong thời kỳ này giảm nhiều và không vượt quá vài chục milimét trong mỗi tháng, nước sông chủ yếu do lượng nước ngầm cung cấp. Mực nước và lưu lượng giảm đi nhanh chóng trong tháng XI và XII, biến đổi chậm từ tháng I đến tháng II.

Tình hình dòng chảy cạn của sông Đà cũng khá khắc nghiệt. Tuỳ thuộc vào tình hình mặt đệm và điều kiện mưa mà lượng dòng chảy nhỏ nhất trên sông Đà có sự thay đổi từ nơi này qua nơi khác. Nhìn chung, trên dòng chính và những phụ lưu chảy trên vùng đá vôi, có mưa ít thì dòng chảy cạn có trị số nhỏ nhất so với các sông suối khác trên miền Bắc. Dòng chảy bình quân tháng nhỏ nhất tại Lai Châu là 6,421/s.km2 ứng với lưu lượng bình quân tháng nhỏ nhất là 218m3/s và tại Hoà Bình là 6,721/s.km2 ứng với lưu lượng bình quân tháng nhỏ nhất là 346m3/s. Vùng có ít nước trong mùa cạn là khu vực Mộc Châu, Sơn La - nơi mưa ít nhất khu vực và có nhiều đá vôi. Vùng có lượng dòng chảy nhỏ nhất còn phong phú (trên 101/s.km2) phân bố trên các lưu vực thuộc các bờ trái là nơi mưa nhiều và lớp phủ rừng còn giữ được. Dòng chảy tháng nhỏ nhất bình quân xuất hiện đồng bộ vào tháng III chiếm trên dưới 2% lượng dòng chảy cả năm. Phần sông Đà thuộc Trung Quốc có dòng chảy nhỏ nhất còn thấp hơn nữa.

27

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Dòng chảy bình quân tháng nhỏ nhất trên dòng chính sông Đà ít biến đổi từ thượng lưu về hạ lưu, dòng chảy mùa cạn của các sông nhánh phân bố theo không gian cũng giống như dòng chảy năm, moduyn lưu lượng nhỏ nhất các sông suối bên bờ trái dao động từ 3÷ 8 l/skm2, bên bờ phải giảm xuống chừng 1÷3 l/skm2. Nhưng trên các phụ lưu thì phạm vi biến đổi này khá lớn.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

I. 2.2.3. Phụ lưu sông Lô

a. Đặc điểm tự nhiên của lưu vực

1. Vị trí địa lý

Toàn lưu vực sông Lô nằm trong phạm vi từ 21o20’ đến 24o00’ vĩ tuyến Bắc và từ 103o30’ đến 106o00’ kinh tuyến Đông thuộc vùng nhiệt đới gió mùa.Phía Bắc và phía Đông giáp lưu vực sông Châu Giang (Trung Quốc), phía Đông Nam giáp lưu vực sông Thái Bình, phía Tây giáp lưu vực sông Thao.

Sông Lô bắt nguồn từ cao nguyên Vân Nam - Trung Quốc cao trên 2000m gia nhập vào địa phận nước ta tại Thanh Thuỷ, chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam đổ vào sông Hồng tại Việt Trì. Sông Lô có phụ lưu cấp 1 chính là Sông Miện nhập vào bờ trái của sông tại Hà Giang, Sông Con gia nhập vào bờ phải tại Vĩnh Tuy, sông Gấm gia nhập vào bờ trái tại Hàm Yên, phụ lưu lớn nhất của sông Lô là sông Chảy ra nhập vào bờ …. tại Đoan Hùng. Trước khi đổ vào sông Hồng tại Việt Trì, sông Lô lại nhận thêm một nhánh lớn nữa là sông Phó Đáy.

Sông Lô là một trong những phụ lưu lớn nhất của sông Hồng với diện tích lưu vực là 39.000 km2, chiếm 27% diện tích lưu vực sông Hồng trong đó phần diện tích thuộc lãnh thổ Trung Quốc là 16.400 km2, chiếm 42%, phần diện tích thuộc lãnh thổ Việt Nam là 22.600 km2 chiếm 58%. Sông Lô chảy qua 8 tỉnh: Hà Giang, Tuyên Quang, Lào Cai, Yên Bái, Cao Bằng, Bắc Kạn, Vĩnh Phúc, Phú Thọ. Chiều dài sông Lô là 470km và phần chảy qua địa phận Việt Nam là 275km.

Vị trí lưu vực sông Lô được giới hạn về phía Đông là cánh cung Ngân Sơn và cánh cung sông Gâm, phía Đông Nam là dãy núi Tam Đảo, phía Tây là dãy núi Con Voi.

2. Điều kiện địa hình

Trong lưu vực sông Lô các dãy núi lớn đều qui tụ về phía Đông Nam và mở rộng về phía Bắc. Vì vậy lưu vực sông Lô có hình nan quạt với địa hình chủ yếu là đồi núi thấp.

28

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Lưu vực sông Lô có hướng dốc chung từ Tây Bắc xuống Đông Nam. Độ cao đường phân nước giảm dần từ trên 2000m ở phía Trung Quốc xuống 1000-2000m ở Việt Nam. Độ cao bình quân trong lưu vực sông Lô dao động từ 500-1000m. Địa hình chủ yếu là đồi núi với những dãy núi cao: khối núi Tây Côn Lĩnh với một số đỉnh cao hơn 2000m (Kiều Liêu Ti – 2402m, Tây Côn Lĩnh 2419m), giữa sông Hồng và sông Chảy là dãy núi Con Voi và cao nguyên Bắc Hà với đỉnh cao nhất là 2267m nằm cạnh

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

thung lũng sông Hồng, kế tiếp là dãy núi Mỏ Rô và Sáu Tàu, Cánh cung sông Gấm và cánh cung Ngân Sơn có những đỉnh cao trên 1000m như: Sam Sao (1172m), Pia Oóc (1930m), Pia Bióoc (1578m), Tam Đảo (1591m)....

Giữa sông Chảy và sông Lô là dãy núi Khánh, dãy núi này ngăn cách sông Chảy với thung lũng sông Bách. Núi Hùng, núi La cao từ 1.000 đến 1.100 thước và núi Bách Kha là những núi cao có rừng rậm bao phủ, có nhiều vách đá ăn thẳng ra bờ sông Lô. Về phía Bắc có cao nguyên Pakha thuộc tỉnh Lào Cai, cao nguyên Hoàng Su Phì thuộc tỉnh Hà Giang với ngọn Tây Côn Lĩnh cao 2.431m. Về phía Nam có cao nguyên Lục An Châu, thuộc tỉnh Yên Bái. Về phía đông là các cao nguyên đá vôi và diệp thạch: Quảng Bạ, Pu Tha Ca và Đồng Văn.

Giữa sông Lô và sông Gâm là một dãy núi cao hầu như chưa có ai đến, với một vùng cao nguyên rộng lớn nằm trên hai tỉnh Hà Giang và Tuyên Quang, cao trung bình khoảng 800m ở phía Bắc và thấp dần còn 400m về phía Nam.

Giữa sông Gâm và sông Cầu cũng có một dãy núi tương tự, là dãy núi cánh cung Sông Gâm, có ngọn Piaya cao gần 2.000m, nằm trên ranh giới hai tỉnh Cao Bằng và Bắc Kạn.

Ở thượng nguồn thung lũng lòng sông rất hẹp, các vách núi dựng đứng vưon đến tận bờ sông cao từ 1000 - 1500m, lòng sông dốc và nhiều thác ghềnh. Độ sâu trung bình về mùa cạn của sông Lô thuộc thượng lưu ở phía Việt Nam khoảng 0,6- 1,5m và sông rộng trung bình 40-50m. Phần trung lưu độ dốc đáy lòng sông giảm dần còn 0,25m/km, thung lũng sông bắt đầu mở rộng.

Hạ lưu sông Lô có thể kể từ Tuyên Quang tới Việt Trì, lòng sông mở rộng, ngay trong mùa cạn lòng sông cũng rộng tới 200m và sâu tới 1,5- 3m. Phần thuộc nước ta độ dốc trung bình lòng sông là 0,26%. Các sông nhánh có độ dốc lớn hơn, như độ dốc nhánh Sông Con là 6,18%.

3. Điều kiện, địa chất thổ nhưỡng

Địa chất

29

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Vùng núi cao trong hệ thống sông Lô được cấu tạo bởi các loại đá granit, đá phiến, sa diệp thạch, phiến thạch, sa thạch, cát kết, cuội kết và đá vôi. Dãy núi Hoàng Liên Sơn có đỉnh Phan Xi Pan cao nhất nước ta, tạo thành bởi hai khối núi Phan Xi Pan và Pu Luông và được cấu tạo bằng các loại đá có nguồn gốc macma như granit ở khối núi Phan Xi Pan, các đá phun trào axit như anup, riôlit và otofia ở dãy núi Pu Luông. Khối núi vòm sông Chảy thuộc thượng nguồn sông Chảy có đỉnh Tây-Côn-

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Lĩnh với độ cao 2.419m, là khối núi granit lớn nhất với diện tích lên tới 2.500km2. Phía Nam khối núi này là vùng đồi và núi thấp, bao gồm thung lũng các sông Chảy và Lô. Hạ lưu các sông Gâm và Phó Đáy, thành phần cấu tạo chủ yếu là đá phiến, đá kết cát, đá phiến kết tinh và các loại đá biến chất khác.

Thổ nhưỡng

Do điều kiện địa hình và khí hậu nên đất đai lưu vực sông Lô phát triển rất đa dạng và phong phú. Đất trong lưu vực sông Lô được phát triển trên các loại đá mẹ khác nhau. Có những loại đất chính như sau:

- Đất granit phát triển trên các loại đá như đá granit, sa thạch, cuội kết, đá kết, phiến thạch mica, phiến sa, đá vôi, phù sa cổ với các màu sắc khác nhau như vàng nhạt, vàng, đỏ vàng, nâu đỏ.

- Đất mùn trên núi cao.

- Đất đá vôi.

- Đất bồi tụ…

4. Thảm phủ thực vật

Thực vật trong lưu vực sông Lô rất phong phú, đa dạng và phát triển với tốc độ cao. Do sự khác biệt về điều kiện khí hậu và thuỷ văn, rừng phân bố theo độ cao và được chia ra 2 loại chính, từ 700m trở lên và dưới 700m. Từ 700m trở lên, chủ yếu là rừng kín hỗn hợp lá cây rộng, lá kim ẩm á nhiệt đới và rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới. Ở độ cao dưới 700m, rừng chủ yếu là rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới. Ngoài ra, còn có các loại rừng trồng, các loại cây bụi trên các đồi trọc.

Do khai thác, đốt phá rừng bừa bãi nên rừng đã bị tàn phá nặng nề, tỷ lệ rừng che phủ trong lưu vực còn tương đối thấp. Vùng bị tàn phá nặng nề nhất là vùng thượng nguồn sông Chảy. Theo kết quả điều tra của Viện Điều tra Quy hoạch rừng, tỷ lệ rừng che phủ vào đầu thập kỷ 80 trong lưu vực sông Lô phần thuộc lãnh thổ Việt Nam chỉ còn khoảng 17,4% nhưng chủ yếu chỉ là rừng thứ cấp còn rừng nguyên thuỷ thì chỉ còn trên các sườn dốc và các đỉnh núi cao.

30

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Trong những năm gần đây, nhờ có phong trào trồng và bảo vệ rừng nên tỷ lệ rừng che phủ ở các tỉnh trong lưu vực sông Lô đã tăng lên đáng kể. Tính đến năm 1999, tỷ lệ rừng che phủ ở vùng trung du và miền núi đã tăng lên 35%.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

5. Đặc điểm khí hậu

Đặc điểm khí hậu của dòng chính sông Lô chịu ảnh hưởng sâu sắc của địa hình và vị trí lưu vực nên có sự biến đổi mạnh mẽ cả về không gian và thời gian Khí hậu trong lưu vực sông nói chung là ẩm ướt với mùa Đông còn khá lạnh, song đã ấm hơn phía Đông Bắc - Bắc Bộ. Điều đó chỉ rõ sự suy yếu phần nào của gió mùa Đông Bắc khi tới lưu vực.

Tuỳ thuộc vào vị trí và đặc điểm cao hay thấp của địa hình cùng mức độ ảnh hưởng của hoàn lưu gió mùa đối với từng nơi mà có sự thay đổi về khí hậu giữa các vùng trong lưu vực:

Thượng lưu sông Lô có khí hậu nóng vừa khô và ít mưa. •

Trung lưu sông Lô có khí hậu nóng ẩm và mưa nhiều là vùng có mưa lũ

• lớn nhất lưu vực.

Hạ lưu sông Lô có khí hậu nóng và tương đối ẩm, mưa trên lưu vực •

nhiều nhất ở trung lưu và giảm về phía thượng và hạ lưu.

Khí hậu Tuyên Quang ẩm thấp và không trong lành, nhất là vào mùa mưa bị ảnh hưởng của rừng rậm. Thung lũng sông Đáy có nước độc và sương mù thường dày đặc đến 9 giờ sáng mới tan dần. Những vùng cao độ từ 400m đến 800m có khí hậu trong lành hơn, nhất là những vùng đá vôi.

Chế độ nhiệt.

Nhiệt độ trung bình năm lưu vực dao động từ 15-200C . Do ảnh hưởng của độ cao mà nhiệt độ trung bình năm có hiện tượng tăng dần từ cao xuống thấp và từ Bắc xuống Nam; Tại Đồng Văn 15,70C, Bảo Lạc 220C, Hoàng Su Phì 21,10C, Hà Giang 22,50C và Tuyên Quang 230C.

Độ ẩm không khí và bốc hơi.

Tính chất ẩm ướt của khí hậu thể hiện rõ nhất ở vùng Bắc Quang thuộc trung lưu sông Lô, nơi có địa hình dạng phễu, hội tụ gió, hướng thung lũng trùng với hướng gió thịnh hành.

31

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Độ ẩm tương đối trung bình nhiều năm 80 - 90%, thời kỳ khô hanh là 75%, thời kỳ ẩm ướt độ ẩm đạt tới 90%. Lượng bốc hơi hàng năm trên lưu vực giảm dần từ Bắc xuống Nam. Phía Trung Quốc 1000mm, Hà Giang 735mm và Tuyên Quang là 607mm. Vùng có lượng bốc hơi lớn nhất trong lưu vực là Vĩnh Yên 955mm và nhỏ nhất là Mường Khương 450mm.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bốc hơi trung bình năm dao động từ 660 - 1.150mm ở vùng Tây Bắc, 500 - 600 mm ở vùng Việt Bắc, 560 - 950mm ở vùng trung du và 900 - 1.000mm ở vùng đồng bằng.

Chế độ mưa.

Do đó hình thành tại đây một trung tâm mưa lớn nhất miền Bắc rộng khoảng 1000km2, độ cao trung bình 500-1000m, mưa lớn do hội tụ gió Đông nam gây lên, tại trung tâm lượng mưa năm đạt trên 4000mm với trên 170 ngày có mưa trong năm. Từ tâm mưa này lượng mưa giảm dần theo các hướng như ở thượng lưu phần Trung Quốc mưa ít hơn rõ rệt, tại Vân Sơn – Trung Quốc 1036mm. Ở hạ lưu các sông chính trong lưu vực mưa cũng ít hơn so với trung lưu. Điều đó có liên quan tới sự giảm dần về độ cao của địa hình.

Vùng ít mưa có tổng lượng mưa trung bình năm 1200 - 1500mm bao gồm Bảo Lạc 1200mm, Chợ Rã 1300mm. Vùng mưa trung bình có tổng lượng mưa năm 1700 - 2000mm là vùng đồng bằng, trung du như Tuyên Quang (khoảng 1600mm), Hoàng Su Phì (khoảng 1700mm). Vùng mưa lớn là những tâm mưa có tổng lượng mua trung bình nhiều năm đạt 2400 - 4800mm như Hà Giang, Bắc Quang trong đó tâm mưa Bắc Quang đạt tới 4800mm.

Lượng mưa năm tập trung vào mùa nóng (89%), kéo dài từ tháng IV đến tháng X. Mùa lạnh từ tháng XI đến tháng III lượng mưa chỉ chiếm 11% tổng lượng mưa cả năm. Như vậy, tình trạng khô hạn, thiếu nước mặt trong mùa lạnh rất gay gắt, nhất là trên các cao nguyên khuất gió, ở sâu trong lục địa như: Đồng Văn, Hoàng Su Phì, còn ở trung và hạ lưu các sông trong mùa lạnh còn có mưa phùn nên ẩm ướt hơn.

Phần trung và hạ lưu sông mùa mưa kéo dài, nên lượng mưa giữa mùa hè và mùa đông ít chênh lệch hơn phía sông Gâm. Tại Bắc Quang lượng mưa mùa Đông chiếm khoảng 30,2%, tại Hà Giang 21,4% và tại Tuyên Quang 21%.

Tháng mưa lớn nhất trên lưu vực sông Lô xuất hiện không đồng bộ: tại thượng lưu là tháng VIII, Hà Giang tháng VII, Bắc Quang tháng VI và Tuyên Quang vào tháng VII. Lượng mưa tháng lớn nhất chiếm khoảng 18,7%, đến 21,2% lượng mưa cả năm.

32

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Những đặc điểm khí hậu trên đây đã trực tiếp ảnh hưởng đến sự hình thành dòng chảy và chế độ của nó, chúng ta có thể thấy rõ qua chế độ dòng chảy sông ngòi trong lưu vực.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

6. Mạng lưới sông ngòi

Đặc điểm chung

Do điều kiện khí hậu và địa hình nên phần lớn diện tích lưu vực sông Lô phân bố cấp mật độ lưới sông từ tương đối dày đến rất dày 0,5-1,94km/km2. Vùng có lượng mưa nhiều, địa hình núi và nền là diệp thạch phân phiếm và diệp thạch silis, xâm thực, chia cắt diễn ra mạnh mẽ, mật độ sông suối dày đặc 1,5- 1,94 km/km2 , đó là các vùng sông Con, Ngòi Sảo, Nậm Ma....

Ngược lại, những vùng đá vôi, lượng mưa ít hơn, mật độ sông thuộc cấp tương đối dày 0,50- 0,70km/km2 như vùng sông Miện. Những phụ lưu thuộc dòng chính sông Lô có 71 sông suối, phân bố tương đối đều theo dọc sông.

Trên sông Gâm mật độ sông suối trung bình từ dưới 0,5 đến 1,5 km/km2. Phía thượng lưu sông Gâm mật độ sông suối thấp hơn cả, từ dưới 0,5 đến 1km/km2. Tại đây mưa ít và đá vôi nhiều nhất so với các vùng khác trong lưu vực. Vùng trung và hạ lưu lượng mưa gia tăng, phân bố loại nham diệp thạch là chủ yếu do đó sông suối phát triển dày hơn, khoảng từ 1 - 1,5 km/km2. Đó là các vùng Ngòi Quảng và Ngòi Cổ Lai. Tổng số các phụ lưu có chiều dài trên 10 km trong lưu vực sông Gâm có 72 sông, với tổng chiều dài là 1803 km trong đó có 11 phụ lưu có diện tích trên 100 km2 những phụ lưu còn lại hầu hết là sông suối nhỏ.

Trên nhánh sông Chảy mạng lưới sông suối phát triển rất mạnh, trên 1,5 km/km2. Vùng có mật độ sông suối tương đối dày từ 0,70 – 1 km/km2 phân bố ở thượng lưu nơi có lượng mưa ít và địa hình thấp. Tổng số sông suối trong lưu vực sông Chảy có 47 sông có chiều dài từ 10 km trở lên, với tổng chiều dài là 702 km. Dòng chính sông Chảy uốn khúc quanh co, hệ số uốn khúc lớn 2,32, độ rộng bình quân lưu vực nhỏ 26 km, hệ số không cân bằng của lưới sông nhỏ hơn 1, các phụ lưu nhập vào sông chính tương đối đều theo 2 bên bờ sông chính.

Trong lưu vực sông Lô, nhánh sông Con có mật độ sông suối phát triển nhất, phù hợp với địa hình núi cao, dốc nhiều, nham thạch mềm và lượng mưa nhiều. Do đó dòng chảy của lưu vực sông Con cũng phong phú nhất trong lưu vực sông Lô. Tổng lượng nước bình quân nhiều năm là 2.06 km3 ứng với lưu lượng bình quân năm 65.3 m3/s và môđun dòng chảy năm là 47.7 l/s,km2.

33

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Tổng số sông suối có chiều dài từ 10km trở lên là 216 sông, trong đó những sông suối có diện tích nhỏ hơn 100 km2 chiếm tới 162 sông và 44 sông có diện tích từ 100-500km2, chỉ có 10 sông có diện tích trên 500km2.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tổng số có 42 sông (cấp 2) chảy vào sông Lô, gồm 21 sông bên phải và 21

sông bên trái. Trong số đó có:

- 2 sông có diện tích lưu vực từ 2.500 đến 10.000 km2;

- 2 sông có diện tích lưu vực từ 1.000 đến 2.500km2;

- 1 sông có diện tích lưu vực từ 500 đến 1.000 km2;

- 9 sông có diện tích lưu vực từ 100 đến 500 km2;

- 28 sông có diện tích lưu vực dưới 100 km2.

Tổng diện tích lưu vực các sông này là 31.570km2. Trong đó, 67,1% diện tích tích lưu vực nằm trong nước (có 3 sông chảy từ nước ngoài vào với diện tích lưu vực phần ngoài nước là 10.380km2). Diện tích lưu vực trung bình là 505 km2/sông.

Bảng 1-3 Các đặc trưng hình thái của các sông nhánh lớn của sông Lô.

Sông

Chiều dài (km) Diện tích (km2) Mật độ lưới sông (km/km2) Độ rộng bình quân lưu vực(km) Độ dốc bình quân lưu vực(‰) Độ cao b.quân lưu vực(%)

- 21,5 24,5 976 1935 124/86 Miện

1,40 18,6 23,6 430 1370 76 Con

- 16,3 22,7 877 17140 297 Gâm

1,09 26,0 24,6 858 6500 319 Chảy

1,10 - 14,4 216 1610 170 P.Đáy

32.7 18.7 1255 6050 142 Nho Quế

0.82 34.9 23,5 519 2270 113 Năng

Sông Lô có 42 sông, tổng chiều dài là 1.507km. trong đó có 3 sông quốc tế là sông Gâm, sông Chảy và sông Miện. Sông Chảy và sông Gâm là hai sông cấp 2 lớn, có nhiều sông cấp 3 đổ trực tiếp vào chúng nhất.

Các phụ lưu chính

34

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

+ Sông Gâm:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Là nhánh sông lớn nhất của sông Lô chiếm 44.1% diện tích toàn bộ lưu vực sông Lô cũng bắt nguồn từ tỉnh Vân Nam – TQ. Sông Gâm bao gồm 30 sông nhỏ đổ vào với diện tích lưu vực là 17.140 km2, trong đó 9780 km2 nằm trong lãnh thổ nước ta, chiều dài dòng chính là 297km. Giới hạn về phía Đông và Đông Nam lưu vực sông Gâm là cánh cung Ngân Sơn và cánh cung sông Gâm, là đường phân nước lớn nhất trong khu Đông Bắc với độ cao trung bình 500-1000m. Phía Tây và Tây Bắc là đường phân nước giữa sông Lô và sông Gâm cao trung bình 200-1000m. Sông Gâm chảy trong một thung lũng khá rộng giữa những đồi núi thấp.

Đặc điểm của vị trí lưu vực như vậy đã qui định một chế độ khí hậu lạnh và ít ẩm hơn so với dòng chính sông Lô. Mức độ che khuất khác nhau đối với từng vị trí trong lưu vực là nguyên nhân phân hóa thành các vùng khí hậu trong lưu vực. Kể từ Bắc Mê trở lên có khí hậu khô và lạnh, nhiệt độ trung bình năm giảm rõ rệt, có tới 9 tháng dưới 200C. Lượng mưa trung bình năm từ 1100 đến 14000mm. Vùng trung lưu sông Gâm phía hữu ngạn có khí hậu ẩm ướt nhất lưu vực, nhiệt độ trung bình năm từ 20 - 220C và lượng mưa trung bình năm tới 1800 - 2200mm. Tại Thác Hốc 2080mm. Phía bờ trái lượng mưa ít hơn, do vị trí ở khuất hơn: Chợ Rã 1200mm, Ba Bể 1450mm, Linh Đức 1488mm. Khả năng hạn trên lưu vực sông Gâm nhiều hơn dòng chính sông Lô, có năm liên tiếp 82 ngày không mưa (vùng trung lưu sông Gâm và sông Năng).

Khả năng bốc hơi trên lưu vực từ 600 - 700 mm. Lượng mưa tập trung phần lớn vào mùa mưa, chiếm khoảng 80 % lượng mưa của cả năm. So với sông Lô, sông Gâm ít nước hơn, tuy diện tích lớn hơn dòng chính sông Lô. Điều đó chủ yếu do khí hậu khô hạn trong vùng quyết định. Tổng lượng nước trung bình nhiều năm của sông Gâm khoảng 11 km3 ứng với lưu lượng bình quân năm là 352 m3/s và mô dun dòng chảy năm 20,5l/skm2.

Cũng giống phân bố mưa, vùng thượng lưu sông Gâm có lượng dòng chảy nhỏ nhất, moduyn dòng chảy năm từ 10 - 16 (l/skm2). Vùng có lượng dòng chảy tương đối ít phân bố ở bờ trái sông Gâm, vùng sông Năng khoảng 20 (l/skm2). Vùng nhiều nước nhất lưu vực sông Gâm, phân bố ở trung lưu, phía bờ phải Ngòi Quảng mô dun dòng chảy năm 34,3l/skm2. Dòng chảy năm trong lưu vực sông Gâm biến đổi nhiều hơn phía dòng chính sông Lô. Năm nhiều nước gấp 3 lần năm ít nước.

+ Sông Chảy:

35

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Là sông nhánh lớn thứ hai của sông Lô gồm 43 sông nhỏ, bắt nguồn từ núi Tây Côn Lĩnh cao 2419m, diện tích lưu vực là 6500 km2 trong đó 4580 km2 nằm trong lãnh

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

thổ nước ta, chiều dài dòng chính là 319 km. Lưu vực sông Chảy được giới hạn phía Bắc là vùng núi cao 1500m, đường phân nước giữa sông Chảy và sông Lô. Dãy núi Con Voi kéo dài từ Tây Bắc xuống Tây Nam phân cách giữa sông Chảy và sông Thao. Phía Đông và Đông Nam là dãy núi Tây Côn Lĩnh và dãy núi thấp phân chia lưu vực giữa sông Chảy và dòng chính sông Lô.

Sông Chảy có khí hậu lạnh và ẩm. Nhiệt độ trung bình năm từ 180 đến 230C. Nhiệt độ thấp tới 00 và nhiệt độ tối cao tuyệt đối không quá 400C. Do ảnh hưởng của địa hình, nhiệt độ chênh lệch rõ rệt giữa thượng lưu và hạ lưu 50C và có xu hướng tăng dần từ thượng lưu về hạ lưu.

Lượng mưa bình quân trên toàn lưu vực khoảng 1925 mm. Nhưng do vị trí khác nhau đối với gió ẩm và địa hình, trên lưu vực sông Chảy có sự khác nhau về lượng mưa giữa các vùng. Phân bố mưa có xu hướng giảm dần về hạ lưu: riêng vùng Hoàng Su Phì ở cực bắc lưu vực ở vị trí khuất gió ẩm mưa ít như Xín Mần 1443 mm, Hoàng Su Phì 1600 mm. Mường Khương 2042 mm, Lục Yên 2167 mm, Nghĩa Đô 2340 mm, Chợ Ngọc 2003 mm, Thác Bà 1763 mm và Đoan Hùng 1511 mm.

Khả năng bốc hơi hàng năm trên lưu vực khoảng 85mm. Sông Chảy nằm trong vùng mưa nhiều, địa hình núi phát triển, độ dốc lưu vực lớn, dòng chảy sông ngòi sản sinh thuận lợi. Chế độ nước của sông Chảy chịu sự chi phối của chế độ mưa. Đặc điểm nổi bật là chế độ lũ kéo dài. Mùa lũ trên lưu vực sông Chảy kéo dài tới 5 tháng, bắt đầu từ tháng VI kết thúc vào tháng X. Lượng dòng chảy của 5 tháng này chiếm tới 79,3 % lượng nước cả năm. Mùa cạn bắt đầu từ tháng X đến tháng V năm sau, chiếm khoảng 20,7 đến 36% lượng dòng chảy cả năm. Đặc điểm địa hình cao, dốc mạnh, mưa lớn tạo điều kiện cho dòng chảy lũ tập trung rất ác liệt trên sông Chảy. Tổng lượng dòng chảy bình quân nhiều năm của sông Chảy là 6,46 km3 ứng với lưu lượng bình quân năm là 205 m3/s và mô dun dòng chảy năm là 31,5 l/skm2 nhiều nước hơn lưu vực sông Gâm rõ rệt.

Qui luật phân bố của dòng chảy trên lưu vực sông Chảy cũng giống như phân bố mưa. Vùng trung lưu thuộc bờ trái sông Chảy nhiều nước nhất lưu vực, mô dun dòng chảy năm tại Nghĩa Đô tới 57,6 l/skm2. Vùng thượng và hạ lưu ít nước hơn dòng chảy năm đạt 31 đến 32 l/skm2.

+ Sông Phó Đáy:

36

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Là phụ lưu cuối cùng đổ vào sông Lô với diện tích lưu vực 1610 km2 và chiều dài dòng chính là 170km, bắt nguồn từ vùng núi Tam Tao cao trên 1000m, chảy theo hướng gần Đông Bắc – Tây Nam, nhập vào sông Lô gần Việt Trì, cách cửa sông Lô

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

2km. Sông Phó Đáy được giới hạn về phía Bắc – Tây Bắc bởi cánh cung sông Gâm, phía Đông và Nam là dãy núi Tam Đảo. Vì nằm giữa hai dãy núi cao và kéo dài nên thung lũng sông Phó Đáy cũng hẹp và kéo dài.

Thượng lưu sông Phó Đáy rất dốc, trong khoảng 4 km đầu dốc tới 300m/km. Từ km 30 dọc theo sông độ dốc đáy sông giảm xuống rõ rệt, khoảng 2,4km/km. Sông Phó Đáy chảy theo 2 hướng chính: Đông Bắc - Tây Nam và gần Bắc Nam.

Địa hình đồi thấp phát triển rộng rãi trong lưu vực. Độ cao bình quân lưu vực nhỏ 216m, độ dốc lưu vực cũng nhỏ 14,4%, thung lũng có dạng dài, hệ số tập trung nước tới 2.,44.

Sông suối trong lưu vực sông Phó Đáy phát triển dày, trung bình là 1,1 km2. Phía thượng lưu mưa nhiều, địa hình dốc hơn, mật độ lưới sông cũng dày hơn cả: Sông Lượng Quang 1,54km/km2, Ngòi Le 1,37km/km2.

Do vị trí lưu vực ở khuất sau dãy núi Tam Đảo về phía Tây và cánh cung sông Gâm về phía Đông Nam. Địa hình thấp mưa ít nhất trong lưu vực sông Lô. Lượng mưa trung bình của lưu vực sông Phó Đáy khoảng 1570m. Thượng lưu mưa nhiều hơn, tại chợ Đồn là 1787mm. Hạ lưu và các vùng thấp mưa ít hơn 1412mm, tại Sơn Dương và Liễn Sơn mưa 1598mm. Tổng lượng nước bình quân nhiều năm của sông Phó Đáy khoảng 1,12km2 tương ứng với lưu lượng trung bình năm là 35,5m3/s và mô dun dòng chảy năm là 22,0l/skm2, thuộc loại ít nước trong lưu vực sông Lô.

Chế độ dòng chảy của sông Phó Đáy cũng giống chế độ của hạ lưu dòng chảy chính sông Lô có nghĩa là mùa lũ cũng kéo dài 5 tháng, từ tháng VII đến tháng X và mùa cạn từ tháng XI đến tháng V. Lượng dòng chảy mùa lũ chiếm 71% lượng dòng chảy cả năm, 3 tháng VII, VIII, IX có lượng dòng chảy lớn nhất chiếm 50% lượng dòng chảy cả năm. Trong đó tháng VIII lớn nhất chiếm khoảng 19,7% lượng dòng chảy cả năm.

Lưu lượng lớn nhất đã xuất hiện trong thời gian gần đây trên sông Phó Đáy tại trạm thuỷ văn Quảng Cư là 549m3/s vào ngày 15-VIII - 1968, tương ứng với mô dun dòng chảy lớn nhất là 462l/skm2. Lưu lượng lớn nhất bình quân là 331m3/s. Lũ sông Phó Đáy thuộc loại nhỏ nhất trong lưu vựuc sông Lô. Điều đó có liên quan tới đặc điểm địa hình ở đây thấp, lưu vực dài, độ dốc bình quân lưu vực nhỏ và tỷ lệ rừng chiếm phần lớn lưu vực. Biên độ mực nước lớn nhất năm chỉ khoảng 3,60m. Lưu lượng lớn nhất chỉ gấp khoảng 140 lần lưu lượng nhỏ nhất.

Dòng chảy nhỏ nhất trên lưu vực sông Phó Đáy thuộc loại thấp nhất lưu vựuc

37

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

sông Lô. Dòng chảy nhỏ nhất bình quân tháng đạt 5,82l/skm2.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

+ Sông Miện: là một trong những phụ lưu chính của sông Lô với diện tích 1935 km2, dài 124 km. Sông bắt nguồn từ vùng Trờ Pâng – TQ chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, tới Việt Nam sông chuyển theo hướng gần Bắc Nam. Sông Miện sẻ qua cao nguyên đá vôi diệp thạch và đổ vào sông Lô ở bờ trái tại thị xã Hà Giang cách cửa sông Lô 258km.

+ Sông Con: có diện tích 1368 km2 và chiều dài sông chính là 76km bắt nguồn từ phía Đông Nam của khối núi cao ở thượng nguồn sông Chảy. Sông Con chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam và nhập vào bờ phải sông Lô ở Vĩnh Tuy cách cửa sông Lô 176km.

Sông Lô cũng là một sông nhánh lớn của sông Hồng, có diện tích là 39000km2 (trong đó phần Việt nam là 22600km2, ngoài nước là 16400km2) và chiều dài sông là 470km (trong nước 275km), cũng bắt nguồn từ vùng núi cao Vân Nam Trung Quốc.

Lưu vực sông Lô được giới hạn về phía đông là dãy núi cánh cung Ngân Sơn và cánh cung sông Gâm, phía đông nam là dãy núi Tam đảo phía Tây là dãy núi con voi. Sông Gâm là sông nhánh lớn nhất của sông Lô, cũng bắt nguồn từ tỉnh Vân Nam Trung Quốc. Sông Gâm có diện tích lưu vực 17200km2, trong đó 9780km2 nằm trong lãnh thổ nước ta.

7. Một số đặc điểm chế độ thủy văn lưu vực sông Lô

Dòng chảy năm

Kết quả tính toán cho thấy môdun dòng chảy năm biến đổi từ 16.53 (l/s.km2) tại Bảo Lạc đến 31.43 (l/s.km2) tại Hàm Yên. Vùng môdun dòng chảy lớn (trạm Hàm Yên, Thác Bà, Phù Ninh) tương ứng với trạm khống chế những dòng chảy từ trung tâm mưa lớn Bắc Quang (với tổng lượng mưa trung bình năm hơn 4000mm). Tại các vùng nằm ngoài trung tâm mưa lớn Bắc Quang môdun dòng chảy nhỏ, bằng 2/3, thậm trí 1/2 giá trị môdun dòng chảy tại các trạm trên.

Hệ số biến đổi Cv tương đối nhỏ giao động từ 0.16 đến 0.27, trạm Bảo Lạc có môdun dòng chảy nhỏ nhất, đồng thời có diện tích lưu vực nhỏ nhất nhưng lại có hệ số biến đổi lớn nhất 0.27. Trên nhánh sông Chảy hệ số biến đổi của dòng chảy năm thường lớn hơn so với các nhánh sông khác trên lưu vực. Hệ số biến đổi trên các trạm thuộc hệ thống sông Lô – sông Gấm và dòng chính sông Lô tương đối ổn định giao động trong phạm vi từ 0.16-0.19.

38

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Dòng chảy lũ

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Kết quả tính toán phân mùa dòng chảy cho thấy mùa lũ và mùa kiệt của các trạm gần như đồng nhất với nhau về thời gian bắt đầu và kết thúc. Mùa lũ bắt đầu từ tháng VI và kết thúc vào tháng X, còn mùa kiệt từ tháng XI đến tháng V năm sau. Tổng lượng dòng chảy lũ chiếm 62-75% tổng lượng dòng chảy năm, tháng có lượng dòng chảy lớn nhất tập trung vào tháng VIII, tháng có lượng dòng chảy nhỏ nhất thường tập trung vào tháng III chiếm khoảng 20% tổng lượng dòng chảy năm, tỷ lệ phần trăm dòng chảy tháng lớn nhất thay đổi không nhiều, biến động trong phạm vi từ 18 đến 22%.

Tổng lượng dòng chảy 3 tháng lớn nhất tập trung chủ yếu vào tháng VI, VII, VIII chiếm 50-55% tổng lượng dòng chảy năm. Riêng đối với 4 trạm Hà Giang, Thác Bà, Quảng Cư, Bảo Yên 3 tháng có dòng chảy lớn nhất tập trung vào tháng VII, VIII, IX.

Riêng một số sông suối thuộc nhánh sông Gâm như Chiêm Hóa, Bảo Lạc và Phù Ninh có mùa lũ kết thúc sớm hơn một tháng tức là kết thúc vào tháng IX còn mùa kiệt bắt đầu từ tháng X đến tháng V năm sau.

Dòng chảy mùa cạn

Theo thống kê trung bình nhiều năm thì mùa cạn trên lưu vực nghiên cứu kéo dài 7 đến 8 tháng bắt đầu từ tháng X hoặc tháng XI đến tháng V năm sau. Trên thực tế nhiều năm hai tháng đầu và cuối mùa cạn cũng có thể lượng dòng chảy trung bình tháng vượt trung bình năm, nghĩa là tháng đó thuộc mùa lũ như vậy trong năm đó mùa cạn ngắn hơn một tháng. Cũng có nhiều trường hợp ngược lại tháng đầu hoặc cuối mùa lũ lượng nước trong sông nhỏ và tháng đó thuộc tháng mùa cạn, như vậy mùa cạn kéo dài hơn một tháng, như tháng VI trạm Yên Bái có 14 năm (chiếm 45%) lưu lượng trung bình tháng nhỏ hơn trung bình năm. Khi đó sẽ gây bất lợi không nhỏ trong việc dùng và sử dụng nước

Mùa cạn thời gian tuy dài hơn mùa lũ nhưng lượng dòng chảy chỉ chiếm từ 20% đến 35%. Do đặc điểm địa hình, địa chất thổ những, thảm phủ thực vật cũng như điều kiện khí hậu thời tiết mà các vùng có tỷ lệ lớn nhỏ khác nhau.

I.2.3. Hệ thống sông Thái Bình

39

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hệ thống sông Thái Bình bao gồm 3 sông chính hợp thành tại Phả lại là sông Cầu, sông Thương và sông Lục nam; dòng chính là sông Cầu. Hệ thống sông Thái Bình có diện tích lưu vực tính đến Phả Lại bằng 12680km2, độ cao bình quân từ 150m đến 200m, thấp hơn các khu vực xung quanh. Mật độ sông suối phân bố không đều từ

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

0,5 đến 1,5km/km2. Mạng lưới sông suối trên lưu vực xắp xếp như một hình quạt mở rộng về phía đông bắc và điểm quy tụ ở Phả Lại.

Là vùng khí hậu lạnh, ít ẩm ớt. Mùa hè một số vùng do địa hình chắn gió gây nên mưa trước núi như: Đại Từ, Thái Nguyên, Tam Đảo. Lượng mưa năm trung bình nhiều năm từ 1400-1600mm. Tam đảo nơi mưa nhiều tới 2700mm. Lượng mưa mùa hè chiếm 75-85% cả năm.

Lượng bốc hơi từ 500mm đến 1200mm có xu hướng giảm từ thấp lên cao (Bắc

Ninh 1200mm, Pia Biốc 550mm).

Hệ thống gồm 3 sông chính sau:

I.2.3.1. Sông Cầu

Sông Cầu là dòng chính của sông Thái Bình, bắt nguồn từ vùng núi Tam tao và hợp lưu với sông Thương ở Phả Lại. Diện tích lưu vực 6030km2 chiếm 47% diện tích lưu vực sông Thái Bình tính đến Phả Lại, chiều dài sông chính tính đến Phả Lại bằng 288 km.

Lưu vực sông Cầu phía tây, tây bắc giáp lưu vực sông Phó Đáy và sông Gâm. Phía Bắc, đông bắc giáp lưu vực sông Kỳ Cùng, sông Thương. Phía Nam giáp sông Hồng

Lưu vực sụng Cầu có dạng dài, hệ số tập trung nước lớn, mạng lưới sông suối khá phát triển. Mật độ sụng suối trung bình từ 0,95km/km2 – 1,2km/km2. Diện tích chiếm 47% hệ thống, tính đến thác Huống 2960km2, mật độ lới sông trung bình 0.95- 1.2km/km2, phụ lưu phân bố đều hai phía, những phụ lưu chính phần lớn đổ vào bên hữu. Có 68 phụ lưu dài trên 10km, có 20 sông diện tích trên 100km2.

Do địa hình mở rộng về đồng bằng và cao dần về phía bắc – tây bắc nên thuận tiện cho việc đón gió đông nam nên luưu vực ẩm ướt hơn sông Thương và sông Lục Nam. Vùng Tam Đảo lượng mưa trung bình nhiều năm 2700mm, Chợ Đồn 1967mm. Vùng khuất gió như Chợ Mới 1467mm, Chợ Chu 1442mm.

Mùa mưa từ tháng V đến IX hoặc X, các hình thế như hội tụ nhiệt đới , bão, áp

thấp nhiệt đới, dông đều có khả năng gây mưa lớn trên lưu vực.

I.2.3.2. Sông Thương

40

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Sông Thương là một trong ba sông nhánh của sông Thái Bình. Diện tích lưu vực 6650km2, chiều dài lưu vực 157km. Sông Thương bắt nguồn từ dãy núi Na Pa Phước gần bản Thi thuộc tỉnh Lạng Sơn.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ở thượng lưu sông Thương, thung lũng hẹp, độ rộng trung bình chỉ vào khoảng 6km, dòng sông thẳng, bờ phải có núi đá vôi dựng đứng sát bờ sông, độ dốc đáy sông tới 30%o. ở trung lưu sông Thương (từ Chi Lăng đến Bố Hạ) thung lũng sông mở sộng, độ dốc đáy sông hạ thấp. Núi đá vôi đã phân bố xa bờ. Hạ lưu ( từ Bố Hạ về cửa sông lòng sông rộng, trung bình 70-120m, độ dốc đáy sông rất nhỏ. Sông Thương có độ dốc đáy sông trung bình 0,56%o. Diện tích lưu vực 3580km2, chiều dài 157km. Lưu vực mạng lới sông kém phát triển, mật độ lưới sông trung bình 0.82km/km2, phụ lưu phân bố không đều hai phía. Có 34 con sông dài trên 10km, có 10 sông diện tích trên 100km2. Mạng lưới sông có dạng hình nan quạt.

Do nằm ở vùng khuất gió nên lượng mưa trên lưu vực ít, trung bình khoảng

1200-1500mm, lượng ma có xu thế giảm về phía bắc.

Mùa mưa từ tháng V đến IX với lượng mưa chiếm từ 80-85%, lượng mưa tháng I nhỏ nhất trung bình nhiều năm chỉ chiếm 7mm-20mm. Lượng bốc hơi tại Bắc Giang trung bình nhiều năm 853mm.

I.2.3.3. Sông Lục Nam

Sông Lục Nam có thể coi là sông nhánh cấp một của sông Thương, có diện tích là 3070 km2, chiều dài 175 km. Sông Lục Nam chảy chủ yếu theo hướng đông bắc tây nam. Phía bắc là dãy núi Tháp Bảo Đài, phía nam và đông là cánh cung Đông Triều.

Diện tích lưu vực 3580km2, chiều dài 157km. Mạng lưới sông kém phát triển, mật độ lưới sông trung bình 0.82km/km2, phụ lưu phân bố không đều hai phía. Có 34 con sông dài trên 10km, có 10 sông diện tích lưu vực trên 100km2. Mạng lưới sông có dạng hình nan quạt.

Do nằm ở vựng khuất gió nên lượng mưa trên lưu vực ít, trung bình khoảng

1200-1500mm, lượng mưa có xu thế giảm về phía bắc.

Mùa mưa từ tháng V đến IX với lượng mưa chiếm từ 80-85%, lượng mưa tháng I nhỏ nhất trung bình nhiều năm chỉ chiếm 7mm-20mm. Lượng bốc hơi tại Bắc Giang trung bình nhiều năm 853mm.

I.3. TÀI LIỆU ĐO ĐẠC KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN TRONG VÀ

LÂN CẬN LƯU VỰC SÔNG HỒNG - THÁI BÌNH

I.3.1. Mạng lưới trạm đo khí tượng thuỷ văn

41

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Trên lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình việc xây dựng các trạm quan trắc các yếu tố khí tượng cả trên lãnh thổ Việt Nam và Trung Quốc đã được bắt đầu từ thế kỷ

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

20 ở Việt Nam bắt đầu từ năm 1890 là trạm Hà Nội và thành lập Nha khí tượng vào năm 1902. Ở Trung Quốc có trạm quan trắc từ năm 1938 là 2 trạm Tân Bình và Ca Cựu.

Mạng lưới đi dần hoàn chỉnh ở Việt Nam là sau năm 1954 và ở Trung Quốc là

sau năm 1949.

I.3.1.1. Tình hình quan trắc trên lãnh thổ ở Trung Quốc

Sau ngày giải phóng 1949 hệ thống quan trắc đã hình thành với khoảng 24 trạm khí tượng trên các sông: sông Nguyên (đầu nguồn sông Hồng) có 15 trạm, sông Lý Tiên (đầu nguồn sông Đà) có 5 trạm và sông Bàn Long (đầu nguồn sông Lô) có 4 trạm. Năm 1964 trong cuốn tài liệu khí tượng lưu vực sông Hồng của bạn thì trong lưu vực sông Hồng và vùng phụ cận có 16 trạm khí tượng khí hậu. Tuy nhiên các trạm phần lớn quan trắc không được liên tục cụ thể có:

+ 3 trạm có 27 ÷ 37 năm tài liệu (không liên tục) có 2 trạm trong lưu vực.

+ 8 trạm 10 ÷ 19 năm tài liệu (không liên tục) có 1 trạm trong lưu vực.

+ 7 trạm có 5 ÷ 8 năm tài liệu (không liên tục) có 5 trạm trong lưu vực.

Số liệu quan trắc trên địa phận Trung Quốc có rất ít chỉ được thông báo đến 1963. Từ đó đến nay chưa được thông báo nên việc tìm hiểu đặc tính khí hậu của toàn lưu vực hệ thống sông Hồng sẽ bị hạn chế.

I.3.1.2. Tình hình quan trắc trên phần lưu vực thuộc Việt Nam

Năm 1890 đã bắt đầu đo mưa ở Hà Nội, sau đó năm 1905 ở Tuyên Quang, Hà Giang, Phủ Liễn, Lào Cai vv... năm 1911 đo ở Nam Định, Sa Pha.. và mãi đến năm 1920 mới mở rộng lưới trạm đo ra các tỉnh đồng bằng và một số nơi quan trọng ở miền núi. Tới năm 1940 tất cả các trạm trên lưu vực sông Hồng của Việt Nam chưa đầy 110 trạm và hầu hết các trạm này đều ngưng hoạt động trong thời kỳ 1946 ÷ 1954.

Sau năm 1954 và nhất là thời kỳ năm 1960 lưới trạm đo khí tượng khí hậu được khôi phục và phát triển mạnh do yêu cầu của công tác trị thủy và khai thác sông Hồng. Số lượng trạm tăng lên nhanh chóng từ 87 trạm đo mưa năm 1939 lên 303 trạm năm 1960. Nhưng sau năm 1985 một số trạm ngừng không quan trắc hiện nay còn khoảng 275 trạm đo mưa trong đó có 83 trạm đo khí hậu khí tượng.

42

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Để phục vụ cho việc nghiên cứu phục vụ đề tài chúng tôi đã thu thập các tài liệu khí tượng thuỷ văn thời kỳ 1960 – 2004, trong đó số liệu mưa ngày, một số trạm đo có số liệu mưa giờ, số liệu lưu lượng ngày, số liệu thuỷ văn vùng cửa sông và các số liệu

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

về xâm nhập mặn. Thực trạng đo đạc các yếu tố khí tượng thuỷ văn ở từng trạm xem

bảng 1-4 và 1--5.

Bảng 1-4 Thời gian, yếu tố đo đạc ở các trạm khí tượng trên lưu vực

sông Hồng – Thái Bình

Thời gian đo

Yếu tố đo đạc

Tên Trạm Kinh độ Vĩ độ Thuộc tỉnh Cao độ Trạm

Bảo lạc 105,70 23,01 Cao Bằng 258 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Hà Giang 104,97 22,84 Hà Giang 118 X, gió, T,Z,R 1957-nay

Hoàng Su Phì 104,65 22,82 Hà Giang 553 X, gió, T,Z,R 1961-nay

104,14 772 X, gió, T,Z,R 1962-1978

Mường Khương 22,80 Hoàng Liên Sơn

Bắc Hà 104,26 22,58 Lao Cai 957 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Bắc Quang 104,87 22,53 Hà Giang 74 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Lục Yên 104,75 22,14 Yên Bái 84 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Hàm Yên 105,04 22,05 Tuyên Quang 47 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Chiêm Hoá 105,26 22,16 Tuyên Quang 50 X, Gió, T 1961-nay

Chợ Đồn 105,55 22,28 Bắc cạn 380 X 1961-1981

Bắc Cạn 105,83 22,16 Bắc Thái 174 X, gió, T,Z,R 1957-nay

Chợ Rã 105,72 22,46 Cao Bằng 210 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Định Hoá 105,64 21,86 Bắc Thái 220 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Tuyên Quang 105,20 21,82 Tuyên Quang 42 X, gió, T, Z,

R 1904- 46;1955-nay

Võ Nhai 105,90 21,75 Bắc Thái T, X 125 1961-1981

Đại Từ 105,65 21,64 Bắc Thái T,X 50 1961-1982

Yên Bái 104,90 21,69 Yên Bái 56 X, gió, T,Z,R 1956-nay

Thái Nguyên 105,86 21,54 Bắc Thái 36 X, gió, T,Z,R 1958-nay

43

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hữu Lũng 106,32 21,45 Lạng sơn 40 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Thời gian đo

Yếu tố đo đạc

Tên Trạm Kinh độ Vĩ độ Thuộc tỉnh Cao độ Trạm

Tân Yên 106,19 21,38 Hà Bắc 20 T, X 1970-1981

Bắc Giang 106,24 21,24 Hà Bắc 7 X, gió, T,Z,R 1960-nay

Hiệp Hoá 106,00 21,32 Hà Bắc 14 X, gió, T,Z,R 1970-nay

Vĩnh Yên 105,61 21,25 Vĩnh Phú 10 X, gió, T,Z,R 1960-nay

Tam đảo 105,62 21,45 Vĩnh Phú 897 X, gió, T,Z,R 1962-nay

Việt TRí 105,41 21,30 Vĩnh Phú 17 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Phú Hộ 105,23 21,37 Vĩnh Phú 36 X, gió, T,Z,R 1962-nay

Thanh Sơn 105,13 21,24 Vĩnh Phú 50 T, X 1971-1981

Minh Đài 105,09 21,12 Vĩnh Phú 100 X, gió, T,Z,R 1972-nay

Ba Vì 105,41 21,14 Hà Tây 20 X, gió, T,Z,R 1970-nay

Sơn Tây 105,50 21,09 Hà Tây 15 X, gió, T,Z,R 1958-nay

Hà Đông 105,79 20,89 Hà Nội 5 X, gió, T,Z,R 1973-nay

Hà Nội 105,88 20,96 Hà Nội 5 X, gió, T,Z,R 1955-nay

Chí Linh 106,41 21,07 Hải Hưng 22 T,X 1961-1980

Hải Dương 106,34 20,87 Hải Hưng 2 X, gió, T,Z,R 1960-nay

Uông Bí 106,81 20,98 Quảng Ninh 4 X, gió, T,Z,R 1966-nay

Phủ Liễn 106,60 20,73 Hải phòng 113 X, gió, T,Z,R 1957-nay

Hoà Bình 105,36 20,75 Hoà Bình 23 X, gió, T,Z,R 1955-nay

Chi lê 105,67 20,53 Hoà Bình 25 X, gió, T,Z,R 1973-nay

Mỹ Dức 105,73 20,65 Hoà Bình X 1967-1981

Phủ lý 105,94 20,44 Nam Hà 3 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Hưng yên 106,08 20,56 Hải Hưng 4 X, gió, T,Z,R 1960-nay

Nam định 106,18 20,38 Nam Hà 3 X, gió, T,Z,R 1956-nay

44

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Thái bình 106,35 20,38 Thái Bình 3 X, gió, T,Z,R 1960-nay

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Thời gian đo

Yếu tố đo đạc

Tên Trạm Kinh độ Vĩ độ Thuộc tỉnh Cao độ Trạm

Nho Quan 105,74 20,24 Ninh Bình 12 X, gió, T,Z,R 1960-nay

Ninh Bình 106,01 20,18 Ninh Bình 2 X, gió, T,Z,R 1960-nay

Sơn Động 106,80 21,28 Hà Bắc 59 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Lục Ngạn 106,58 21,33 Hà Bắc 15 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Mường Tè 102,81 22,44 Lai Châu 310 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Phong Thổ 103,25 22,66 Lai Châu 330 T, X 1958-1978

Tam Đuờng 103,43 22,49 Lai Châu 900 X, gió, T,Z,R 1971-nay

Sìn Hồ 103,24 22,38 Lai Châu 1529 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Lào Cai 103,92 22,52 Lao Cai 99 X, gió, T,Z,R 1961-nay

103,73 22,46 Lào Cai 2170 X, gió, T,Z,R 1970-nay

Hoàng Liên Sơn

Bình Lư 103,61 22,37 Lai Châu 636 X, gió, T,Z,R 1960-1981

Sa Pa 103,85 22,35 Lao Cai 1570 X, gió, T,Z,R 1957-nay

Lai Châu 103,15 22,09 Lai Châu 244 X, gió, T,Z,R 1956-nay

Tủa Chùa 103,42 22,04 Lai Châu 1250 X, gió, T,Z,R 1968-nay

Than Uyên 103,88 22,02 Lao Cai 556 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Quỳnh Nhai 103,59 21,88 Yên Bái 802 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Mù cang Chải 104,14 21,87 Yên Bái 975 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Văn Chấn 104,48 21,59 Yên Bái 257 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Sơn La 103,91 21,29 Yên Bái 676 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Cò Nòi 104,23 21,12 Yên Bái 704 X, gió, T,Z,R 1963-nay

Yên Châu 104,17 21,03 Yên Bái 59 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Bắc Sơn 104,46 21,16 Lạng Sơn 400 X, gió, T,Z,R 1973-nay

45

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Phự Yờn 104,39 21,20 Yờn Bỏi 182 X, giú, T,Z,R 1961-nay

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Thời gian đo

Yếu tố đo đạc

Tên Trạm Kinh độ Vĩ độ Thuộc tỉnh Cao độ Trạm

Mộc Châu 104,65 20,79 Yên Bái 958 X, gió, T,Z,R 1961-nay

Kim Bôi 105,52 20,61 Hoà Bình 100 X, gió, T,Z,R 1962-nay

Ghi chú : X: mưa,

T : nhiệt độ không khí,

Z : bốc hơi,

R : độ ẩm không khí,

H : mực nước sông,

Q : lưu lượng nước,

Tn : nhiệt độ nước,

ρ : lưu lượng phù sa,

S : độ đục phù sa,

F : diện tích lưu vực sông tính đến trạm thuỷ văn

Bảng 1-5 Thời gian, yếu tố đo đạc ở từng trạm thuỷ văn trên lưu vực

sông Hồng - sụng Thái Bình

Sông Phương tiện

T T Tên trạm Năm TL Hệ thống Yếu tố đo đạc

Diện tích (km2)

1 Lai Châu 1956 Đà Hồng 33800 X, Ton, H, Q, Cáp nôi

R

2 Nậm Giàng 1964 Nậm Na Hồng 6740 H, Q, R Cáp nôi

3 Nậm Mức Hồng 2680 Cáp nôi

X, Ton, H, Q, R 1959 Nậm Mức

4 Bản Yên Hồng 638 X, Ton, H, Q Cáp nôi

1976 Nậm Nưa

46

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

5 Nà Hừ 1967 Nậm Hồng 155 X, Ton, H, Q Cáp nôi

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sông Phương tiện

T T Tên trạm Năm TL Hệ thống Yếu tố đo đạc

Diện tích (km2)

Bum

6 Mường Tè 1960 Đà Hồng X, H Cọc

7 Tạ Bú 1927 Đà Hồng 45900 X, Ton, H, Q, Cáp thuyền

R

8 Xã Là 1959 Mã Mã 6430 X, Ton, H, Q Cáp thuyền

9 Quỳnh Nhai 1960 Đà Hồng H Cọc

10 Hoà Bình 1955 Đà Hồng 51800 X, Ton, H, Q, thuyền,Tự

Cáp ghi R

11 Lâm Sơn 1970 Bùi Hồng 33 H, Q Cáp cầu treo

12 Hưng Thi 1962 Bôi Hồng 664 X, Ton, H Cọc

13 Lào Cai 1903 Hồng Hồng 41000 H, Q, R Cáp thuyền

14 Yên Bái 1902 Hồng Hồng 48000 X, H, Ton, Q, Cáp thuyền

R

15 Bản Củng 1961 Nậm Mu Hồng 2620 X, Ton, H Cọc

16 Vĩnh Yên 1960 Nghĩa Hồng 138 X, Ton, H, Q Cáp nôi

Đô

17 Ngòi Thia Hồng 1520 X, Ton, H Cọc

1961 Ngòi Thia

18 Ngòi Nhù 1971 Ngòi Hồng 503 X, Ton, H, Q Cáp nôi

Nhù

19 Ngòi Hút 1979 Ngòi Hút Hồng 602 X, H, Q Cáp thuyền

Cang Hồng 230 X, H, Q, R Cáp nôi

20 Mù Chải 1967 Nậm Kim

21 Bảo Hà 1958 Hồng Hồng X, Ton, H Cọc

22 Bảo Yên 1983 Chảy Hồng Cáp

47

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

X, Ton, H, Q, R

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sông Phương tiện

T T Tên trạm Năm TL Hệ thống Yếu tố đo đạc

Diện tích (km2)

23 Thác Bà 1958 Chảy Hồng 6170 X, Ton, H Cọc

24 Vụ Quang 1972 Lô Hồng Cáp thuyền

X, Ton, H, Q, R

25 Thanh Sơn 1960 Bứa Hồng 1190 Cáp thuyền

X, Ton, H, Q, R

26 Quảng Cư 1960 Phó Đáy Hồng 1190 X, H, Ton Cọc

27 Việt Trì 1904 Lô Hồng X, H, Ton Cọc

28 Phú Thọ 1905 Hồng Hồng H Cọc

29 Đạo Đức 1973 Lô Hồng Cáp thuyền

X, Ton, H, Q, R

30 Hà Giang 1902 Lô Hồng 8260 H Cọc

31 Chiêm Hoá 1959 Gâm Hồng 16500 X, Ton, H, Q, Cáp thuyền

R

32 Hàm Yên 1958 Lô Hồng 11900 X, Ton, H, Q, Cáp thuyền

R

33 Ghềnh Gà 1966 Lô Hồng 29600 H, Q, R Cáp thuyền

34 Tuyên Quang 1955 Lô Hồng 29800 H Thuỷ chí

35 Na Hang 1962 Gâm Hồng X, H Cọc

36 Bắc Quang 1959 Lô X, Ton, H Thuỷ chí Hồng

37 Vĩnh Tuy 1966 Lô X, Ton, H Cọc, thuỷ chí Hồng

38 Bắc Mê 1979 Gâm Hồng H, Q, R Cáp nôi

39 Thác Bưởi 1960 Cầu 2220 Cáp thuyền

X, Ton, H, Q, R Thái Bình

40 Thác Riềng 1960 Cầu 712 X, H Cọc

48

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Thái Bình

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sông Phương tiện

T T Tên trạm Năm TL Hệ thống Yếu tố đo đạc

Diện tích (km2)

41 Gia Bảy 1907 Cầu 2760 Ton, H Cọc

Thái Bình

42 Chợ Mới 1961 Cầu X, H Cọc

Thái Bình

43 Chã 1959 Cầu X, H Cọc

Thái Bình

44 Tài Chi 1971 Tài Chi 55 X, Ton, H, Q Cáp nôi

45 Bình Liêu 1961 Tiên Yên 505 X, Ton, H, Q Cáp nôi

46 Bến Triều X, Ton, H Cọc

1961 Kinh Thày Thái Bình

47 Đồn Sơn X, Ton, H Cọc

1959 Đá Bạch Thái Bình

48 Lạng Sơn 1958 Kỳ Cùng 1560 Cáp thuyền

X, Ton, H, Q, R

49 Hữu Lũng 1961 Trung 1220 X, Ton, H Cọc

50 Vân Mịch 1959 Bắc 2360 X, Ton, H Cọc

Giang

51 Cao Bằng 2880 X, Ton, H Cọc

1959 Bằng Giang

52 Bảo Lạc 1959 Gâm Hồng 4060 X, Ton, H Cọc

53 Chũ 2090 Cáp thuyền

1956 Lục Nam Thái Bình X, Ton, H, Q, R

54 Cẩm Đàn 670 X, Ton, H Cọc

1960 Cẩm Đàn Thái Bình

55 Cầu Sơn 2330 X, Ton, H Cọc

49

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

1960 Thương Thái Bình

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sông Phương tiện

T T Tên trạm Năm TL Hệ thống Yếu tố đo đạc

Diện tích (km2)

1966 Cầu H Cọc, thuỷ chí

56 Phúc Lộc Phương Thái Bình

57 Lục Nam X, H Cọc, tự ghi

1932 Lục Nam Thái Bình

58 Bến Hồ 1955 Đuống Hồng X, H Cọc, tự ghi

59 Đáp Cầu 1902 Cầu 5780 X, H Cọc, tự ghi

Thái Bình

H Cọc, tự ghi

60 Phủ Lạng Thương 1905 Thương Thái Bình

61 Cửa Cấm H Cọc, tự ghi

1960 Kinh Thày Thái Bình

H Cọc, thuỷ chí

62 Trung Trang 1962 Văn úc Thái Bình

63 Tiên Tiến 1950 Sông H, Ton Cọc, thuỷ chí

Thái Bình Mới

64 Do Nghi H Cọc

Thái Bình 1960 Bạch Đằng

H Tự ghi

Thái Bình 65 Đông Xuyên 1955 Thái Bình

66 Kiến An H Tự ghi

Thái Bình 1959 Lạch Tray

67 Chanh Chử 1959 Luộc H Cọc, thuỷ chí

Thái Bình

68 Cao Kênh H Cọc

Thái Bình 1961 Kinh Thày

H Cọc

50

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

69 Quang Phục 1988 Văn úc Thái Bình

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sông Phương tiện

T T Tên trạm Năm TL Hệ thống Yếu tố đo đạc

Diện tích (km2)

70 Hà Nội 1902 Hồng Hồng H, Q, R Ca nô, tự ghi

71 Thượng Cát 1957 Đuống Hồng H, Q, R Cáp, thuyền

72 Sơn Tây 1902 Hồng Hồng 144000 H, Q, R, C Ca nô

73 Trung Hà 1956 Đà Hồng H Cọc

74 Ba Thá 1965 Đáy Hồng H, Tokk, X Cọc

75 Cát Khê H, X, Ton Thuỷ chí

1955 Thái Bình Thái Bình

76 Bến Bình H, Ton Tự ghi

1969 Kinh Thày Thái Bình

77 Bá Nha 1962 Gùa H Tự ghi

Thái Bình

78 Quảng Đạt 1962 Rạng H, X Tự ghi

Thái Bình

79 An Phụ H, X Thuỷ chí

1960 Kim Môn Thái Bình

80 Phú Lương H, Ton Tự ghi

1959 Thái Bình Thái Bình

81 Hưng Yên 1955 Hồng Hồng H, Ton Thuỷ chí

82 Phả Lại H, X Thuỷ chí

1955 Thái Bình Thái Bình

83 Triều Dương 1960 Luộc Hồng H, X, Ton Cọc

84 Quyết Chiến 1960 Trà Lý Hồng H, X, Tokk Thuỷ chí

85 Định Cư 1960 Trà Lý Hồng H, X, Ton Tự ghi

86 Thái Bình 1907 Trà Lý Hồng H, Ton Tự ghi

51

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

87 Tiến Đức 1982 Hồng Hà Hồng H, X Cọc, Thuỷ chí

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sông Phương tiện

T T Tên trạm Năm TL Hệ thống Yếu tố đo đạc

Diện tích (km2)

88 Ba Lạt 1957 Hồng Hồng H, X, Ton Thuỷ chí

89 Nam Định 1920 Đào Hồng H, Ton Tự ghi

90 Trực Phương 1964 Ninh Cơ Hồng H, Ton Cọc

91 Phủ Lý 1957 Đáy Hồng H, Ton Cọc

92 Phú Lễ 1957 Ninh Cơ Hồng H Thuỷ chí

93 Bến Đế 1966 Bôi Hồng H Tự ghi

94 Ninh Bình 1907 Đáy Hồng H, Ton Cọc, thuỷ chí

95 Gián Khẩu 1956 Hoàng Hồng H, Ton Cọc

Long

96 Như Tân 1957 Đáy Hồng H, Ton Thuỷ chí

I.3.2. Nhận xét chung về tài liệu khí tượng thuỷ văn

1. Nguồn tài liệu khí tượng thuỷ văn được thống kê trong bảng 1-4 và 1-5 do Trung tâm lưu trữ số liệu của Bộ Tài nguyên và Môi trường cung cấp, chất lượng tốt, đáng tin cậy. Các số liệu đã được chỉnh biên, kiểm tra độ chính xác hợp lý, đảm bảo được yêu cầu chất lượng, sử dụng được trong phân tích tính toán thuỷ văn phục vụ cho việc xây dựng cơ sở khoa học, thực tiễn điều hành cấp nước mùa cạn cho đồng bằng sông Hồng.

2. Chuỗi tài liệu khí tượng thuỷ văn ở các trạm trên lưu vực được phân tích đánh giá tính đồng nhất, ngẫu nhiên trước khi đưa vào sử dụng. Nhìn chung về quan trắc mực nước có năm cao nhất là 127 trạm (năm 1969) với 73 trạm vùng không ảnh hưởng triều, 54 trạm trong vùng ảnh hưởng triều. Đến năm 1985 đã giảm đi 64 trạm đo mực nước (vùng ảnh hưởng triều 41 trạm và không ảnh hưởng triều 23 trạm). Về lưu lượng số trạm cũng biến động lớn, nhất là vùng ảnh hưởng triều cũng giảm đi rõ rệt. Số liệu trên địa phận Việt Nam cũng khá dài, đủ điều kiện cho việc nghiên cứu tính toán ở mức chính xác tương đối.

3. Tuy nhiên chuỗi số liệu đo đạc được trên hệ thống sông Hồng – Thái bình

52

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

vẫn còn tồn tại một số bất cập chính như sau:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

-

Quá trình quan trắc dài qua nhiều thập kỷ, dòng sông đã chịu tác động mạnh mẽ của con người như phá rừng, đắp đê, làm hồ, làm các công trình lấy nước, điều chỉnh dòng chảy, song mức độ thay đổi đó chưa được đưa vào chỉnh biên trong chuỗi số liệu đo đạc để đồng nhất tính tự nhiên vùng ngẫu nhiên (kể cả vỡ đê, hồ điều tiết chưa được hoàn nguyên dầy đủ).

Chỉnh biên cũng chưa quan tâm tới điều kiện cân bằng phân lưu gia -

nhập, sự mất cân bằng và dị thường chưa được giải thích.

Hệ thống cao độ vẫn còn chưa thật thống nhất nên sự nhầm lẫn dễ dàng -

xảy ra.

-

Số liệu tính toán tài nguyên phần Trung Quốc còn rất thiếu, các số liệu điều tiết hồ, các hộ lấy nước... không thể đầy đủ nên kết quả chỉ là tương đối. trong quá trình sử dụng cũng cần có những hệ số xử lý phù hợp.

4. Trên cơ sở nguồn tài liệu thu thập được, tiến hành phân tích đánh giá tài liệu đó để rút ra được những đặc điểm chung về khí hậu, dòng chảy trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình.

I.4. QUY HOẠCH PH ÁT TRIỂN KINH TẾ, XÃ HỘI VÙNG ĐỒNG BẰNG S.HỒNG –S. THÁI BÌNH ĐẾN NĂM 2010 VÀ2020

I.4.1. Dự báo phát triển dân số

Các tài liệu làm cơ sở dự báo dân số trong tương lai

- Tỷ lệ tăng dân số tự nhiên từ năm 1990 ÷ 1999.

- Tốc độ tăng trưởng GDP thời kỳ 1990 ÷ 1999.

- Các chính sách kế hoạch hoá gia đình của Nhà nước.

- Kế hoạch phát triển Kinh tế xã hội của vùng và các tỉnh.

Một số dự báo trong tương lai

- Tốc độ tăng dân số hàng năm của toàn lưu vực sẽ giảm và đi đến ổn định, độ tuổi bình quân dân số có xu hướng tăng cao do giảm tỷ lệ sinh, tỷ lệ chết và tăng tuổi thọ bình quân.

- Biến động cơ học về dân số diễn ra nhanh do luồng di dân tự do từ nông thôn về

53

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

thành phố, đô thị, thị xã, thị trấn.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Lực lượng lao động ngày càng có độ tuổi trung bình cao hơn, lao động có văn hoá và

tay nghề qua đào tạo ngày càng tăng (nhất là ở các đô thị và thành phố lớn).

- Nhu cầu việc làm đang là sức ép ngày càng lớn ở cả thành thị và nông thôn, cơ cấu việc làm cho người lao động đang có sự chuyển dịch theo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá song rất chậm. Mặt khác lao động trong khu vực nông nghiệp còn chiếm tỷ lệ quá lớn, chuyển đổi kinh tế sang hướng công nghiệp - du lịch - dịch vụ - nông nghiệp mới có khả năng giải toả vấn đề này (cả lao động và việc làm).

Dân số dự kiến đến năm 2020 trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình là 31.588.000 người, với số dân thành thị dự kiến đến năm 2020 là 10.573.000 người. Mật độ dân cư trung bình tại thời điểm này là 351 người/km2.

Bảng 1-6 Dự báo mức tăng trưởng dân số trên lưu vực

Năm Hạng mục 1999 2010 2020 2040

Tổng số dân (nghìn người) 25776,3 28867,0 31588,0 35865,0

Chia ra:

4690,0 7063,0 10573,0 14346,0 - Thành thị

- Nông thôn 21086,3 21804,0 21015,0 21519,0

12630,3 1445,0 15636,0 17932,0 - Nam

13146,0 14722,0 15952,0 17933,0 - Nữ

288,0 321,0 351,0 400,0 - Mật độ

54

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

13189,0 15010,0 17057,0 19725,0 - Lao động

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sau đây là dự báo tăng trưởng dân số tại các tiểu khu vực trong hệ thống sông

Hồng – Thái Bình (bảng 1-7)

Bảng 1-7 Dự báo mức tăng trưởng dân số trên các tiểu khu vực thuộc lưu

vực sông Hồng – Thái Bình

N¨m H¹ng môc 1999 2010 2020 2040

Tæng sè d©n (ngh×n ng−êi) 25776,30 0 28867,27 1 31588,44 6 35865,0 0

Chia vïng:

-S«ng §µ 1354,251 4650,754 1854,302 2354,35 9

-S«ng Thao 826,400 950,570 1082,350 1206,00 0

-Vïng s«ng L« - G©m 1860,780 2139,897 2418,083 2925,64 0

-Th−îng du s«ng Th¸i B×nh 1357,890 1221,410 1343,510 1612,21 0

-Trung du s«ng Th¸i B×nh 3624,470 4094,680 4504,150 5404,98 0

- Trung du s«ng Hång 1449,460 1813,000 2059,000 2203,13 0

- H÷u s«ng Hång 8169,110 9121,630 9851,360 10836,0

- T¶ s«ng Hång 4396,230 4908,830 5301,536 5831,68 0

55

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- H¹ du s«ng Th¸i B×nh 2737,720 2966,500 3174,155 3491,0

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Trong ®ã dù b¸o d©n sè, lao ®éng ®Õn n¨m 2010 cô thÓ trªn c¸c tØnh thuéc ®ång

b»ng s«ng Hång - Th¸i B×nh nh− sau:

Bảng 1-8 Dự báo dân số - lao động đến năm 2010 các tỉnh đồng bằng

sông Hồng – sông Thái Bình

Khẩu (người) Lao động (người) Hộ

Hạng mục

Tổn g số Thàn h thị Tổng số Nông thôn Thành thị Tổng số Nông thôn Thàn h thị

Nôn g thôn

Hà Nội

2954 74 7336 20 4381 46 30670 75 13007 42 17663 33 14079 80 59591 7 8120 63

Hải Phòng 1385 09 2375 41 9903 3 11877 07 69254 3 49516 4 54634 5 31857 0 2277 75

Vĩnh Phúc 2426 96 2665 00 2380 4 12577 86 11492 46 10854 1 57858 2 52865 3 4992 9

Hà Tây

4988 61 5396 93 4083 2 27005 59 24963 99 20416 0 12422 57 11483 43 9391 4

Bắc Ninh 2303 67806 49056

2157 75 68 1459 3 10747 06 10069 00 45958 3 0 3097 7

Ninh Bình 1757 25 2012 89 2556 4 10064 45 87862 6 12781 8 46296 5 40416 8 5879 6

Thái Bình 3534 86 4018 52 4836 6 20092 61 17674 32 24183 0 90416 8 79534 4 1088 23

Hưng Yên 2078 43 2417 09 3386 6 12085 44 10392 15 16932 9 54384 5 46764 7 7619 8

Hải Dương 3176 90 3710 83 5339 3 18554 15 15884 48 26696 7 84301 9 72206 9 1209 50

Nam Định 3738 93 4272 52 5335 9 21362 60 18694 63 26679 7 98268 0 85995 3 1227 26

Hà Nam

56

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

1593 82 1801 33 2075 2 90066 7 79690 9 10375 8 41430 7 36657 8 4772 8

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1.4.2. Quy hoạch phát triển công nghiệp

Phương án phát triển công nghiệp của vùng thể hiện ở số phần trăm trong GDP và % tăng trưởng tổng hợp theo bảng 2.34 (Theo báo cáo “Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội vùng đồng bằng sông Hồng”).

Bảng 1-9 Phương án phát triển trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình

Năm % GDP % Tăng trưởng

21,89 10,51 Năm 2000

24,18 11,50 2001 ÷ 2005

26,85 11,10 2006 ÷ 2010

Các lĩnh vực phát triển công nghiệp chủ yếu là: công nghiệp chế biến nông lâm sản, công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, công nghiệp cơ khí chế tạo, công nghiệp điện tử tin học, công nghiệp sản xuất nguyên liệu cơ bản, công nghiệp nông thôn. Theo quy hoạch có 13 khu công nghiệp tập trung là: Đông Bắc Hà Nội, Nam Thăng Long, Bắc Thăng Long, Sóc Sơn, Nội Bài, Đông Anh, Đồ Sơn, Nomura, Đình Vũ, Minh Đức, Hoà Lạc 1, Hoà Lạc 2, Xuân Mai. Hướng phát triển tiểu thủ công nghiệp bao gồm: Khối phục các làng nghề và ngành nghề truyền thống, phát triển tiểu thủ công nghiệp quy mô vừa và nhỏ, đẩy mạnh các tiểu thủ công nghiệp phục vụ sản xuất nông nghiệp (các loại máy móc thay thế lao động, trang thiết bị kỹ thuật đánh bắt chế biến thủy hải sản, chế biến sơ chế sản phẩm nông nghiệp...phát triển mạnh mẽ ở cấp huyện, xã và các khu dân cư tập trung ở nông thôn. Đẩy mạnh phát triển công nghiệp nông thôn với các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ (gia đình, tư nhân, cá thể) đáp ứng nhu cầu tại chỗ, sơ chế thô để cung cấp cho các cụm công nghiệp trong và ngoài vùng. Phát triển các cơ sở công nghiệp địa phương về chế biến nông lâm sản, sản xuất vật liệu xây dựng, phát triển thuỷ điện nhỏ và rất nhỏ. Riêng vùng trung lưu còn có khả năng về khai thác và chế biến khoáng sản.

Công nghiệp vùng đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình được phân bố trên

địa bàn vùng tạo thành hệ thống bao gồm:

- Các cụm công nghiệp, khu công nghiệp như khu công nghiệp cao, khu công

nghiệp điện tử, khu chế xuất

57

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- Các hành lang công nghiệp: dọc quốc lộ 5, quốc lộ 18, đường 10

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Các xí nghiệp nằm trong đô thị, thị trấn, thị tứ, bố trí đều trên toàn vùng

1.4..3 Quy hoạch phát triển nông nghiệp

Vùng đồng bằng sông Hồng phải phát triển đảm bảo an ninh lương thực cho toàn Bắc Bộ. Trên cơ sở đó thực hiện phát triển nông nghiệp toàn diện, đa dạng hoá, chuyên môn hoá, và từng bước có được nền nông nghiệp hàng hoá đáp ứng nhu cầu trong nước cũng như xuất khẩu. Phát triển nông nghiệp theo hướng thâm canh, tăng vụ, tăng chất lượng nông sản theo hướng công nghiệp hoá và hiện đại hoá đáp ứng nhu cầu trong và ngoài vùng.

Vùng Tây Bắc phát triển đảm bảo an toàn lương thực của vùng, chuyển hướng sản xuất hàng hoá, ngoài lúa nước cần chuyển mạnh sang cây màu, cây công nghiệp ngắn ngày và dài ngày tạo nhiều sản phẩm trao đổi trong và ngoài nước.

Vùng Đông Bắc: trước hết phát triển nhằm đáp ứng ứng nhu cầu nội vùng, đẩy mạnh sản xuất các mặt hàng nông sản như: hoa quả, thịt, chè, cà phê, rau, đậu, đặc sản rừng... Đông Bắc cần tập trung sản xuất các mặt hàng nông sản xuất khẩu.

Hình thành các vùng chuyên canh cây mía, chè, cây ăn quả và rau củ..., tăng sản

lượng lương thực, đảm bảo an toàn lương thực cho toàn lưu vực.

Tổng diện tích đất nông nghiệp vùng ảnh hưởng lũ có hệ thống đê bảo vệ tính

đến năm 2010 là 871261ha, trong đó:

- Đất cây hàng năm năm 2010: 780.316 ha

+ Đất trồng lúa và các cây lượng thực : 720.628 ha

+ Đất màu và cây công nghiệp : 59.988 ha

- Đất cây lâu năm : 32.837ha

- Đất chăn nuôi : 12.455 ha

- Đất đồng cỏ : 2.899 ha

- Đất hồ ao : 40.741 ha

- Đất rừng : 80.275 ha

+ Rừng tự nhiên : 25.429 ha

+ Rừng trồng : 54.846 ha

- Đất chuyên dùng : 273.380 ha

58

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

+ Đất thuỷ lợi : 81.589 ha

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

+ Đất giao thông : 55.527 ha

+ Đất xây dựng : 23.848 ha

+ Đất dân cư đô thị : 112.416 ha

- Đất chưa sử dụng : 161.151 ha

+ Có khả năng chuyển sang đất nông nghiệp 24.342 ha

+ Có khả năng trồng rừng: 24.052 ha

1.4.4 Quy hoạch phát triển lâm nghiệp

Trên lưu vực cần sông Hồng – Thái Bình cần tăng cường trồng rừng các khu vực bán sơn địa và ven biển, tăng độ che phủ cây xanh đến mức 20%. Vùng Tây Bắc lưu vực chuyển từ khai thác sang bảo vệ, xây dựng và phát triển rừng, phát triển lâm nghiệp xã hội, khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia làm nghề rừng, khoanh nuôi tái sinh, trồng rừng phủ xanh đất trống đồi núi trọc, rừng phòng hộ đầu nguồn, bảo vệ môi trường chống xói mòn, điều hoà nguồn nước. Tạo điều kiện cho các hộ nông dân có nhiều công việc lâm nghiệp theo phương thức “nông lâm kết hợp”. Mục tiêu đến năm 2000 có độ che phủ 20% và năm 2010 có độ che phủ là 40%. Cụ thể là: Tổng diện tích đất lâm nghiệp 2.441.100 ha, đưa vào sử dụng 1.444.000 ha (bảo vệ 476.000 ha, tạo rừng mới 967.400 ha gồm cả khoanh nuôi và trồng rừng).Vùng Đông Bắc lưu vực là vùng có tiềm năng đất đai, giao thông thuận tiện, có thị trường tiêu thụ lâm sản, có lao động, có nhiều cơ sở lâm nghiệp và kinh nghiệm làm lâm nghiệp. Nhiệm vụ của vùng cũng như Tây Bắc, hình thành ổn định 3 loại rừng: đặc dụng, phòng hộ, sản xuất; tạo hệ sinh thái bền vững, bảo vệ đất, giữ nước, duy trì môi trường sinh thái tốt. Ngoài ra còn xây dựng các vùng rừng nguyên liệu cung cấp cho công nghiệp giấy, gỗ trụ mỏ, rừng đặc sản (quế, hồi). Mục tiêu đạt được độ che phủ năm 2010 là 59% và đến năm 2020 là 65%.

1.4.5 Quy hoạch phát triển thuỷ sản

59

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Về vấn đề thuỷ sản, trên lưu vực sông Hồng cần phát triển nhanh, toàn diện, đồng bộ và bền vững; Khai thác đi đôi với nuôi trồng, phát triển ổn định ở cả 3 khu vực: ngọt - lợ - mặn. Tăng cường phát triển theo hướng thâm canh trong đất liền và trang bị tàu thuyền, thiết bị kỹ thuật để đánh bắt xa bờ. Mục tiêu vừa tăng sản lượng nuôi trồng vừa tăng sản lượng đánh bắt trên biển. Đầu tư vào chế biến và mở rộng thị trường tiêu thụ.Vùng Đông Bắc lưu vực cần tăng cường nuôi trồng thủy sản nước ngọt tận dụng các ao hồ nhỏ và hồ chứa lớn: Thác Bà, Núi Cốc, Ba Bể, Cấm Sơn... đa dạng hoá sản phẩm, chú trọng các con đặc sản, kết hợp vừa thủy sản vừa nông nghiệp. Phát

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

triển các trung tâm hậu cần nuôi trồng thủy sản và chế biến thủy sản. Vùng Tây Bắc lưu vực cần phát triển mạnh nuôi cá và các loại thủy sản trong các ao hồ nhỏ, tư nhân và có điều kiện thâm canh cao. Nuôi cá ở hồ chứa tự nhiên và nhân tạo (hồ chứa Hoà Bình, Pa Khoang...) cần có cơ chế chính sách giao quyền sử dụng mặt nước để có đầu tư ổn định về thủy sản. Hồ chứa lớn phục vụ với nhiều mục đích song thủy sản cũng là công việc kết hợp đáng kể đem lại nguồn lợi kinh tế cũng như công việc cho người lao động cần được chú trọng ở vùng Tây Bắc.

Bảng 1-10 Hiện trạng và dự kiến phát triển thủy sản đến năm 2020

lưu vực sông Hồng – sông Thái Bình

Hạng mục

Diện tích nuôi trồng thủy sản (ha)

Sản lượng nuôi trồng thủy sản (ha)

2003 2020 2003 2020

Tổng các lưu vực 111.727 173.150 198.690 635.061

13.760 30.100 12.950 44.600

1. Lưu vực sông Cầu – sông Thương

32.731 50.350 59.488 236.400

2. Lưu vực hữu sông Hồng (sông Đáy)

3. Lưu vực sông Đà 3.594 5.700 3.712 9.200

4. Lưu vực tả sông Hồng 23.983 33.550 48.735 156.600

25.344 33.300 63.027 157.400

5. Lưu vực hạ lưu sông Thái Bình

6.662 9.650 5.917 15.400

6. Lưu vực sông Lô – sông Gâm

60

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

7. Lưu vực sông Thao 5.653 10.500 4.808 15.461

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1.4.6 Quy hoạch phát triển dịch vụ

- Quy hoạch phát triển đô thị

Bộ khung kinh tế của đồng bằng sông Hồng – sông Thái bình được tạo thành bởi 3 trục phát triển công nghiệp và đô thị. Trục phí bắc là hai hành lang theo trục đường 18 và đường 5, trục phía Tây dọc theo đường 21 và đường 1, trục phía đông dọc đường 10. Các hành lang này nối các đô thị tạo nên khu động lực phát triển kinh tế công nông nghiệp và dịch vụ liên hoàn

Ngoài hai đô thị cấp I Hà Nội và Hải Phòng, các đô thị cấp II sau đây đã được xác định để dầu tư cho cơ sở hạ tầng : gồm Nam Định, Hải Dương, Ninh Bình, Thái Bình, Hưng Yên, Phủ lý, Chí Linh, Bắc Ninh, Việt Trì, Tam Điệp. Ngoài ra sẽ hình thành hàng loạt đô thị vệ tinh xung quanh Hà Nội như Miếu Môn, Hoà Lạc, Xuân Mai, Sơn Tây, Vĩnh Yên, Sóc Sơn.

- Quy hoạch các cụm dân cư nông thôn

Đến năm 2010 gần 60% dân số vẫn ở nông thôn. Khó khăn lớn nhất vẫn là việc làm, nhà ở, cơ sở hạ tầng thiếu thốn, khoảng cách thu nhập giữa thành thị và nông thôn ngày càng lớn. Vấn đề cấp bách hỗ trợ cho nông thôn là vốn, công nghệ phù hợp và tìm thị trường, kể cả thị trường lao động. Cần có hệ thống tín dụng nông nghiệp, cần điện khí hoá 85-90% số hộ dân vùng đồng bằng sông Hồng, xây dựng giao thông nông thôn, cụm công nghiệp nhỏ và các cụm dân cư, thị tứ, thị trấn, tổ chức đào tạo nghề và đẩy mạnh tiếp thị.

- Quy hoạch phát triển thương mại

61

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Quy hoạch phát triển thương mại theo hướng đẩy mạnh xuất khẩu chuyển dịch cơ cấu ngành nghề thương mại với thị trường. Tổ chức lại hệ thống ngân hàng đa thành phần, ngân hàng cổ phần, ngân hàng thương mại, mở cửa cho các ngân hàng nước ngoài vào kinh doah. Tổ chức ngành du lịch theo hướng du lịch cảnh quan, du lịch sinh thái, du lịch lễ hội, đảm bảo ngành du lịch có tốc độ phát triển nhanh. Khôi phục và nâng cấp cơ sở hạ tầng, công trình văn hoá lịch sử, xây dựng các khu bảo tồn thiên nhiên. Xây dựng kế hoạch phát triển văn hoá, giáo dục, y tế rộng rãi và đồng đều, xoá bỏ những vùng trắng về giáo dục và những vùng trắng về y tế. Vào năm 2010GDP bình quân đầu người của khu vực đô thị là 1724USD còn khu vực nông thôn là 367USD. Nhưng thu nhập bình quân đầu người của khu vực đô thị là 1034 triệuUSD. Thu nhập bình quân đầu người ở nông thôn là 313USD, trong đó thu từ nông nghiệp là 128USD, còn lại 184,7USD từ phi nông nghiệp.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Quy hoạch vốn đầu tư

Tổng đầu tư bình quân mỗi năm 3007 triệu USD, trong đó 1236 triệu USD cho công nghiệp, 799 triệu USD cho nông nghiệp và 972 triệu USD cho dịch vụ. Trong đó:

+ 58% tổng số vốn đầu tư (26446 triệu USD) được tíh luỹ từ GDP với tỷ lệ tích luỹ 15% cho các năm 1996-2000 và 18% cho các năm 2001-2010. Bình quân mỗi năm 1763 triệu USD được tái đầu tư gồm 51,6% từ ngân sách, 48,4% từ các doanh nghiệp và dân (tức vốn huy động trong nước 58%)

+ 42% tổng nguồn vốn đầu tư tương đương 18924 triệu USD được huy động từ vốn tín dụng 4%, từ vốn vay ODA 18% và vón vay FDI 20% (tức vay vốn nước ngoài 42%)

Giá trị tài sản cố định của toàn vùng đồng bằng sông Hồng – Sông Thái Bình tính đến năm 1997 khoảng 52,84 tỷ USD. Trong đó 80% là tài sản của nhân dân, còn lại là các cơ sở công nông nghiệp và dịch vụ. Tổng đầu tư thêm của các ngành công nông nghiệp và dịch vụ đến năm 2010 là 45 tỷ USD. Nếu tính cả tài sản cố định của nhân dân tăng thêm thì đến năm 2010 giá trị tài sản cố định của toàn vùng đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình lên tới 190-200 tỷ USD.

1.4.7 Kết luận

62

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Việc đánh giá các tài liệu về quy hoạch, dân sinh kinh tế của các tỉnh vùng đồng bằng sông Hồng và phụ cận là cơ sở để nghiên cứu các cơ sở khoa học, thực tiễn điều hành cấp nước mùa cạn cho đồng bằng sông Hồng. Báo cáo đã tổng hợp, phân tích được các hiện trạng về dân sinh kinh tế trên lưu vực trong giai đoạn hiện tại và tới năm 2010, năm 2020. Qua đó, để đảm bảo cấp nước đầy đủ phục vụ nông nghiệp cho mùa cạn trong lưu vực sông Hồng – Thái Bình, nhà nước cần có chính sách ưu tiên đầu tư cho nông lâm nghiệp và phát triển nông thôn. Để nông nghiệp và nông thôn phát triển với nhiệp độ cao, cần có nguồn vón đầu tư 15000 tỷ đồng hàng năm. Cần nâng cấp, cải tạo và khai thác có hiệu quả các công trình thuỷ lợi đã có. Tiếp tục đầu tư xây dựng mới các công trình thuỷ lợi để phục vụ cho sản xuất nông nghiệp thực hiện được các mục tiêu về sản xuất lương thực từ nay đến năm 2010 và năm 2020, từ đó đảm bảo cấp nước cho các ngành kinh tế có nhu cầu sử dụng nước kể cả cấp nước sinh hoạt, kết hợp với việc quản lý bảo vệ nguồn nước. Do đó cần có chính sách hợp lý khuyến khích việc trồng rừng, phủ xanh đất trống, đồi núi trọc kết hợp với các biện pháp bảo vệ rừng, khai thác rừng có kế hoạch và khoa học, phấn đấu đảm bảo độ che phủ của rừng đạt được các chỉ tiêu đã đặt ra tơi năm 2010 và 2020.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

I.5. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ TÀI LIỆU ĐỊA HÌNH HỆ THỐNG

SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH

I.5.1. Sơ đồ mạng lưới sông Hồng - Thái Bình

Toàn bộ hệ thống sông Hồng – Thái Bình gồm có 25 sông chính chia thành 52 nhánh sông với các mặt cắt được đo đạc trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình như sau:

- Sông Đà có 1 nhánh gồm 121 mặt cắt tính từ đập Hoà Bình đến biên

giới và 51 mặt cắt từ đập Hoà Bình đến ngã ba Trung Hà.

- Sông Thao có 1 nhánh gồm 26 mặt cắt

- Sông Lô có 2 nhánh gồm 38 mặt cắt

- Sông Hồng có 8 nhánh gồm 176 mặt cắt

- Sông Văn úc có 1 nhánh gồm 20 mặt cắt

- Sông Trà Lý có 36 mặt cắt

- Sông Thương có 32 mặt cắt

- Sông Thái Bình có 5 nhánh gồm 52 mặt cắt

- Sông Phó Đáy gồm có 8 mặt cắt

- Sông Ninh Cơ có 26 mặt cắt

- Sông Luộc có 34 mặt cắt

- Sông Lục Nam có 14 mặt cắt

- Sông Lai Vu có 13 mặt cắt

- Sông Lạch Tray có 24 mặt cắt

- Sông Kinh Thầy có 25 mặt cắt

- Sông Kinh Môn có 17 mặt cắt

- Sông Hoá có 19 mặt cắt

- Sông Gùa có 3 mặt cắt

- Sông Mới có 2 mặt cắt

- Sông Đuống có 31 mặt cắt

- Sông Đáy có 94 mặt cắt

63

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- Sông Đào có 9 mặt cắt

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Sông Đà Bắc có 12 mặt cắt

- Sông Cầu có 47 mặt cắt

- Sông Cấm có 13 mặt cắt

- Sông Đà có 47 mặt cắt, đoạn Pa Vinh – Hoà Bình có 62 mặt cắt

- Sông Gâm có 19 mặt cắt

Sơ đồ hệ thống sông được trình bày trong hình vẽ sau:

I.5.2. Cơ sở toạ độ, độ cao

Để phục vụ cho công tác đo vẽ mặt cắt ngang, dọc toàn tuyến hệ thống sông Hồng – Thái Bình, toàn bộ hệ thống khu đo đã được xây dựng lưới khống chế toạ độ đo bằng GPS gồm 124 điểm hạng III, dùng hệ toạ độ phẳng Gauss, kinh tuyến trục 105º45’. Bảng 1.1 chỉ ra các điểm cơ sở toạ độ, độ cao đã sử dụng trong hệ thống sông Hồng- Thái Bình. Các sông chính trong hệ thống sông Hồng – Thái bình được dẫn ra trong phần phụ lục.

Hình 1.3 Bản đồ mạnglưới sông lưu vực sông Hồng - Thái Bình

I.5.3. Tài liệu mặt cắt ngang

64

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Số liệu mặt cắt dọc, mặt cắt ngang của toàn bộ hệ thống sông Hồng – Thái Bình được đo năm 2000 trong khuôn khổ của dự án phòng chống lũ sông Hồng do Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn chủ trì.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Khoảng cách giữa các mặt ngang trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình được

trình bày trong các bảng từ 1.1 đến 1.21 trong phần phụ lục.

I.5.4. Tài liệu mặt cắt dọc

Việc đo vẽ mặt cắt dọc các sông trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình được đo theo tim tuyến đã cắm ở thực địa. Điểm mia chi tiết lấy tỷ mỷ theo biến đổi của địa hình, nơi nào địa hình không biến đổi nhiều thì điểm mia không thưa quá 2cm trên bản vẽ. Cắt dọc đo bằng máy kinh vĩ. Tài liệu mặt cắt dọc trên toàn tuyến hệ thống sông Hồng – Thái Bình được lưu giữ trong đĩa CD-ROM.

I.5.5. Phân tích đánh giá tài liệu đo đạc

Tất cả các tài liệu đo đạc về mặt cắt dọc, mặt cắt ngang trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình đo năm 2000 trong khuôn khổ của dự án phòng chống lũ sông Hồng do Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn chủ trì đều có chất lượng tốt, đáng tin cậy. Thời gian đo đạc trên mỗi sông thuộc hệ thống sông là đồng nhất. Các điểm độ cao theo lưới khống chế toạ độ và đã được chuyển theo hệ toạ độ quốc gia.

Qua tài liệu thu thập được, ta rút ra một số nhận xét như sau:

- Trong giai đoạn từ 1965 đến 2000, lòng dẫn sông Hồng luôn có sự biến động, có hiện tượng xói bồi lòng dẫn, cụ thể tại các đoạn sông từ Sơn Tây tới Hà Nội dài 60km, đoạn trước hợp lưu sông Thao – sông Đà, đoạn lòng dẫn sông Hồng tại khu vực thị xã Hưng Yên...

- Lòng dẫn sông Thao cũng đang bị xói đi khá nhanh. Tính theo độ xói sâu trung bình mặt cắt thì lòng sông sông Thao đoạn từ hợp lưu Thao Đà đến thượng lưu cầu Phong Châu đã bị xói đi một lớp từ 0,7 đến 1,3m. Đoạn biến động lớn nhất là đoạn ngay sát hợp lưu Thao Đà. Lòng sông đoạn này xói mạnh bờ hữu và bồi bờ tả.

- Trên sông Lô diễn biến mạnh ở vùng cửa sông khu vực Bạch Hạc

- Trên sông Luộc có đoạn xói, có đoạn bồi

- Phân lưu Kinh Thầy – Thái Bình xuôi về hạ lưu xu thế bồi chiếm ưu thế, chiều

sâu bồi bình quân tới 1m, có khu vực tới 3m.

- Trên sông Kinh Môn xu thế xói chiếm ưu thế, bình quân từ 1m đến 2m, có

65

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

đoạn xói tới 3m, do đó tỷ lệ phân lưu vào sông Kinh Môn tăng lên.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

I.6. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ TÀI LIỆU ĐỊA HÌNH CÁC HỒ CHỨA

TRÊN HỆ THỐNG SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH

I.6.1. Tài liệu mặt cắt ngang, dọc, các thông số cơ bản của các hồ chứa lớn

trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình

Các công trình hiện tại trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình theo thống kê hồ chứa nước ở Việt Nam được thống kê trong bảng 10: Các công trình thủy lợi hiện có trong luu vực sông Hồng – Thái Bình trong đó có một số hồ chứa lớn trên lưu vực như hồ Hoà Bình, Thác Bà, Tuyên Quang, Sơn La, Lai Châu.

1. Hồ Hoà Bình

Công trình thuỷ điện Hoà Bình được chính thức khởi công xây dựng vào ngày 6 tháng XI năm 1979. Sau 15 năm xây dựng, vào tháng XII năm 1994, toàn bộ công trình đã được nghiệm thu. Tính đến mặt cắt hồ Hoà bình, nằm tại vị trí 20o49 Vĩ độ bắc, 105o19 Kinh độ đông. Nhiệm vụ của hồ Hoà Bình là chống lũ cho thủ đô Hà nội và đồng bằng sông Hồng, phát điện, cấp nước tưới, giao thông vận tải, thuỷ sản, cải tạo môi trường vùng sông Đà và phát triển du lịch.

Các thông số cơ bản của hồ chứa như sau:

- Cao trình đỉnh đập: +123 m

- Mực nước dâng bình thường: +115 m

- Mực nước chết:

+ Độc lập: +80 m

+ Sau khi có Thuỷ điện Sơn la: +80 m

- Mực nước trước lũ: 105,22 m

+ Hiện tại: +88 m

+ Sau khi có Thuỷ điện Sơn la: +98,80 m

- Dung tích hiệu dụng: 5,65 tỷ m3

- Dung tích phòng lũ hạ du:

+ Hiện tại: (từ +88 ~ +115 m): 4,69 tỷ m3

66

+ Sau khi có Thuỷ điện Sơn la: 3 tỷ m3 (từ +98,8m ~ +115 m)

- Công suất bảo đảm: Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

+ Độc lập: 548 MW

+ Sau khi có Thuỷ điện Sơn la: 671 MW

- Công suất lắp máy: 1920 MW

- Lưu lượng lớn nhất qua nhà máy: 2400 m3/s

- Lưu lượng nhỏ nhất theo thiết kế đảm bảo cấp nước hạ du: 600 m3/s

Diện tích mặt hồ

: 208 km2 • Diện tích mặt hồ ứng với MNDBT

: 128 km2 • Diện tích mặt hồ ứng với MNTL

: 117 km2 • Diện tích mặt hồ ứng với MNC

: 107 km2 • Diện tích mặt hồ ứng với MN 75m

Lưu lượng

:1800 m3/s • Lưu lượng trung bình nhiều năm

: 1980 m3/s • Lưu lượng năm ứng với tần suất P = 25%

:1580 m3/s • Lưu lượng năm ứng với tần suất P = 75%

: 1360 m3/s • Lưu lượng năm ứng với tần suất P = 95%

• Lưu lượng tính toán ứng với các tần suất:

P = 0,01% : 37800 m3/s P = 0,10% : 26600 m3/s

P = 1,00% : 19400 m3/s P = 10 % : 13100 m3/s

• Lưu lượng lớn nhất tại trạm Hòa Bình năm 1945 là 21800 m3/s

• Lưu lượng lớn nhất mùa khô:

- Từ tháng XI đến tháng I (trung bình mhiều năm) : 1320 m3/s

- Từ tháng I đến tháng IV (trung bình nhiều năm): 932 m3/s

• Lưu lượng nhỏ nhất quan trắc tại Hòa Bình(III/1945) là 240 m3/s

• Lưu lượng nhỏ nhất ứng với các tần suất:

P = 50% : 366 m3/s, P = 75% : 314 m3/s, P = 95% : 249 m3/s

Mực nước hạ lưu

67

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

• Mực nước Max quan sát được tại Hòa Bình : 24.35 m

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

• Mực nước Min quan sát được tại Hòa Bình : 12.54 m

: 27.50 m • Mực nước ứng với lưu lượng 37.800 m3/s

: 17.40 m • Mực nước ứng với lưu lượng 24.000 m3/s

: 13.40 m • Mực nước ứng với lưu lượng 300 m3/s

: 9.32 m • Mực nước thời kỳ từ tháng XI đến tháng I

Thủy năng và các thông số cơ bản của nhà máy thủy điện Hoà Bình

a. Cột nước tác dụng

: 101.6 m • Max

: 60.0 m • Min

: 88.0 m • Tính toán

: 81.0 m • Trung bình theo gia quyền

b. Lưu lượng qua tám tổ máy: 2400 m3/s

c. Công suất lắp máy tám tổ máy: 1920 MW

: 931 MW • Công suất trung bình nhiều năm

: 1195 MW • Công suất trung bình các tháng lũ

d. Điện năng trung bình nhiều năm: 8.16 tỷ KW/h

:10.20 tỷ KW/h • Điện năng năm nhiều nước

: 6.39 tỷ KW/h • Điện năng năm ít nước

Cân bằng nước hồ chứa

- Tổng lượng dòng chảy trung bình năm: 57.20 km3

- Tổn thất do bay hơi: 0.26 km3

- Tổn thất do thấm: 1.24 km3

- Lượng nước sử dụng: 55.70 km3

- Lượng nước qua tua bin phát điện: 41.70 km3

- Lượng nước xả qua công trình tràn: 14.00 km3

Các công trình đầu mối qua nhà máy thủy điện Hòa Bình

68

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

a. Hồ chứa

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

: 208 km • Chiều dài lòng hồ

: 1 km • Chiều rộng trung bình

: 0.06 km • Chiều sâu trung bình

b. Đập đất đá

: 128 m • Chiều cao XD lớn nhất

: 734 m • Chiều dài đập

: 20 m • Chiều rộng đỉnh đập

: 123 m • Cao trình đỉnh đập

c. Nhà máy thủy điện

: 1920 MW • Công suất lắp máy

: 8 • Số tổ máy

d. Công trình xả tràn vận hành

Xả đáy:

: 56 m • Cao trình đáy

: 6 m x 10 m • Kích thước

: 12 cái • Số lượng

: 21.900 m3/s • Lưu lượng xả tối đa

Xả mặt:

: 102 m • Cao trình đáy

: 15 m x15 m • Kích thước

: 06 cái • Số lượng

: 13.500 m3/s • Lưu lượng xả tối đa

69

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Số liệu khảo sát địa hình lòng hồ tại 64 mặt cắt ngang thời kỳ 1990-1996 do Trạm môi trường vùng hồ chứa Hoà Bình thuộc trung tâm quản lý và kiểm tra môi trường (nay là Trung tâm nghiên cứu môi trường không khí và nuớc – Viện Khí tượng Thuỷ văn) đã phối hợp với Nhà máy Thuỷ điện Hoà Bình, tiến hành đo đạc địa hình lòng hồ Hoà Bình tại 39 mặt cắt ngang (năm 1989), 64 mặt cắt ngang (các năm 1990- 1996) từ đập Hoà Bình đến Bản Trang (phí trên cửa vào hồ Tạ Bú khoảng 8,5 km),

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

khống chế toàn bộ hồ chứa Hoà Bình. Thời gian khảo sát là tháng XII hàng năm, lúc dòng chảy nước và bùn cát đến hồ rất nhỏ, lòng hồ tương đối ổn định, đảm bảo tính đồng nhất của bộ số liệu đo đạc.

Hình 1-4 Quan hệ đặc tính lòng hồ Hoà Bình

70

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Địa hình lòng hồ phàn bị ngập nước được đo bằng máy hồi âm đo sâu FURUNO-600 và FURUNO-400 của Nhật, phần không bị ngập (phần cạn) được đo bằng máy thuỷ chuẩn Ni-025 của cộng hoà dân chủ Đức cũ. Góc định vị của các điểm phất cờ được đo bằng máy kinh vĩ THEO-020A của cộng hoà dân chủ Đức cũ. Đường đáy và khoảng cách giữa hai mốc PA-TA được đo bằng máy đo khoảng cách bằng ánh sáng của Liên Xô cũ. Mỗi mặt cắt ngang được xây dựng 04 mốc bê tông kiên cố: PA, PB, TA, TB lần lượt là móc chính bờ phải, móc phụ bờ phải, mốc chính bờ trái, mốc phụ bờ trái. Để thuận tiện cho việc xác định vị trí các điểm đặc trưng của mặt cắt, mốc chính bờ trái (TA) được lấy các là các mốc khởi điểm, hướng đi từ T;A đến P;A. Các mốc phụ bờ trái T;B đều được bố trí lùi sâu vào phía trong bờ so với mốc

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

T;A; nên theo qui định như trên thì trị số khoảng cách từ T;A đến T;B hoặc các điểm nằm giữa T;A và T;B mang dấu âm (-). Cao độ và toạ độ của các mốc mặt cắt đã được trung tâm môi trường và nhà máy thuỷ điện Hoà Bình dẫn truyền từ mạng lưới cao- độ quốc qia hạng IV trong năm 1990. Các mặt cắt ngang địa hình lòng hồ Hoà Bình giai đoạn 1990-1996 được biểu thị trên các hình vẽ từ trong phần phụ lục.

Các quan hệ đặc tính lòng hồ được lập dựa vào bản đồ địa hình lòng hồ tỷ lệ

1/10.000, đo năm 2000 được biểu thị trên hình vẽ sau:

2. Hồ Thác Bà

Thuỷ điện Thác Bà là một công trình thuỷ điện lớn được xây dựng sớm nhất ở miền Bắc nước ta trong thời gian chống Mỹ cứu nước. Hồ chứa Thác Bà nằm trên sông Chảy cách thủ đô Hà Nội 120 km về phía Tây Bắc, cách ngã ba sông Lô, sông Chảy khoảng 29 km (theo đường sông). Hồ chứa Thác Bà là hồ chứa điều tiết nhiều năm. Năm 1962: Khởi công thi công công trình đầu mối: Đập và các công trình phụ trợ. Tháng 3 năm 1963: đào móng các công trình chính. Tháng 8 năm 1964: Đổ khối bê tông đầu tiên. Do chiến tranh phá hoại của Mỹ, công trình phải tạm dừng thi công. Tháng 8 năm 1969: Bắt đầu thi công tiếp tục. Tháng 2 năm 1970: Ngăn sông Chảy. Tháng 3 năm 1971: Bắt đầu tích nước vào hồ. Tháng 9 năm 1971: Tổ máy đầu tiên phát điện. Cuối năm 1972: Khánh thành toàn bộ nhà máy. Theo thiết kế nhiệm vụ của hồ chứa Thác Bà là:

- Sản xuất năng lượng với công suất N = 108 MW

- Điều tiết dòng chảy của sông Chảy giảm lưu lượng lũ.

- Tưới cho 10000ha ruộng

- Cải tiến giao thông đường thuỷ.

Tuy nhiên cho đến hiện nay, cống lấy nước tưới chưa được xây dựng và công

trình nâng tầu chưa làm xong nên chỉ triển khai được hai nhiệm vụ đầu:

Các thông số cơ bản của hồ chứa

6140km2 - Diện tích lưu vực sông Chảy đến tuyến đập

1970km2 trong đó thuộc địa phận Trung Quốc

4170km2 thuộc địa phận Việt Nam

58.0m - Mực nước dâng bình thường

71

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

46.2m - Mực nước chết

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

50.3m - Mực nước khai thác trước lũ hàng năm

41.0m - cao trình tối thiểu để tuabin làm việc

61.0m - Mực nước gia cường khi lũ P = 0,01%

- Dung tích hồ chứa với mực nước dâng bình thường 2940 triệu m3

- Dung tích hữu ích 2160 triệu m3

- Dung tích chết 780 triệu m3

- Diện tích mặt nước ứng với mực nước chết 235 km2

- Chiều dài hồ chứa 118 km2

- Chiều rộng chỗ rộng nhất khoang 68km

10km

Các công trình đầu mối bao gồm:

- Nhà máy thuỷ điện lắp ba tổ máy x 36000 KW = 108000KW. Lưu lượng tính toán qua tuabin Q = 420 m3/s, cột nước tính toán H = 30,0m.

- Đập tràn có kích thước ba khoang x 10m = 30m

Lưu lượng xả lũ:

Với tần suất P = 1% → Q = 1710m3/s độ sâu trên đỉnh đập tàn H0 = 0,85m

P = 0,1% → Q = 2820 m3/s độ sâu trên đỉnh đập tràn H0 = 1,65m

P = 0,01% → Q = 3230 m3/s độ sâu trên đỉnh đập tràn H0 = 3,0m

- Đập ngăn sông bằng đá đổ tâm đất thịt dài 690m, cao trình đỉnh đập + 62,0m, cao trình tường chắn sóng + 63,0m.

Mái đập thượng luu 1: 2,25 đến 1: 2,5

Mái đập hạ lưu 1: 1,75 đến 1: 3,0

16 đập phụ bằng đất cao từ 7 đến 23m

- Trạm phân phối điện 110 - 35 KV đặt ngoài trời.

Dưới đây là các thông số của một số công trình thủy điện đang xây dựng và dự

kiến xây dựng trong vài năm tới.

3. Công trình thủy điện Sơn La:

72

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Công trình thủy điện Sơn La xây dựng trên sông Đà với các thông số sau:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mực nước dâng bình thường: 215 m;

Công suất lắp máy: 2400MW;

Điện lượng trung bình hàng năm: 9,43 tỷ KWh;

Dung tích toàn bộ: 9,62 tỷ m3;

Dung tích hữu ích: 5,97 tỷ m3;

Dung tích phòng lũ: 4 tỷ m3;

Đập bê tông cao: 135 m;

Lưu lượng xả lũ: 36.000m3/s;

Diện tích mặt hồ: 224,28 km2;

Tổng mức đầu tư: 37 nghìn tỷ đồng;

Tổng số dân phải di chuyển: 91.000 người;

Địa điểm xây dựng: xã ít Ong - Mường La - Sơn La (tuyến PVII).

Công trình thuỷ điện này hiện đang trong giai đoạn chuẩn bị để khởi công xây dựng chính thức vào cuối năm 2005, phát điện tổ máy số 1 vào năm 2012 và hoàn thành công trình vào năm 2015.

4. Công trình thủy điện Tuyên Quang

73

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hồ Tuyên Quang đang trong giai đoạn khởi công xây dựng có nhiệm vụ chống lũ, phát điện và cấp nước. Hồ chưa Tuyên Quang nằm trên lưu vực sông Gâm, Sông Gâm là nhánh lớn cấp I của sông Lô, đồng thời là nhánh cấp II của hệ thống Hồng. Sông bắt nguồn từ vùng núi Vân Nam có độ cao trên 1600 m của Trung Quốc. Vị trí đầu nguồn vào khoảng 105o33′50′′ kinh Đông và 23o32′40′′ vĩ độ Bắc. Từ nguồn về biên giới Việt-Trung sông chảy theo hướng Bắc-Nam, từ biên giới Việt-Trung đến ngã ba sông Ma- sông Gâm, sông chảy theo hướng Đông Bắc-Tây Nam, sau đó đổi theo hướng Bắc-Nam rồi nhập vào sông Lô ở Khe Lau cách thị xã Tuyên Quang khoảng 9 km về phía thượng lưu. Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật thuỷ điện Đại Thị được đổi tên thành thuỷ điện Tuyên Quang và tập trung xem xét hai phương án tuyến: tuyến Na Hang và tuyến Na Hang trên nằm cách thị trấn Na Hang về thượng lưu khoảng (1,5- 2,0)km đo theo chiều dòng sông. Tính đến vị trí các tuyến đập dự kiến diện tích lưu vực là 14960km2 và 14972 km2, trong đó phần diện tích nằm trên đất Trung Quốc tương ứng với các tuyến là 49,56%, 49,6%.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Công trình thủy điện Tuyên Quang xây dựng trên sông Lô đã được khởi công

xây dựng năm 2003 với một số thông số kỹ thuật:

- Diện tích lưu vực F=14972 km2.

- Mực nước gia cường ứng với lũ 0.01%: 123,89 m

- Mực nước gia cường ứng với lũ 0.02%: 122,55 m

- Mực nước dâng bình thường MNDBT: 120,00 m

- Mực nước trước lũ: 105,22 m

- Mực nước xả hàng năm: 104,00 m

- Mực nước chết: 90.00 m

- Dung tích toàn bộ Wtb: 2260×106 m3

- Dung tích hiệu dụng Vhd 1699×106 m3

- Dung tích đièu tiết nhiều năm Vnn: 622×106 m3

- Dung tích điều tiết năm Vn: 1070×106 m3

- Dung tích chết Vc: 561×106 m3

- Dung tích phòng lũ Vpl: (1000 ÷1500)×106 m3

- Công suất lắp máy Nlm: 342 MW

- Công suất đảm bảo Nđb: 83.3 MW

Lưu lượng max Qmax qua nhà máy: 750 m3/s.

5. Công trình thủy điện Nậm Chiến

Công trình thuỷ điện Nậm Chiến cũng đã được khởi công xây dựng trên địa phận huyện Mường La. Công trình thuỷ điện Bắc Mê cũng đang trong giai đoạn chuẩn bị.

Như vậy, với các công trình thuỷ điện Sơn La, Nậm Chiến và Tuyên Quang đã được xây dựng khởi công hoặc chuẩn vị khởi công xây dựng trong một vài năm tới, trên phạm vi lưu vực sông Hồng - Thái Bình, khả năng chứa nước hữu ích của các hồ chứa thuỷ điện sẽ được bổ sung khoảng 7,9 tỷ m3 với công suất lắp đặt gần 3000MW.

74

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Cùng với các nhà máy hiện có, với việc hoàn thành 3 nhà máy trên, nâng tổng dung tích hữu ích của các hồ chứa thuỷ điện trên lưu vực lên khoảng 15,7 tỷ m3 và công suất lắp máy khoảng gần 5000MW.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ngoài ra, trên phạm vi lưu vực cũng rất phát triển các công trình thuỷ điện vừa và nhỏ. Chỉ riêng tỉnh Lào Cai, 3 công trình thuỷ điện với quy mô một vài chục MW đang trong giai đoạn chuẩn bị đầu tư.

Nhìn chung, việc phát triển thuỷ điện trên lưu vực trong thời gian qua, ngoài ý nghĩa sản xuất điện năng, đóng góp chung vào sự phát triển của nền kinh tế cả nước, còn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng cải thiện nguy cơ lũ lụt ở cả khu vực đồng bằng và thủ đô Hà Nội, cải thiện tình trạng thiếu nước trong mùa cạn ở khu vực đồng bằng.

Chỉ tính riêng 2 công trình thuỷ điện hiện có, với tổng dung tích hữu ích 7,8 tỷ m3 cũng đã bằng khoảng 27% tổng lượng nước trong mùa cạn của sông Hồng tại Sơn Tây, bằng khoảng 93% tổng lượng nước 3 tháng cạn nhất và gấp 3 lần lượng nước tháng cạn nhất của sông Hồng tại Sơn Tây. Cùng với 10 hồ chứa thuỷ điện dự kiến sẽ được xây dựng trong thời gian tới, nâng tổng dung tích hữu ích của hệ thống 12 hồ chứa trên lưu vực lên khoảng 21 tỷ m3 sẽ cải thiện cơ bản những khó khăn về nguồn nước ở khu vực đồng bằng trong mùa cạn và tiếp tục giảm nguy cơ lũ, lụt cho toàn bộ khu vực đồng bằng.

6. Hồ Núi Cốc

Hồ Núi cốc được xây dựng trên sông Công tại xã Phúc Trìu huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên. Cách trung tâm thành phố Thái Nguyên 15 km, cách thủ đô Hà Nội khoảng 80 km, và cách rừng quốc gia Tam Đảo 10 km đường chim bay. Hồ có toạ độ địa lý như sau: 21o34 vĩ độ Bắc ; 105o46 kinh độ Đông.

Phía bờ tả của hồ thuộc địa bàn các xã Tân Thái (Huyện Đại Từ), Phúc Xuân, Phúc Trìu (TP Thái Nguyên). Phía bờ hữu thuộc các xã Bình Thuận, Lục Ba, Vạn Thọ (Huyện Đại Từ), Phúc Thọ (Huyện Phổ Yên).

Cùng với hồ Núi Cốc là hệ thống kênh mương phục vụ tưới cho nông nghiệp và cấp nước sinh hoạt cùng được khởi công xây dựng năm 1975, hoàn thành và đi vào khai thác từng thành phần năm 1978. Năm 1979 thì hoàn thành hồ Nũi Cốc, các hạng mục còn lại hoàn thành tất vào năm 1985.

Hồ chứa Núi Cốc là hồ chứa điều tiết nhiều năm, nó có nhiệm vụ:

- Cung cấp nước cho nông nghiệp

- Cung cấp nước cho công nghệp

- Cắt lũ cho hạ lưu sông Công

75

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- Vận tải thuỷ

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Thuỷ sản

- Du lịch và môi trường

+ Cung cấp nước cho nông nghiệp:

Cung cấp nước là nhiệm vụ chính của công trình, công trình có nhiệm vụ tưới cho 120000 ha đất nông nghiệp thuộc các huyện Phú Bình, Phổ yên, Đồng Hỷ thuộc tỉnh Bắc Thái, Huyện Đa Phúc của tỉnh Vĩnh Phúc và cung cấp một phần cho hệ thống thuỷ nông Hà Bắc. Trước khi xây dựng công trình hầu hết đất canh tác trên được tưới nhờ nguồn nước thiên nhiên nên sản lượng bấp bênh, đời sông nhân dân gặp nhiều khó khăn, nông nghiệp không phát triển được. Chỉ số sử dụng ruộng đất thấp từ 1.5-1.8. Năng suất lúa trung bình của lúa mùa đạt từ 14 tạ/ha - 17tạ/ha.

+ Cung cấp nước cho công nghiệp:

Thành phố Thái nguyên là một thành phố công nghiệp bao gồm các nhà máy xí nghiệp như khu công nghiệp gang thép Thái nguyên, nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ, nhà máy nhiệt điện Cao ngạn... và trong tương lai sẽ xây dựng một số nhà máy khác như cán thép, hoá chất và xi măng... Quá trình tính toán cân đối nước ở hồ chứa có thể cung cấp nước cho khu công nghiệp gang thép, cán thép gia sàng và cơ khí gò đầm Thái nguyên với lưu lượng 7.1 m3/s và khả năng 0.45 m3/s cấp cho sinh hoạt vào năm 2010.

+ Cắt lũ cho hạ lưu sông Công:

Hồ Núi Cốc có khả năng cắt lũ tốt cho hạ lưu sông Công, khi lũ lớn về đầu mùa lượng nước trong hồ còn ít, vì vậy mà có thể cắt được toàn bộ lượng lũ từ nguồn chảy về rồi xả dần sau đó. Về cuối mùa lũ khi hồ chứa đầy nó vẫn còn cắt được từ 30-60% khối lượng lũ. Hồ chứa có tác dụng rất lớn trong việc chống thiệt hại do lũ gây ra.

+ Các nhiệm vụ khác của công trình: Ngoài nhiệm vụ chính là cấp nước cho nông nghiệp, khi xây dựng công trình còn tính đến phát triển nuôi trồng thuỷ sản, vận tải thuỷ, du lịch với điều kiện khong gây tổn thất ngập lụt do mực nước tăng và không phải di dân.

Hồ Núi Cốc được thiết kế và xây dựng năm 1975, đến năm 1979 hồ đã hoàn thành và đi vào khai thác sử dụng. Theo hồ sơ thiết kế hồ thì các thông số kỹ thuật như sau:

a. Mực nước

: 46.2 m • Mực nước dâng bình thường

76

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

: 48.25 m • Mực nước gia cường

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

: 34 m • Mực nước chết

b. Dung tích

: 225 km3 • Dung tích toàn bộ

: 175 km3 • Dung tích hữu ích

: 7.5 km3 • Dung tích chết

• Dung tích chống lũ đến mực nước gia cường : 225 km3

c. Diện tích mặt hồ

: 25.2 km2 • Diện tích mặt hồ ứng với MNDBT

+ Chỉ tiêu đập chính:

- Cao trình đỉnh đập : +49 m

- Cao trình tường chắn sóng : +50 m

- Cao trình đáy sông chỗ thấp nhất : +24 m

- Độ dài đập chính : 480 m

- Bề rộng đỉnh đập : 5 m

+ Chỉ tiêu đập phụ

- Cao trình đỉnh đập : +49 m

: 430 m - Chiều dài đập phụ 1

: 420 m - Độ dài đập phụ 2

: 260 m - Độ dài đập phụ 3

- Cao trình đỉnh đập phụ 3 : +49.5 m

: 43 m - Chiều dài đập 4

: +49.5 m - Cao trình đỉnh đập 4

+ Chỉ tiêu cống lấy nước

: +29 m - Cao trình đáy

: 1.75 m - Đường kính ống

: 195 m - Chiều dài ống

77

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

+ Chỉ tiêu đập tràn

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Cao trình ngưỡng tràn : +42.5 m

- Chiều rộng tràn : 24 m

- Chiều dài cửa tràn : 17 m

- Chiều dài dốc tràn : 77.2m

- Chiều dài bể tiêu năng : 40.8 m

1.6.2 Nhận xét chung

Qua việc thu thập các tài liệu mặt cắt ngang, mặt cắt dọc của các sông trên lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình, tài liệu địa hình một số hồ chứa lớn trên lưu vực, tại liệu địa hình của vùng đồng bằng Bắc Bộ, báo cáo xin đưa ra một số nhận xét khái quát như sau:

- Tài liệu thu thập được là tương đối đầy đủ, đáng tin cậy, có thể sử dụng để thiết lập mạng lưới sông, phục vụ cho bài toán tính toán thuỷ lực trên toàn mạng hệ thống sông Hồng- Thái Bình.

- Lòng dẫn sông Hồng có sự diễn biến phức tạp, có đoạn mở rộng, có đoạn co hẹp, điều đó xảy ra do có sự biến đổi về chế độ dòng chảy trên hệ thống sông Hồng. Những biến động của lòng dẫn đều có ảnh hưởng đên độ an toàn của các công trình chỉnh trị và khai thác ven sông.

- Qua số liệu 2004 cho thấy hiện tượng xói sâu do nước trong vẫn diễn ra mạnh mẽ ở hạ du Hoà Bình và lan truyền về hợp lưu Thao Đà, đoạn hợp lưu Thao Đà về Sơn Tây. Hiện tượng xói làm hạ thấp lòng sông Đà xuống hơn 1m

I.7. THU THẬP VÀ XỬ LÝ MÔ HÌNH SỐ HÓA ĐỘ CAO DEM

I.7.1 Khái niệm mô hình số hóa độ cao DEM

Bề mặt trái đất là một đối tượng liên tục. Có nhiều phương pháp để mô tả bề mặt này. Bản đồ đường đẳng trị ( là bản đồ hiển thị những đường nối tất cả các điểm có cùng chung một giá trị như: độ cao … ) hoàn toàn biểu thị tốt một bề mặt liên tục. Các đường đồng mức này có thể được lưu lại dưới dạng các đường, vùng trong GIS nhưng chúng không thích hợp cho phân tích số hoặc mô hình hóa.

78

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Để tiến hành phân tích trên dữ liệu địa hình, mô hình số hóa độ cao cần phải được thiết lập. Bất kỳ sự biểu diễn số của sự biến đổi liên tục nào trong không gian dưới dạng số đều được biết tới như là mô hình số hóa độ cao ( Zerger, 2002 ).

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mô hình bề mặt DEM ( Digital elevation model ) là một trong những cách thể hiện địa hình số hóa khá phổ biến trên thế giới hiện nay. DEM được thể hiện như là một lưới raster các điểm lưới vuông ( Ma trận độ cao ). Vì DEM biểu diễn sự biến đổi liên tục của bề mặt nên mỗi ô của mạng lưới đều chứa đựng một giá trị độ cao. Những giá trị này có thể xác định trực tiếp từ trên ảnh hàng không hoặc được nội suy từ các giá trị độ cao được đo đạc cho một số hữu hạn các điểm quan sát ( Zerger, 2000 ).

Độ phân giải của DEM hay khoảng cách giữa hai mắt lưới gần nhất là một chỉ

số rất quan trọng của DEM. Độ phân giải tốt và phổ biến hiện nay là 30-90m.

Cấu trúc dữ liệu như là ma trận các điểm có giá trị tương ứng với độ cao thực tế cho phép thực hiện các thuật toán để mô hình hóa góc dốc, hướng nghiêng, phân tích tầm nhìn trở nên rất thuận tiện.

I.7.1.1. Các phương pháp xây dựng bản đồ DEM

Một số phương pháp xây dựng bản đồ DEM được ứng dụng hiện nay bao gồm:

Xây dựng DEM từ bản đồ địa hình đã tách riêng yếu tố đường đồng mức. Yêu cầu bản đồ này phải có tỷ lệ đủ lớn. Nhược điểm lớn nhất của bản đồ này là tốn nhiều công sức, tiền của và thời gian để xây dựng được bản đồ địa hình đường đồng mức. Sau khi có được bản đồ này ta lại phải số hóa đường đồng mức. Điều này cũng tốn rất nhiều thời gian và lưu vực càng lớn thì càng tốn thời gian. Sau đó sử dụng Arcview chuyển đường đồng mức đã số hóa sang dạng mô hình lưới Grid ( dạng lưới tam giác hoặc lưới ô vuông ) – Đây chính là mô hình số độ cao DEM cần tạo.

Ứng dụng kỹ thuật InSAR trong xây dựng mô hình độ cao số (DEM). Trong những năm gần đây, kỹ thuật SAR giao thoa (Synthetic Aperture Radar Interferometry - InSAR) đã được xem như một trong những kỹ thuật hiệu quả hỗ trợ cho việc xây dựng và cập nhật dữ liệu của GIS. Dữ liệu độ cao số trong GIS thường lưu trữ theo các dạng mô hình độ cao số (DEM) và được sử dụng khá phổ biến để thể hiện địa hình.

79

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Xây dựng mô hình độ cao số (DEM) dựa trên kỹ thuật quang trắc lập thể. Các nhà nghiên cứu sẽ thu thập dữ liệu từ vệ tinh. Một mô hình địa hình số được tạo ra cho từng dữ kiện miêu tả địa hình của một điểm tham khảo mặt đất dưới dạng số và do đó nó sẽ được sử dụng trong quá trình tính toán được vi tính hóa. Địa hình của một khu vực được nghiên cứu sớm nhất do NASA cung cấp cơ quan này đã khảo sát 80% diện tích bề mặt của trái đất trong nhiệm vụ thu thập dữ liệu địa hình bằng rađa trên tàu con thoi Endeavor (SRTM) vào tháng 2/2000. Việc so sánh các tấm hình này đã giúp xây dựng nên một mô hình địa hình có tên gọi là mô hình độ cao số (DEM) dựa trên kỹ thuật quang trắc lập thể.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

I.7.1.2. Các ứng dụng của DEM

DEM được ứng dụng rộng rãi trong các bài toán địa hình và nó có thể cho ra

các sản phẩm sau:

a. Ứng dụng cơ bản của DEM

• Hiển thị bề mặt, tính toán độ dốc, độ lồi lõm và hình thái.

• Tính thể tích khối địa hình.

• Tính tầm nhìn.

• Vẽ bản đồ contour.

• Bản đồ bóng địa hình.

• Phân tách mạng lưới sông suối, vùng trũng.

b. Ứng dụng nâng cao, chuyên sâu của DEM cho các ngành

• Lưu trữ dữ liệu về độ cao cho các bản đồ địa hình trong cở sở dữ liệu

quốc gia.

• Thiết kế đường giao thông và các cơ sở hạ tầng hay các công tŕnh hay

các tác vụ quân sự khác.

• Hiển thị phối cảnh 3 chiều vùng nghiên cứu theo các góc độ khác nhau,

phục vụ bài toán quy hoạch.

• Sử dụng tính tầm nhìn phục vụ mục đích quân sự, dân sự.

• Quy hoạch đường, thủy lợi.

• Nghiên cứu thống kê, so sánh cho các vùng có địa hình khác nhau.

• Tính toán độ dốc, hình thái của địa hình, giải các bài toán về xói mòn,

địa mạo.

• Tích hợp với các dữ liệu khác về chất lượng đất, sử dụng đất, thảm phủ

thực vật để giải các bài toán về sinh thái.

• Chồng xếp với ảnh vệ tinh hoặc ảnh hàng không phục vụ tốt hơn nữa

công tác nghiên cứu ảnh.

• Thay độ cao bằng các giá trị thuộc tính liên tục khác để mở rộng phạm vi

80

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

nghiên cứu và ứng dụng.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

• Ngoài ra khi sử dụng DEM kết hợp với các thuật toán của các mô hình chuyên dụng thì có thể giải quyết rất nhiều bài toán thực tiễn một cách tiết kiệm nhất về công sức, thời gian và kinh phí thực hiện. ( Như sử dụng DEM kết hơp với mô hình DIMOSOP để dự báo lũ, sử dụng DEM kết hơp với mô hình SWATX để đánh giá chất lượng nước, bùn cát, cây trồng, đất đai trên toàn lưu vực .v.v… )

I.7.1.3. Tìm kiếm và lựa chọn nguồn dữ liệu DEM

Nguồn dữ liệu cho việc xây dựng mô hình số hóa độ cao DEM bao gồm thu thập các bản đồ địa hình cho khu vực nghiên cứu rồi từ đó xây dựng DEM bằng việc sử dụng các công cụ phân tích không gian trong GIS (cách gián tiếp) hoặc có thể sử dụng nguồn tài liệu từ mạng Internet do dữ liệu DEM này được thiết lập với công nghệ hiện đại, độ chính xác cao. Các dữ liệu DEM có thể dùng được bao gồm:

DEM 1km có thể download từ cục đo đạc địa hình địa chất Mỹ USGS. Cục này có nhiệm vụ cung cấp các thông tin chính xác nhằm mô tả và nhận thức về trái đất, về những tổn thất nhỏ nhất trong cuộc sống do thiên tai gây ra, về vấn đề quản lý nước và các tài nguyên khác http://www.usgs.gov/

DTED 0 ( Digital Terrain Elevation Data, level 0 có kích thước ô lưới là 900m * 900m ) được xây dựng trên phạm vi toàn cầu do NIMA ( National Imagery and Mapping Agency ) trực thuộc bộ quốc phòng Mỹ xản xuất. Địa chỉ download: http://www.nga.mil

81

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

DEM 90m có thể download từ Trung tâm nghiên cứu quốc gia CGIAR. Đây là trung tâm hàng đầu trong nghiên cứu phát triển nông nghiệp bền vững trong hơn một thập kỷ qua. Dữ liêu DEM này có độ phân giải lớn nhất trong số các DEM thu thập được. Thời gian thiết lập của dữ liệu này là khá mới 02/2000 và được thiết lập bởi thu thập dữ liệu địa hình bằng rađa trên tàu con thoi Endeavor (SRTM). Địa chỉ download: http://srtm.csi.cgiar.org/

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ngoài ra một số địa chỉ khác cũng cho phép download xong phần vì chất lượng kém, độ phân giải thấp hơn 1 km, phần vì không có dữ liệu DEM của khu vực nghiên cứu nên không sử dụng được.

Qua phân tích và so sánh chúng tôi đã chọn sử dụng dữ liệu DEM 90m từ

trung tâm nghiên cứu quốc gia CGIAR bởi những lý do sau:

• Dữ liệu được xây dựng năm 2000 nên thuộc loại mới.

• Dữ liệu DEM của trung tâm này có độ rộng lưới là 90m. Độ rộng lưới như vậy là tương đối cao, độ chính xác tốt có thể sử dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu khác nhau. Có thể biến đổi linh hoạt cho các yêu cầu về DEM có độ phân giải thấp hơn.

• Dữ liệu do CGIAR là trung tâm nghiên cứu quốc gia hàng đầu trong nghiên cứu phát triển nông nghiệp bền vững trong hơn một thập kỷ qua nên dữ liệu này rất đáng tin cậy.

• Dữ liệu này đươc xây dựng toàn cầu.

• Được xây dựng bằng kỹ thuật thu thập dữ liệu địa hình bằng rađa trên

tàu con thoi Endeavor (SRTM)

82

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

• Hệ quy chiếu của dữ liệu: Longtitude – Latitude.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

• Được cung cấp theo từng ô vuông lớn đều nhau, hoặc cung cấp bằng

cách xác định tọa độ của vùng cần nghiên cứu.

• Dữ liệu được lưu trữ dưới dạng ASCII.

• Dữ liệu này được biên tập cho mục đích nghiên cứu nông nghiệp của

trung tâm nghiên cứu quốc gia CGIAR.

• Có dữ liệu DEM của lưu vực nghiên cứu.

• Dữ liệu DEM tại trung tâm này cho phép tải miễn phí.

I.7.2. Kỹ thuật xử lý DEM

Cho mãi đến những năm gần đây, những người xây dựng và sử dụng GIS đã bắt đầu chú trọng nhiều hơn đến những vấn đề phát sinh do lỗi, mức độ kém chuẩn xác trong tập hợp dữ liệu không gian. Các dữ liệu đều chứa một mức độ lỗi nào đó, tuy nhiên ảnh hưởng của nó đến việc giải quyết các vấn đề đặt ra trong GIS chưa được xem xét một cách ký lưỡng.

Tình huống này đã thay đổi đáng kể trong những năm gần đây. Ngày nay người ta đã nhận ra rằng lỗi, mức độ kém chuẩn xác có thể “ phá vỡ ” thành quả của nhiều dự án GIS. Điều này có nghĩa là những lỗi dữ liệu không được kiểm soát có thể làm cho kết quả phân tích của GIS gần như vô nghĩa.

Một điểm quan trọng là mặc dù lỗi có thể phá vỡ quá trình xử lý của GIS, vẫn có những cách để ta có thể hạn chế lỗi tối đa thông qua việc lập kế hoạch cẩn thận và bằng các phương pháp đánh giá ảnh hưởng của lỗi lên kết quả của GIS. Nhận thức được vấn để lỗi rất có lợi vì nó làm cho những người sử dụng GIS nhạy cảm hơn với những hạn chế tiềm tàng của GIS trong việc đạt được những giải pháp có độ chính xác và tin cậy cao ( Zerger, 2000 )

Dữ liệu DEM sử dụng cũng là một loại dữ liệu GIS và nó cũng tiềm ẩn một số lỗi sẽ ảnh hưởng lớn đến kết quả tính toán. Chẳng hạn như tính sai diện tích, độ dốc … Bởi vậy trước khi sử dụng DEM làm đầu vào cho mô hình sử dụng cho nghiên cứu thì phải xử lý các lỗi đã nhận thấy của DEM. Dưới đây em sẽ giới thiệu các mô hình và các kỹ thuật xử lý lỗi của DEM.

I.7.2.1. Giới thiệu về các phần mềm sử dụng để xử lý DEM

83

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Các phần mềm sẽ trình bày dưới đây là những phần mềm và mô hình ưu việt, chuyên dụng trong quản lý, xử lý và tính toán cơ sở dữ liệu GIS. Trong đề tài này sẽ sử dụng các phần mềm và mô hình dưới đây cho các mục đích sau:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

+ Xử lý các lối của dữ liệu DEM

+ Xây dựng cơ sở dữ liệu DEM và tính toán các đặc trưng các lưu vực toàn lãnh

thổ Việt Nam.

+ Xây dựng cơ sở dữ liệu đầu vào cho mô hình DIMOSOP

a. Phần mềm ARCVIEW GIS

Phần mềm Arcview GIS là phần mềm ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý ( GIS ) của Viện nghiên cứu hệ thống môi trường ( ESRI ). Arcview cho phép:

• Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp ( dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu

thuộc tính ).

• Truy vấn dữ liệu thuộc tính tự từ nhiều nguồn và bằng nhiều cách khác nhau.

• Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian.

• Tạo bản đồ chuyên đề và tạo ra các bản in có chất lượng trình bày cao.

Với Arcview có thực hiện các công việc sau:

• Nội suy, phân tích không gian.

• Tạo những bản đồ thông minh được kết nối nhanh với nhiều nguồn dữ liệu

khác nhau như: biểu đồ, bảng thuộc tính, ảnh và các file khác.

• Phát triển những công cụ của Arcview bằng ngôn ngữ lập trình Avenue. Các công cụ này ngày càng phát triển mạnh mẽ và có nhiều ứng dụng rất chuyên nghiệp.

Trong đề tài này sử dụng phiên bản Arcview mới nhất: Arcview 3.3

b. Mô hình SWATX

84

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

SWAT là những chữ viết tắt của cụm từ công cụ đánh giá đất và nước cho lưu vực sông (Soil and Water Assessment Tool). Đây là mô hình tỉ lệ được phát triển từ những năm 1990 bởi Tiến sĩ Jeff Arnold thuộc Cục nghiên cứu nông nghiệp USDA (Agricultural Research Service). Mô hình SWAT được xây dựng và phát triển dể dự báo ảnh hưởng của việc sử dụng đất đối với nguồn nước trong thực tế. Với mục đích như vậy mô hình SWAT liên tục được nâng cấp và hoàn thiện để mô phỏng ngày càng

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

phù hợp với điều kiện tự nhiên với các phiên bản: SWAT94, SWAT96, SWAT98, SWAT99, SWAT 2000. Và phiên bản mới nhất là SWATX. ( phiên bản năm 2006 ).

SWATX được xây dựng và chạy trên nền chương trình Arcview.

Mô hình SWATX có thể mô phỏng các hiện tượng thuỷ văn theo chu trình thuỷ văn trong tự nhiên như quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực (sườn dốc), sau đó diễn toán trên mạng lưới sông nhánh và sông chính. Ngoài ra vì là mô hình đánh giá đất và nước nên mô hình còn mô phỏng kèm theo quá truyền tải các chất gây ô nhiễm đến cửa ra của lưu vực.

Để làm được như vậy, SWATX được phát triển đã được phát triển qua nhiều phiên bản, thuật toán không ngừng được cải tiến nên khả năng tính toán các đặc trưng lưu vực và khả năng phân chia lưu vực sử dụng mô hình số độ cao DEM của SWATX là rất mạnh mẽ.

Trong đề tài này SWATX sẽ được sử dụng trong các phần xử lý DEM và tính

toán đặc trưng các lưu vực.

c. Phần mềm HEC-geoHMS

85

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Kết quả đầu ra của phần mềm HEC-geoHMS là các thông tin về đặc trưng lưu vực, phân chia các lưu vực bộ phận, mạng lưới sông suối. Đây chính là một phần số liệu đầu vào cho mô hình thủy văn phân bố DIMOSOP.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Giới thiệu mô hình

HEC-geoHMS là một phần mềm chạy trên nền của phần mềm ArcView GIS. Mô hình này chỉ chạy được khi kết hợp với các phần mở rộng như: Spatial Analyst, 3D Analyst trong các hệ điều hành Windows 95 trở lên.

Các chức năng của mô hình bao gồm:

+ Xử lý địa hình

HEC-geoHMS cho phép người xử dụng xử lý các lỗi trong bản đồ số hóa địa hình (DEM), phục hồi địa hình, lắp các lỗi sink, tính toán hướng dòng chảy, tính toán sự tích tụ dòng chảy.

+ Xử lý lưu vực và tính toán các đặc trưng lưu vực

86

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Phần mềm có thể phân chia hoặc hợp nhất các lưu vực, các nhánh sông; Xác định lưu vực khống chế của các trạm thủy văn hay nút công trình; Xác định sông suối, phân đoạn sông suối; Phác họa lưu vực, xử lý đường phân nước của lưu vực, xử lý các đoạn sông suối; Tính toán các đặc trưng sông suối như: chiều dài, chiều dài tình từ trong tâm lưu vực, độ dốc, độ dốc trung bình; Tính toán các đặc trưng lưu vực như: diện tích lưu vực, độ dốc lưu vực, xác định các lưu vực con, đường phân nước, trọng tâm lưu vực …

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

+ Trợ giúp tính toán các dữ liệu đầu vào cho mô hình DIMOSOP

Kết quả của HEC-geoHMS được sử dụng trong phần mềm DIMOSOP như sơ đồ lưu vực và mạng lưới sông suối, lưới hướng dòng chảy, cắt ghép DEM... Ngoài ra HEC-geoHMS còn tính toán chỉ số độ ẩm ký trước CN được sử dụng trong các phương pháp của mô hình DIMOSOP .

- Yêu cầu về tài liệu đầu vào

87

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Tài liệu đầu vào của phần mềm được biểu diễn dưới dạng số liệu không gian – Bản đồ số hóa độ cao DEM. Bản đồ DEM có thể tính toán từ bản đồ số hóa địa hình ( dạng đường đồng mức ) hoặc có thể download trên mạng. Ngoài ra cũng cần tài liệu về mạng lưới sông suối đã được số hóa bằng tay để phần mềm có căn cứ trong quá trình tính toán. Ngoài ra trong phần tính toán các thông số thủy văn thì tủy mục đích tính

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

toán thì đưa thêm các tài liệu đầu vào khác ( Phần chuẩn bị tài liệu đầu vào đã nêu kỹ trong chương II )

- Tài liệu đầu ra

Tài liệu đầu ra của phần mềm HEC-geoHMS phụ thuộc vào nguồn tài liệu đầu vào và yêu cầu tài liệu đầu vào của phương pháp tính toán trong DIMOSOP. Kết quả chung nhất mà phần mềm tính toán ra để sử dụng trực tiếp cho DIMOSOP là các thông tin về các đặc trưng hình thái lưu vực và mạng lưới sông suối, sơ đồ kết nối hệ thống của lưu vực nghiên cứu. Trong đề tài này sử dụng phần mềm HEC-geoHMS mới nhất:

HEC-geoHMS 1.1

d. Phần mềm IDRISI

IDRISI là phần mềm hàng đầu về lĩnh vực hàm phân tích raster, bao phủ toàn bộ dữ liệu của GIS và viễn thám cần truy vấn; để mô hình hóa không gian; để phân loại và nâng cao chất lượng ảnh; xác định điều kiện thuận lợi bao gồm kể cả trong môi trường giám sát hay nguồn quản lý tự nhiên, kể cả sự thay đổi chuỗi phân tích thời gian; có khả năng hỗ trợ quyết định đa tiêu chuẩn và đa mục tiêu; có khả mô phỏng mô hình, mô phỏng bề mặt nội suy và các tính chất thống kê. IDRISI chứa đựng hơn 150 modules cung cấp khả năng tùy biến và làm việc linh hoạt với mọi loại dữ liệu đầu vào, hiển thị và phân tích các loại dữ liệu địa lý. Tuy tiềm ẩn những khả năng cực kỳ tinh vi và đa dạng như vậy nhưng IDRISI là một phần mềm rất dễ sử dụng. IDRISI có thể sử dụng trong các phiên bản như MS-DOS, 16-bit Windows và 32-bit Windows.

Trong đề tài này sẽ sử dụng phiên bản Idrisi32.2 Release Notes. Version:

I32.2

88

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

e. Mô hình DIMOSOP

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

DIMOSOP là một phần mềm phân bố thủy văn của Ý. Đang được sử dụng tại Việt Nam nằm trong khuôn khổ hợp tác giữa Ý và Việt Nam nhằm nâng cao chất lượng kiểm soát lũ châu thổ sông Hồng.

Mô hình DIMOSOP có khả năng phân tích xử lý DEM khá mạnh và thuận tiện, chỉ cần chuẩn bị tài liệu đầu vào kích hoạt file exe là mô hình sẽ tự động phân chia lưu vực khống chế của các trạm và tính toán diện tích của các lưu vực này dựa trên mô hình số độ cao đưa vào chương trình. Lợi dụng khả năng này của mô hình ta sử dụng nó với vai trò kiểm tra độ chính xác của dữ liệu DEM sẽ sử dụng

DIMOSOP được phát triển bởi: LA BARBERA (UNIV. OF GENOVA-I, 1989), M. MANCINI (POLIMI-I, 1990), R. RANZI (UNIV. OF BRESCIA-I 1997- 2006), G. GROSSI (UNIV. OF BRESCIA-I 1999-2006).

Phiên bản được sử dụng trong đề tài là DIMOSOP beta viết riêng cho châu thổ sông Hồng. Trong phần này sẽ dùng DIMOSOP tính ra diện tích khống chế các trạm thủy văn và so sánh với các mô hình khác để đánh giá khả năng tính toán và phân chia lưu vực của DIMOSOP.

f. Phần mềm Mapinfo

Trong đề tài này MapInfo sẽ được sử dụng với mục đích hỗ trợ cho công việc sử lý và tính toán DEM như: Chuyển đổi định dạng file dữ liệu; chuyển đổi tọa độ các loại dữ liệu đường, điểm, vùng…

MapInfo Professional là một phần mềm hệ thông tin địa lý GIS cho giải pháp máy tính để bản (Desktop Solution) do công ty MapInfo sản xuất. Phiên bản hiện hành là MapInfo Professional 8.5.

MapInfo Professional là phần mềm chạy trên môi trường Windows, có chức năng kết nối với các ứng dụng Windows khác (chẳng hạn như Microsoft Office). Trên nền một văn bản Office có thể tạo một bản đồ MapInfo cho phép người dùng tương tác được.

MapInfo Professional có các chức năng sau:

• Hỗ trợ tốt kiểu dữ liệu vectơ với các quan hệ topo

• Cho phép chồng xếp các định dạng ảnh (raster) làm

89

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

nền bản đồ

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

• Hỗ trợ in bản đồ

• Kết nối với Crystal Report (lập báo cáo dựa trên cơ

sở dữ liệu địa lí của bản đồ)

• Lập trình tự động hóa công việc với MapBasic.

Các thông tin trong MapInfo được tổ chức theo bảng (Table), mỗi một table tương ứng với một tập hợp các File về thông tin đồ họa hoặc phi đồ hoạ chứa các bản ghi dữ liệu mà hệ thống tạo ra. Chỉ có thể truy nhập vào các chức năng của phần mềm MapInfo khi đã mở ít nhất một table.

I.7.2.2. Xử lý DEM

a. Các lỗi thường gặp trong DEM chưa xử lý

Đối với các loại mô hình số độ cao DEM nguyên gốc lấy từ các nguồn dữ liệu trên thế giới thì thường là chưa qua xử lý. Một số lỗi thông thường nếu không xử lý trước khi tiến hành công việc sẽ gây ra sai số hoặc lỗi trong quá trình tính toán. Các lỗi thông thường là:

• Định dạng không phù hợp với nhu cầu sử dụng

• Sai hệ quy chiếu hoặc không phù hợp với hệ quy chiếu mà mô hình

yêu cầu.

• Xuất hiện các lỗi trên dữ liệu DEM như lỗi giá trị sụt giảm ( sink )

hoặc nâng cao đột ngột ( peak ).

• Sai số về diện tích tính từ DEM.

• Cuối cùng là một số rắc rối cần xử lý theo yêu cầu của mô hình.

• Tình chuyển DEM về độ phân giải thấp hơn cho phù hợp với nhu cầu

thực tế.

b. Kỹ thuật xử lý lỗi của DEM

- Chuyển định dạng DEM

90

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Dữ liệu DEM download về thường có định dạng GeoTif hoặc ASCII. Trong đề tài này chúng tôi sử dụng file DEM định dạng ASCII có đuôi *asc. Để sử dụng được loại dữ liệu này cho các mô hình cần phải chuyển đổi định

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

dạng này sang dạng grid. Phần mềm Arcview 3.3 sẽ được sử dụng trong trường hợp này.

Quy trình thực hiện:

Bước 1: Mở Arcview và kích hoạt extension Spatial Analyst

91

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Bước 2: Nhập nguồn dữ liệu cần chuyển đổi. Menu/File/Import Data Source. Sau đó chọn vị trí đặt cho Grid vừa tạo. DEM dạng GRID sẽ được lưu ở folder vừa tạo. Để mở DEM này chỉ cần add theme như bình thường ( phải chọn Data source type: GRID data source thì mới hiện DEM định mở ). Sau bước này sẽ có lưới grid sẵn sàng cho xử lý và tính toán. Dưới đây là mảnh DEM phái tây bắc của lưu vực sông Lô bao gồm cả phần Trung Quốc.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 1-5 Bản đồ DEM lưu vực sông Hồng - Thái Bình

- Cắt DEM

92

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp nhất 2 DEM. Vì lưu vực sông Lô không nằm gọn trên một mảnh DEM mà lại thuộc DEM tây bắc và DEM đông bắc Việt Nam. Nên phải hợp nhất 2 mảnh DEM này lại trước khi tách riêng DEM lưu vực sông Lô ra.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 1-.6 Hai mảnh DEM khi chưa hợp nhất

Thực hiện hợp nhất DEM như sau:

+ Đặt đường dấn làm việc cho DEM trước. Tạo một folder mới dùng để chứa DEM hợp nhất. Sau đó add theme mở đến đường dẫn folder vừa tạo. Copy link ở ô phía trên của khung. Sau đó vào Menu/File/Set Working Directory… và paste đường dẫn đó vào ô. OK. Nếu không làm điều này, DEM hợp nhất sẽ đổ vào đường dấn mặc định sau: C:\Documents and Settings\Administrator\Local Settings\Temp ( phải bật hiện tất cả các folder mới thấy Local Settings.

+ Khởi động ArcView 3.3 . Menu/File/Extension và chọn extension: Grid

transformation tools ( sample ).

+ Add theme hai mảnh DEM cần hợp nhất vào Arcview.

+ Menu/Transform grid/Merge..

93

+ Chọn lần lượt 2 theme cần hợp nhất ở khung Grid themes rồi nhấn nút mũi tên để chuyển chúng sang khung Merge list. OK.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 1-7 DEM toàn miền Bắc đã hợp nhất

Để có thể chạy được mô hình, DEM cần phải càng nhỏ càng tốt. Để giảm dung lượng DEM cũng như khối lượng tính toán (chẳng hạn mảnh DEM lớn hơn 23.9 Mb sẽ làm treo máy PenIV 2.26Gz, RAM 256Mb ) , cũng như hạn chế thông báo lỗi do mô hình bị quá tải phải tiến hành cắt DEM theo phần nhỏ.

Hình 1-8 DEM lưu vực sông Lô sau khi cắt nhỏ

Sản phẩm cuối cùng là file grid đã cắt vừa với tọa độ lưu vực sông Lô (màu đỏ)

94

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- Chuyển đổi tọa độ

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hệ quy chiếu ( projection ) của dữ liệu DEM download về là hệ quy chiếu Longtitue – Latitue. Để phù hợp với hệ quy chiếu tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam và để sử dụng tốt nhất trong các mô hình HEC HMS và DIMOSOP thì phải chuyển hệ quy chiếu của DEM từ hệ quy chiếu Longtitude – Latitude sang hệ quy chiếu UTM WGS84 zone 48n.

Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ quốc gia mới: Tên Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ quốc gia mới: VN 2000. Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ quốc gia VN 2000 có các tham số chính như sau:

• Êlípxôít quy chiếu: Hệ quy chiếu quốc tế WGS84 toàn cầu có kích

thước như sau:

• Bán trục lớn: a = 6.378.137,000m

• Độ dẹt: f = 1/298,257223563

• Điểm gốc tọa độ quốc gia: điểm N00 đặt trong khuôn viên Viện Nghiên cứu Địa chính, đường Hoàng Quốc Việt, Hà Nội;

• Lưới chiếu tọa độ phẳng cơ bản: lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM quốc tế;

• Chia múi và phân mảnh hệ thống bản đồ cơ bản: theo hệ thống lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM quốc tế, danh pháp tờ bản đồ theo hệ

thống hiện hành có chú thích danh pháp UTM quốc tế.

Để chuyển đổi hệ quy chiếu của DEM ta làm như sau:

B1: Chuyển Grid đã cắt ghép phù hợp sang dạng ASCII bằng cách: Menu/File/Export Data Source. Xác định lưới sẽ chuyển và chọn định dạng sẽ chuyển là ASCII.

B2: Khởi động IDRISI. Chuyển file ASCII này sang dạng raster.

95

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Menu/Help/ArcView/ArcInfo Quick Start/ARCRASTER.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

B3: Trong hộp thoại xuất hiện chọn ArcInfo raster ASCII format to Idrisi. Sau đó chọn Input file là file ASCII vừa tạo. Chọn Output file là nơi lưu file sẽ chuyển. Không đặt dấu kiểm trước Convert ….. Chọn nút Output reference information để chọn hệ quy chiếu sẽ chuyển. Sau đó nhấn OK.

B4: Mở lại hộp thoại trên và chuyển ngược lại sang ASCII, rồi dùng Arcview để

chuyển trở lại dạng Grid là hoàn thành việc chuyển đổi lưới chiếu.

- Xử lý lỗi sink, peak trong DEM

Xử lý lỗi của DEM. DEM thường có lỗi là xuất hiện những vùng Sink và Peak trên DEM. Sink là vũng lõm bất thường và Peak là vùng lồi bất thường. Đây là những vùng có giá trị độ cao bất thường và gây ra hiện tượng không liên tục trên bề mặt. Nếu để nguyên những vùng Sink mà chạy mô hình thì mô hình sẽ liên tục báo lỗi do không tính toán được phương hướng dòng chảy. Bởi vậy ta phải xử lý các vùng này trước khi chạy mô hình. Sử dụng mô hình HEC geo HMS để xử lý. Xử lý như sau:

Bước 1: Menu/File/Terrain preprocessing/Terrain reconditioning

Bước 2: Menu/File/Terrain preprocessing/Fill sinks

Ngoài ra cũng có thể xử lý các lỗi này bằng mô hình SWATX.

- Kiểm tra độ chính xác của DEM

Sau khi đã chuyển tọa độ, đã cắt ghép, đã xử lý lỗi thì bước cuối cùng là kiểm tra độ chính xác của DEM. Để kiểm tra độ chính xác của DEM trong đề tài này em sử dụng mô hình SWATX và phần mềm HEC-geoHMS để kiểm tra tính chính xác của DEM. Còn mô hình DIMOSOP cũng sẽ tính diện tích lưu vực nhưng kết quả dùng so sánh với tài liệu niên giám và kết quả của 2 mô hình kia để kiểm tra khả năng của mô hình DIMOSOP trong tính toán. Các bước tính toán trình bày như phần 2.2.1 Sử dụng DEM xác định lưu vực. Dưới đây là bảng so sánh kết quả tính toán:

Kết luận:

•

Với kết quả tính toán diện tích bằng HEC-geoHMS và SWATX như trên dẫn đến kết luận là DEM sử dụng đã xử lý triệt để các lỗi và hoàn toàn có thể dùng làm đầu vào của mô hình DIMOSOP và HEC HMS.

•

96

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Kết quả tính diện tích không chế của các trạm bằng mô hình DIMOSOP cho thấy khả năng tính toán về diện tích lưu vưc là khá ổn. Điều này cũng cho thấy là thuật toán tính GIS của DIMOSOP là tốt và suy ra là kết quả tính của DIMOSOP là

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

tốt. Do DEM mà DIMOSOP sử dụng là DEM 1 km nên việc có sai số diện tích từ 2% đến 12.45% là chấp nhận được.

- Tạo DEM độ phân giải thấp hơn

Mô hình DIMOSOP chạy với DEM 90m chạy trong vòng 10 giờ mà không xử lý xong file shdem9cr.LIN. Như vậy là phải chuyển sang phương án ứng dụng mô hình DIMOSOP chạy với DEM 1 km.

Để tạo DEM 1 km làm như sau:

+ Khởi động Arcview

+ Sử dụng chức năng Resample để chuyển DEM 90m thành DEM 1 km.

I.7.3. Nghiên cứu áp dụng DEM trong mô hình toán thủy văn để dự báo lũ.

I.7.3.1. Sử dụng DEM xác định lưu vực, các tiểu lưu vực và mạng lưới sông

suối

a. Sử dụng mô hình SWATX tính toán DEM để xác định lưu vực

Chạy mô hình SWATX xác định diện tích khống chế của cấc trạm thủy văn: Tuyên Quang, Hàm Yên, Chiêm Hóa, Na Hang, Vĩnh Tuy, Hà Giang. Chạy mô hình SWATX lần lượt như sau:

+ Khởi động Arcview và SWATX

+ Tạo một project mới

+ Trong hộp thoại Watershed Delineation nhập mảnh DEM đã xử lý vào. Nhập DEM tại nút DEM grid. Sau khi nhâp DEM thì chọn tọa độ DEM ở hôp thoại DEM properties. Chọn Custom projection và chọn hệ quy chiếu là UTM-1983, zone48. Z Unit và X-Y Units đều chọn là meters.

97

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

+ Trong ô burn in _ option sẽ chọn bản đồ mạng lưới sông tự vẽ dựa trên bản đồ đường đồng mức. (dùng trong trường hợp bản đồ DEM có những vùng không phân biệt rõ ràng khiến cho mô hình không phân biệt được vùng trũng để có thể tự mô phỏng mạng lưới sông. Sau khi Apply ở bước này thì mô hình sẽ hoặc là tự vẽ mạng lưới sông theo DEM sẵn có, hoặc là kết hợp

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

thêm với bản đồ sông tự vẽ cho ra mạng lưới sông số hóa sát thực nhất. Ngoài ra mô hình còn cho phép chọn ngưỡng diện tích khống chế của các nhánh sông (tính bằng ha)

Hình 1-9 Các lưu vực khống chế của các trạm xác định bằng SWATX

98

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

+ Bước phân xác định diện tích khống chế của các trạm thủy văn. Trong khung Outlet and Inlet definition chọn nút Outlet và chấm vào nút trạm thủy văn cần xác định diện tích khống chế. Dùng nút select chọn lại nút Outlet vừa chấm và apply để bắt đầu tính toán các đặc trưng của mỗi tiểu lưu vực.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1.7.3.2 Sử dụng phần mềm HEC-geoHMS tính toán DEM để xác định lưu

vực

+ Định nghĩa lại địa hình ( Terrain Reconditioning ).

+ Lấp lỗi Sinks và Peaks.

+ Tính hướng dòng chảy

+ Tính tích lũy dòng chảy

+ Chia đoạn sông suối

+ Phác họa lưu vực

+ Tiến trình khoanh vùng lưu vực

+ Tiến trình chia đoạn sông suối

+ Hợp nhất lưu vực

+ Sau đó xác định nút Add Outlet để xác định vị trí các trạm thủy văn và mô hình sẽ tính ra diện tích các lưu vực.

Hình 1-10 Các trạm thủy văn xác định bằng HEC-geoHMS

1.7.3.3. Sử dụng DEM tính toán các đặc trưng lưu vực

99

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Để xác định đặc trưng lưu vực thì có thể dùng phần mềm HEC-geoHMS hay mô hình SWATX để xác định. Tuy nhiên do SWATX không phải là mô hình chuyên

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

dụng để tính toán các đặc trưng lưu vực nên trong phần này ta sẽ sử dụng HEC- geoHMS để tính toán.

• Các đặc trưng sẽ xác định bao gồm:

• Diện tích lưu vực con ( subbasin ).

• Chiều dài sông chính.

• Chiều dài sông nhánh dài nhất trên mỗi tiểu lưu vực.

• Chiều dài sông tính từ cửa ra tới trọng tâm lưu vực.

• Vị trí trọng tâm lưu vực.

• Độ dốc lưu vực.

• Độ dốc sông.

• Đô cao trung bình lưu vực

1.7.4. Áp dụng DEM trong việc xác định phân chia các lưu vực con cho lưu

vực Đà – Lô – Thao.

Chuyên đề thu thập và xử lý số liệu mô hình số hóa độ cao DEM thực hiện

được những công việc sau:

• Tổng kết và đưa ra những nghiên cứu về mô hình số hóa độ cao DEM, giới

thiệu các phần mềm chuyên dụng để xử lý DEM.

• Đá tiến hành thu thập các nguồn số liệu DEM cho khu vực nghiên cứu bao

gồm:

o Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50000 cho toàn khu vực, 1:25000 cho khu vực đồng bằng sông Hồng, sông Thái Bình, những số liệu này được dùng để xây dựng DEM có độ phân giải cao 30m nhằm khắc phục những nhược điểm gặp phải khi khoanh lưu vực ở những vùng giáp ranh mà DEM 90m không xử lý được.

o DEM 90m của tất cả các lưu vực trên toàn quốc (có xét tới cả phần lưu

vực bên Trung Quốc thuộc lưu vực nghiên cứu)

o DEM 1km của cả Châu Á

• Đã tiến hành xử lý DEM bao gồm:

100

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

o Ghép nối và cắt DEM cho khu vực nghiên cứu

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

o Xử lý bề mặt trũng của DEM ( fill sinks )

o Chuyển đổi hệ tọa độ để có thể tiến hành tính toán các đặc trưng lưu

vực, tiểu lưu vực

o Xử lý chuyển đổi độ phân giải của DEM cho phù hợp với bài toán mô phỏng và dự báo lũ ( mô hình DIMOSOP ) sau này. DEM lần lượt được thay đổi lại độ phân giải 90m, 180m, 360m, 720m, 900m, 1km để thử dần và đánh giá trong mô hình

o Đã tiến hành xây dựng DEM 30n cho khu vực nghiên cứu từ bản đồ địa

hình 1:50000 và 1:25000

o Các đặc trưng sẽ xác định bao gồm:

• Diện tích lưu vực con ( subbasin ).

• Chiều dài sông chính.

• Chiều dài sông nhánh dài nhất trên mỗi tiểu lưu vực.

• Chiều dài sông tính từ cửa ra tới trọng tâm lưu vực.

• Vị trí trọng tâm lưu vực.

• Độ dốc lưu vực.

• Độ dốc sông.

• Đô cao trung bình lưu vực

+ Kết quả khoanh lưu vực cho sông Lô được giới thiệu trên các hình 1-6, 1-7

101

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

+ Kết quả khoanh lưu vực cho sông Lô được giới thiệu trên các hình 1-6, 1-7

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

102

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 1-11 Các lưu vực con trên lưu vực sông Đà sau khi phân chia

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 1-12 So sánh lưu vực được xác định bằng tay (trái)và lưu vực tính toán (phải)

103

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 1-13 DEM của lưu vực sông Đà sau khi tính toán

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 1- 11 Thuộc tính các đặc trưng lưu vực sông Đà

104

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Bảng 1-12 Thuộc tính các đặc trưng sông suối trên sông Đà

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 1-14 Các lưu vực con trên lưu vực sông Thao sau khi phân chia

105

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 1-15 Mạng lưới sông suối sau khi tính toán

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 1-16 So sánh lưu vực được xác định bằng tay (trái)và lưu vực tính toán (phải)

106

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 1-17 DEM của lưu vực sông Thao sau khi tính toán

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 1-13 Thuộc tính các đặc trưng lưu vực sông Thao

107

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Bảng 1-14 Thuộc tính các đặc trưng sông suối trên sông Thao

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

108

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Bảng 1-15 Các đặc trưng các lưu vực con trong lưu vực sông Lô

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ **********

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN **********

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ============================================================ Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với cồng nghệ điều hành hệ thống công trình chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông thái Bình Phụ lục I-2 Xây dựng ngân hàng dữ liệu phục vụ công tác dự báo

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ

trvới công ng Chủ nghiệm đề tài: PGS.TS Vũ Minh Cát

Thực hiện: PGS.TS Lê Văn Nghinh ThS. Hoàng Thanh Tùng ThS. Nguyễn Hoàng Sơn THS. Phạm Xuân Hòa KS. Trần Kim Châu KS. Nguyễn Thu Hà KS. Bùi Ngọc Quyên KS. Nguyễn Mạnh Minh Toàn

Hà Nội, tháng 11 năm 2007

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

3

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

**********

Đề tài: Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn

kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Báo cáo chuyên đề

Xây dựng ngân hàng dữ liệu phục vụ công tác dự báo

Những người thực hiện : Ths. Hoàng Thanh Tùng

Ths. Nguyễn Hoàng Sơn

Ths. Phạm Xuân Hoà

KS. Trần Kim Châu

KS. Nguyễn Mạnh Minh Toàn

KS. Nguyễn Thu Hà

KS. Bùi Ngọc Quyên

Và những cộng tác viên khác

Hà Nội Tháng 09 - 2007

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

4

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

MỤC LỤC

I. Mở đầu.................................................................................................................. 5

II. Các tài liệu cơ bản Đề tài đã thu thập ................................................................ 6

2.1 Số liệu khí tượng ............................................................................................ 6

2.2 Số liệu thuỷ văn.............................................................................................. 6

2.3. Số liệu địa hình.............................................................................................. 6

2.3.1. Tài liệu địa hình các hồ chứa:................................................................ 6

2.3.2. Bản đồ số DEM thuộc lưu vực sông Hồng ............................................. 7

2.3.3. Tài liệu địa hình hệ thống sông Hồng .................................................... 7

2.3.4. Tài liệu địa hình các khu phân chậm lũ ................................................. 7

2.4. Tài liệu về thảm phủ thực vật và bản đồ đất lưu vực sông Hồng.................. 7

III. Xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý số liệu đã thu thập........................................... 8

3.1. Tiêu chí xây dựng cơ sở dữ liệu .................................................................... 8

3.2. Cơ sở số liệu bản đồ ...................................................................................... 9

3.2.1. Giới thiệu về phần mềm ArcGIS 9.0....................................................... 9

3.2.2. Sử dụng ArcGIS quản lý CSDL bản đồ ................................................ 11

3.3. Cơ sở số liệu KTTV .................................................................................... 12

3.3.1. Giới thiệu phần mềm WRDB ............................................................... 13

3.3.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu KTTV sử dụng phần mềm WRDB.................. 14

3.3.3. Khai thác cơ sở dữ liệu KTTV đã xây dựng ........................................ 27

3.4. Kết nối CSDL bản đồ và CSDL khí tượng thủy văn .................................. 33

IV. Kết luận và Kiến Nghị ..................................................................................... 34

4.1. Kết luận ...................................................................................................... 34

4.2. Kiến nghị .................................................................................................... 35

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

5

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

I. Mở đầu

Sông Hồng là hệ thống sông lớn nhất miền Bắc nước ta, nó có tầm ảnh hưởng đối với đời sống, kinh tế toàn bộ vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng. Hệ thống sông Hồng gồm các sông nhánh là sông Đà, sông Thao và sông Lô. Sông Hồng có diện tích hứng nước là 168.400 km2, trong đó phần trên lãnh thổ Việt Nam chiếm 51,2%. Lượng nước của sông Hồng rất lớn, hàng năm sông chuyển ra biển trên 120 tỷ m3 nước và hàng chục triệu tấn phù sa. Với tiềm năng to lớn về nguồn nước, hệ thống sông Hồng đóng vai trò to lớn trong việc phát triển kinh tế, xã hội của vùng đồng bằng Bắc bộ. Nhưng đồng thời, hệ thống sông Hồng cũng chứa đựng những nguy cơ thiên tai, lũ lụt hàng năm đe doạ cuộc sống cũng như sự phát triển kinh tế của cả vùng đồng bằng Bắc Bộ nói chung và thủ đô Hà nội nói riêng. Đặc biệt, tình hình diễn biến mưa lũ trong những năm gần đây ngày càng phức tạp đòi hỏi chúng ta phải luôn luôn cảnh giác cao độ trong công tác phòng chống lũ sông Hồng nhằm giảm thiệt hại do lũ tới mức thấp nhất. Một trong những biện pháp phòng chống lũ hữu hiệu nhất là xây dựng một phương pháp dự báo lũ có kết quả tin cậy. Dự báo lũ sẽ cho ra những thông tin quan trọng nhất để tham khảo trong công tác điều hành các biện pháp phòng chống lũ của các cấp lãnh đạo.

Tuy nhiên, quá trình hình thành lũ là một quá trình hết sức phức tạp. Nó chịu tác động của rất nhiều các yếu tố như mưa, nhiệt độ, độ ẩm, lượng nước trữ trên lưu vực, các yếu tố địa hình, thổ nhưỡng, thảm thực vật trên bề mặt lưu vực v.v. Các yếu tố này nhiều khi không phải độc lập với nhau mà chúng có mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác.. khiến bài toán dữ báo lũ trở nên phức tạp.

Để có thể dự báo lũ tốt thì việc thu thập, phân tích và quản lý các yếu tố trên một cách khoa học là rất quan trọng, đặc biệt là cho một khu vực lớn như lưu vực hệ thống sông Hồng và Thái Bình. Vì vậy đề tài đã giao nhiệm vụ thực hiện xây dựng chương trình quản lý cơ sở dữ liệu cho nhóm giảng viên thuộc khoa Thủy văn Tài nguyên nước thực hiện.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

5

Chương trình quản lý cơ sở dữ liệu đã được xây dựng này có khả năng quản lý cả dữ liệu bản đồ ở nhiều nguồn và định dạng khác nhau và cả dữ liệu KTTV – môi trường, đồng thời nó có tính mở cao để quản lý CSDL của cả nước vì nó được xây dựng sử dụng các phần mềm có tính mở và tính tích hợp cao với các chương trình quản lý CSDL khác (oracle, SQL...). Đó là phần mềm ArcGIS do ESRI xây dựng và Water Resource Data Base do được Tổ chức Bảo vệ Môi trường Georgia (EPD) xây dựng.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

II. Các tài liệu cơ bản Đề tài đã thu thập

Các tài liệu cơ bản mà Đề tài đã thu thập bao gồm:

2.1 Số liệu khí tượng

- Số liệu các trạm trên lưu vực hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình bao gồm mưa, bốc hơi, nhiệt độ, gió từ năm 1960- 2004. Đề tài đặc biệt khai thác triệt để số liệu mưa ngày, mưa giờ đã có tại các trạm

- Số liệu mưa ngày và mưa 6h của 1 số trạm thuộc lưu vực hệ thống sông Hồng ở

bên Trung quốc

2.2 Số liệu thuỷ văn

- Số liệu thủy văn của 50 trạm thủy văn, trong đó có khoảng 40 trạm đo lưu

lượng và 10 trạm đo mực nước thời kỳ 1960 – 2004.

- Số liệu thủy văn trong mùa lũ của một một số trạm thuộc phần diện tích lưu vực sông Đà, sông Thao, sông Lô nằm trên lãnh thổ Trung Quốc, từ năm 2000 đến nay.

- Tài liệu quan trắc thuỷ văn và hiện trạng điều hành các hồ chứa Hoà bình, Thác

bà (mực nước hồ, lưu lượng xả, tình trạng công trình....).

- Tài liệu đo mực nước, lưu lượng ngày và giờ tại tuyến Hoà bình và Thác bà từ

1989 đến 2004

- Tài liệu vận hành hồ Hoà bình, Thác bà từ 1989 đến 2004

- Tài liệu đóng mở các cửa xả lũ và các cửa lấy nước vào nhà máy thuỷ điện

- Tài liệu công suất và điện năng phát điện

- Số liệu đo đạc các trạm thuỷ văn, sử dụng làm biên dưới cho mô hình toán thủy văn – thủy lực của các trạm vùng hạ lưu ảnh hưởng thủy triều. Số liệu thu thập từ 1960 - 2004

2.3. Số liệu địa hình

2.3.1. Tài liệu địa hình các hồ chứa:

Bao gồm tài liệu mặt cắt ngang, dọc các hồ chứa Thác Bà, Hòa Bình, Tuyên

Quang, Sơn La, Lai châu

- Tài liệu các đặc trưng địa hình: các đường quan hệ Z~V, Z~F các hồ Hoà bình,

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

6

Thác bà, Sơn la, Lai châu, Tuyên quang thời kỳ thiết kế và hiện tại.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Tài liệu mặt cắt ngang, dọc các hồ chứa lớn Tuyên Quang, Sơn La, Lai châu...

- Tài liệu đo mặt cắt sông thượng lưu các hồ Sơn la, Lai châu do Công ty Tư vấn

điện I thực hiện từ năm 2001 -2002

2.3.2. Bản đồ số DEM thuộc lưu vực sông Hồng

- Bản đồ DEM độ phân giải 90m, 1km của khu vực nghiên cứu (cả phần lãnh thổ Trung Quốc) đã được tải về từ Website của USSG của Hoa Kỳ. Đây là bản đồ có độ tin cậy cao vừa được Hoa Kỳ tổ chức bay chụp để sử dụng cho các dự án toàn cầu.

- Bản đồ số của lưu vực sông Hồng (phần Việt Nam) tỷ lệ 1:25.000 gồm các lớp

địa hình, thảm phủ thực vật, hành chính.

- Bản đồ giấy tỷ lệ 1:50.000 của lưu vực sông Hồng, thái Bình (khoảng 300

mảnh)

2.3.3. Tài liệu địa hình hệ thống sông Hồng

- Tài liệu mặt cắt ngang, mặt cắt dọc của các sông của đồng bằng sông Hồng- Thái Bình (từ hạ lưu các hồ chứa lớn) được khảo sát, đo đạc trong Chương trình “Phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng-Thái bình” thực hiện năm 1999-2000

- Các tài liệu đo bổ sung lòng sông Hồng do Viện Quy hoạch thuỷ lợi Bộ

NN&PTNT, Công ty Tư vấn điện I thực hiện từ năm 2000 đến nay

2.3.4. Tài liệu địa hình các khu phân chậm lũ

Tài liệu địa hình các vùng phân chậm lũ đã được đo đạc trong Chương trình

“Phòng chống lũ sông Hồng-Thái bình” thực hiện năm 1999-2000)

- Tài liệu đo vẽ địa hình do Viện quy hoạch thuỷ lợi Bộ NN&PTNT thực hiện

năm 2000-2002;

- Tài liệu điều tra lũ sông Đáy (Chương trình Phòng chống lũ đồng bằng sông

Hồng-Thái bình thực hiện năm 1999).

2.4. Tài liệu về thảm phủ thực vật và bản đồ đất lưu vực sông Hồng

- Bản đồ thảm phủ thực vật đồng bằng sông Hồng (phần Việt Nam) dạng số tỉ lệ

1: 25.000 từ nguồn Tổng cục Địa chính

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

7

- Bản đồ thảm phủ thực vật và bản đồ đất lưu vực sông Hồng cả phần lưu vực Việt Nam và Trung Quốc dạng ô lưới (grid) kích thước 1km từ nguồn FAO

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Bản đồ đất lưu vực sông Hồng tỷ lệ 1: 250.000

III. Xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý số liệu đã thu thập

Để quản lý số liệu và tài liệu đã thu thập được phục vụ cho việc xây dựng và thử nghiệm công nghệ dự báo, đồng thời tiếp tục được cập nhập và sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo trên Hệ thống sông Hồng – Thái Bình và mở rộng cho tất cả các lưu vực lớn của Việt Nam, Đề tài đã tiến hành chương trình quản lý cơ sở dữ liệu. Chương trình này cho phép quản lý 2 cơ sở dữ liệu chính đó là: Cơ sở dữ liệu bản đồ và Cơ sở dữ liệu KTTV. Trong đó Cơ sở dữ liệu bản đồ được xây dựng trên nền GIS sử dụng phần mềm ArcGIS 9.0 còn Cơ sở dữ liệu KTTV và Môi trường sử dụng phần mềm cơ sở dữ liệu WRDB (Water Resources Data Base) do Hoa Kỳ xây dựng. Chương trình quản lý cơ sở dữ liệu này sử dụng ngôn ngữ chính là tiếng Anh, tuy nhiên phần quản lý giao diện chung có thể hiển thị bằng cả tiếng Việt và tiếng Ý để phục vụ nghiên cứu của Đề tài.

3.1. Tiêu chí xây dựng cơ sở dữ liệu

Những tiêu chí về Cơ sở dữ liệu đã được đề tài đặt ra để có thể đáp ứng được

mục tiêu quản lý dữ liệu phục vụ công tác nghiên cứu của đề tài bao gồm:

(cid:131) Có hệ thống

(cid:131) Có cơ chế kiểm tra và phát hiện những lỗi do đánh máy sai, vào nhầm

lẫn số liệu của trạm khác

(cid:131) Có phần đánh giá chất lượng của số liệu để người sử dụng sau này biết

và lưu ý khi dùng

(cid:131) Có khả năng lưu trữ và phân biệt đâu là số liệu đo đạc gốc, đâu là kết

quả tính toán để phục hồi số liệu, đâu là kết quả phân tích...

(cid:131) Có khả năng cập nhật số liệu từ nhiều định dạng, nhiều biểu mẫu khác nhau thường dùng ở Việt Nam để dễ dàng cho công tác cập nhật thủ công, cập nhật tự động sau này từ các data logger của các trạm tự động.

(cid:131) Có khả năng thực hiện các phép tính phân tích thống kê thông dụng như

nhiều phần mềm phân tích thông kê hiện nay.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

8

(cid:131) Phải có cơ chế phân cấp để nhiều người và nhiều nơi đều có thể cập nhật số liệu cùng một lúc, nhưng chỉ có một số người có quyền cao nhất được đưa vào cơ sở số liệu sau khi đã kiểm duyệt tính chính xác.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

3.2. Cơ sở số liệu bản đồ

Cách tốt nhất để quản lý cơ sở dữ liệu bản đồ là quản lý chúng bằng phần mềm Hệ thông tin Địa lý – GIS vì phần mềm GIS khả năng lưu trữ, quản lý, thao tác, phân tích, mô hình hoá, thể hiện và hiển thị các dữ liệu địa lý (trong đó có bản đồ) nhằm mục đích giải quyết các bài toán phức tạp liên quan đến quy hoạch và quản lý tài nguyên. Chúng tôi đã lựa chọn sử dụng phần mềm ArcGIS 9.0.

3.2.1. Giới thiệu về phần mềm ArcGIS 9.0

(cid:131) Tính tương thích cao: Họ các sản phẩm phần mềm ArcGIS được xây dựng trên chuẩn công nghiệp gồm: .NET, Java™, và COM để tùy biến và Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS); XML, SOAP, TCP/IP, và HTTP cho môi trường mạng.

(cid:131) Là hệ thống đa chức năng: Khả năng biên tập, phân tích dữ liệu GIS mạnh với các mô hình quản lý và mô hình dữ liệu cao cấp, hiện đại. Đây được xem như cơ sở cho sự phát triển của các sản phẩm thuộc họ phần mềm ArcGIS.

(cid:131) Tính mềm dẻo: Các module của ArcGIS phục vụ cho hầu hết các đối tượng: từ người dùng đơn lẻ cho đến các cơ quan, tổ chức. Bất kì đối tượng nào có nhu cầu sử dụng CSDL lớn và đa người dung hay có yêu cầu sửa đổi hay cập nhật CSDL một cách đồng thời.

(cid:131) Tạo ứng dụng thông qua giao diện Web: Cho phép người dùng có thể xác định các vị trí đối tượng trên bản đồ), xem, phân tích và đưa ra quyết định bằng các ứng dụng GIS thông qua Internet.

(cid:131) Hỗ trợ các nhà phát triển hệ thống: Các thư viện của phần mềm, bộ mã nguồn cung cấp cho các nhà phát triển hệ thống những ví dụ, kinh nghiệm tốt để phát triển các phần mềm với nhiều tùy chọn: phát triển độc lập, xây dựng các ứng dụng có nhúng hàm GIS hay phát triển dựa trên nền phần mềm có sẵn.

(cid:131) Quản lý dữ liệu tích hợp và môi trường làm việc cộng tác.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

9

ArcGIS là một bộ tích hợp các sản phẩm phẩm mềm với mục tiêu xây dựng một hệ thống thông tin địa lý (GIS) hoàn chỉnh. Hệ thống này có thể thực hiện các chức năng về GIS trên máy trạm, server, dịch vụ web hay thiết bị di động. Với các kỹ thuật này cho phép người dùng có được các công cụ quản lý một hệ thống GIS phức tạp. ArcGIS thể hiện tính vượt trội của mình với các ưu điểm sau:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 1: Sơ đồ quản lý dữ liệu trong ArcGIS

Khác với các phiên bản trước đây của ArcView, ArcGIS 9.0 đã tích hợp rất nhiều

(cid:131) ArcGIS 3D Analyst: Quan sát và phân tích 3 chiều

(cid:131) ArcGIS Data Interoperability: Đọc, chuyển đổi và xuất dữ liệu trực tiếp

(cid:131) ArcGIS Geostatistical Analyst: Công cụ phân tích, mô hình hóa và nội suy bề mặt

(cid:131) ArcGIS Network Analyst: Công cụ phân tích mạng lưới

(cid:131) ArcGIS Publisher: Xuất bản dữ liệu và bản đồ

(cid:131) ArcGIS Schematics:Tạo ra các quy trình tự động về các mạng lưới không gian

các mô đun mở rộng vào trong phần mềm, bao gồm:

(cid:131) ArcGIS Spatial Analyst: Phân tích tính không gian của dữ liệu raster và vector

(cid:131) ArcGIS StreetMap: Nối địa chỉ, các bản đồ đường phố, và các đường ống theo

của đối tượng

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

10

mã chuẩn thống nhất trên toàn cầu

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

(cid:131) ArcGIS Survey Analyst: Quản lý và nội suy dữ liệu khảo sát thực địa

(cid:131) ArcGIS Tracking Analyst: Quan sát và phân tích dữ liệu thay đổi theo thời gian

(cid:131) ArcPress™ for ArcGIS: In ấn bản đồ với chất lượng cao

(cid:131) ArcScan™ for ArcGIS: Chuyển đổi qua lại dữ liệu raster và vector

(cid:131) ArcWebSM Services: Đưa dữ liệu GIS lên Web

(cid:131) Maplex for ArcGIS: Thể hiện nhãn và chú thích trên bản đồ tự động

3.2.2. Sử dụng ArcGIS quản lý CSDL bản đồ

Cơ sở dữ liệu bản đồ đã thu thập của Đề tài đã được quản lý bằng ArcGIS bao

gồm:

(cid:131) Bản đồ nền số tỷ lệ 1:25.000 của đồng bằng sông Hồng – Thái Bình

(cid:131) Bản đồ quét tỷ lệ 1: 50.000 của toàn quốc

(cid:131) Bản đồ quét tỷ lệ 1: 250.000 của phần lãnh thổ Trung Quốc thuộc lưu vực hệ

thống sông Hồng

(cid:131) Các mô hình số hoá độ cao DEM 1km, 90m

(cid:131) Bản đồ thảm phủ 1km, bản đồ địa chất 1km của cả lãnh thổ Việt Nam và Trung

Quốc.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

11

Hình 2: CSDL quản lý các bản đồ DEM có độ phân giải khác nhau của cả nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3: CSDL quản lý toàn bộ bản đồ quét tỷ lệ 1:50.000 của cả nước

3.3. Cơ sở số liệu KTTV

Qua nghiên cứu, tham khảo các phần mềm quản lý CSDL cũng như các chương trình quản lý CSDL hiện có, Đề tài đã lựa chọn phần mềm Water Resources Data Base - WRDB để quản lý cơ sở dữ liệu KTTV vì những lý do sau:

(cid:131) Phần mềm này quản lý dữ liệu có hệ thống, cấu trúc của phần mềm cho phép mô

tả hiệu quả và toàn diện tất cả các dữ liệu thu thập được.

(cid:131) Cơ sở dữ liệu ở định dạng paradox cho phép truy cập nhanh dữ liệu trên PC trong môi trười Windows. Đồng thời, cơ sở dữ liệu này hoàn toàn có thể chuyển sang các định dạng cơ sở dữ liệu hoặc hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu khác như Oracle và SOL Server.

(cid:131) Các bảng dữ liệu có thể nhập từ nhiều mẫu khác nhau rất tiện lợi khi hầu hết số liệu thu thập ở Việt Nam ở nhiều dạng bảng biểu khác nhau. Đặc biệt nó có thể được thiết kế để nhập ngay các số liệu quan trắc từ các dataloger đo tự động. Các bảng số liệu của CSDL có thể xuất ra thành những bảng tính luân phiên đa dạng, thành cơ sở dữ liệu hay là định dạng văn bản.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

12

(cid:131) Toàn bộ các bảng kết hợp có thể được tạo ra, chỉnh sửa và in ấn sử dụng theo kiểu bảng tính đang hiển thị hoặc có thể tiến hành các phép phân tích thông kê đơn giản và hiển thị dưới dạng các biểu đồ thông dụng.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

(cid:131) Cơ sở dữ liệu được phân cấp quản lý nên nó tính bảo mật cao. Đồng thời nó có cơ chế tự kiểm tra và phát hiện ra các trị số đặc biệt của số liệu do đánh máy sai ...vv.

(cid:131) Vị trí các trạm có thể được quản lý trên nền GIS.

Từ những đặc điểm nổi bật trên đây, Đề tài thấy phần mềm WRDB đáp ứng được các yêu cầu quản lý dữ liệu của đề tài đồng thời trong tương lai có thể tiếp tục được mở rộng để không những chỉ quản lý CSDL của hệ thống sông Hồng – Thái Bình mà còn mở rộng ra toàn quốc và quản lý cả những số liệu về môi trường, về địa chất thủy văn (quản lý số liệu quan trắc tại các hố khoan thăm dò) nhằm phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau.

3.3.1. Giới thiệu phần mềm WRDB

Phần mền WRDB được Tổ chức Bảo vệ Môi trường Georgia (EPD) xây dựng và phát triển liên tục từ năm 1993 với mục đích quản lý thống nhất một khối lượng lớn những dữ liệu khác nhau về khí tượng, thuỷ văn và môi trường. Phiên bản mới nhất của phần mềm này là version 4.503 ngày 15/08/2005.

Cấu trúc của WRDB được mô tả vắn tắt bao gồm các thành phần chính sau và

nó được đưa ra trong sơ đồ hình 2.5:

(cid:131) Các bảng số liệu KTTV - MT (bảng làm việc - Working, bảng Master, và các

bảng lựa chọn). Đây chính là phần CSDL chính.

(cid:131) Các trạm - Stations

(cid:131) Các nhóm trạm (quản lý các nhóm trạm theo phạm vi lưu vực, tỉnh, …) – Station

groups

(cid:131) Các nhánh sông - Branches

(cid:131) Mã các yếu tố đo đạc - Parameter Codes (PCodes)

(cid:131) Các nhóm mã trạm - Parameter Code Groups

(cid:131) Phân nhóm các yếu tố đo theo thời gian (ngày, giờ, 6h…) - Compositing Codes

(CCodes)

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

13

(cid:131) Báo cáo tóm tắt quản lý việc vào và ra dữ liêuu - Database Batch Tracking

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

(cid:131) Thông số đánh giá độ tin cậy của số liệu thu thập - Quality Codes (QCodes)

Hình 4: Sơ đồ cấu trúc CSDL trong WRDB

3.3.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu KTTV sử dụng phần mềm WRDB

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

14

Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình tương đối dày đặc với khoảng trên 100 trạm đo mực nước lưu lượng cũng như lượng mưa. Hầu hết các trạm đo trên lưu vực bắt đầu vào khoảng năm 1960. Nhưng cũng chỉ có một số trạm có số liệu đo liên tục. Trên lưu vực sông Lô có 5 trạm có số liệu đo đầy đủ và liên tục trong thời gian dài trên 40 năm (từ những năm 1960 đến nay): trạm Hàm Yên, Chiêm Hóa, Hà Giang, và Ghềnh Gà, Vĩnh Yên, trên sông Đà có 5 trạm: Lai Châu, Tạ Bú, Nậm Mức, Nà Hừ, Nậm Giàng, trên lưu vực sông Thái Bình có trạm Chũ. Nhiều trạm đã ngừng quan trắc lưu lượng cách đây hàng chục năm như Bảo Lạc, Thác Bà, Quảng Cư, Thác Mộc, Nậm Chiến, Nậm Pô, ... có trạm dùng riêng nên chỉ có số liệu vài năm như Cốc Ly, Lục Yên, Thác Hốc, Yên Lĩnh, Sơn Dương, Đát, Đầu Đẳng. Một số trạm trong lưu vực mới được thành lập từ 1982 như trạm Bảo Yên, Khe Lếch và Ngòi Hút, ... ..

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

B¶ o L ¹ c

P¾ c B ã

B¶ n Giè c

H µ G i a n g

C a o B » n g

B¾ c M ª

Tµ S a

C a o B» n g

Ph ô c H ß a

L µ o C a i

B ¾ c Qu a n g

M − ê n g TÌ

B¶ n C ¸ m

Xu © n T¨ n g

N µ H õ

VÜn h Y ª n

H − ¬ n g S¬ n

N a H a n g

B ¾ c K ¹ n

Sa P¶ Tµ Th µ n g L µ o C a i

N µ T¨ m

VÜn h Tu y

N Ë m Giµ n g

B¶ n Tr¹ i

Kiª n § µ i

B¶ o H µ

B¶ o Yª n

C Ç u Ph µ

N Ë m P «

T u y ª n Q u a n g

V© n M Þch

M − ê n g M Ýt

L a i C h © u N Ë m H e

L ¹ n g S ¬ n

N g ß i H ó t

L a i C h © u

C h î M í i

Gh Ò n h Gµ

Qu ún h N h a i

N g ß i Th ia

Y ª n B ¸ i

L in h X¸

§ ¸ t

B¶ n L ¶ i

Trµ n g X¸

T h ¸ i N g u y ª n

Yª n B¸ i

§ o a n H ï n g

C h i L ¨ n g

Xu © n D − ¬ n g

Gia B¶ y

H ÷ u L ò n g

B¶ n § iÖ p

N Ë m C h iÕ n C è c L y

B

P h ï N in h

Th ¸ c Ba y

T¹ Bó

H im L a m

B ¾ c G i a n g

C h ò

V Ü n h P h ó c

C È m § µ n

P h ó T h ä

S ¬ n L a

B¶ n Yª n

Q u ¶ n g N i n h

P h ó c L é c Ph − ¬ n g

V ù c N g µ

T¹ K h o a

Ph ó C − ê n g

N Ë m Ty

T P . H µ N é i

B ¾ c N i n h

Ph ¶ L ¹ i

B» n g C ¶

V¹ n Yª n

D − ¬ n g

N Ë m C « n g

§ å S¬ n

H µ N « i

C h ß L å n g

H ¶ i D − ¬ n g

H µ T © y

D o N g h i

X· L µ

Th © c M é c

T P . H ¶ i P h ß n g

H − n g Y ª n

H o µ B×n h

B a Th ¸

H o µ B × n h

§ « n g X u yª n

H − n g Yª n

V© n C ï

H µ N a m

M − ê n g L ¸ t

T h ¸ i B × n h

§ Þn h C −

Vô B¶ n

Ph ó H µ o

H å i Xu © n

BÕ n § Õ

Ba L ¹ t

Tru n g H ¹

N a m § Þ n h

N i n h B × n h

L a n g C h ¸ n h

T¶ o Xu © n

L ý N h © n

N h − T© n

T h a n h H o ¸

Xu © n Kh ¸ n h

Hình 5: Sơ đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên hệ thống sông Hồng - Thái Bình

Trong phạm vi của đề tài, chúng tôi chỉ xây dựng cơ sở dữ liệu của đề tài nhằm mục đích dự báo lũ cho đồng bằng sông Hồng và sông Thái Bình do vậy các dữ liệu xây dựng trong cơ sở dữ liệu chủ yếu là mực nước giờ và mưa giờ trong các tháng mùa lũ mà chúng tôi thu thập được (01/06 (cid:198) 15/10 hàng năm ). Tuy nhiên, trong tương lai chúng ta hoàn toàn có thể cập nhập các dữ liệu của các tháng mùa kiệt và các số liệu về môi trường, địa chất thủy văn vào cơ sở dữ liệu này.

Mã trạm

Tên trạm

Yếu tố đo

Số giá trị

Ngày bắt đầu

Ngày kết thúc

74100 Muong Te

2320 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74101 Lai Chau

2319 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74102 Nam Giang

2289 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74103 Nam Po

2289 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74105 Nam Muc

2288 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74107 Quynh Nhai

2312 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74108 Ta Bu

4635 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74114 Ben Ngoc

2309 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74115 Hung Thi

21820 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/15/2001

H

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

15

Bảng 1: Thống kê tài liệu thủy văn thu thập được tại một số trạm chính

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mã trạm

Tên trạm

Yếu tố đo

Số giá trị

Ngày bắt đầu

Ngày kết thúc

74120 Bao Ha

2329 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74121 Bao Yen

2307 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74122 Ngoi Nhu

2145 7:00:00 PM, 07/03/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74126 Ban Cung

25444 7:00:00 AM, 06/01/1960

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74126 Ban Cung

23141 7:00:00 AM, 06/01/1960

7:00:00 PM, 10/15/2002

Q

74127 Ngoi Hut

2308 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74128 Ngoi Thia

2331 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74129 Yen Bai

2396 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74135 Ha Giang

2336 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74137 Bac Quang

2324 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74138 Vinh Tuy

2336 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74139 Bac Me

2327 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74144 Ham Yen

2339 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74146 Tuyen Quang

2338 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74147 Na Hang

2336 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74148 Chiem Hoa

2340 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74153 Thanh Son

2329 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74154 Phu Tho

2327 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74155 Vu Quang

4666 7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 AM, 10/24/2003

H

74162 Son Tay

40229 1:00:00 AM, 06/01/1960

11:00:00 PM, 07/31/2007

H

74162 Son Tay

31280 1:00:00 AM, 06/01/1960

7:00:00 PM, 10/15/2001

Q

74165 Ha Noi

22982 1:00:00 AM, 06/01/1960

7:00:00 PM, 10/15/2001

H

74165 Ha Noi

17499 1:00:00 AM, 06/01/1960

7:00:00 PM, 10/15/2001

Q

74166 Thuong Cat

23016 1:00:00 AM, 06/01/1960

7:00:00 PM, 10/15/2001

H

74166 Thuong Cat

18084 1:00:00 AM, 06/01/1960

7:00:00 PM, 10/15/2001

Q

74169 Hung Yen

21353 1:00:00 AM, 06/01/1963

7:00:00 PM, 10/15/2001

H

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

16

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tên trạm

Yếu tố đo

Ngày giờ bắt đầu

Ngày giờ kết thúc

Mã trạm

48/01 Muong Te KT

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

48/02 Sin Ho

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

48/03 Tam Duong

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

48/06 Than Uyen

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

48/08 Mu Cang Chai

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

48/20 Phu Yen

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

48806 Son La

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

48818 Hoa Binh KT

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

74/04 Binh Lu

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

74/13 Muong Sai

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

74/28 Km 46

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

74/61 Pac Ma

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

74/62 Vang Bo

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

74/71 Mai Son

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

74/73 Km 22

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

74004 Pa Tan

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

74017 Ban Chieng

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

74100 Muong Te

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2000

X

74101 Lai Chau

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

74102 Nam Giang

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

74103 Nam Po

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

74105 Nam Muc

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

74108 Ta Bu

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

74126 Ban Cung

7:00:00 AM, 06/01/1962

7:00:00 PM, 10/30/2003

X

Bảng 2: Thống kê tài liệu khí tượng một số trạm chính thu thập được

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

17

Bên cạnh đó, đối với các trạm ở Việt Nam xảy ra tình trạng trước năm 1995 cao độ các trạm lấy theo cao độ địa phương, gây khó khăn rất lớn cho người sử dụng. Sau năm 1995 cao độ các trạm được chuyển đổi về cao độ mốc quốc gia ( lấy mốc tại trạm

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

khí tượng Hòn Dáu – Đồ Sơn ). Để thuận tiện cho người sử dụng sau này, các số liệu mực nước tại các trạm thủy văn trên lưu vực nghiên cứu đã được chuyển đổi về cao độ quốc gia sử dụng chức năng hiệu chỉnh mốc cao độ của phần mềm WRDB.

Xây dựng bảng Support

Việc xây dựng CSDL được bắt đầu từ việc xây dựng Bảng support (như đã được mô tả trong sơ đồ cấu trúc). Đây là bảng quan trọng nhất. Nó chứa đựng tất cả các thông tin về hệ thống mạng lưới sông ngòi và mạng lưới trạm khí tượng thủy văn. Bên cạnh đó, nó liên kết với tất cả các bảng dữ liệu khác trong phần mềm.

Hình 6: Giao diện bảng support

Trong bảng support được chia thành các tab nhỏ thuận lợi cho việc liên kết, truy

cập, truy xuất dữ liệu

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

18

a) Tab PCODES và PCODE GROUPS thể hiện các yếu tố đo cũng như các nhóm yếu tố đo. Đối với mục đích của đề tài chỉ quan tâm đến các số liệu về mực nước, lưu lượng và mưa. Các yếu tố về chất lượng nước như DO, nhiệt độ … không được đưa vào.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 7: Các yếu tố đo

b) Tab QCODES thể hiện chất lượng của dữ liệu đưa vào. Trong này chia ra làm

3 mức

• B: Dữ liệu cần phải kiểm tra lại

• N: Dữ liệu thô

• G: Dữ liệu đã sử lý

Hầu hết các dữ liệu được nhập vào phần mềm trong đề tài đã được qua khâu xử lý số liệu nên đều ở mức G. Ví dụ như mực nước các trạm đã được quy đổi về cao độ chuẩn quốc gia. Khi cần người sử dụng chỉ cần xuất ra file để sử dụng.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

19

Hình 8: Phân nhóm các yếu tố đo

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

c) Tab CCODES/RCODES xác định mức độ chi tiết của dữ liệu đo. Độ chi tiết theo giờ, ngày, tháng hay năm. Với đặc điểm của đề tài, mức độ chi tiết của dữ liệu luôn ở mức cao nhất là dữ liệu theo giờ (cấp H)

Hình 9: Phân nhóm các yếu tố đo

d) Tab BRANCHES được sử dụng để mô tả hệ thống sông suối trong lưu vực

nghiên cứu cũng như mối liên hệ giữa chúng.

Tên sông được xác định theo tên gọi quốc gia và được nhập không dấu

Mạng lưới sông suối được đánh ID Branch theo quy luật sau:

• Đánh thứ tự các sông trên cả Việt Nam theo nguyên tắc từ bắc xuống

Nam và từ Đông sang Tây.

• Đánh lần lượt các sông chính rồi đến các phụ lưu và các phân lưu các cấp (I, II, …III). Các sông chính là các dòng chính của những hệ thống sông và những lưu vực sông trực tiếp đổ ra biển. Những sông gia nhập vào các phân lưu sông chính được gọi là phụ lưu cấp I…. Các phụ lưu không có tên được lấy theo số thứ tự.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

20

• ID Branch của sông chính chỉ gồm 1 thành phần là số thứ tự của sông chính trong hệ thống sông của Việt Nam. Các phụ lưu cấp 1 sẽ gồm hai thành phần. Thành phần thứ nhất là ID Branch của sông chính, thành phần thứ 2 là số thứ tự của phụ lưu trong hệ thống sông đó…

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Với các đánh như trên toàn bộ sông suối ở Việt Nam với độ dài trên 10 km có 2864 sông, cứ 20km dọc bờ biển thì có một cửa sông. Có 134 sông chính, có 139 sông nhánh cấp I, 1039 sông nhánh cấp II, 661 sông nhánh cấp III, 196 sông nhánh cấp IV, 33 sông nhánh cấp V và 7 sông nhánh cấp VI. Sông Thái Bình có, có 29 phụ lưu cấp I, 59 phụ lưu cấp II, 40 phụ lưu cấp III, 14 phụ lưu cấp IV. Sông Hồng có 57 phụ lưu cấp I, 159 phụ lưu cấp II, 245 phụ lưu cấp III, 97 phụ lưu cấp IV.

Đối với lưu vực nghiên cứu sông Thái Bình là sông thứ 20 trong hệ thống các sông chính nên có ID Branch là 20, tương tự sông Hồng có ID Branch là 21. Sông Công và sông Cà Lồ lần lượt là phụ lưu cấp I thứ 22 và 24 của sông Thái Bình nên có ID Branch lần lượt là 20/22 và 20/24. Sông Đà và sông Lô lần lượt là phụ lưu cấp I thứ 53 và 55 của sông Hồng nên có ID Branch lần lượt là 21/53 và 21/55.

e) Tab STATIONS và STATIONS GROUPS thể hiện các trạm đo trong lưu vực

cũng như là mối quan hệ giữa các trạm.

ID của các trạm đã được xác định theo ID quy ước của thế giới.

Tên trạm được nhập theo tên gọi quốc gia và được nhập không dấu

Loại trạm ( station type) được chia thành 3 loại.

• Tram Thuy Van: chỉ đo các dữ liệu về mực nước, lưu lượng

• Tram Khi Tuong: chỉ đo các dữ liệu về mưa

• Tram Khi Tuong Thuy Van: đo cả các dữ liệu về mực nước, lưu lượng

và mưa

Kinh vĩ độ các trạm xác định từ nguồn alats Viet Nam.

Diện tích khống chế của các trạm thủy văn (Dr_Area) lấy theo “ Số liệu thủy văn

miền bắc Việt Nam năm 1971” – Cục thủy văn bộ thủy lợi xuất bản năm 1975.

Cao độ các trạm (elevation) đã được quy về cao độ chuẩn quốc gia do cục mạng

lưới cung cấp

Mã trạm

Tên trạm

Loại trạm

Cao độ trạm (cm) Diện tích khống chế (km2)

74100

Muong Te

Trạm KTTV

3035.5

3380

74101

Lai Chau

Trạm TV

19939.6

33800 (8800)

74102

Nam Giang

Trạm KTTV

22249.9

6740(1890)

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

21

Bảng 3: Bảng thống kê đặc trưng một số trạm thủy văn trong lưu vực nghiên cứu

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mã trạm

Tên trạm

Loại trạm

Cao độ trạm (cm) Diện tích khống chế (km2)

74103

Nam Po

Trạm KTTV

475

74105

Nam Muc

Trạm KTTV

2680

74107

Quynh Nhai

Trạm KTTV

15233.9

74108

Ta Bu

Trạm KTTV

45900(19300)

12436.1

74114

Ben Ngoc

Trạm KTTV

51800

74115

Hung Thi

Trạm KTTV

1884.3

664

74119

Lao Cai

Trạm TV

8710.4

41000

74120

Bao Ha

Trạm KTTV

6009.7

74121

Bao Yen

Trạm KTTV

6525.8

74126

Ban Cung

Trạm KTTV

35161.2

2620

74127

Ngoi Hut

Trạm KTTV

5844

74128

Ngoi Thia

Trạm KTTV

4928.2

74129

Yen Bai

Trạm KTTV

3301.3

48000

74130

Thac Ba

Trạm KTTV

3258.3

6170

74135

Ha Giang

Trạm KTTV

10992.8

8260(1190)

74137

Bac Quang

Trạm KTTV

7251.5

74138

Vinh Tuy

Trạm KTTV

5056.9

74139

Bac Me

Trạm KTTV

13014.7

74142

Dau Dang

Trạm KTTV

1890

74144

Ham Yen

Trạm KTTV

3622.3

11900

74146

Tuyen Quang

Trạm KTTV

2610.6

74147

Na Hang

Trạm KTTV

6380.3

74148

Chiem Hoa

Trạm KTTV

4188.5

16500

74153

Thanh Son

Trạm KTTV

3345.2

1190

74154

Phu Tho

Trạm KTTV

1983.0

74155

Vu Quang

Trạm KTTV

2651.3

74156

Viet Tri

Trạm KTTV

1603.6

74157

Quang Cu

Trạm KTTV

3426.6

1190

74162

Son Tay

Trạm KTTV

1483.4

143600(61300)

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

22

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mã trạm

Tên trạm

Loại trạm

Cao độ trạm (cm) Diện tích khống chế (km2)

74165

Ha Noi

Trạm KTTV

1063.8

74166

Thuong Cat

Trạm KTTV

1266.1

* Các giá trị trong ngoặc là diện tích lưu vực tính đến trạm trong lãnh thổ Việt Nam

Các nhóm trạm (STATION GROUPS) trong trương trình này được gộp theo lưu vực sông nhằm mục đích tiện cho việc tính toán cũng như truy xuất dữ liệu theo các lưu vực sông.

Nhập dữ liệu vào CSDL hệ thống sông Hồng – Thái Bình

Sau khi xây dựng xong bảng Support , thì việc nhập dữ liệu vào cơ sở dữ liệu

cũng đóng một vai trò quan trọng, nhưng nó được thực hiện rất dễ dàng.

Các định dạng file có thể nhập trong phần mềm WRDB

Phần mềm WRBD cho phép người sử dụng có nhiều cách nhập dữ liệu. Người sử dụng có thể nhập trực tiếp bằng tay cũng như nhập dữ liệu từ file. Nếu nhập dữ liệu từ file, phần mềm cho phép người sử dụng nhập dưới năm định dạng file sau:

• Tabular format– đây là dạng phổ biến nhất dùng để nhập dữ liệu của nhiều thông số cùng lúc cho cùng một trạm. Nó là dạng phổ biết nhất so với 4 dạng còn lại. Ví dụ ta có thể nhập số liệu của mực nước và lưu lượng của một trạm trong cùng 1 file. Ưu điểm của cách nhập này là đơn giản, nhanh, có thể nhập được nhiều dữ liệu trong 1 file mà không bị không chế về mặt thời gian.

• Hour-day format– đây là dạng đặc biệt dùng để nhập dữ liệu giờ của một thông số trong vòng một tháng. Trong định dạng này các giờ được sắp sếp theo hàng còn các ngày được để theo cột. Cấu tạo file đơn giản, nhưng có nhược điểm là chỉ có thể nhập được số liệu 1 thông số trong vòng 1 tháng.

• Date-hour format– đây là dạng đặc biệt dùng để nhập dữ liệu dạng giờ cho một thống số trong vòng 1 ngày. Đây là dạng ít được sử dụng vì khả mỗi lần nhập được lượng dữ liệu rất ít

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

23

• Day-month format– đây là dạng đặc biệt dùng để nhập dữ liệu dạng ngày cho một thống số trong vòng 1 năm. Các ngày được sắp xếp theo hàng còn các tháng trong năm được sắp sếp theo cột. Dạng dữ liệu này thích hợp cho đối với các dữ liệu dạng ngày.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

• Columnar format– đây là dạng có thể được sử dụng để nhập nhanh dữ liệu theo định dạng xuất ra file của WRDB. Trong định dạng này mỗi một hàng trong file ghi 1 đơn vị dữ liệu. Đây là dạng ít phổ biến nhất.

Để có thể nhập file thì nhất định file đầu vào phải ở dạng ASCII text và có cấu

tạo file theo một trong 5 mẫu qui định của phần mềm.

Đối với đề tài đang nghiên cứu thì lượng dữ liệu thu thập là rất lớn – số liệu thu thập cả mùa lũ các năm theo giờ. Do vậy việc nhập các dữ liệu bằng tay là không khả thi. Từ lý đề tài tiến hành nhập dữ liệu bằng cách import file dưới định dạng Tabular format. Sở dĩ chọn định dạng này vì đây là định dạng phổ biến nhất, có thể truy xuất dưới các định dạng khác. Bên cạnh đó định dạng này không bị khống chế về mặt thời gian, có thể nhập nhiều dạng số liệu như mưa, mực nước trong cùng 1 file.

Cấu tạo của định dạng Tabular format

Cấu trúc này yêu cầu 5 dòng đầu để làm header block. Các đối tượng trên mỗi

dòng header block được chia cắt với nhau bởi các dấu cách hoặc phẩy.

Header Block

Line 1: Keyword, File description

Line 2: Station_ID, NumColumns, Row_Incr, Min_Incr

Line 3: Column1, Column2, Column3...

Line 4: Ccode1, Ccode2, CCode3...

Line 5: Mult1, Mult2, Mult3...

• Dòng 1 Gồm 2 thành phần

Keyword:được mặc định là tabular để thể hiện dạng tabular format

File description: Mô tả về trạm

• Dòng 2

Station_ID: Xác định trạm (Xác định theo bảng support)

NumColumns: Số cột chứa dữ liệu

Row_Incr & Min_Incr thường để trống hoặc cho bằng 0

• Dòng 3 Xác nhận các trường như thơi gian, Pcode (Xác định theo bảng

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

24

support)

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

• Dòng 4 Xác nhận Ccode (Xác định theo bảng support)

• Dòng 5 Xác nhận Qcode (Xác định theo bảng support)

Bắt đầu từ dòng 6 sẽ là các số liệu cần nhập

Comment

;Instrument calibrated on 10/3/94 by LCW

Line 1

Mainstem sampling data - Richland Creek - Collected by LCW

TABULAR

l

(cid:198) k c o B

Line 2

CR0230

8

1

1

Line 3

DATE

TIME DST

TEMP

COND

PH

FLOWCFS

WSELEV

IGNORE

Line 4

C2F

1

1

0 10

1

1

r e d a e H (cid:197)

Line 5

G

G

G

G

G

G

Line 6

8/3/94

12:30

18 3

69

67 1

1600

435 4

6 95

l

8/4/94

15:15

19 3

<

88

NA

7 85

STATION ID

CR0233

NA

9 5

8/5/94

08:00

17 5

<10 0

NA

1000

(cid:198) k c o B a t a D (cid:197)

NA

8 1

8/6/94

58 12

15 8

980

09:30 79 Cách tiến hành nhập dữ liệu vào cơ sở dữ liệu

Bảng 4: Bảng mẫu dạng tabular format

Việc nhập dữ liệu vào cơ sở dữ liệu được thực hiện theo sơ đồ tổng quát sau:

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

25

Hình 10: Sơ đồ nhập dữ liệu cho CSDL KTTV

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bước 1: Cơ sở dữ liệu thu thập được được chuyển cho phù hợp với định dạng Tabular format. Số liệu mực nước, lưu lượng, mưa mỗi trạm được tổng hợp lại và đưa về dạng bảng mặc định của phần mềm. Tại những dòng thời gian không có số liệu thì để trống giá trị ở dòng đó.

Hình 11: Ví dụ nhập dữ liệu mực nước và lưu lượng trạm Sơn Tây

Bước 2: dữ liệu được nhâp vào bảng Worrking table

Nếu cấu tao của bảng đã đúng thì khi nhập vào mã trạm, Pcode, Ccode và ngày tháng sẽ tự động nhập vào đúng các vị trí của nó (hình 11). Sau khi đã kiểm tra dữ

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

26

đề tiếp tục quá trình nhập dữ liệu. liệu ấn

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 12: Dữ liệu mực nước và lưu lượng trạm Sơn Tây trong bảng Import

Quá trình nhập số liệu vào CSDL KTTV hệ thống sông Hồng – Thái bình đã được thực hiện cho tất cả số liệu thu thập được của các trạm trong phạm vi của đề tài.

3.3.3. Khai thác cơ sở dữ liệu KTTV đã xây dựng

Chức năng quản lý cơ sở dữ liệu

Phần mềm WRDB chia là 3 cấp.

• Cấp thông thường: người sử dụng có thể xem xét, triết xuất dữ liệu tại tất cả các bảng. Tuy nhiên ở cấp này không cho phép thêm cũng như chỉnh sửa dữ liệu

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

27

• Cấp cập nhập dữ liệu: người sử dụng có thêm chức năng nhập dữ liệu, nhưng dữ liệu được nhập mới chỉ lưu ở bảng Làm việc – Working để chờ cấp quản lý kiểm tra và đưa vào Cơ sở dữ liệu chính – các bảng Master.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

• Cấp người quản lý (supervisor): cấp này có quyền chỉnh sửa cấu trúc của CSDL như thay đổi bảng Suport và chỉnh sửa dữ liệu trong các bảng Master, đồng thời kiểm tra và chuyển dữ liệu từ bảng Working vào bảng Master. Cấp này được quản lý bằng Password.

Chức năng thống kê để quản lý

Phần mềm WRDB cho phép người sử dụng có thể phần tích, thống kê những dữ liệu hiện có theo trạm, theo thông số hoặc theo cả trạm và thông số. Trong bảng thống kê theo cả trạm và thông số phần mềm sẽ chỉ ra tất cả các thông tin về trạm ( mã trạm, trên trạm…) cũng như về các giá trị đo của trạm (đơn vị,số giá trị đo, giá trị trung bình, max, min, ngày bắt đầu, ngày kết thúc…). Để tiến hành thống kê dữ liệu người

. Từ bảng thống kê người sử sử dụng kích vào 1 trong 3 biểu tượng bên dụng có thể xem xét lượng dữ liêu mà mình đang có và để quản lý và cập nhập thêm số liệu.

Hình 13: Bảng thống kê theo trạm và thông số

Chức năng tìm kiếm và sắp sếp dữ liệu

Lọc dữ liệu

Việc lọc dữ liệu trong WRDB được tiến hành khá thuận tiện. Người sử dụng có thể tìm lọc dữ liệu theo ID, tên trạm, kiểu dữ liệu (mực nước, lưu lựong hoặc mưa), theo thời gian hoặc theo giá trị…

Để tìm lọc liêu người sử dụng mở bảng Master Table chọn Options sau đó lựa

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

28

chọn filter... .

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 14: Lọc dữ liệu mực nước trạm có mã trạm là 74165

Sắp sếp dữ liệu

Để thuận tiện cho người sử dụng phần mềm WRDB cho phép sắp sếp các dữ liệu nhập vào theo yêu cầu. Tương tự như phần lọc người sử dụng có thể sắp sếp tìm kiếm dữ liệu theo ID, tên trạm, kiểu dữ liệu (mực nước, lưu lựong hoặc mưa), theo thời gian hoặc theo giá trị…

Để tìm lọc dữ liệu người sử dụng mở bảng Master Table chọn Options sau đó

lựa chọn Sort...

Hình 15: Sắp xếp dữ liệu từ lớn đến nhhỏ theo mã trạm và theo kết quả

Lựa chọn dữ liệu

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

29

Để tiến hành lựa chon dữ liệu trong phần mềm có rất nhiều cách chọn. Vào Select rồi tùy vào mục đích sử dụng có thể chọn 1 trong những cách sau Select ranges data, Avanced Query, QBE Query, SQL Query hoặc có thể lựa chọn từ GIS.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 16. Lựa chọn dữ liệu mực nước trạm Sơn Tây bằng QBE Query

Chức năng đồ họa

Chức năng đồ họa trong phần mềm WRDB được xây dựng trên ngôn ngữ Visual

Basic. Phần mềm có khả năng vẽ đồ thị sự biến đổi các yếu tố mực nước, lưu lượng hay mưa tại các trạm theo thời gian cũng như phân tích sự tương quan giữa các trạm hoặc mối liên hệ giữa các loại dữ liệu trong cùng một trạm

Hình 17: Đường quá trình mực nước tại trạm Mường Tè và Lai Châu trên cùng một trục tọa độ

Từ đồ thị trên người sử dụng có thể phân tích mỗi quan hê giữa hai trạm Mường

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

30

Tè và Lai Châu về đường quá trình, pha hay thời gian chảy truyền giữa hai trạm.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ngoài ra phần mềm có khả năng thể hiện qua đồ thị mối tương quan giữa các

trạm qua các dang đường như tuyến tính, mũ hay lũy thừa.

Hình 18: Mối tương quan mực nước tại 2 trạm Mường Tè và Lai Châu

Chức năng truy suất dữ liệu

Để phục vụ mục đích dự báo mực nước cho một trạm thủy văn nào đó, phần mềm

WRDB có thể xuất dữ liệu theo yêu cầu.

Ví dụ để dự báo mực nước tai Sơn Tây, quan phân tích nhận thấy mực nước Sơn Tây phụ thuộc vào mực nước Sơn Tây, Bến Ngọc, Vụ Quang và Phú Thọ. Như vậy ta tiến hành chọn dữ liệu mực nước tại các trạm.

Bước 1 Chọn các đối tượng cần quan tâm

Vào Select chọn Select Data Ranges sẽ hiện ra 1 bảng để chọn vùng dữ liệu

quan tâm.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

31

Hình 19: Đường dẫn chọn các vùng dữ liệu quan tâm

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Để có thể chọn dữ liệu tại nhiều trạm trước tiên vào Option chọn Select from

Browser and add to previous result set. Sau đó chọn các trạm, parameter code, compositing code cũng như thời gian cần quan tâm

Hình 20: Chọn các vùng dữ liệu quan tâm

Để kiểm tra lại những dữ liệu đã chọn ta vào Select chọn Diplay Select Data sẽ

ra bảng dữ liệu mà chúng ta đã chọn.

Hình 21: Kiểm tra vùng dữ liệu được chọn

Bước 2 Xuất dữ liệu theo yêu cầu

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

32

Chọn output rồi export to file. Tiếp tục chọn đường dẫn, định dạng file và tên file cũng như các trường cần xuất. Tiến hành xuất các dữ liệu đã chọn sang các bảng

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

hoặc các file theo ý muốn để sử dụng. Đặc biệt WRDB có thể xuất sang dạng DSS để có thể tích hợp vào các phần mềm họ HEC.

Hình22: Xuất dữ liệu phục vụ mục đích nghiên cứu của đề tài

3.4. Kết nối CSDL bản đồ và CSDL khí tượng thủy văn

Để tiện cho quá trình quản lý chung các tài liệu đã thu thập phục vụ mục tiêu

nghiên cứu của đề tài cũng như quá trình cập nhập và mở rộng cơ sở dữ liệu ra toàn quốc phục vụ các nghiên cứu khác, đề tài đã lập trình kết nối CSDL bản đồ và CSDL khí tượng thủy văn.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

33

Để sử dụng phần kết nối này thì máy cài đặt cơ sở dữ liệu phải được cài đặt 2 phần mềm: WRDB và ArcGIS 9.0. Giao diện chương trình quản lý cơ sở dữ liệu được đưa ra trong hình 23 dưới đây:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 23: Giao diện trang đầu của Chương trình quản lý cơ sở dữ liệu

IV. Kết luận và Kiến Nghị

4.1. Kết luận

Chuyên đề nghiên cứu đã đạt được mục tiêu đã đặt ra đó là xây dựng được chương trình quản lý cơ sở dữ liệu đã thu thập của đề tài. Cơ sở dữ liệu đã xây dựng đáp ứng được các tiếu chí:

(cid:131) Có hệ thống và có tính mở (có thể mở rộng cho toàn quốc)

(cid:131) Có cơ chế kiểm tra và phát hiện những lỗi do đánh máy sai, vào nhầm lẫn

số liệu của trạm khác

(cid:131) Có phần đánh giá chất lượng của số liệu để người sử dụng sau này biết và

lưu ý khi dùng

(cid:131) Có khả năng lưu trữ và phân biệt đâu là số liệu đo đạc gốc, đâu là kết quả

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

34

tính toán để phục hồi số liệu, đâu là kết quả phân tích...

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

(cid:131) Có khả năng cập nhật số liệu từ nhiều định dạng, nhiều biểu mẫu khác nhau thường dùng ở Việt Nam để dễ dàng cho công tác cập nhật thủ công, cập nhật tự động sau này từ các data logger của các trạm tự động.

(cid:131) Có khả năng thực hiện các phép tính phân tích thống kê thông dụng như

nhiều phần mềm phân tích thông kê hiện nay.

(cid:131) Phải có cơ chế phân cấp để nhiều người và nhiều nơi đều có thể cập nhật số liệu cùng một lúc, nhưng chỉ có một số người có quyền cao nhất được đưa vào cơ sở số liệu sau khi đã kiểm duyệt tính chính xác.

4.2. Kiến nghị

Nhóm nghiên cứu chuyên đề xin đưa ra một số kiến nghị sau để nâng cao hiệu

quả ứng dụng của chương trình quản lý CSDL đã xây dựng. Đó là:

(cid:131) Cần cập nhập cơ sở dữ liệu thường xuyên hơn

(cid:131) Cần cập nhập số liệu KTTV cho cả các giai đoạn kiệt

(cid:131) Cần mở rộng cơ sở dữ liệu ra toàn quốc

(cid:131) Cần nghiên cứu cơ chế để lưu cơ sở dữ liệu trên nền WebSite để dễ dàng

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

35

cho việc truy cập và cập nhập dữ liệu từ xa.

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN **********

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ **********

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ============================================================ Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với cồng nghệ điều hành hệ thống công trình chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông thái Bình Phụ lục II-1 Nghiên cứu các hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn ở Bắc Bộ và tại các lưu vực sông Hồng – Thái Bình

NGƯỜI THỰC HIỆN: THS. ĐỖ LỆ THỦY & nnk Trung tâm dự báo khí tượng – thủy văn Quốc Gia Hà Nội, tháng 11 năm 2007

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

MỤC LỤC

1. Các hình thế điển hình ................................................................................................... 1

2. Đặc điểm hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn trên lưu vực sông Hồng: ............................. 3

3. Những trận lũ lớn trên hệ thống sông Hồng ................................................................... 5

3.1 Trận lũ năm 1945....................................................................................................... 6

3.2 Trận lũ lớn VIII – 1968 ............................................................................................. 7

3.3 Trận lũ lớn năm 1969 .............................................................................................. 12

3.4 Trận lũ lớn năm 1970 .............................................................................................. 18

ii

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

3.5. Trận lũ lịch sử năm 1971........................................................................................ 20

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

NGHIÊN CỨU CÁC HÌNH THẾ THỜI TIẾT GÂY MƯA LŨ LỚN Ở BẮC BỘ VÀ TẠI LƯU VỰC SÔNG HỒNG – THÁI BÌNH

1. Các hình thế điển hình

Bắc Bộ nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nên thời tiết chịu sự chi phối của

các hệ thống thời tiết từ nhiều phía: bắc, đông, tây và nam, bao gồm:

- Rãnh áp thấp mặt đất kết hợp với tác động của không khí lạnh (KKL). Rãnh áp thấp (đôi khi có áp thấp đóng kín Bắc Bộ) từ mặt đất tới mực 850mb, trục rãnh hướng tây bắc-đông nam (từ Tây Bắc xuống đồng bằng Bắc Bộ) kết hợp với tác động của KKL kèm theo front lạnh di chuyển xuống Bắc Bộ, thường xảy ra vào các tháng chuyển tiếp đầu mùa mưa, có khả năng gây mưa lớn kéo dài 1,2 ngày, lượng mưa ngày phổ biến là 50-100mm.

- Rãnh áp thấp mặt đất kết hợp với xoáy thấp lạnh trên cao 700 và 500mb. Đây là loại hình thế thời tiết có khả năng gây mưa lớn, lượng mưa ngày từ 50- 100mm, có thể kéo dài 2,3 ngày với tổng lượng mưa trận từ 100-200mm trên toàn Bắc Bộ. Hình thế này thường gây mưa vào tháng VI và tháng IX.

- Hội tụ gió theo kinh hướng ở Bắc Bộ trên tầng cao mực 850-700mb, vào các tháng đầu mùa mưa ở Bắc Bộ, đôi khi xuất hiện sự hội tụ 2 đới gió nam và tây nam (có nguồn gốc gió tây nam từ vịnh Bengan lên) với gió nam - đông nam (nguồn gốc gió đông nam từ rìa tây nam lưỡi cao áp Thái Bình Dương) theo kinh hướng (ở đông bằng và đông bắc Bắc Bộ), gây ra mưa lớn kéo dài 1, 2 ngày với lượng mưa ngày 50-100mm, có nơi tới 200mm.

- Dải hội tụ nhiệt đới (ITCZ), phổ biến ở Bắc Bộ, thường hoạt động mạnh vào các tháng VII, VIII trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình. Dải hội tụ nhiệt đới có trục hướng đông-tây hoặc tây bắc-đông nam đi qua đồng bằng Bắc Bộ khi cường độ gió ở một hoặc 2 phía dải hội tụ mạnh lên hoặc xuất hiện các nhiễu động di chuyển từ đông sang tây (ví dụ tháng VIII/1971 là một điển hình) có khả năng gây mưa lớn, kéo dài 1, 2 ngày, tổng lượng mưa trận thường là 50- 100mm, có khi lên tới 200-300mm, vào các tháng VII, VIII.

1

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- ITCZ kết hợp với tác động KKL. Dải hội tụ nhiệt đới có xoáy thuận nằm trong dải ở Bắc Bộ kết hợp với tác động của không khí lạnh có khả năng gây

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

mưa lớn với tổng lượng mưa trận có thể tới 200-300mm, một số vùng tới 300- 400mm. Loại này thường gây mưa lớn vào tháng IX ở đồng bằng Bắc Bộ.

- ITCZ có nhiễu động xoáy thuận ở vùng ven biển đồng thời lưỡi cao tây Thái Bình Dương có cường độ mạnh di chuyển theo hướng tây. Trường hợp này, do gió đông nam ở rìa tây nam Thái Bình Dương có cường độ mạnh làm độ hội tụ ở phía bắc dải hội tụ nhiệt đới mạnh lên, xoáy thuận theo lòng dẫn đi vào đất liền từ đông sang tây gây mưa lớn, thường diện mưa mở rộng phía bắc dải tới 200km. Tổng lượng mưa trận thường 200-400mm ở hạ lưu sông Hồng – Thái Bình và đồng bằng Bắc Bộ.

2

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- Xoáy thuận nhiệt đới (XTNĐ) thường gây mưa lớn và các tháng VII, VIII trên lưu vực sông Hồng – Thái Bình. Mưa do bão thường kéo dài 2-3 ngày, cường độ mưa tùy thuộcvào cường độ, hướng di chuyển, thời gian tan nhanh hay chậm của bão hoặc áp thấp nhiệt đới (ATNĐ). Mưa do bão thường bao trùm một diện rộng, có khi toàn bộ lưu vực sông Hồng-Thái Bình với lượng mưa phổ biến 100-300mm. Xoáy thuận nhiệt đới phối hợp với các hình thế thời tiết khác như KKL, lưỡi cao áp Thái Bình Dương thường gây ra mưa rất lớn, diện rộng, lượng mưa trận tới trên 300mm.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 1. Các hình thế thời tiết gây mưa lớn ở Bắc Bộ

Hình thế phối hợp

Số lượng mưa theo cấp mưa

Hình thế thời tiết chủ yếu

300mm

500mm

300- 500mm

Tổng số

1. Không khí lạnh

0

30

30

0

0

12

12

0

Rãnh áp thấp nhiệt đới

2. Xoáy thuận lạnh trên cao

0

6

6

0

Hội tụ kinh hướng mực AT850-AT700

0

26

26

0

1.Có áp thấp đóng kín Bắc Bộ từ mặt đất tới mực 500mb

2. Có không khí lạnh

Dải hội tụ nhiệt đới

16

22

10

48

3. KKL hội tụ với tín phong

8

2

0

10

1. Đơn thuần

2. Có gió đông nam

63

27

18

108

Xoáy thuận nhiệt đới

3.Có không khí lạnh

4.Có gió tây nam

2. Đặc điểm hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn trên lưu vực sông Hồng:

- Mưa lũ lớn trên lưu vực sông Hồng thường do hoạt động liên tiếp hoặc tổ hợp của một số hình thế thời tiết chủ yếu hoạt động kế tiếp nhau gây nên. Lũ VIII/1971 do 3 hình thế chính là rãnh áp thấp, dải hội tụ nhiệt đới, rãnh thấp

3

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

nóng. Lũ tháng VII/1971, VIII/1986 và VIII/1996 do ảnh hưởng của mưa bão và ATNĐ.

- Hoạt động đơn độc của một hình thế thời tiết (trừ bão) chưa thấy có khả năng

gây lũ lớn trên hệ thống sông Hồng trong gần 4 thập kỉ qua.

- Hình thế thời tiết thường gặp nhất gây lũ lớn là hoạt động của KKL, dải hội tụ nhiệt đới và áp cao tây Thái Bình Dương (ACTBD) lấn sâu vào lục địa châu Á tác động với hình thế thời tiết khác như rãnh thấp nóng (RTN), hoàn lưu bão,...Chính sự hoạt động dai dẳng của HTNĐ được tăng cường bởi ACTBD và xoáy thấp trên cao đã gây trận lũ lịch sử tháng VIII năm 1971 trên sông Hồng.

- Hoạt động của xoáy thấp lạnh trên cao bao trùm Bắc Bộ lại kết hợp với các hình

thế khác.

- Hoạt động của rãnh thấp kết hợp với KKL tràn xuống vùng biên giới Việt

Trung.

- Hoạt động của bão, bão kết hợp với các hình thế khác.

- Trong các loại tổ hợp gây mưa lũ lớn và đặc biệt lớn đáng chú ý nhất tới tổ hợp hoạt động hoặc hoạt động kế tiếp nhau của bão, RTN kết hợp KKL hoặc ACTBD và dải hội tụ nhiệt đới. Đại đa số các trận lũ lớn có đỉnh lũ tại Hà Nội cao hơn báo động III (11,5m) đều xảy ra khi có hoạt động liên tiếp của 3 loại tổ hợp hình thế thời tiết nêu trên.

Lưu ý rằng, 7 trận lũ đặc biệt lớn trên sông Hồng như 1968, 1969, 1970, 1971, 1983, 1986, 1996 (mực nước đỉnh lũ tại Hà Nội trên 12,0 mét) đều đã xảy ra khi có tác động gây mưa lớn đều khắp do 2 hoặc trên 2 loại hình thế thời tiết cùng hoạt động hoặc hoạt động liên tiếp. Chẳng hạn, trận lũ tháng VIII/1970 và VIII/1971 do tác động của 3 hình thế thời tiết chính. Còn 3 trận lũ đặc biệt lớn xảy ra trong các năm 1968, 1986 và 1996 đều do ảnh hưởng của mưa bão, ATNĐ.

Trong số 7 trận lũ đặc biệt lớn trên sông Hồng thì chỉ có 1 trận lũ đã hình thành do mưa đặc biệt lớn ở trung và thượng lưu sông Đà vùng lãnh thổ Việt Nam (vùng Mường Tè-Lai Châu-Tạ Bú), còn 6 trận lũ khác là do mưa đều khắp ở cả 3 sông nhánh. Lũ tháng VIII/1968 do mưa lớn trên sông Thao; lũ VIII/1983 và VII/1986 do mưa lũ lớn

4

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

sông Lô; Lũ VIII/1971 do mưa lũ lớn sông Thao và Lô; Lũ VIII/1969 và VIII/1996 do mưa lũ lớn sông Đà và Lô.

Qua phân tích và đánh giá đặc điểm mưa lũ lớn, chưa thấy xảy ra tổ hợp bất lợi nhất hình thành lũ sông Hồng khi có mưa lũ đặc biệt lớn đồng bộ trên cả 3 sông Đà, Thao, Lô. Song các trận đặc biệt lớn VIII/1969, VIII/1971 và VIII/1996 đều do mưa lớn xảy ra trên cả 3 lưu vực sông nhánh và không phải đều đã gây lũ lớn lịch sử ở 3 sông.

Bảng 2. Đặc trưng đỉnh lũ đặc biệt lớn trên các sông thuộc sông Hồng

Loại lũ

Hòa Bình

Yên Bái

Tuyên Quang

Hà Nội

Lũ lịch sử, Qmax

22.500

10.100

11.700

26.000

T xuất hiện 18.VIII.1996 15.VIII.1968 15.VIII.1971

22.VIII.1971

Lũ thứ 2, Qmax

21.000

9.860

8.490

23.000

T xuất hiện 19.VIII.1945 20.VIII.1971 26.VII.1986

22.VIII.1945

Lũ thứ 3, Qmax

17.200

8.450

12.X.1986

19.300

T xuất hiện 9.VII.1964

8.100

17.VIII.1989

21.VIII.1996

Lũ thứ 4, Qmax

16.200

7.510

7.140

17.000

T xuất hiện 19.VIII.1971 18.VIII.1945 20.VIII.1990

19.VIII.1995

Lũ lịch sử tại Hà Nội VIII/1971 xảy ra khi có lũ lịch sử trên sông Lô và lũ đặc biệt lớn trên sông Thao (đỉnh lũ đứng hàng thứ 2), trên sông Đà (đỉnh lũ đứng thứ 4)

Lũ đặc biệt lớn tại Hà Nội xảy ra khi có lũ đặc biệt lớn trên 1 hoặc 2 sông. (Xem bảng 2).

Lũ đặc biệt lớn tại Hà Nội thường do 1-3 đợt lũ liên tiếp, kéo dài 8-10 ngày với lượng mưa phổ biến 100-300mm, có nơi tới 500-700mm và tâm mưa khoảng 700- 800mm

3. Những trận lũ lớn trên hệ thống sông Hồng

5

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

3.1 Trận lũ năm 1945

Lũ: Hchân Hà Nội: 11,41m (23h/15/VIII)

Hđỉnh Hà Nội: 12,68m (16h/20/VIII)

Hình thế thời tiết gây mưa:

Mưa: Tx = 6 ngày

Diễn biến lũ trên hệ thống sông Hồng: Lũ lớn hạ du sông Hồng đợt này chủ yếu do lũ sông Đà cung cấp.

+ Sông Đà: Theo tài liệu điều tra: mực nước Lai Châu lên đến 105,44m, ứng

với lưu lượng 13.000m3/s. Mực nước Tạ Bú lên đến 99,52m.

Ở hạ lưu sông sông Đà, tại Hoà Bình, mực nước từ 22,00m (1h/16/VIII) lên đến 23,35m (19h/19/VIII), tương ứng với lưu lượng 21.000m3/s. Biên độ lũ lên 2,35m. Thời gian lũ lên 90giờ. Cường suất nước lên 2,8cm/h. Thời gian duy trì mực nước Hoà Bình trên mức báo động III (BĐ) là 4 ngày.

+ Sông Thao:

Mực nước Yên Bái từ 31,19m (19h/12/VIII) lên đến 33,30m (2h/18/VIII), ứng với lưu lượng 8.500m3/s. Biên độ lũ lên 2,11m. Thời gian lũ lên 127 giờ. Cường suất nước lên 1,7cm/h. Thời gian duy trì mực nước trên mức BĐIII 6 ngày.

Mực nước Phú Thọ từ 18,51m (13h/16/VIII) lên đến 19,63m (11h/19/VIII). Biên độ lũ lên 1,12m. Thời gian lũ lên 70 giờ. Cường suất nước lên 1,6cm/h. Thời gian duy trì mực nước trên mức BĐIII 6 ngày.

+ Sông Lô:

Mực nước Phù Ninh từ 38,50m (1h/15/VIII) lên đến 39,97m (19h/19/VIII). Biên độ lũ lên 1,47m. Thời gian lũ lên 114 giờ. Cường suất lũ lên trung bình 1,3cm/h. Mực nước Việt Nam từ 15,65m (13h/15/VIII) lên đến 17,40m (2h/20/VIII). Biên độ lũ lên 1,75m. Thời gian lũ lên 109 giờ. Cường suất lũ lên trung bình 1,6cm/h. Thời gian duy trì mực nước trên mức BĐIII 9 ngày.

+ Lũ sông Hồng:

6

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mực nước Sơn Tây từ 14,12m (13h/15/VIII) lên đến 15,15m (7h/20/VIII) ứng với lưu lượng 38.100 m3/s. Biên độ lũ lên 1,03m. Thời gian lũ lên 114 giờ. Cường suất lũ lên 0,9cm/h. Thời gian duy trì mực nước trên mức BĐIII 6 ngày.

Mực nước Hà Nội từ 11,41m (23h/15/VIII) lên đến 12,68m (16h/20/VIII), mực nước tính toán phục hồi đạt 14,05m, ứng với lưu lượng 27.500m3/s. Biên độ lũ lên 1,27m. Thời gian lũ lên 113 giờ. Cường suất lũ lên lớn nhất 1,1cm/h. Thời gian duy trì mực nước trên mức BĐIII 7 ngày.

Đặc điểm mưa lũ:

- Lũ lớn sinh ra trong điều kiện mực nước đệm trong sông đang ở mức rất cao,

HC Hà Nội (11,41m) đang ở mức xấp xỉ BĐIII.

- Lũ hạ lưu sông Hồng chủ yếu do lũ sông Đà cung cấp, lũ sông Thao và sông Lô chỉ ở mức bình thường. Thành phần lũ các sông tham gia hình thành lũ hạ lưu sông Hồng: Đà 58,5%, Thao 21,7% và Lô 19,8%.

- Lũ sông Hông vào loại đặc biệt lớn.

3.2 Trận lũ lớn VIII – 1968

Lũ: Hđỉnh Hà Nội = 12,23m (4h/16/VIII)

Hình thế thời tiết gây mưa:

[(B) + (ITCZ + KKL) + (B) + (KKL)]

Mưa: ∑ XLVHồng = 285mm. TX : 10 ngày

Diễn biến thời tiết từ ngày 6-15 tháng VIII:

Ngày 6, rìa lưỡi cao Thái Bình Dương lấn vào phía nam Trung Hoa, ATNĐ mạnh lên và di chuyển vào vùng biển Quảng Ninh, dải hội tụ nhiệt đới có trục chạy qua Tây Bắc và vùng đồng bằng Bắc Bộ.

Ngày 7, hồi 22 giờ, trung tâm bão số 3 đổ bộ vào bờ biển Quảng Ninh rồi đẩy

lên thành áp thấp và tiếp tục di chuyển theo hướng Tây-Tây Bắc.

Ngày 8, bộ phận không khí lạnh tràn xuống (đường đứt) nén dải hội tụ nhiệt đới.

7

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ngày 9, 10 miền Bắc nước ta nằm trong giải thấp có tâm phụ ở 200N và

106,50E.

Ngày 11, không khí lạnh về nén rãnh thấp nóng phía tây.

Ngày 12, 13 Bắc Bộ ảnh hưởng hoàn lưu bão xa (ROSE) có tâm ở khu vực vĩ độ

18-190N và kinh độ 112-1080E.

Ngày 14, bão ROSE đổ bộ vào vùng Văn Lý, tỉnh Nam Định rồi đi lệch hướng

Tây-Tây Nam vùng Hồi Xuân tỉnh Thanh Hoá rồi sang Lào và tan dần.

Ngày 15, không khí lạnh phía bắc tràn xuống, phối hợp với rìa của áp thấp bão

hình thành một vùng hội tụ gió ở dọc sông Thao và hạ lưu sông Đà.

Diễn biến mưa:

Ngày 6, trên lưu vực sông Hồng có mưa rải rác, mưa vừa tập trung ở vùng đồng

bằng Bắc Bộ.

Ngày 7, lượng mưa tăng lên, có một số nơi mưa to và rất to như Bắc Hà

51,8mm; Sơn Tây 45,7mm và Quỳnh Nhai 97,2mm.

Ngày 8-11, mưa to và rất to trên toàn bộ lưu vực sông Đà, hao và Lô. Tổng lượng mưa 4 ngày bình quân trên lưu vực sông Đà 147mm, Thao 152mm, Lô 127mm và sông Hồng 137mm. Những tâm mưa lớn như Tuần Giáo 290mm, Yên Bái 220mm.

Ngày 12,13 trên lưu vực sông Đà, Thao và Lô lượng mưa giảm hẳn (do ảnh

hưởng hoàn lưu bão xa).

Ngày 14, do ảnh hưởng trực tiếp hoàn lưu bão gây mưa to đến rất to ở hạ lưu sông Đà và Thao. Những nơi mưa rất lớn như Hoà Bình 214mm, Sa Pa 250mm, Mộc Châu 140mm, Phú Thọ 136mm và Hà Nội 182mm ... Lượng mưa bình quân trên lưu vực sông Đà 52mm, Thao 131mm, Lô 62mm và Hồng 77mm.

Ngày 15, trên lưu vực sông Thao từ Lào Cai xuống Phú Thọ vẫn có mưa vừa

đến mưa to từ 50-100mm.

Tổng lượng mưa 2 ngày 14,15 bình quân trên lưu vực sông Đà 63mm, Lô 90mm, đặc biệt là Thao 204mm và toàn bộ lưu vực sông Hồng 109mm. Mưa rất lớn tập trung ở vùng hạ du sông Thao và một phần hạ du sông Đà. Những nơi mưa rất lớn như Sa Pa 342mm, Hoà Bình 229mm, Phú Thọ 292mm v..v...

8

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ngày 16, trên toàn bộ lưu vực sông Hồng chỉ còn mưa nhỏ rải rác.

Nhìn chung:

Lưu vực sông Hồng: Tổng lượng mưa cả trận từ 7-15/VIII bình quân trên lưu vực sông Đà 241mm, Thao 393mm, Lô 252mm và Hồng 278mm. Tâm mưa lớn 400- 600mm ở trung du sông Thao và một phần hạ du sông Đà. Lượng mưa từ 300-400mm bao trùm hết sông Thao, tả ngạn sông Đà và hạ lưu sông Lô. Những nơi mưa rất lớn như Sa Pa 533mm, Yên Bái 544mm, Nghĩa Lộ 437mm và Hoà Bình 392mm.

Diễn biến lũ:

Lũ thượng lưu sông Hồng

+ Sông Đà: Mực nước Lai Châu từ 82,75m (13h/6) lên đến 91,42m (21h/12), biên độ lũ lên 8,67m. Mực nước tạ Bú từ 84,40m (1h/7) lên nhanh đến 91,10m (9h/12), sau xuống rồi lại lên đến đỉnh đợt 2 là 89,99m (11h/14). Mực nước hạ lưu sông Đà tại trạm Hoà Bình từ 17,51m (1h/7) lên đến đỉnh đợt 1 là 21,39m (9h/13) và đỉnh đợt 2 là 22,26m (5h/14).

+ Sông Thao: Mực nước Lào Cai từ 76,32m (1h/7) lên đến 80,83m (14h/12) và đỉnh đợt 2 là 81,00m (6h/15). Mực nước Yên Bái từ 27,08m (1h/8) lên đến 31,92m (9h/12) và đỉnh đợt 2 là 34,93m (7h/15).

Mực nước Phú Thọ từ 15,38m (1h/9) lên đến 18,60m (23h/12) và đỉnh đợt 2 là

19,92m (24h/16).

Một điều lưu ý rằng trận lũ này trên hệ thống sông Thao có lượng nước ra nhập rất lớn ở đoạn Ngòi Thia-Yên Bái. Mực nước trạm Ngòi Thia từ 32,62m (13h/14), chỉ trong 19h lên đến 40,45m (20h/14) tương ứng với lưu lượng là 5.500m3/s. Do có lượng nước gia nhập lớn, chỉ trong một ngày mực nước Yên Bái lên được 3,54m , đây là cường suất nước lên hiếm thấy ở trạm Yên Bái.

Cũng trận lũ này ở hạ lưu sông Thao, nhiều đoạn đê bị vỡ như: đoạn đê Vực Trường (phía trên trạm Phú Thọ 1km) phía dưới trạm Phú Thọ do vỡ đê hữu ngạn, lượng nước lũ đã tràn vào 2 vùng Tam Nông và Thanh Thuỷ làm ngập khoảng 4.000ha diện tích lúa và hao mầu. Theo tính toán, nếu đê hữu ngạn sông Thao không bị vỡ thì mực nước Phú Thọ có thể lên đến 20,3 - 20,4m. Trong trận lũ này lượng nước gia nhập

9

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

của sông Bứa cũng rất lớn. Lưu lượng lớn nhất đo được tại trạm Thanh Sơn sông Bứa đạt tới 2.600m3/s.

+ Sông Lô: Mực nước tại trạm Hà Giang từ 101,72m (19h/7) lên đến 103,77m (3h/12) và đỉnh đợt 2 là 105,21m (17h/15). Mực nước tại trạm Tuyên Quang từ 18,73m (19h/7) lên đến 25,78m (1h/11) và xuất hiện đỉnh đợt 2 là 25,53m (11h/16). Mực nước tại trạm Phù Ninh từ 32,66m (1h/8) lên đến 38,00m (7h/13) và đỉnh đợt 2 là 38,70m (6h/17).

Lưu ý trong trận lũ này, vào giai đoạn đầu từ 12-13/VIII, lũ hạ lưu sông Lô còn ở mức thấp, trong khi đó lũ sông Thao lại rất lớn cho nên mực nước trạm Phù Ninh bị ảnh hưởng nước vật từ Việt Trì lên và do vậy mực nước đỉnh lũ tại Phù Ninh xuất hiện muộn hơn đỉnh lũ Tuyên Quang tới 54 giờ.

Lũ hạ lưu sông Hồng: Do ảnh hưởng tổ hợp lũ sông Đà, Thao và Lô, mực nước sông Hồng tại trạm Sơn Tây từ 9,52m (7h/8) lên đến 13,76m (11h/13) và đỉnh đợt 2 là 14,64m (4h/16) ứng với lưu lượng lớn nhất là 21.300m3/s.

Trạm Hà Nội mực nước từ 6,65m (13h/8) lên đến 11,21m (18h/13) sau đó mực nước Hà Nội tụt xuống một chút rồi lại lên cho đến đỉnh cao nhất là 12,24m (4h/16). Biên độ lũ lên 5,59m, thời gian lũ lên 183 giờ, cường xuất lũ lên trung bình 3cm/h, lớn nhất 8cm/h. Thời gian duy trì mực nước trên mức BĐIII là 4 ngày.

Khi mực nước Hà Nội lên đến 12,24m (4h/16) thì vỡ đê bối huyện Thanh Trì

(cách trạm Hà Nội 10km về phía hạ lưu).

+ Sông Đáy: Mực nước Phủ Lý từ 1,44m (10h/6) lên đến 3,29m (20h/15) nhỏ

hơn BĐII 0,01m.

+ Sông Hoàng Long: Mực nước Bến Đế từ 1,47m (7h/6) lên đến 4,49m (7h/15)

lớn hơn BĐIII 0,49m.

Đặc điểm trận lũ

1. Trận lũ này nói chung mưa nhỏ ở thượng nguồn, mưa nhiều ở trung hạ du (địa phận Việt Nam) đặc biệt là mưa lớn ở lưu vực sông Thao gây ra lũ lịch sử ở trung hạ du sông Thao và lũ lớn ở hạ lưu sông Hồng.

10

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tổng lượng nước trong trận lũ này ở địa phận Trung Quốc (lấy các trạm Lai Châu, Hà Giang, Lào Cai để khống chế) 8,7x109 m3 chỉ bằng 37,5% tổng lượng nước qua mặt cắt Sơn Tây (nếu tính từ biên giới thì khoảng 33%).

So sánh với lũ 1945 ta thấy 1945 lũ cả 3 sông đều lớn. Năm 1968, lũ sông Thao rất lớn. Lưu lượng đỉnh lũ sông Thao tại trạm Yên Bái bằng 9.900m3/s gấp gần 3 lần lưu lượng tại trạm Lào Cai, còn lưu lượng sông Đà tại trạm Hoà Bình bằng 11.000m3/s gấp 2 lần lưu lượng đỉnh lũ tại Lai Châu. Xem bảng 3

Bảng 3: Trận lũ 1945 và 1968

Trận

Sông Đà

Sông Thao

Sông Lô

lũ

Lai Châu Hoà Bình

Lào Cai Yên Bái Hà Giang T.Quang

1945

13.900

17.800

7.330

8.000

1.550

8.000

1968

5.290

11.000

3.600

9.900

750

4.500

Do sự phối hợp của hai cơn bão liên tiếp và các hình thức thời tiết khác nên đã gây ra hai đợt mưa liên tiếp và tạo thành hai đợt lũ nối tiếp nhau từ ba hệ thống sông Đà, Thao và sông Lô. Nhìn chung, cường độ mưa lớn không bao trùm trên diện tích rộng nhưng kéo dài nhiều ngày mưa lớn tập trung ở phần Việt Nam(Sông Thao và Trung Hạ lưu sông Đà), đó cũng là nguyên nhân làm cho lũ hạ lưu sông Hồng đang ở mức thấp dưới 0.7m lên nhanh đến 12,23m, trên báo động III là 0,73m.

2. Do trung tâm mưa ở trung hạ du, nguồn lũ chủ yếu do sông Thao cung cấp nên đỉnh lũ ở hạ du sông Hồng nói chung ít bị bẹt, tổn thất ít, tác dụng điều tiết không nhiều. Thành phần lũ ở mỗi sông tham gia hình thành lũ ở hạ lưu luôn thay đổi theo sự di chuyển của tâm mưa trên lưu vực. Thời kỳ đầu, mưa di chuyển từ lưu vực sông Lô sang thượng lưu sông Đà và thời kỳ sau ảnh hưởng của cơn bão số 4 (Rose), trung tâm mưa di chuyển từ hạ du đến thượng du sông Thao, vì vậy lúc đầu lưu lượng sông Thao tại Yên Bái chỉ chiếm 17% tổng lưu lượng của 3 sông, sau tăng lên 49%. Sông Lô lúc đầu lượng lũ chiếm 44% sau giảm xuống 17%. Sông Đà lúc đầu lượng lũ chiếm 40% sau tăng lên 51%. Lưu lượng tạo đỉnh lũ Hà Nội, xét tại tuyến Hoà Bình, Phú Thọ, Phù Ninh thì sông Đà chiếm 44,2%; Sông Thao chiếm 35,1% và sông Lô chiếm có 20,7%.(theo thống kê nhiều năm tỷ lệ lũ trung bình của sông Đà là 50%, Thao là 22%, Lô 28%).

11

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

3. Trận lũ này đã làm tràn và vỡ hầu hết hệ thống đê bối ở hạ lưu sông Thao,

Hồng và hệ thống sông Thái Bình.

Hệ thống đê bối hữu ngạn sông Thao bị vỡ rất nhiều đoạn, nặng nhất là ở đoạn đê Vực Trường phía hữu ngạn trên mặt cắt trạm Phú Thọ 1km và ở nhiều chỗ phía dưới Phú Thọ vùng Tam Nông, Thanh Thuỷ làm cho mực nước ở Phú Thọ bị tụt xuống trong 16 giờ liền mới lên lại.

Ngày 14, từ sáng đến tối tả ngạn sông Hồng thuộc các huyện Yên Lãng, Yên Lạc, Vĩnh Tường (tỉnh Vĩnh Phú) lần lượt các đoạn đê đều bị tràn và vỡ làm cho mực nước Hà Nội bị tụt xuống 3 cm (từ 11.70m xuống 11.67m) và đứng trong 4 giờ sau mới lên lại.

Hồi 1h ngày 16/VIII đê bối Khuyến Lương thuộc huyện Thanh Trì, Hà Nội bị vỡ làm cho mực nước đỉnh lũ Hà Nội xuất hiện sớm hơn bình thường và thấp đi một ít.

4. Tỷ trọng lũ sông Hồng phân qua sông Đuống ảnh hưởng đến đỉnh lũ hạ lưu sông Thái Bình đợt này chỉ chiếm 57,3% (thông thường chiếm 66,3%) như vậy nói lên rằng: đồng thời với lũ sông hồng thì lũ hệ thống sông Thái Bình cũng rất lớn, mực nước Phả Lại lên đến 6,49m (17h/15/VIII) và xuất hiện trước đỉnh lũ sông Hồng tại Hà Nội 11h. Do lũ hệ thống Sông Thái Bình lớn nên đã làm giảm sự tiêu thoát lũ sông Hồng thông qua sông Đuống.

5. Đợt này, Lũ hạ lưu sông Hồng và Thái Bình vào loại lớn. Lũ ở hạ lưu do tổ

hợp liên tiếp nhiều loại hình thế thời tiết gây mưa lớn kéo dài nhiều ngày.

3.3 Trận lũ lớn năm 1969

Lũ: Hđ Hà Nội = 13.22m (13h/18/VIII)

Hình thế thời tiết gây mưa:

{(ITCZ+(KKL+ACTBD+RTN)+(RTN+ACTBD)}

Mưa: Σ XLVHồng = 318mm. Tx = 12 ngày

a. Diễn biến thời tiết từ ngày 6-18 tháng VIII

Có thể chia làm 3 giai đoạn:

12

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Giai đoạn 1: Từ ngày 6-10: Miền Bắc chịu ảnh hưởng ITCZ có trục nằm theo hướng Tây Bắc-Đông Nam vắt qua vùng Tây Bắc và đồng bằng Bắc Bộ, nối liền với cơn bão Betty ở Thái Bình Dương.

Giai đoạn 2: Từ ngày 11-13: Do ảnh hưởng không khí lạnh về nén rãnh thấp nóng phía tây, kết hợp với rìa lưỡi cao Thái Bình Dương cũng lấn sang phía tây, độ cong xoáy thuận lớn và hình thành vùng hội tụ gió ở khu Đông Bắc, đồng thời ở tầng cao 3000-5000m xuất hiện một rãnh thấp và xoáy thuận làm cho thời tiết miền Bắc nước ta cũng xấu thêm.

Giai đoạn 3: Từ 14-18: Lưu vực sông Hồng chịu ảnh hưởng rãnh thấp nóng phía tây phát triển khá sâu, trên cao rãnh thấp nóng có trục TB-ĐN, xoáy thuận trên cao tồn tại ở vùng Đông Bắc kết hợp với sự hoạt động của rìa lưỡi cao TBD lấn mạnh sang phía tây.

A- Diễn biến mưa:

Ngày 5 và 6 trên lưu vực sông Thao, Lô có mưa nhỏ rải rác, riêng sông Đà có

mưa nhiều nơi từ 10-40mm.

Ngày 7, 8 trên lưu vực sông Hồng có nhiều nơi mưa vừa và to, mưa tập trung ở lưu vực sông Đà. Tổng lượng mưa 2 ngày 7, 8 bình quân trên lưu vực các sông: Đà 78mm, Thao 49mm, Lô 62mm và Hồng 63mm. Những nơi mưa rất to như Than Uyên 155mm, Sìn Hồ 145mm, Phú Thọ 145mm, Tuyên Quang 137mm và Vụ Quang 153mm.

Ngày 9, 10 lượng mưa giảm hẳn, riêng sông Đà vẫn còn nhiều nơi mưa vừa và

to như: Lai Châu 118mm, Than Uyên 142mm, Mường Tè (KT) 87mm...

Ngày 11 lượng mưa tăng trở lại trên toàn lưu vực sông Hồng.

Ngày 12, 13 có mưa rất lớn ở nhiều nơi, đặc biệt vùng trung lưu sông Đà, Lô có mưa trên diện rộng. Tổng lượng mưa 2 ngày bình quân trên lưu vực sông Đà 77mm, Thao 72mm, Lô 148mm và Hồng 84m. Những nơi mưa rất lớn như Than Uyên 205mm, Lai Châu 119mm, Sìn Hồ 117mm, Bắc Quang 195mm, Hà Giang 186mm và Vĩnh Tuy 175mm...

13

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ngày 14, lượng mưa bình quân trên lưu vực sông Hồng giảm, Mưa từ 50-80mm

chỉ xảy ra ở vùng biên giới Việt-Trung.

Ngày 15, 16 và 17 diện tích mưa từ 100-200mm mở rộng đến hết Lai Châu, Sơn La, Nghĩa Lộ, Hà Giang, Tuyên Quang và Bắc Quang. Tổng lượng mưa 3 ngày này đã quyết định hình thành đỉnh lũ lớn ở hạ lưu sông Lô và hạ lưu sông Hồng. Lượng mưa bình quân trên lưu vực sông Đà194mm, Thao 66mm, Lô 142mm và Hồng 106mm. Những vùng mưa rất lớn như Bắc Quang 378mm, Hà Giang 178mm, Sơn La 119mm.

Ngày 18, trên lưu vực sông Thao, Lô lượng mưa giảm hẳn . Lưu vực sông Đà có

mưa vài nơi.

Tổng lượng mưa từ 6-17/VIII, bình quân trên lưu vực sông Đà 351mm, Thao

250mm, Lô 361mm và Hồng 318mm.

B- Diễn biến lũ:

Tình hình nước đệm trước khi sinh lũ: Từ 30/VII đến 6/VIII trên hệ thống sông

Hồng đã có một đợt mưa lũ, mực nước đỉnh lũ Hà Nội lên gần mức BĐII.

Quá trình lũ chia làm 3 giai đoạn:

Đợt 1: Từ ngày 7-11/VIII

+ Sông Đà: Mực nước Lai Châu từ 86,75m (1h/7) lên đến 91,97m (1h/10), mực nước Tạ Bú từ 87,28m (7h/7) lên đến 91,55m (1h/11), mực nước Hoà Bình từ 19,57m (19h/7) lên đến 21,30m (11h/11). Nhìn chung đợt lũ này trên sông Đà nhỏ, mực nước các trạm lên chậm.

+ Sông Thao: xuất hiện lũ nhỏ

- Mực nước Yên Bái từ 28,58m (19h/7) lên đến 29,63m (7h/10).

- Mực nước Phú Thọ từ 16,45m (1h/7) lên đến 17,18m (17h/10).

+ Sông Lô: xuất hiện một đợt lũ nhỏ

- Mực nước trạm Hà Giang từ 101,15m (21h/6) lên nhanh đến 105,40m (6h/9).

- Mực nước trạm Tuyên Quang từ 20,98m (19h/6) lên đến 21,71m (1h/9).

- Mực nước trạm Phù Ninh từ 34,88m (7h/7) lên đến 35,86m (13h/9).

14

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

+ Sông Hồng:

- Mực nước Sơn Tây từ 11,56m (7h/7) lên đến 12,50m (1h/10).

- Mực nước Hà Nội từ 8,72m (17h/7) lên đến 10,17m (24h/11). Biên độ lũ lên 1,45m sau đó xuống chậm.

Đợt 2: Từ ngày 10 đến 15/VIII

+ Sông Đà:

- Mực nước Lai Châu từ 90,95m (7h/11) lên đến 99,96m (4h/13).

- Mực nước Tạ Bú từ 91,03m (19h/11) lên đến 96,90m (17h/13).

- Mực nước Hoà Bình từ 21,30m (14h/12) lên đến 23,20m (16h/14).

Đây là đợt lũ lên nhanh và ở mức cao, trên lưu vực sông Đà, chỉ trong vòng 2 ngày mực nước Hoà Bình tăng được gần 2,0m và ở mức cao, mực nước Lai Châu, Tạ Bú và Vạn Yên đều đạt mức cao nhất trong toàn bộ đợt lũ này.

+ Sông Thao:

- Mực nước Lào Cai từ 77,77m (1h/10) lên đến 80,63m (11h/13). Biên độ lũ lên 2,86m.

- Mực nước Yên Bái từ 28,76m (23h/10) lên đến 32,05m (22h/13). Biên độ lũ lên 3,29m.

- Mực nước Phú Thọ từ 16,89m (21h/11) lên đến 19,22m (19h/14). Biên độ lũ lên 2,33m. Đợt lũ này lượng nước gia nhập khu giữa ở các đoạn Bảo Hà-Yên Bái-Phú Thọ nói chung ít.

+ Sông Lô:

- Mực nước Hà Giang, Tuyên Quang và Phù Ninh đều lên nhanh.

- Mực nước Tuyên Quang từ 20,73m (19h/11) lên đến 28,03m (1h/15). Biên độ lũ lên 7,30m.

- Mực nước Phù Ninh từ 35,47m (1h/12) lên đến 39,53m (7h/15). Biên độ lũ lên 4,06m. Thời gian lũ lên 78 giờ. Cường suất lũ lên trung bình 5,2cm/h.

15

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

+ Sông Hồng:

- Mực nước Sơn Tây từ 12,79m (11h/12) lên đến 14,91m (7h/15). Biên độ lũ lên 2,12m.

- Mực nước Hà Nội từ 10,16m (13h/12) lên đến 12,52m (15h/15). Biên độ lũ lên 2,36m. Thời gian lũ lên 74 giờ. Cường xuất lũ lên trung bình 3,2cm/h.

Đợt 3: Từ 15 đến 19/VIII

+ Sông Đà:

- Mực nước Lai Châu từ 95,83m (13h/15) lên đến 99,56m (21h/16).

- Mực nước Tạ Bú từ 93,94m (9h/15) lên đến 96,38m (21h/16).

- Mực nước Hoà Bình từ 22,33m (5h/16) lên đến 23,27m (24h/17).

Lũ sông Đà đợt này: Mực nước ở trạm Hoà Bình cao hơn đợt trước 7m, nhưng đỉnh lũ tại các trạm Lai Châu, Tạ Bú và Vạn Yên lại thấp hơn đợt trước. Cường suất lũ lên chậm hơn, thời gian lũ lên chỉ khoảng 1,5 ngày. So sánh với một số trận lũ lớn từ đầu thế kỷ tới năm 1969 thì lần này mực nước đỉnh lũ tại Lai Châu đứng thứ 4 sau năm 1940, 1945, 1964 và 1966. Mực nước tại Hoà Bình đứng thứ 2 sau đỉnh lũ năm 1945.

+ Sông Thao:

- Mực nước Lào Cai từ 79,51m (13h/14) lên đến 81,80m (17h/16).

- Mực nước Yên Bái từ 31,14m (12h/15) lên đến 32,08m (7h/17).

- Mực nước Phú Thọ từ 18,82m (1h/16) lên đến 19,62m (4h/18). Biên độ lũ lên có 80cm.

Nhìn chung đợt lũ này nối tiếp đợt lũ trước, biên độ lũ lên nhỏ nhưng mực nước chân lũ ở mức cao, mực nước Yên Bái cao hơn đợt lũ trước 3cm. Trận lũ này lượng nước ra nhập khu giữa không lớn.

+ Sông Lô:

- Mực nước sông Lô tiếp tục lên nối tiếp với đợt lũ trước.

- Mực nước Tuyên Quang lên đến 30,18m (19h/17), Phù Ninh 40,62m (5h/19).

16

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

So sánh với một số trận lũ lớn khác thì ta thấy lũ sông Lô lần này lớn nhất từ

đầu thế kỷ đến 1969, xem bảng 4

Bảng 4- Mực nước đỉnh lũ của các trận lũ lớn trên sông Lô (m)

Trạm

1940

1945

1964

1966

1968

1969

Tuyên Quang

29,21

28,81

24,56

27,00

25,53

30,18

Phù Ninh

39,75

(39,93)

37,10

38,89

38,70

40,62

+ Sông Hồng:

- Mực nước Sơn Tây từ 14,72m (13h/16) lên đến 15,56m (19h/18). Biên độ lũ lên 0,84m.

- Mực nước Hà Nội từ 12,30m (13h/16) lên đến 13,22m (23h/18). Biên độ lũ lên 0,92m. Thời gian duy trì mực nước trên mức BĐIII là 10 ngày.

+ Sông Đáy: Mực nước Phủ Lý từ 1,43m (9h/7) lên đến 3,07m (7h/22) nhỏ hơn

BĐII 0,23m.

+ Sông Hoàng Long: Mực nước Bến Đế từ 1,62m (13h/8) lên đến 3,01m

(1h/21) lớn hơn BĐI 0,01m.

Đặc điểm trận lũ

1. Tổng lượng lũ trên hệ thống sông Hồng: Trong trận lũ này tổng lượng lũ ở phía Trung Quốc là 12,23x109m3 chiếm 38% trong đó sông Đà 6,45.109m3, Thao 3,98.109m3, Lô 1,80.109m3. Như vậy lượng lũ ở Việt Nam chiếm 62%.

2. Thời gian mưa lũ kéo dài ngày: Do tổ hợp liên tiếp nhiều đợt mưa lũ nên thời

gian lũ lên ở hạ lưu sông Hồng kéo dài nhiều ngày.

3. Lũ hạ lưu sông Hồng do tổ hợp lũ 3 sông xuất hiện tương đối đồng thời, song lũ hạ lưu sông Đà lớn, lũ hạ lưu sông Lô vào loại đặc biệt lớn, nhưng lũ sông Thao chỉ vào loại trung bình.

4. Đợt mưa lũ lớn này hoàn toàn không có tác động của hoàn lưu bão và áp thấp

nhiệt đớt.

5. Lũ hạ lưu sông Hồng đợt này vào loại rất lớn, song lũ phía thượng lưu sông Thái bình chỉ vào loại trung bình. Chính vì vậy lũ sông Hồng đã vật mạnh qua

17

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

sông Đuống, kết hợp với lũ thượng nguồn, mực nước Phả Lại cũng lên tới 6,48m(5h/20/VIII). Lưu lượng Thượng Cát tạo đỉnh lũ Phả Lại chiếm 48,8% vượt hơn bình thường khoảng 17,5%.

6. Khi mực nước hà Nội lên đến 13,10m thì mở cống Văn Cốc(công trình phân lũ), lưu lượng ban đầu là 600m3/s, đến14h40' ngày 21 thì đóng hẳn.Lưu lượng phân lũ lướn nhất là 1700m3/s>theo tính toán do có phân lũ qua công trình Văn Cốc nên nước Hà nội giảm đi khoảng 10cm

7. Đợt lũ này cũng đã làm tràn vỡ hầu hát các đê bối ở hạ lưu sông Thao, sông

Hồng và sông Thái Bình

Lúc 13h/14 vỡ đê bối Cự Khối, Tầm Xá phía bờ tả dưới Hà Nội.

Lúc 1h/16 vỡ đê bối Thanh Trì, Hà Nội.

Lúc 17h/17 vỡ đê Châu Cầu phía cuối sông Đướng nên đã làm cho mực nước Phả Lại biến dạng từ 6,28m(17h/17) tụt xuống 6,16m rồi lên 6,28m(14h/18) và đứng đến 20h/18 sau lại tụt xuống 6,25m(5h/19), rồi lại tiếp tục lên đến 6,48m(5h/20) rồi xuống dần.

Lúc 2h/18 vỡ đê bối Văn Giang, Hưng Yên.

8. Thời gian lũ cao không trùng với thời kỳ triều cường

3.4 Trận lũ lớn năm 1970

Lũ: Hđ Hà Nội = 12.05m (17h/28/VII)

Hình thế thời tiết gây mưa:

{(KKL+ACTBD+RTN)}

Mưa: Σ XLVHồng = 93mm. Tx = 5 ngày

a- Thời tiết: Từ ngày 23-27/VII/1970: Do ảnh hưởng tổ hợp các hình thái thời tiết gây mưa: Bộ phận không khí lạnh ở phía bắc di chuyển xuống nén rãnh thấp nóng phía tây, trên cao 5000m hình thành một rảnh thấp và xoáy thuận hoạt động gây ra mưa nhiều nơi ở Bắc bộ, đặc biệt là ở vùng tây bắc Bắc Bộ. Ngày 26, rìa lưỡi cao Thái Bình dương phát triển mạnh sang phía tây, kết hợp với vùng thấp tạo thành vùng hội tụ gió ở khu vực Đông Bắc và Việt bắc gây ra mưa vừa và to ở nhiều nơi.

18

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

b- Diễn biến mưa:

Ngày 23, trên lưu vực sông Đà từ Lý Tiên Độ về Lai Châu có mưa vừa và to, Tại Lý Tiên Độ 36,0mm, Pa Thắng 104,0mm, Mường Bum 83,9mm, Phong Thổ 51,6mm, các nơi khác trên lưu vực sông Đà, Thao và Lô đều có mưa nhỏ rải rác.

Ngày 24, diện mưa mở rộng và chuyển xuống vùng trung du. Trên lưu vực sông Đà, tại Pa Thắng 74,9mm, Mường Bum 201,3mm, Phong Thổ 59,7mm, Mù Căng Chải 47,5mm, Quỳnh Nhai 42,7mm. Các nơi khác từ Sơn La đến Hoà Bình có nhiều nơi mưa vừa.

Ngày 25, lượng mưa ở thượng lưu các sông có giảm đi và chuyển dần về hạ lưu. Trên sông Đà từ Vạn Yên trở xuống đều có mưa vừa và to, tại Suối Rút 67,6mm, Hoà Bình 51,8mm và chợ Bờ 100,7mm v.v...

Ngày 26, trung tâm mưa lớn lại trở lại vùng trung thượng lưu sông Đà, Lý Tiên Độ 34,0mm, Mường Bum 74,5mm, Than Uyên 72,4mm, Bản Củng 44,8mm, Quỳnh Nhai 54,0mm, Thuận Châu 51,5mm và các nơi khác đều có mưa vừa.

Như vậy, trong đợt này lượng mưa lớn tập trung vào 3 ngày 24, 25 và 26/VII.

Tổng lượng mưa từ 23 đến 27/VII bình quân trên lưu vực sông Đà 130mm,

Thao 53mm, Lô 53mm và Hồng 93mm.

c. Diễn biến lũ

• Tình hình lũ trước 23/VII: Từ ngày 14 đến 23/VII, trên lưu vực sông Hồng đã có 2 đợt mưa liên tiếp với biên độ lũ ở hạ lưu hệ thống sông Hồng từ 1-3,3m. Tương ứng với đỉnh lũ Hà Nội là 11,07m (21h/17) và 10,91m (8h/23) và chân lũ đợt lũ sau cao hơn chân lũ đợt lũ trước là 7,76m (7h/15) và 10,02m (1h/21). Qua đó nói lên rằng, đó là điều kiện bất lợi để hình thành đợt lũ lớn cuối tháng VII với Hđ Hà Nội 12,05m (7h/28).

• Diễn biến lũ từ 23/VII-2/VIII

Sông Đà: Chiều 23, mực nước các trạm Mường Tè, Lai Châu và Tạ Bú bắt đầu lên lại, ngày 24 lũ lên rất nhanh. Đến 1h/25 mực nước đỉnh lũ Lai Châu là 98,83m, ứng với lưu lượng 9620m3/s. Mực nước Tạ Bú từ 91,35m (19h/23) lên đến 95,81m

19

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

(13h/25), ứng với lưu lượng 14.000m3/s. Mực nước Hoà Bình từ 21,16m (7h/24) lên đến 22,61m (22h/25), ứng với lưu lượng 13.600m3/s.

Sông Thao: Xuất hiện 2 đợt lũ nhỏ liên tiếp với biên độ lũ lên từ 1,0-1,5m. Đỉnh lũ lớn nhất tại các vị trí: Lào Cai 80,12m (23h/24), Yên Bái 31,43m (14h/25) và Phú Thọ 18,81m (11h/28).

Sông Lô: Do tâm mưa lớn tập trung ở lưu vực sông Lô, nên hệ thống sông Lô

xuất hiện một đợt lũ khá lớn.

Mực nước Hà Giang từ 104,08m (19h/23) lên đến 107,68m (10h/27). Mực nước Tuyên Quang từ 20,97m (13h/24) lên đến 26,87m (9h/28) vượt BĐIII 0,87m, thời gian duy trì mực nước trên mức BĐIII là 7 ngày. Mực nước Phù Ninh từ 35,51m (21h/24) lên đến 38,98m (23h/28), ứng với Qmax= 5080m3/s, biên độ lũ lên 3,47m.

Sông Hồng: Mực nước Sơn Tây từ 13,04m (3h/25) lên đến 14,52m (8h/28), vượt BĐIII 0,12m, ứng với lưu lượng đỉnh lũ 21.700m3/s. Mực nước Hà Nội từ 10,38m (7h/25) lên đến 12,05m (17h/28), vượt BĐIII 0,55m và ứng với Qmax= 14.400m3/s; thời gian mực nước Hà Nội duy trì trên mức BĐIII là 10 ngày.

Sông Hoàng Long: Mực nước đỉnh lũ Bến Đế 2,67m < BĐI 0,33m.

Sông Đáy: Mực nước đỉnh lũ tại Phủ Lý 2,66m > BĐI 0,16m.

Nhận xét:

1. Đây là đợt lũ lớn xuất hiện ở hạ lưu hệ thống sông Hồng. Mực nước trước khi

lũ lên, sông Hồng ở gần mức BĐII.

2. Lũ hạ lưu hệ thống sông Hồng chủ yếu do lũ sông Lô và Đà cung cấp.

3. Thời tiết gây mưa lũ: Không có hoàn lưu bão tham gia.

3.5. Trận lũ lịch sử năm 1971

- Lũ: HđHà Nội: 14,13m (5h/22/VIII)

- Hình thế thời tiết gây mưa: (GHTNĐ + RTN +T + CTBD)

- Mưa: Σ XLVHồng = 2553mm. Tx = 10 ngày

a- Diễn biến thời tiết từ ngày 12 đến 21 tháng VIII

20

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Miền Bắc nước ta chịu ảnh hưởng chủ yếu hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới (ITCZ), rãnh thấp nóng phía tây (RTN), hoàn lưu bão xa, rìa lưỡi cao Thái Bình Dương (ACTBD) phát triển mạnh sang phía tây.

+ Ngày 12, hoạt động mạnh của ITCZ.

+ Ngày 13, hồi 7h trung tâm bão ở vĩ độ 170N và kinh độ 1280E; RTN phía tây có trục Tây Bắc-Đông Nam. GHTNĐ nối liền RTN với bão ở ngoài phía tây biển Thái Bình Dương.

+ Ngày 14, hồi 7h trung tâm bão ở 180N-121,20E, bão di chuyển theo hướng Tây Bắc. RTN phía tây vẫn ảnh hưởng tới Bắc Bộ. ITCZ nối với bão ở vĩ độ 19- 200N.

+ Ngày 15, hồi 7h trung tâm bão ở 18,40N-1160E di chuyển theo hướng Tây Bắc.

Bão và RTN phía tây tạo thành một rãnh thấp có trục TB-ĐN.

+ Ngày 16, bão vẫn di chuyển theo hướng Tây Bắc, ITCZ dịch lên vùng đồng

bằng Bắc Bộ và có trục vắt qua cả vùng Tây Bắc.

+ Ngày 17, ITCZ hoạt động mạnh lên, đồng thời có sự tác động của rìa lưỡi cao

TBD và xoáy thấp trên cao cùng với thấp bão.

+ Ngày 18, ảnh hưởng hoạt động của ITCZ phối hợp với xoáy thấp trên cao và rìa lưỡi cao TBD. Ngày 18, bão đổ bộ vào vùng Hương Cảng (Trung Quốc) và đầy dần lên. Rãnh thấp bao trùm cả miền Bắc nước ta, ITCZ năm theo hướng TB-ĐN chạy dọc theo sông Thao xuống đến vùng đồng bằng trung du Bắc Bộ.

+ Ngày 19, miền Bắc vẫn chịu ảnh hưởng của ITCZ có trục TB-ĐN xoáy thấp

đầy lên, rìa lưỡi cao TBD phát triển sang phía Tây.

+ Ngày 20, GHTNĐ dịch chuyển dần xuống phía Nam và cắt ngang qua vùng Thanh Hoá. Mặt khác, rìa lưỡi cao TBD lấn vào phía đông bắc Bắc Bộ, gió đông nam khá mạnh.

+ Ngày 21, thời tiết miền Bắc tốt hẳn lên.

b- Diễn biến mưa

+ Ngày 12, có mưa rải rác nhiều nơi trên lưu vực sông Hồng.

21

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

+ Ngày 13, trên lưu vực sông Hồng có nhiều nơi mưa từ 20-50mm, có nơi mưa

trên 100mm như: Hà Giang 102mm, Chiêm Hoá 108mm.

+ Ngày 14, mưa chủ yếu từ 10-20mm, có nơi mưa trên 50mm như: Sa Pa 78mm,

Yên Bái 51mm.

+ Ngày 15, thượng nguồn sông Lô-Gâm lượng mưa tăng lên phần lớn trên 25mm, một số nơi như: Hà Giang, Ngòi Sảo và Bắc Mê mưa trên 50mm.

+ Ngày 16, vùng mưa trung du sông Lô-Gâm mưa phổ biến 25-50mm, tâm mưa lớn 100-200mm nằm gọn trong vùng Vĩnh Tuy-Bắc Quang, tại Việt Lâm mưa 232mm.

+ Ngày 17, mưa lớn trên diện rộng, lượng mưa trên 50mm bao trùm vùng trung du tả ngạn sông Đà, toàn bộ lưu vực sông Thao và Lô. Vùng Lào Cai-Bảo Hà mưa lớn hơn 100mm. Đặc biệt có nơi mưa rất to như: Việt Lâm 269mm, Bắc Quang 251mm. Vùng hữu ngạn sông Đà mưa từ 25-50mm. ở địa phận Trung Quốc mưa 40-60mm, riêng trạm Mạn Hảo mưa 83mm. Lượng mưa ngày 17 bình quân trên lưu vực sông Đà 42mm, Thao 84mm, Lô 91mm và Hồng 68mm.

+ Ngày 18, vùng mưa 100-200mm lấn dần sang phía tây bao trùm vùng Bắc Quang, Bắc Hà, Lào Cai và Bảo Hà. Vùng mưa 50-100mm thu hẹp lên phía bắc một chút bao trùm Hà Giang, Tuyên Quang, Lai Châu... Địa phận Trung Quốc mưa dưới 25mm, riêng Kim Thuỷ Hà mưa 34mm.

+ Ngày 19, vùng thượng lưu sông Đà và toàn bộ trung hạ lưu sông Thao, Lô mưa từ 26-50mm. Vùng mưa 50-100mm phân bố dọc theo hướng núi TB-ĐN bao trùm Lào Cai, Lục Yên. Một số trạm thuộc địa phận Trung Quốc như: Hồng Hà, Mạn Hảo, Kim Thuỷ Hà mưa từ 25-50mm, riêng Lý Tiên Độ mưa 88mm.

+ Ngày 20, trên lưu vực vẫn còn từ 10-20mm, riêng vùng trung hạ du sông Thao, Lô từ Yên Bái, Hàm Yên, Chiêm Hoá tới miền đồng bằng trung du Bắc Bộ mưa từ 25-50mm.

+ Ngày 21, lượng mưa giảm hẳn, trên lưu vực sông Hồng chỉ còn mưa rải rác.

22

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tổng lượng mưa 3 ngày 16, 17 và 18 bình quân trên lưu vực sông Đà 104mm, Thao 128mm, Lô 148mm và Hồng 123mm. Những nơi mưa lớn như Sìn Hồ 242mm, Lào Cai 272mm, Hà Giang 252mm.

Tổng lượng mưa 10 ngày từ 12 đến 21 tháng VIII bình quân trên lưu vực sông Đà 211mm, Thao 280mm, Lô 295mm và Hồng 255mm. Những vùng mưa rất lớn như Sìn Hồ 454mm, Nậm Giàng 326mm, Tam Đường 302mm, Sa Pa 381mm, Lào Cai 386mm, Yên Bái 323mm...

Nhận xét:

+ Mưa lớn trên diện rộng, bao trùm nhiều lưu vực sông, cả miền núi, trung du và đồng bằng Bắc Bộ, đã tạo nên một sự tổ hợp lũ rất bất lợi giữa sông Hồng và sông Thái Bình, giữa lũ từ nguồn về và úng ở vùng đồng bằng Bắc Bộ.

+ Mưa kéo dài thành nhiều đợt liên tiếp, càng về sau cường độ càng lớn. Đó là

một dạng phân bố mưa rất dễ tạo nên lũ cao.

+

Từ ngày 6 đến 12 khu giữa Yên Bái-Phú Thọ đã mưa 200-300mm, trung hạ du các sông đều mưa trên100mm. Mưa chính thức gây ra trận lũ lớn nhất bắt đầu từ ngày 13-20, trong đó có thể phân thành 2 đợt: đợt 13-16 và 17-20. Lượng mưa có tính chất quyết định tạo đỉnh lũ lớn tập trung vào 3 ngày 17, 18 và 19 tháng VIII.

+

Trung tâm mưa lớn nằm ở lưu vực sông Lô-Gâm (địa phận Việt Nam), trung du sông Thao (từ biên giới Lào cai đến Phú Thọ) và một bộ phận diện tích tỉnh Lai Châu (Phong Thổ, Sìn Hồ). Trung tâm mưa trên 600mm nằm trên một dải hẹp từ Yên Bình Xá đến Việt Lâm.

c- Diễn biến lũ

Tình hình trước khi sinh lũ: Lòng sông đầy nước và mặt đệm lưu vực đã bão hoà. Từ đầu tháng VII đến 12 tháng VIII, mưa lũ xảy ra liên tiếp trên hệ thống sông Hồng. ở trung hạ du các sông Đà, Thao, Lô, đất đã bão hoà nước. Nếu dùng lượng mưa ảnh hưởng kỳ trước Pa để đặc trưng cho lượng trữ nước trong đất trước khi xảy ra lũ thì ở nhiều nơi tới ngày 13/VIII, độ ẩm Pa đã đạt mức bão hoà Imax, xem báng 5.

23

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 5. Đặc trưng độ ẩm trong đất

Khu vực

Sông

Imax(mm)

Pa (mm)

Thao

Lào Cai – Yên Bái

60

60

Yên Bái – Phú Thọ

90

57

Đà

Lý Tên Độ – Lai Châu

80

64

Vạn Yên – Hoà Bình

60

60

Điều đó nói lên điều kiện ban đầu bất lợi của trận lũ lịch sử hiếm thấy.

Toàn bộ quá trình lũ lên có thể chia làm 2 đợt:

Đợt 1: Từ 13-16/VIII: Trên sông Đà, Thao và Lô hình thành một cơn lũ nhỏ làm cho mực nước Hà Nội trưa ngày 17 lên chậm dần rồi gần như đứng lại ở mức 11,20m. Xem bảng 6.

Bảng 6. Đặc trưng đợt lũ đầu

Biên độ

Trạm

Sông

Chân Lũ

Đỉnh lũ

lũ lên

Txh

Hc (m)

Txh

Hđ (m)

∆H(m)

Hoà Bình

Đà

13h/14/VIII

20,86

1h/16/VIII

21,55

0,69

Yên Bái

Thao

3h/13/VIII

31,01

20h/15/VIII

32,43

1,42

Phù Ninh

Lô

11h/13/VIII

36,04

19h/14/VIII

36,76

0,72

Hà Nội

Hồng

2h/14/VIII

10,37

10h/17/VIII

11,20

0,83

Đợt 2: Từ 17-21/VIII: Tương đồng với diễn biến mưa, ngày 16, mực nước các sông bắt đầu lên lại, đặc biệt do mưa tập trung vào 2 ngày 17 và 18 nên lũ lên rất nhanh trên cả 3 hệ thống sông Đà, Thao và Lô.

+ Sông Đà: ở thượng nguồn mực nước lên lại từ ngày 15/VIII. Từ Lai Châu đến Hoà Bình lũ lên nhanh nhất trong 2 ngày 17 và 18. Xem bảng 7.

24

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 7. Biên độ nước lên tại một số trạm trên sông Đà

Trạm

Biên độ nước lên

Ngày 16

Ngày 17

Ngày 18

Lai Châu

3,43

4,42

3,26

Tạ Bú

0,59

3,33

3,61

Vạn Yên

0,19

3,19

5,83

Hoà Bình

-0,14

0,86

0,86

Trên sông Đà, ở mức lũ cao, cường suất nước lên như vậy là rất lớn và ít khi gặp

thấy.

Lúc 7h ngày 19 tháng VIII, mực nước Hoà Bình lên đến mức 23,20m rồi dừng lại một ít, sau đó lên thêm 0,41m rồi tới đỉnh 23,61m (18h/19), đứng thứ hai tính từ đầu thế kỷ tới nay, sau năm 1945. Lưu lượng lớn nhất là 16.100m3/s, đứng thứ 3 sau năm 1945 và 1964.

Diễn biến lưu lượng trên sông Đà từ thượng lưu đến hạ lưu cũng phù hợp với sự phân bố mưa trên lưu vực và tương tự với trường hợp lũ năm 1969, nhưng lượng nước năm 1971 lớn hơn năm 1969 một ít.

Điều đáng chú ý đợt này, nguồn gốc lũ không phải ở khu vực Pa Thắng-Lai Châu mà hầu như trải khắp lưu vực, tuy có một trung tâm mưa trên 400mm ở vùng Sìn Hồ và một trung tâm nhỏ ở Mường Trai. Do đó nước tập trung nhanh, khi mưa trên lưu vực vừa mới dứt thì đã xuất hiện đỉnh lũ ở Hoà Bình.

+Sông Thao: Do mưa phân bố rộng và kéo dài nên lũ lớn đều từ thượng lưu đến hạ lưu và đỉnh lũ xuất hiện muộn hơn sông Đà.

Ngày 16 và 17 tháng VIII, mực nước các trạm từ Lào Cai đến Yên Bái bắt đầu len lại, ngày 17 lũ lên nhanh nhất. Ngày 18, mực nước Lào cai xuống một ít, còn mực nước Yên Bái lên chậm sau đó lên nhanh hơn. Mực nước cao nhất đo được tại trạm Lào Cai là 86,85m (6h/19), cao hơn năm 1945 là 1,56m. Mực nước lớn nhất đo được ở Yên Bái là 33,04m (15h/20).

25

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Khác với ngọn lũ lớn tháng VIII/1968, do mưa tập trung trên lưu vực Ngòi Thia, ngọn lũ năm 1971 có dạng bầu hơn (tổng lượng lũ 8 ngày của Yên Bái ứng với tổng lượng lũ 8 ngày lớn nhất của Sơn Tây là: Năm 1971 là 4,91 tỉ m3; năm 1968 là 3,70 tỉ m3 và năm 1945 là 3,9 tỉ m3) nên khi truyền về hạ du ít bẹt hơn. Tại Yên Bái tuy mực nước đỉnh lũ có thấp hơn năm 1968 là 7cm, nhưng về tới trạm thuỷ văn Hạ Hoà đã cao hơn năm 1968 là 23cm, tới Phú Thọ gặp nước ứ vật của sông Lô và Đà nên mực nước hạ lưu sông Thao dâng cao chưa từng thấy. Tại trạm Phú Thọ Hmax = 20,84m (9h/20), sau khi đã bị ảnh hưởng của vỡ đê Lâm Thao, Thanh Ba và Cẩm Khê. Đê sông Thao năm 1971 được củng cố nhiều hơn năm 1968, nên so với năm 1968 đê vỡ ở mức cao hơn (năm 1968 không vỡ đê Lâm Thao nhưng đê Tam Nông bị vỡ lúc 5h/14, mực nước Phú Thọ 19,20m; Vực Trường, Thanh Ba vỡ khi mực nước Phú Thọ 19,80m. Năm 1971, đê Thanh Ba bị vỡ ở mức 20,50m, đê Tam nông chủ động phá lúc 5h/22 khi mực nước Phú Thọ 20,60m và đã xuống được 29cm. Đê Lâm Thao vỡ lúc 4h/20 khi mực nước Phú Thọ 20,60m. Nếu không bị tràn vỡ đê thì mực nước hoàn nguyên tại trạm Phú Thọ có thể lên đến 21,1-21,2m.

+ Sông Lô: Trong 2 ngày 17 và 18, lũ lên rất nhanh trên cả hai sông Lô và Gâm nhưng lũ sông Gâm xuống sớm hơn một ngày. Lũ sông Gâm và sông Lô lớn chưa từng thấy, mực nước cao nhất đo được tại Chiêm Hoá là 34,28m (4h/19) cao hơn lũ năm 1945 là 4,31m, cao hơn lũ năm 1969 là 3,66m. Tại trạm Hàm Yên mực nước cao nhất đo được là 33,98m (24h/19) cao hơn lũ năm 1945 là 2,89m và năm 1969 là 1,1m.

Biên độ mực nước lũ trên sông Lô tăng dần từ thượng lưu đến hạ lưu, chứng tỏ

mưa khu giữa Hà Giang-Hàm Yên rất lớn. Xem bảng 8.

Bảng 8. Biên độ lũ lên tại một số trạm dọc sông Lô

Trạm

LĐàm Trại Hà Giang Bắc Quang Vĩnh Tuy Hàm Yên

3,6

7,95

9,04

9,09

10,05

∆HL(m)

Lưu lượng lớn nhất tại Hàm yên là 5.130m3/s, tại Chiêm Hoá 6.250 m3/s như

vậy thành phần lũ của sông Gâm lớn hơn sông Lô một ít.

Tại Tuyên Quang, mực nước cao nhất đo được là 31,89m (5h/20) cao hơn lũ

năm 1945 là 3,08m, cao hơn lũ năm 1969 là 1,71m.

26

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Lũ sông Chảy lên muộn hơn lũ sông Lô và có phần nào bị ảnh hưởng điều tiết của kho nước Thác Bà đang hình thành. Vào lúc 6h/19/VIII, nhận thấy lũ thượng nguồn sông Chảy về lớn, công trình hồ Thác Bà đã mở nốt cửa cống thứ 3, làm cho mực nước hạ du lên rất nhanh. Trong khi đó ở thượng lưu đập, do thoát nước bị hạn chế nên mực nước tiếp tục dâng lên. mực nước cao nhất đo được tại trạm thuỷ văn Thác Bà là 29,60m (9h/21). Lưu lượng lớn nhất là 2400m3/s. Ước tính nếu không bị ảnh hưởng điều tiết thì lưu lượng tại trạm Thác Bà có thể đạt 2800 đến 3000m3/s.

Mực nước đỉnh lũ ở Phù Ninh xuất hiện muộn hơn ở Hoà Bình, Phú Thọ và đứng tương đối lâu: 41,58m (2h/21), cao hơn lũ 1969 là 0,96m, cao hơn lũ năm 1945 là 1,65m (Hmax 1945 Phù Ninh là mực nước điều tra lũ của VPSH). Lưu lượng lớn nhất tại Phù Ninh là 13.800m3/s.

Ở hạ du sông Hồng: lũ lên nhanh là do sự tổ hợp lũ đặc biệt lớn trên sông Lô, sông Thao với lũ lớn trên sông Đà. Mực nước 3 sông lên nhanh trong 2 ngày 17 và 18 nên sau đó 1 ngày tức là ngày 18 và 19 là 4cm/h.

Tại tuyến Hoà Bình, Phú Thọ, Phù Ninh, vào lúc 13h/20/VIII, tổng lưu lượng 3 sông Đà, Thao, Lô, đạt gần 4 vạn m3/s (39.990m3/s), khi ấy lưu lượng Hoà Bình đã giảm trước 12-18h. Lưu lượng trạm Phú Thọ (hoàn nguyên) vừa tới đỉnh, lưu lượng trạm Phù Ninh còn cách đỉnh 6h. Nếu xét về mực nước thì Hmax Thanh Ba còn cách đỉnh 12h, HmaxPhù Ninh còn cách đỉnh 18h.

• Diễn biến lũ ở hạ lưu sông Hồng trong giai đoạn mức nước cao có thể

tóm tắt như sau:

- 7h ngày 18, mực nước Hà Nội là 11,53m cao hơn mức BĐIII 3cm, mực

nước lên tương đối nhanh.

- 7h ngày 19, mực nước Hà Nội là 12,47m trong ngày 19/VIII các đê ở hạ du sông Lô, Đà và đê tả ngạn sông Hồng thuộc huyện Vĩnh Tường, ở hữu ngạn sông Hồng đê bối thuộc huyện Thanh Trì đều bị tràn, vỡ. Lúc 24h ngày 19, mực nước Việt Trì lên đến mức 16,72m đột nhiên giảm xuống 4cm rồi lại lên lại vào 5h ngày 19. Sau đó 10h, vào lúc 12h ngày 19 mực nước Hà Nội lên đến mức 12,66m đứng trong 3 giờ, sau đó lại lên nhanh với cường suất 5-9cm/h.

27

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Hồi 4h ngày 20, mở đập Vân Cốc, cũng 4h ngày 20 bắt đầu vỡ đê Lâm Thao làm cho mực nước Việt Trì đang lên với cường suất trung bình 3cm/h. Đến 12h/20 mực nước Việt Trì từ mức 18,00m giảm đi 1cm và đứng ở mức 17,99m trong 6h, rồi tiếp tục giảm 6cm trong vòng 11h đến 5h ngày 21. Mực nước Hà Nội lên chậm dần và gần như đứng ở mức 13,84m và xuống 2cm trong vòng 11h từ 19h/20 đến 5h/21.

- Hồi 6h ngày 21, vùng Lâm Thao nước lũ lấp đầy, đồng thời nước trong cánh đồng Lâm Thao đổ ra sông ở nhiều nơi. Lúc 5h ngày 21 đê Vĩnh Lại có tới 693m đê bị vỡ. Hồi 9h ngày 21 đê Cao Xá và Minh Nông bị vỡ một đoạn dài 470m, nên mực nước Việt Trì lên lại và sau đó mực nước Hà Nội cũng lên lại. Mục nước cao nhất đo được ở Việt Trì là 18,17m (24h/21), ở Sơn Tây là 16,29m (23h/21), Hà Nội là 14,13m (5h/22), cao hơn mực nước thực đo lũ năm 1945 là 1.45m.

- Thời gian chênh lệch đỉnh lũ 3 trạm Việt Trì, Sơn Tây và Hà Nội không chênh lệch nhau mấy ( Hà Nội lên lại trước Sơn Tây 2h) có thể là do đặc điểm thuỷ lực của một đoạn sông có phân lũ.

- Vào lúc 1h45' ngày 22, vỡ đê Khe Thượng trên sông Đà.

- Vào hồi 5h ngày 22, phá đê Tam Nông ở hữu ngạn sông Thao làm cho mực nước hạ lưu sông hồng rút nhanh nhưng không ảnh hưởng tới mực nước đỉnh lũ Hà Nội.

- Vào hồi 20h45' ngày 22 vỡ đê Cống Thôn ở tả ngạn sông Đuống, lúc mực nước Hà Nội là 13,87m đã xuống được 26cm. Do vỡ đê Cống Thôn làm cho mực nước Thượng Cát, Hà Nội xuống nhanh hơn mực nước Việt Trì, Sơn Tây.

Thời gian nước lên tại Hà Nội là 8 ngày 3 giờ, nếu không bị ảnh hưởng của phân lũ Vân Cốc và vỡ đê Lâm Thao thì đỉnh lũ Hà Nội có thể xuất hiện sớm hơn vào khoảng19h ngày21 tháng VIII, tức là sau khi dứt mưa trên toàn lưu vực đúng một ngày.

28

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Cũng từ thực tế trên, chúng ta thấy rõ ràng rằng, việc kéo dài thời gian dự kiến của dự báo cho Hà Nội để phục vụ cho việc phân chậm lũ và điều hành Hồ Hoà Bình... sẽ hạn chế nhiều nếu không có sự dự báo chính xác về mưa trên lưu vực.

Thời gian mực nước duy trì trên mức 11,50m ở Hà Nội kéo dài trên 8 ngày, trên

mức 13,30m kéo dài trong khoảng 3,5 ngày.

Lưu lượng lớn nhất đo được tại Sơn Tây là 34.000m3/s, tại Hà Nội là 22.200 m3/s, tại Thượng Cát trên sông Đuống là 9,150m3/s. Tổng lượng nước thực đo qua mặt cắt Sơn Tây từ ngày 13 đến 26 tháng VIII là 25,6x109

m3/s. Tổng lượng nước mất đi qua khe Thượng khoảng 500-600x106m3, qua cống phân lũ Văn Cốc khoảng 700 - 900x106m3.

Lưu lượng lớn nhất hoàn nguyên tại Sơn Tây đạt khoảng 37.800m3/s tại Hà Nội với Thượng Cát khoảng 33.800m3/s. Tổng lượng lũ hoàn nguyên qua Sơn Tây bằng khoảng 26,2x109 m3.

+ Sông Đáy: Mực nước Phủ Lý từ 2,65m (1h/11) lên đến 4,12m (2h/28) lớn hơn BĐIII 0,02m.

+ Sông Hoàng Long: Mực nước Bến Đế từ 2,60m (19h/11) lên đến 3,45m 1h/14) lớn hơn BĐI 0,45m.

d- Đặc điểm lũ

1. Vị trí hết sức quan trọng của lũ sông Lô trong sự hình thành lũ đặc biệt lớn sông Hồng năm 1971 là sự tổ hợp của lũ đặc biệt lớn sông Lô với lũ đặc biệt lớn sông Thao; Sự tổ hợp ít thấy giữa lũ sông Hồng và sông Thái Bình; giữa lũ trên nguồn về với mưa úng trong đồng.

2. Cường suất nước lên ở phần nước cao rất lớn, dạng lũ nhọn. Những đặc điểm đó do 2 nhân tố quyết định: Dạng phân bố mưa theo thời gian (tập trung vào đợt mưa về cuối) và nguồn gốc lũ (chủ yếu là do lũ sông Lô và đại bộ phận vùng sinh lũ nằm trên địa phận Việt Nam).

Cường suất mực nước trung bình tương ứng từ mức BĐIII trở nên của Hà Nội: Tại Hoà Bình 3,7cm/h (năm 1945: 2cm/h); tại Yên Bái là 3,9cm/h (năm 1945: 1,3cm/h); tại Tuyên Quang là 8,8cm/h (năm 1945: 3cm/h). Tổng lưu lượng 3

29

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

trạm Hoà Bình, Phú Thọ và Phù Ninh trung bình trong mỗi giờ tăng lên được 275m3/s (năm 1945: 122m3/s).

Nguồn gốc lũ chủ yếu là ở địa phận Việt Nam, nhưng lũ thượng nguồn thuộc địa

phận Trung Quốc cũng góp phần quan trọng, xem bảng 9.

Bảng 9. Tổng lưu lượng tại các tuyến, Q(m3/s)

Tuyến

Các trạm

Q1max+...+Q3max

Q1max+...+Q3max (nếu 3 đỉnh gặp nhau)

1

8.680

Lý Tiên Độ + Mạn Hảo +Long Đàm Trại

(3.420+4.930+330)

2

Lai Châu + Lào Cai +

20.300

22.500

Hà Giang

(lúc 23h/18)

(11.000+8.450+3.060)

3

V.Yên + Y.Bái +

40.870

42450

T.Quang + Thác Bà

(lúc 13h/19)

(17.500+10.500+1.200+2.4 50)

4

39.990

40.600

Hoà Bình + Phú Thọ + Phù Ninh

(lúc 13h/20)

(16.100+10.600+13.900)

Tổng lượng trận lũ từ 12 đến 24 tháng VIII qua tuyến Lai Châu, Lào Cai, Hà

Giang là 12,49x109m3. Lượng gia nhập ở hạ du 3 sông tương đối lớn nhưng trải ra trong nhiều ngày.

3. Lũ lớn xảy ra không gặp bão.

4. Điều kiện thoát lũ bất lợi:

Hệ thống đê bối, đê địa phương ở hạ lưu các hệ thống sông Đà, Thao, Lô và Hồng... đã làm cản trở điều kiện thoát lũ và góp phần làm cho lũ lên nhanh trong những ngày đầu cơn lũ .

Cầu Long Biên bị ngập ở những nhịp có gia cố, cầu Đuống bị ngập sâu trên

0,5m.

30

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Lũ sông Thái Bình cũng rất lớn nên nước lũ sông Hồng thoát qua sông Đuống

cũng bị hạn chế.

e- So sánh đặc điểm mưa lũ năm 1971 với lũ năm 1969 và 1945

1. Ba trận lũ năm1971, 1969, 1945 đều không có bão đổ bộ trực tiếp vào Bắc Bộ

nhưng lũ 1971, 1945 có bão đổ bộ vào Trung Quốc.

2. Diện mưa và lũ năm 1945 và 1971 lớn hơn 1969, mưa lớn trên toàn lưu vực

sông Hồng và đồng bằng Bắc Bộ.

3. Tháng VIII, lượng lũ năm 1945 và 1971 đều rất lớn, hơn năm 1969. Tổng

lượng lũ 60 ngày lớn nhất qua Sơn Tây như sau:

Từ 14/VII – 11/IX năm 1971: W = 82,4x109m3

Từ 2/VII – 30/VIII năm 1945: W = 75,7x109m3

Từ 3/VII – 6/IX năm 1969: W = 56,4x109m3

4. Năm 1945 lũ sông Đà chiếm tỉ lệ rất lớn, lũ sông Thao và Lô nhỏ. Năm 1969 lũ sông Đà và sông Lô lớn, sông Thao nhỏ. Năm 1971 lũ sông Thao và sông Lô đều đặc biệt lớn, vượt xa năm 1945, 1969 đến hàng 1-2m nên gây ra thiệt hại rất lớn dọc hai thung lũng sông này.

Ở đồng bằng, trong những ngày có lũ lớn thì mưa trong đồng bằng cũng lớn, ngày 19 đến 20 tháng VIII mưa lại truyền về hạ du làm cho việc hộ đê rất vất vả. Năm 1945, gần ngày đỉnh lũ mưa có nhỏ hơn và năm 1969 thì không có mưa.

31

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN **********

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ **********

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ============================================================ Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với cồng nghệ điều hành hệ thống công trình chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông thái Bình Phụ lục II-2 Nghiên cứu đánh giá dự báo hiện trạng mưa trung hạn hiện nay ở Việt Nam

NGƯỜI THỰC HIỆN: THS. ĐỖ LỆ THỦY & nnk Trung tâm dự báo khí tượng – thủy văn Quốc Gia Hà Nội, tháng 11 năm 2007

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1. Về dự báo khí tượng .............................................................................................. 1

MỤC LỤC

1.1 Các phương pháp dự báo mưa................................................................................... 1

1.2.1. Số liệu Radar ......................................................................................... 12

1.2.2 Sử dụng ảnh vệ tinh địa tĩnh GMS ......................................................... 14

2. Về dự báo thủy văn:............................................................................................. 15

3. Các phương pháp dự báo thuỷ văn hạn dài: ........................................................ 16

4. Các nghiên cứu phục vụ việc điều hành hồ Hoà Bình. ....................................... 17

5. Chất lượng dự báo ............................................................................................... 18

6. Tăng cường năng lực dự báo mưa-lũ trong thời gian tới .................................... 19

ii

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

1.2 Sử dụng các nguồn thông tin phi truyền thống........................................................ 12

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

NGHIÊN CỨU

ĐÁNH GIÁ DỰ BÁO MƯA TRUNG HẠN HIỆN NAY Ở VIỆT NAM

1. Về dự báo khí tượng

1.1 Các phương pháp dự báo mưa

Ở Việt Nam, từ nhiều năm nay, trong nghiệp vụ dự báo hàng ngày, chủ yếu sử dụng phương pháp synop để dự báo hình thế thời tiết và các yếu tố khí tượng cho các trạm và các khu vực. Bộ môn dự báo số trị đã được bắt đầu tương đối sớm tại Cục Dự báo KTTV, Tổng cục KTTV (nay là TT DBKTTV TW, Trung tâm KTTV Quốc gia (TTKTTVQG), Bộ Tài nguyên và Môi trường) từ những năm 70, với một số mô hình: một tầng, ba tầng, song mới chỉ dừng lại ở mức thử nghiệm, chưa đưa vào sử dụng nghiệp vụ. Trong những năm 1995-1999, cũng có một vài mô hình được tiếp nhận để nghiên cứu, song vì các mô hình này hoặc chỉ là phiên bản thực nghiệm, hoặc được tải miễn phí từ Internet nên việc nghiên cứu còn gặp nhiều khó khăn.

Từ năm 1997 trở lại đây, nhờ có thành tựu tiến bộ của tin học, TT DBKTTV TW đã thu được một số sản phẩm dự báo số trị từ các Cơ quan khí tượng Nhật bản (JMA) (dạng số, cuối năm 1997), Cơ quan khí tượng Ôxtrâylia (BoM) (dạng bản đồ (1999), dạng số (đầu năm 2001)), và một vài Trung tâm khí tượng khác (dạng bản đồ). Các dự báo viên tham khảo những sản phẩm này khi ra các bản tin thời tiết, và qua thực tế cho thấy rằng, các sản phẩm dự báo này thật sự có ích cho công tác dự báo nghiệp vụ. Tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương, TTKTTVQG, Bộ Tài nguyên và Môi trường, bộ mô hình dự báo số trị phân giải cao GME-HRM (Global Model for Europe-High-resolution Regional Model) do Tổng cục thời tiết, CHLB Đức (DWD) cung cấp đã được cài đặt trên Hệ máy tính song song hiệu năng cao (Hệ điều hành Linux) tại TT DBKTTV TW. Bộ mô hình này bao gồm mô hình HRM (thuỷ tĩnh, dự báo cho khu vực hạn chế) lồng ghép trong mô hình toàn cầu GME của DWD. GME có

độ phân giải 0.5°× 0.5° (khoảng 60 km), số mực theo chiều thẳng đứng là 31, sử dụng

lưới tam giác điều hoà (icosahedral-hexagonal). Hệ thống nghiệp vụ GME-HRM đã được đưa vào chạy thử nghiệm từ tháng 5 năm 2002; thực hiện dự báo thời hạn 72 giờ. Số liệu đầu vào cho mô hình HRM là các trường phân tích và dự báo của mô hình GME được nhận hàng ngày qua mạng Internet.

1

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Đây là mô hình số dự báo thời tiết đầu tiên được chạy nghiệp vụ tại cơ quan dự báo khí tượng của Việt nam, góp phần quan trọng trong công tác dự báo thời tiết

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

hàng ngày. Các sản phẩm từ mô hình này rất đa dạng: khí áp, gió, mưa, nhiệt độ, mây, vv…v được đưa ra dưới dạng các bản đồ hoặc dạng số làm đầu vào cho một số mô hình khác như: mô hình sóng, mô hình nước dâng do bão, mô hình tính toán ô nhiễm dầu loang, các mô hình thuỷ văn, mô hình dự báo quỹ đạo và cường độ bão.

Trong 5 năm qua, mô hình HRM đã được chạy nghiệp vụ, đồng thời đã có nhiều nghiên cứu cải tiến nhàm nâng cao chất lượng dự báo từ mô hình. Sau đây là một số kết quả dự báo từ mô hình HRM với các đầu vào khác nhau:

1. Đầu vào từ mô hình toàn cầu GME (Tổng cục thời tiết, CHLB Đức - DWD)

2. Đầu vào từ mô hình toàn cầu GSM (Cơ quan Khí tượng Nhật bản) + GME

(Tổng cục thời tiết, CHLB Đức)

3. Đầu vào từ mô hình toàn cầu GFS (Cơ quan khí tượng Hoa Kỳ)

Lượng mưa dự báo 24h được đánh giá cho 6 tháng (từ 7 đến tháng 12 năm 2005). Tiến hành thử nghiệm với cả ba mô hình, riêng với mô hình GME có hai phương án: phân giải 14km và 28km.

a. Mô hình GME phân giải 14km (ký hiệu HRM14_GME hay GME14)

b. Mô hình GME phân giải 28km (ký hiệu HRM28_GME hay GME28)

c. Tổ hợp hai mô hình GME và GSM, phân giải 28km (ký hiệu HRM28_GSM

hay GSM28)

d. Từ mô hình GFS phân giải 14km (ký hiệu HRM14_GFS hay GFS14)

2

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Trong sáu tháng này có tổng số 22 đợt mưa lớn diện rộng. Riêng ba tháng đầu 7, 8 và 9 có 13 đợt: tháng 7 (4 đợt) với lượng mưa phổ biến từ 100-200mm, đặc biệt trong 2 ngày từ 1 đến 3 tháng 7, tại trạm Cửa Ông lượng mưa đo được là 385mm, tại trạm Bãi Cháy là 275 mm, tháng 8 có 5 đợt (ảnh hưởng của bão số 2 và số 3) và tháng 9 có 4 đợt (ảnh hưởng của bão số 5, số 6 và số 7). Trong ba tháng tiếp theo: tháng 10 (4 đợt) với lượng mưa phổ biến từ 150-250mm, đặc biệt trong 3 ngày từ 7 đến 10 tháng 10, tại trạm Đông Hà lượng mưa đo được là 1122mm, tại Huế là 488 mm, A Lưới: 384mm, tháng 11 có 3 đợt và tháng 12 có 2 đợt. Hình thế synop gây mưa trong ba tháng 7,8 và 9 chủ yếu do rãnh thấp bị nén và hội tụ gió Đông-Nam, dải hội tụ nhiệt đới (ITCZ), bão và ATNĐ, đặc biệt bão số 7 (Damrey, 0518) đổ bộ vào Thanh Hóa ngày 27 tháng 9 đã gây mưa to diện rộng tại Bắc Bộ và Trung Bộ. Trong ba tháng 10, 11 và 12, mưa do ảnh hưởng của không khí lạnh (KKL), KKL tăng cường liên tục kết hợp với hội tụ gió trên cao, dải hội tụ nhiệt đới (ITCZ), bão và ATNĐ, đặc biệt bão số

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

8 (Kai-Tak, 0521) đi dọc bờ biển từ Đà nẵng đến Hà Tĩnh, suy yếu thành ATNĐ vào ngày 2/11/2005, đã gây mưa to diện rộng tại Bắc Bộ và Trung Bộ.

Kết quả minh họa trên các hình từ 1 đến hình 9

Chúng tôi sẽ đưa ra các chỉ số đánh giá khách quan kỹ năng dự báo mưa cho toàn bộ sáu tháng cuối năm 2005. Việc đánh giá sẽ được tiến hành trên ba khu vực riêng biệt: Bắc Bộ, Trung Bộ và Nam Bộ và theo các chỉ số khách quan như lượng mưa, độ phân tán của lượng mưa, vị trí mưa và khả năng phát hiện mưa lớn (AVE, RMSE, SD và COR). Khả năng phát hiện mưa lớn được thể hiện trên biểu đồ ROC. Ngoài ra xu thế tần xuất FB cũng là một yếu tố quan trọng.

Trên khu vực Bắc Bộ (hình 1), lượng mưa dự báo từ phân tích của cả bốn mô hình GME14, GME28, GSM28 và GFS14 luôn cao hơn so với thực tế, ngoại trừ tháng 11, 12 lượng mưa dự báo có thấp hơn thực tế đôi chút do trong thời gian này, ở Bắc Bộ hầu như rất ít mưa. Về mức độ phân tán của số liệu mưa có thể thấy GME28 và GSM28 cho lượng mưa có độ phân tán gần với độ phân tán của lượng mưa thực tế hơn trong khi GME14 và GFS14 thường cho lượng mưa với độ phân tán cao (có thể do GME28 và GSM28 có độ phân giải thô hơn). Hệ số tương quan theo dự báo của GFS14 có giá trị lớn nhất so với ba mô hình còn lại (ở tất cả 6 tháng). Tuy nhiên, sai số trung bình trong ba tháng mùa mưa ở Bắc Bộ (7,8 và 9) với dự báo từ phân tích của GFS14 đều cao so với dự báo từ GME14, GME28 và GSM28. Nếu ta chỉ so sánh hai mô hình GME14 và GFS14 (cùng độ phân giải, cùng một miền dự báo) thì thấy sai số là tương đương cho cả chuỗi thời gian sáu tháng (hình 2).

Để có cách nhìn khách quan hơn, ta cần phải đánh giá thêm trên một số chỉ số kỹ năng dự báo (hình 3). Quan sát trên hình 3, ta có thể thấy điểm số xu thế tần suất FB cho thấy dự báo từ phân tích GFS14 giảm dự báo khống tại các ngưỡng mưa lớn (50, 100mm) so với dự báo từ cả ba mô hình còn lại. Các đường đặc trưng hoạt động ROC cũng thể hiện kỹ năng dự báo tốt hơn từ phân tích GFS khi đường đặc trưng dự báo từ GFS14 nằm gần trục POD hơn so với dường đặc trưng dự báo từ các mô hình còn lại, đặc biệt tại các ngưỡng mưa lớn.

Tương tự, các kết quả đánh giá cho Trung Bộ và Nam Bộ được cho trên các

3

hình 4,5, 6 (Trung Bộ) và 7,8, 9 (Nam Bộ).

Với các chỉ số thống kê sai số thu được từ 182 trường hợp chạy thử nghiệm cho sáu tháng (7 đến 12 năm 2005) (một số chỉ số không trình bày ở đây), mô hình HRM14_GFS và HRM28_GSM đã thể hiện được ưu thế nhất định (tuy không lớn) so với HRM14_GME và HRM28_GME. Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1. Việc cải tiến trường đầu vào cho mô hình HRM là khả thi theo các phương án

sau:

a. Sử dụng tổ hợp hai trường đầu vào khác nhau GME (Đức)+GSM (Nhật)

b. Với đầu vào thuần thuý từ mô hình toàn cầu GFS (Hoa Kỳ)

c. Với đầu vào thuần thuý từ mô hình toàn cầu IFS (Trung tâm dự báo hạn

vừa Châu Âu).

2. Các kết quả thử nghiệm cho thấy: mô hình HRM với đầu vào tổ hợp của hai mô hình GME+GSM (kí hiệu HRM28_GSM) thể hiện tính ưu việt (tuy nhỏ) so với mô hình nguyên gốc HRM 28 km, 20 mực (kí hiệu HRM28_GME) cho ngưỡng mưa lớn.

4

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

3. Các kết quả thử nghiệm cũng cho thấy, mô hình HRM với đầu vào thuần thuý của mô hình GFS (kí hiệu HRM14_GFS) cũng cho kết quả dự báo tương tự như mô hình nguyên gốc HRM 14 km, 31 mực (kí hiệu HRM14_GME) đối với ngưỡng mưa nhỏ. Đối với ngưỡng mưa lớn, mô hình HRM14_GFS thể hiện tính ưu việt (tuy không lớn) so với mô hình nguyên gốc HRM14_GME.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

5

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 1: Chỉ số thống kê lượng mưa dự báo 24h trên khu vực Bắc Bộ từ phân tích của GME14, GME28, GSM28 và GFS14. Hai hình trên là giá trị trung bình (AVE), độ lệch chuẩn (SD) của GME14, GME28, GSM28 và hai hình dưới là của GFS14

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2: Chỉ số thống kê lượng mưa dự báo 24h trên khu vực Bắc Bộ từ phân tích của GME14, GME28, GSM28 và GFS14. Hệ số tương quan - COR (ảnh trên) và sai số bình phương trung bình RMSE (ảnh dưới)

6

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 3: Chỉ số kỹ năng dự báo lượng mưa 24h trên khu vực Bắc Bộ từ phân tích của GME14 (đỏ, chấm vuông) GME28 (xanh dương, chấm tròn), GSM28 (xanh lá cây, chấm tam giác) và GFS14 (vàng, hình thoi): xu thế tần suất FB (trái) và đường đặc trưng hoạt động ROC (phải)

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

7

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 4: Chỉ số thống kê lượng mưa dự báo 24h trên khu vực Trung Bộ từ phân tích của GME14, GME28, GSM28 và GFS14. Hai hình trên là giá trị trung bình (AVE), độ lệch chuẩn (SD) của GME14, GME28, GSM28 và hai hình dưới là của

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

GFS14

Hình 5: Chỉ số thống kê lượng mưa dự báo 24h trên khu vực Trung Bộ từ phân tích của GME14, GME28, GSM28 và GFS14. Hệ số tương quan - COR (ảnh trên) và sai số bình phương trung bình RMSE (ảnh dưới)

8

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 6: Chỉ số kỹ năng dự báo lượng mưa 24h trên khu vực Bắc Bộ từ phân tích của

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

9

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

GME14 (đỏ, chấm vuông) GME28 (xanh dương, chấm tròn), GSM28 (xanh lá cây, chấm tam giác) và GFS14 (vàng, hình thoi): xu thế tần suất FB (trái) và đường đặc trưng hoạt động ROC (phải)

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 7: Chỉ số thống kê lượng mưa dự báo 24h trên khu vực Nam Bộ từ phân tích của GME14, GME28, GSM28 và GFS14. Hai hình trên là giá trị trung bình (AVE), độ lệch chuẩn (SD) của GME14, GME28, GSM28 và hai hình dưới là của GFS14

10

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 8: Chỉ số thống kê lượng mưa dự báo 24h trên khu vực Nam Bộ từ phân tích của GME14, GME28, GSM28 và GFS14. Hệ số tương quan - COR (ảnh trên) và sai số bình phương trung bình RMSE (ảnh dưới)

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 9: Chỉ số kỹ năng dự báo lượng mưa 24h trên khu vực Nam Bộ từ phân tích của GME14 (đỏ, chấm vuông) GME28 (xanh dương, chấm tròn), GSM28 (xanh lá cây, chấm tam giác) và GFS14 (vàng, hình thoi): xu thế tần suất FB (trái) và đường đặc trưng hoạt động ROC (phải)

1.2 Sử dụng các nguồn thông tin phi truyền thống

1.2.1. Số liệu Radar

Mạng lưới radar thời tiết hiện nay của Trung tâm KTTV Quốc gia có 5 trạm với 7

radar, cụ thể như sau:

1. Hai (2) radar (MRL-5 của Liên Xô và TRS-2730 của Pháp) đặt tại Phủ

Liễn (Đài KTTV khu vực Đông Bắc)

2. Một (1) radar TRS-2730 của Pháp đặt tại Việt Trì (Đài KTTV Khu vực

Việt Bắc).

3. Hai (2) radar (MRL-5 của Liên Xô và TRS-2730 của Pháp) đặt tại Vinh

(Đài KTTV Khu vực Bắc Trung bộ).

4. Một (1) radar DWSR của Mỹ đặt tại Tam Kỳ (Đài KTTV Khu vực

Trung Trung bộ).

5. Một (1) radar DWSR của Mỹ đặt tại Nha Trang (Đài KTTV Khu vực

11

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Nam Trung bộ).

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Việc khai thác các sản phẩm từ radar thời tiết có tác dụng rất quan trọng đối với dự báo bão, ATNĐ, mưa, dông, tố, lốc. Tuỳ theo chủng loại, các sản phẩm của radar cung cấp có thể khác nhau. Tuy nhiên, sản phẩm cơ bản của tất cả các radar là độ phản hồi vô tuyến (PHVT), các sản phẩm khác đều là dẫn suất của sản phẩm này hoặc là PHVT được thể hiện ở các dạng khác nhau. Radar Doppler ngoài độ PHVT, còn cung cấp thêm một sản phẩm liên quan đến các quá trình động lực, đó là gió (hướng và tốc độ).

Người ta có thể dựa trên độ PHVT để phân tích các hiện tượng thời tiết liên quan đến mây và phân biệt các loại mây cũng như nhận biết các hiện tượng thời tiết theo số liệu gió của Doppler radar. Bảng 1 thể hiện một số tính năng kỹ thuật cơ bản của các radar thời tiết hiện có ở Trung tâm KTTV Quốc gia.

Bảng 1. Một số tính năng kỹ thuật cơ bản của radar thời tiết ở TT KTTV QG

Chủng loại radar MRL-5 TRS-2730 DWSR

Thường Thường Doppler

Tính năng Không số hoá Số hoá Số hoá

kỹ thuật cơ bản

Dải sóng hoạt động (GHz) 9.69/2.95 5.6-5.8 5.6-5.7

Công suất phát (Kw) 160/550 250 250

Tần số lặp lại xung (Hz) 333 180 1180/250

Hệ số khuếch tán ăng ten dB 49/40 42 45

1 và 2 2 0.8 và 2 Độ rộng xung (µs)

Độ rộng cánh (độ) 0.5/1.5 1.25 1

Bán kính quét (km) 25,50,100,300 64,128,192, 30,60,120,240,

256,384 480

Độ phân giải (m) 30000 250,500,750 125,250,500,

1000,2000/4000

Độ nhạy máy thu (dB) -135/136 -113 -114

12

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Tốc độ quay ăng ten 0-6vòng/ph 5o/s, 2,5o/s 6o/s - 36o/s

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tốc độ gió cực đại đo được 48m/s

Góc quét:

360 - Quét tròn (PPI) 360 360

- Quét cao-xa (RHI) -2o ÷ 90o -2o ÷ 90o -2o ÷ 90o

- Quét theo cung tròn (độ) ≤180 ≤180

- Quét không gian 3D không không có

Tự động hiệu chỉnh

- Khoảng cách Không Không có

- Địa hình Không Không có

Các đại lượng đo Z Z,R U,Z,V,S,R

PPI,RHI,Sector Các sản phẩm:

PPI,RHI CAPPI,ETOPS, PPI,RHI, Thời gian thực

Sector BASE,Cmax,

ETOPS Thời gian phi thực

Hmax,VIL,VAD, PCP(1,3,N,24h) Z(1,5,7)

XSEC,Track

VECTOR

GUST

Tệp dữ liệu 3D Thông tin

Các tệp sản phẩm. - Mã điện RADOB Các tệp sản phẩm

Hiển thị ảnh Hiển thị ảnh

- Bản đồ thứ cấp

1.2.2 Sử dụng ảnh vệ tinh địa tĩnh GMS

13

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Năm 1986, cơ quan dự báo khí tượng thuỷ văn được lắp đặt hệ thống thu nhận ảnh vệ tinh GMS phân giải thấp dạng WEFAX (Weather Facsimile) theo kiểu truyền tín hiệu tương tự (analogue). Mặc dù những ảnh vệ tinh phân giải thấp nhận được trong những năm đó đã góp phần đáng kể trong việc nâng cao dự báo thời tiết, đặc biệt

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

là theo dõi và dự báo bão và ATNĐ ở Việt Nam, nhưng ảnh vệ tinh dạng WEFAX có những hạn chế đáng kể trong việc khai thác những tham số khí tượng một cách định lượng và liên tục để có thể mô tả được chính xác hơn trạng thái của khí quyển và bề mặt đất.

Từ tháng 7 năm 1997, được sự đầu tư của Nhà nước, Trung tâm Quốc gia Dự báo Khí tượng Thuỷ văn đã được trang bị hệ thống thu nhận ảnh mây vệ tinh phân giải cao thay thế trạm phân giải thấp. Đây là một hệ thống hiện đại cho phép thu được các ảnh mây với các dải phổ khác nhau chụp từ vệ tinh địa tĩnh GMS-5 của Nhật đặt ở độ

cao 36000km trên đường xích đạo tại kinh tuyến 140° đông, có độ phân giải từ 5 đến 7

km. Các ảnh vệ tinh dạng số (S-VISSR: Stretched Visible and Infrared Spin Scan Radiometer) của tất cả các kênh ảnh gồm hai ảnh hồng ngoại nhiệt (IR1, IR2), một ảnh hơi nước (WV) và một ảnh hiển thị phổ (VIS) nhận được liên tục từng giờ qua vệ tinh GMS-5 trở thành một công cụ đắc lực trong công tác nghiệp vụ dự báo KTTV của Trung tâm, và được sử dụng rộng rãi ở tất cả chín (9) Đài Khu vực và nhiều trạm dự báo phục vụ trong cả nước; góp phần quan trọng trong việc nâng cao chất lượng dự báo thời tiết nói chung, đặc biệt là các thời tiết nguy hiểm, như mưa lớn, không khí lạnh, bão và ATNĐ và đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong công tác dự báo nghiệp vụ KTTV ở Việt Nam. Từ tháng 6 năm 2006, hệ thống thu ảnh mây vệ tinh địa tĩnh MTSAT của Nhật đã được lắp đặt và đưa vào sử dụng tại Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương, nhận được 5 kênh ảnh IR1, IR2, WV, IR4 và VIS.

Bên cạnh các sản phẩm định tính như các ảnh mây từ 5 kênh trên, còn có các

+ Ảnh tổ hợp từ nhiều kênh phổ

+

sản phẩm ứng dụng đã được tạo ra từ ảnh mây vệ tinh phân giải cao dạng số như :

Cường độ mưa và tổng lượng mưa bằng phương pháp kết hợp các kênh phổ hồng ngoại nhiệt (phương pháp Kurino).

Các sản phẩm dạng số này đã góp phần quan trọng trong dự báo thời tiết, thuỷ

văn hàng ngày, và đặc biệt trong mùa bão, lũ.

2. Về dự báo thủy văn:

14

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương: Từ năm 1982 đến nay, trong lĩnh vực dự báo phục vụ hồ chứa Hòa Bình, đã tiến hành dự báo tình hình dòng chảy trước 1-2 ngày, 5-10 ngày, 1 tháng, 1 mùa, phân phối dòng chảy mùa cạn, mùa lũ, đỉnh lũ lớn nhất năm, dự báo thời kỳ tich nước hồ Hòa Bình. Công cụ dự báo chủ yếu là các

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

phương pháp truyền thống, thống kê đơn giản chưa đáp ứng các yêu cầu của việc hiện đại hóa trang thiết bị đo, của sự phát triển Công nghệ thông tin,

- Chưa phản ánh đúng bản chất quá trình hình thành lũ: quá trình gia nhập, quá

trình tạo dòng chảy và quá trình truyền lũ trên toàn mạng lưới,…

- Các công cụ sử dụng rời rạc, chưa được tự động hoá ở rất nhiều khâu, thời

gian tính chưa nhanh

1. Phương pháp dự báo dòng chảy hạn ngắn:

Là các biểu đồ kinh nghiệm, mô hình SSARR dạng thu gọn, mô hình diễn toán lũ trong sông, quan hệ mưa rào dòng chảy, phương pháp mực nước tương ứng, tổng nhập lưu lưới sông. Mức bảo đảm của dự báo thuỷ văn hạn ngắn đạt mức 80% với thời gian dự kiến trên sông Đà từ 24-30h; nếu kéo dài thời gian dự kiến tăng thêm 12- 24h nữa thì độ chính xác giảm xuống còn 65-70%.

2. Phương pháp dự báo thuỷ văn hạn vừa:

- Phương pháp tương tự và quan hệ mưa-lũ.

- Theo mô hình mưa rào - dòng chảy TANK dự báo quá trình 5 ngày dòng chảy đến hồ Hoà Bình, dựa vào dự báo mưa 24h, 48h, 72h của Nhật, dự báo mưa 24h, 48h, 72h, 96h, 120h của trung tâm Châu Âu, của Đức, của Úc.

3. Các phương pháp dự báo thuỷ văn hạn dài:

- Dự báo tháng: dự báo đặc trưng dòng chảy tháng và phân phối dòng chảy mùa cạn, mùa lũ cho vị trí Hoà Bình theo phương pháp ARIMA và nhận dạng.

- Dự báo mùa: dự báo đỉnh lũ và phân phối dòng chảy đến hồ Hòa Bình vào đầu tháng IV và đầu tháng VII dựa vào 5 phương pháp: Thống kê khách quan; Nhận dạng; Hồi qui; Điều hoà; Diễn biến lịch sử.

Các yếu tố đã được sử dụng:

- Qui mô nhỏ: 8 yếu tố khí hậu, dòng chảy.

- Qui mô lớn: các yếu tố ENSO, vị trí áp cao Thái Bình Dương.

Mức đảm bảo của dự báo hạn vừa đạt 75%, hạn dài đạt 65-70%

15

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Trong khuôn khổ của đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước KC.08-13 do Viện Cơ học, Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia thực hiện một mô

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

hình tính toán thuỷ văn áp dụng cho các lưu vưc sông Đà, Thao, Lô đã được xây dựng và đang thử nghiệm.

Mường Tè

Nậm Giàng

KG Mưa

Nậm Na

Lai Châu-12h

KG Mưa

KG Mưa

Than Uyên

Bản Củng-6h

Tạ Bú-12h

KG Mưa

S Thao (Yên Bái)

S Lô (Tuyên Quang)

Hoà Bình- 12h

KG Lưu lượng

Hà Nội-48h

Sơ đồ tổng thể mô hình thuỷ văn lưu vực sông Đà được thể hiện trên hình sau:

4. Các nghiên cứu phục vụ việc điều hành hồ Hoà Bình.

Vấn đề điều hành hồ Hoà Bình an toàn vừa cắt lũ hiệu quả cho hạ du vừa sản xuất nhiều điện năng là một vấn đề hết sức phức tạp và được nhiều nhà nghiên cứu trong nước quan tâm.

Các nghiên cứu của các nhà khoa học của Trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội đã

là những đóng góp đáng kể trong lĩnh vực này:

- Nghiên cứu phân kỳ lũ của Giáo sư Nguyễn Lại

- Nghiên cứu về tổ hợp lũ sông Hồng của Giáo sư Đỗ Cao Đàm.

- Mô hình sóng động học và nhận dạng lũ của Giáo sư Trịnh Quang Hoà.

16

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Trên cơ sở các kết quả của các nghiên cứu khoa học của các tập thể khoa học trong nước, ngày 12 tháng 6 năm 1997 qui trình vận hành hồ Hoà Bình đã được chính

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

thức ban hành theo quyết định số 57 PCLBTƯ/GĐ do Bộ trưởng, Trưởng ban chỉ đạo Phòng chống lụt bão Trung ương Nguyễn Công Tạn ký.

Trong qui trình vận hành này mùa lũ được chia làm ba thời kỳ:

- Thời kỳ lũ sớm (15/6 ÷ 15/7) mực nước hồ được giữ ở mức 91m ± 2

- Thời kỳ lũ chính vụ (15/7÷25/8) mực nước hồ được giữ ở mức 90m ± 2

- Thời kỳ lũ muộn (26/8 ÷ 15/9) hồ có thể được phép tích nước nhưng vẫn

phải theo dõi tình hình thời tiết, sẵn sàng cắt lũ cho hạ du.

Trong điều 8 của bản qui trình cũng qui định là khi cao trình mực nước tại trạm thuỷ văn Hà Nội đạt tới 11m thì có thể vận hành hồ Hoà Bình cắt lũ (lũ thường xuyên).

Nếu chúng ta có dự báo thuỷ văn tốt, có công nghệ thì các nhà quản lý có thể có đáp án của các phương án điều hành hồ Hoà Bình khác nhau để lựa chọn ra phương án điều hành hồ hợp lý nhất cả về hiệu quả cắt lũ cho hạ du cả về hiệu quả sản xuất điện năng.

5. Chất lượng dự báo

Phương pháp dự báo khí tượng hạn ngắn, hạn vừa và hạn dài phục vụ điều hành hồ Hoà Bình thường dùng hiện nay là: Các phương pháp Synop, thống kê khách quan, phân tích biến trình, động lực thống kê, tương tự nhân tố... Các phương pháp thường đơn giản, chủ yếu là định tính, dự báo hiện tượng hoặc bước đầu lượng hoá các yếu tố dự báo như: mưa, gió, nhiệt độ, độ ẩm... Mức bảo đảm của dự báo thời tiết hạn ngắn khoảng 80-85%, của hạn vừa và hạn dài khoảng 70% (tính trung bình trong khoảng hơn 10 năm phục vụ công trình thuỷ điện Hoà Bình).

Mức bảo đảm của công nghệ dự báo thuỷ văn hạn ngắn đạt mức 85% với thời gian dự kiến trên sông Đà từ 24-30h, hạ lưu sông Hồng kéo dài tới 48h; Tất nhiên nếu kéo dài thời gian dự kiến tăng thêm 12-24h nữa thì độ chính xác giảm xuống còn 70-75%. Những trường hợp có mưa lũ lớn đột xuất trong thời gian dự kiến ở vùng hạ lưu sông Đà, Thao, Lô và Hồng thì trị số dự báo thường có sai số lớn; việc dự báo thuỷ văn phục vụ điều tiết cắt lũ cho hạ du sông Hồng vẫn còn gặp nhiều khó khăn, chưa đáp ứng nhu cầu thực tế.

17

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Phương pháp dự báo thủy văn hạn vừa (trước 5 ngày vào mùa lũ và trước 10 ngày vaò mùa cạn), Hạn dài (15ngày, tháng, 2-3 tháng và cả mùa). cho mức đảm bảo không vượt quá 60-70%; Thậm chí trong các thời kỳ chuyển mùa chỉ đạt dưới 60%. Mô hình dự báo thuỷ văn hạn vừa, hạn dài chỉ mới đạt được những bước đi ban

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

đầu, chưa có tính hệ thống, chưa phục vụ trực tiếp mục tiêu điều hành, kết quả dự báo chỉ để tham khảo.

6. Tăng cường năng lực dự báo mưa-lũ trong thời gian tới

6.1. Xây dựng và hoàn thiện hệ thống nghiệp vụ dự báo mưa, áp thấp nhiệt đới, bão

theo mô hình HRM, từ ảnh mây Vệ tinh phân giải cao, từ ảnh Radar

- Nghiên cứu thử nghiệm mô hình HRM với số liệu đầu vào là các trường phân tích và dự báo của một số mô hình toàn cầu như GFS (Cơ quan thời tiết quốc gia Hoa Kỳ - USNWS), GSM (Cơ quan khí tượng Nhật Bản - JMA).

- Hoàn thiện chương trình tính mưa từ ảnh mây vệ tinh bằng cách kết hợp nhiều kênh phổ và chỉ sử dụng 1 kênh ảnh IR1 và từ ảnh mây vệ tinh cực NOAA của Mỹ bằng cách tạo ảnh tổ hợp từ 5 kênh ảnh NOAA.

- Ứng dụng các sản phẩm từ ảnh Rađa: Xây dựng và hoàn thiện phần mềm ViewSRdar hiển thị ảnh đơn lẻ quan trắc tại các trạm; Xây dựng và hoàn thiện phần mềm ViewCRdar tạo ảnh tổ hợp từ các ảnh đơn lẻ của mạng Radar giúp cho việc quản lý số liệu của các trạm và theo dõi các hệ thống thời tiết trên phạm vi rộng

- Đánh giá cường độ mưa dựa trên các ảnh Radar thông qua độ phản hồi vô

tuyến của Radar.

- Xây dựng công nghệ dự báo trước 3-4 ngày mưa lớn trên lưu vực sông

Đà.

- Xây dựng phần mềm dự báo mưa hạn vừa và hạn dài trên cơ sở khai thác sản phẩm dự báo thời tiết hạn dài (tháng, mùa) của Trung tâm dự báo Châu Âu,...

6.2. Xây dựng công nghệ tính toán dự báo thuỷ văn cho lưu vực sông Đà.

Các thành phần chính của công nghệ gồm:

1. Mô hình tính toán thuỷ văn.

Kết quả tính toán của mô hình là quá trình lưu lượng vào hồ Hoà Bình (khi có đập Sơn La thì là quá trình lưu lượng vào hồ Sơn La và quá trình lưu lượng vào hồ Hoà Bình)

18

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Ba mô hình sẽ được tiếp nhận và sử dụng:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1. Mô hình TV1 do đề tài KC.08-13 xây dựng (Viện Cơ học thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia chủ trì và thực hiện đề tài KC.08- 13)

2. Mô hình HBV của Viện Khí tượng Thuỷ văn Thuỷ Điển.

3. Mô hình Marine của Viện Cơ học chất lỏng Toulouse - Cộng hoà Pháp.

Dự án sẽ tổ chức tiếp thu, chuẩn bị các loại số liệu cần thiết cho các mô hình hiệu chỉnh và kiểm chứng các mô hình phù hợp với lưu vực sông Đà và tính toán dự báo quá trình lưu lượng cao trình mực nước của hồ Hoà Bình (sau này cho cả hồ Sơn La) theo các thời đoạn yêu cầu 24 - 72 giờ, 10 ngày, 3 tháng.

2. Mô hình tính toán điều hành hồ

Dự án sẽ xây dựng mô hình tính toán điều tiết hồ Hoà Bình (sau này là hồ Sơn

La) theo các qui định của Chính phủ.

3. Mô hình tính toán các đặc trưng thuỷ lực khi có sự cố vỡ đập Sơn La.

Kết quả tính toán của mô hình là quá trình lưu lượng đổ vào hồ Hoà Bình tuỳ theo kích thước vết vỡ của đập Sơn La và qui trình lưu lượng lũ vào hồ Sơn La. Sử dụng kết quả này và chương trình tính toán điều hành hồ Hoà Bình để tìm ra phương án điều hành hồ Hoà Bình bảo đảm an toàn cho đập Hoà Bình.

4. Mô hình thuỷ lực - TL - tính toán quá trình lan truyền lũ trong hệ thống sông

Hồng - Thái Bình của đề tài KC.08-13.

Sử dụng mô hình thuỷ lực tính toán quá trình lan truyền lũ dưới hạ du nhằm

mục đích:

- Tìm ra qui định điều hành các hồ chứa Sơn La và Hoà Bình một cách tối ưu vừa đảm bảo cắt lũ tốt cho hạ du, vừa tích được nước sản xuất nhiều điện năng.

- Dự báo được quá tình ngập lụt nếu hồ Hoà bình bị vỡ. Theo qui định của nhiều nước bắt buộc các chủ đập của các hồ chứa nước đều phải đưa ra cảnh báo quá trình ngập lụt nếu xảy ra sự cố vỡ đập.

6.3. Áp dụng kỹ thuật hiển thị trên máy tính nhằm cung cấp thông tin nhánh

chóng cho người sử dụng. Xây dựng giao diện thân thiện người - máy.

Xây dựng qui trình lập các bản tin cần thiết cho việc ra quyết định điều hành hồ

19

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hòa Bình an toàn, tối ưu trong việc sản xuất điện năng và cắt lũ cho hạ du.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

PHỤ LỤC II. 3: Nghiên cứu mô hình BoLAM dự báo mưa trung hạn

1. Hướng dẫn cài đặt mô hình trên máy tính PC cài hệ điều hành Linux phiên bản

Suse 10.1

2. Hướng dẫn chạy mô hình BoLAM trên máy tính PC cài hệ điều hành Linux

phiên bản SuSe 10.1

3. Danh sách những chương trình bị thay đổi hoặc được viết lại của mô hình

1

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

BoLAM

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

PHỤ LỤC II.3.1 Hướng dẫn cài đặt mô hình BoLAM trên máy tính PC cài hệ điều hành Linux phiên bản Suse 10.1

Để cài đặt mô hình BoLAM trên máy tính cài hệ điều hành Linux cần phải có một

số bộ biên dịch và thư viện đi kèm đã được cài sẵn như sau:

- Bộ biên dịch pgf90 hoặc ifort - Thư viện NetCDF Sau khi đã có bộ biên dịch và thư viện NetCDF, các bước cài đặt mô hình BoLAM

cho cả hai phiên bản FATHER và SON được tiến hành như sau: 1. Tạo một tài khoản người sử dụng có tên là bolam

2. Cởi nén file cài đặt

Đăng nhập vào tài khoản mới bolam và copy file cài đặt mô hình BoLAM vào thư

mục hiện hành (/home/bolam/). Thoát ra ngoài cửa số shell và gõ các dòng lệnh sau:

gunzip bolam.tar.gz tar -xf bolam.tar

Kết thúc hai dòng lệnh này, sẽ có một thư mục bolam xuất hiện trong thư mục hiện hành với cấu trúc thư mục bên trong giống như cấu trúc thư mục ở trong hình 2 mục 2.1. 3. Cài đặt thư viện giải mã số liệu mã grib:

- Thay đổi vào thư mục library bằng cách gõ:

cd /home/bolam/bolam/library

- Giải nén gói phần mềm gribex_000300 bằng cách gõ:

tar -xf gribex_000300.tar

- Thay đổi vào thư mục gribex_000300, gõ:

cd gribex_000300 - Cài đặt thư viện gribex_000300 bằng cách gõ:

./build_library ./install

Chú ý: trong khi cài đặt thư viện gribex_000300 hệ thống sẽ hỏi đường dẫn để đặt file thư viện có tên là libgribex.a, để phù hợp những cấu hình đường dẫn mặc định trong các file cài đặt, người sử dụng nên sử dụng đường dẫn như sau:

/home/bolam/bolam/library/gribex_000300

2

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

và chỉ nên lựa chọn cài đặt cho hệ điều hành 32bit

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình 4. Cài đặt mô hình BoLAM

- Thay đổi vào thư mục run: cd /home/bolam/bolam/run - Cài đặt các chương trình tiền xử lý cho phiên bản BoLAM_FATHER, gõ:

./compile_prebolam_father.run

- Cài đặt các chương trình tiền xử lý cho phiên bản BoLAM_SON, gõ:

./compile_prebolam_son.run

- Cài đặt các chương trình hậu xử lý cho mô hình BoLAM, gõ:

./compile_postbolam.run

- Cài đặt bộ chương trình tham số hóa bức xạ cho mô hình BoLAM: - Thay đổi vào đường dẫn sau:

/home/bolam/bolam/src/distrib_bolam_nov2006/ECMWF_rad_3d

- Xóa tất cả các file .o và .mod trong các thư mục module, module_aux và source

bằng cách thay đổi vào từng thư mục và gõ:

make clean

- Sau khi đã xóa hết các file .o và .mod nói trên, vào thư mục module_aux và cài

lại bằng cách gõ make

- Copy các file .mod được tạo ra khi cài đặt lại mã nguồn trong thư mục

module_aux sang thư mục module, sau đó gõ make

- Thay đổi vào thư mục source và gõ make

Chú ý: Toàn bộ quá trình cài đặt thư viện tham số hóa bức xạ của ECMWF này mất khoảng gần 1 tiếng.

- Cài đặt bộ mã nguồn của phiên bản BoLAM_FATHER, gõ:

./compile_bolam_father.run - Cài đặt bộ mã nguồn của phiên bản BoLAM_SON, gõ:

./compile_bolam_son.run

Sau khi tất cả các bước cài đặt nói trên được hoàn tất, các file thực thi sau sẽ

xuất hiện trong thư mục /home/bolam/bolam/bin bao gồm:

bolam_father.exe : chạy mô hình BoLAM_FATHER bolam_son.exe : chạy mô hình BoLAM_FATHER postbolam.exe : chạy hậu xử lý cho mô hình BoLAM prebolam_father.exe : tiền xử lý cho mô hình BoLAM_FATHER prebolam_son.exe : tiền xử lý cho mô hình BoLAM_SON

Nếu thiếu bất kỳ một file thực thi nào trong 5 file nói trên việc chạy mô hình

BoLAM là không thể thực hiện được.

3

Chú ý: Nếu cài đặt mô hình BoLAM bằng bộ biên dịch ifort thì các thư viện đi

kèm như gribex_000300 và NetCDF cũng phải được cài đặt bằng bộ biên dịch ifort. Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

PHỤ LỤC II.3.2 Hướng dẫn chạy mô hình BoLAM trên máy tính PC cài hệ điều hành Linux phiên bản SuSe 10.1

Sau khi hoàn tất quá trình cài đặt như được hướng dẫn ở trong phụ lục A và kiểm tra có sự tồn tại của các file thực thi trong thư mục con /bin. Quá trình chạy mô hình BoLAM cho cả 2 phiên bản FATHER và SON có thể được thực hiện theo các bước như sau: 1. Kiểm tra số liệu đầu vào

Số liệu các trường phân tích và dự báo từ mô hình toàn cầu được sử dụng như là điều kiện ban đầu và điều kiện biên phụ thuộc vào thời gian cho mô hình BoLAM được đặt cố định theo đường dẫn như sau:

/home/bolam/bolam/data/in/YYYYMMDDHH

trong đó YYYYMMDDHH là thư mục chứa số liệu tại thời điểm HH ngày DD tháng MM năm YYYY. Ví dụ, số liệu các trường đầu vào cho mô hình BoLAM tại thời điểm 00Z ngày 17 tháng 06 năm 2007sẽ có tên thư mục là 2007061700. Nếu trường số liệu đầu vào là của mô hình toàn cầu GFS thì các tên file bên trong sẽ có dạng như sau: YYYYMMDD_gfs_tHHz.master.grbfhh trong đó YYYYMMDD là 8 con số đại diện cho năm, tháng và ngày bắt đầu dự báo, HH là giờ bắt đầu dự báo và hh là hai số cho thời gian của file điều kiện biên. Cụ thể, tại thời điểm phân tích hh sẽ có giá trị là 00, tại hạn dự báo 06 giờ nó sẽ có giá trị là 06, tại hạn dự báo 24 giờ sẽ có giá trị là 24, ..... Trong ví dụ nêu trên các file số liệu phân tích và dự báo 6 giờ một từ mô hình toàn cầu GFS sẽ có dạng như sau:

20070617_gfs_t00z.master.grbf00, 20070617_gfs_t00z.master.grbf06, ......

Trong phiên bản hiện tại, mô hình BoLAM đang được cấu hình để chạy với số liệu phân tích và dự báo từ mô hình toàn cầu GFS độ phân giải 0.5 x 0.5 độ với thời gian cập nhập biên là 6 giờ một cho đến hạn dự báo 72 giờ. Do đó, trong mỗi một thư mục số liệu sẽ có 13 file có tên như trình bày ở trên.

2. Chạy mô hình BoLAM dưới dạng nghiên cứu

- Thay đổi vào thư mục: /home/bolam/bolam/run/study - Gõ dòng lệnh sau:

4

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

./bolam_model_study.run YYYY MM DD HH FF bb

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Trong đó: YYYY, MM, DD, HH lần lướt là các giá trị cho năm, tháng, ngày và giờ của thời điểm bắt đầu dự báo. Các đối số này được đặt cách nhau một dấu cách trên dòng lệnh. FF là đối số chỉ hạn dự báo (có thể là 24 giờ, 48 giờ hoặc 72 giờ) và bb là khoảng thời gian tính bằng giờ giữa các file điều kiện biên. Ví dụ, để chạy mô hình BoLAM cho cả hai phiên bản FATHER và SON bắt đầu từ 00Z ngày 17 tháng 06 năm 2007 cho tới hạn dự báo 72 giờ với khoảng thời gian cập nhập biên là 6 giờ một thì gõ dòng lệnh sau:

./bolam_model_study.run 2007 06 17 00 72 06

Sau khi hoàn tất việc chạy mô hình BoLAM, các kết qủa đầu ra sẽ được đặt theo đường dẫn /home/bolam/bolam/data/out/YYYYMMDDHH. Có hai dạng số liệu đầu ra được tích hợp trong phiên bản hiện tại của BoLAM, đó là dạng các trường dự báo trên lưới (để trong thư mục con fields) và dạng các file ảnh đồ họa (trong thư mục con gif). Bên trong thư mục fields, các file có đuôi mở rộng là .mhf là các file đầu ra trực tiếp từ mô hình, các file có đuôi mở rộng là .nc là các file đã qua chương trình hậu xử lý để triết xuất một số trường dự báo cần quan tâm và chuyển về định dạng NetCDF. Ngoài ra, mô hình BoLAM còn triết xuất ra các file có định dạng text để làm đầu vào cho các mô hình dự báo thủy văn (có đuôi .rf)

3. Chạy mô hình BoLAM dưới dạng nghiệp vụ

Để đưa mô hình BoLAM vào chạy nghiệp vụ (tự động chạy hàng ngày), cần

thực hiện 2 bước cơ bản sau:

- Đặt chương trình lấy số liệu GFS vào thời gian biểu (time scheduler) của hệ

điều hành

5

- Đặt chương trình chạy mô hình BoLAM vào thời gian biểu (time scheduler)

của hệ điều hành Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

PHỤ LỤC II.3.3 Danh sách những chương trình bị thay đổi hoặc được viết lại của mô hình BoLAM

STT

Tên chương trình

Trạng thái

Những thay đổi chính

Chức năng

Vị trí

1

Thay đổi

Cài đặt mô hình BoLAM_FATHER

../run

compile_bolam_father.run

Bộ biên dịch (sử dụng ifort), các tùy chọn biên dịch và các đường dẫn mã nguồn, thư viện, ...

../run

2

Thay đổi

nt

Cài đặt mô hình BoLAM_SON

compile_bolam_son.run

../run

3

Thay đổi

nt

compile_postbolam.run

Cài đặt bộ chương trình hậu xử lý của mô hình BoLAM

4

Thay đổi

../run

nt

compile_prebolam_father.run

Cài đặt chương trình tiền xử lý cho mô hình BoLAM_FATHER

5

Thay đổi

../run

nt

compile_prebolam_son.run

Cài đặt chương trình tiền xử lý cho mô hình BoLAM_SON

6

Viết mới

../run/operation

bolam_model_operation.run

Điều khiển toàn bộ quá trình chạy nghiệp vụ bộ mô hình BoLAM từ tiền xử lý, chạy mô hình và hậu xử lý

7

Viết mới

../run/operation

bolam_watchdog.run

Điều khiển quá trinh chạy nghiệp vụ từ việc lựa chọn thời điểm chạy, kiểm tra số liệu đầu vào và gọi chương trình chạy mô hình BoLAM

8

Viết mới

../run/operation

crontab

File chứa cấu hình chạy nghiệp vụ của mô hình BoLAM, file này sẽ được nạp vào hệ thống khi chạy nghiệp vụ

6

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

9

Viết mới

../run/operation

prebolam_father_GFS.run

Chạy chương trình tiền xử lý số liệu đầu vào từ mô hình toàn cầu GFS cho mô hình BoLAM_FATHER

10

Viết mới

../run/operation

prebolam_son_GFS.run

Chạy chương trình tiền xử lý số liệu đầu vào từ các trường phân tích và dự báo của mô hình BoLAM_FATHER cho mô hình BoLAM_SON

11

Viết mới

../run/operation

postbolam_GFS.run

Chạy chương trình hậu xử lý các kết qủa dự báo từ mô hình BoLAM cho cả hai phiên bản FATHER và SON

12

Viết mới

../run/operation

bolam2NetCDF.run

Chạy chương trình xử lý số liều dự báo từ mô hình BoLAM và chuyển về định dạng NetCDF

13

Viết mới

../run/study

bolam_model_study.run

Điều khiển toàn bộ quá trình chạy bộ mô hình BoLAM từ tiền xử lý, chạy mô hình và hậu xử lý cho mục đích nghiên cứu

14

Thay đổi

../src/postbolam

postpc.F90

Thực hiện quá trình hậu xử lý cho mô hình BoLAM

Bổ sung thêm phần mã nguồn triết xuất các trường dự báo của mô hình BoLAM dưới dạng text

15

Viết mới

../src/postbolam

bolam2grads.F90

Đọc kết qủa dự báo từ mô hình BoLAM và chuyển đổi về định dạng của phần mềm GrADS

16

Viết mới

../src/postbolam

bolam2grads.gs

Hiển thị các kết qủa dự báo từ mô hinh BoLAM bằng phần mềm GrADS

7

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình 17

../src/bolam2NetCDF

Viết mới

bolam2netCDF.F90 wr2NetCDF.F90

Đọc các kết qủa đầu ra của mô hình BoLAM dưới dạng text và chuyển về dưới dạng NetCDF

8

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ **********

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN **********

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ============================================================

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với cồng nghệ điều hành hệ thống công trình chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông thái Bình

Phụ lục III-1 Công nghệ dự báo lũ ngắn hạn trên hệ thống sông Hồng – sông Thái Bình

Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS. Vũ Minh Cát

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chủ nghiệm đề tài: PGS.TS Vũ Minh Cát

Thực hiện: ThS. Hoàng Thanh Tùng ThS. Nguyễn Hoàng Sơn KS. Trần Kim Châu KS. Nguyễn Thu Hà KS. Bùi Ngọc Quyên KS. Nguyễn Mạnh Minh Toàn

Hà Nội, tháng 11 năm 2007

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

MỤC LỤC

PHẦN A: TỔNG QUAN VỀ DỰ BÁO THỦY VĂN Ở VIỆT NAM ------------------ 1

I. Khái quát chung về lũ lụt và dự báo thủy văn ở Việt Nam ------------------------ 1

1.1. Đặc điểm chung của thiên tai lũ, lụt ------------------------------------------------ 1 1.1.1. Giới thiệu chung về thiên tai lũ lụt ----------------------------------------------- 1 1.1.2. Đặc điểm chung của lũ ở Việt Nam ---------------------------------------------- 2 1.1.3. Vài nét chung về các vùng lũ lụt điển hình ở Việt Nam------------------------ 3

1.2. Giới thiệu về dự báo thủy văn-------------------------------------------------------- 5 1.2.1. Khái niệm dự báo thủy văn -------------------------------------------------------- 5 1.2.2. Sơ lược lịch sử phát triển của ngành dự báo thủy văn------------------------- 5 1.2.3. Phân loại dự báo thủy văn -------------------------------------------------------- 6 1.2.4. Hình thức phát tin dự báo thủy văn ---------------------------------------------- 7

II. Các phương pháp dự báo thủy văn thường dùng ở Việt Nam -------------------- 7

2.1. Các phương pháp thường dùng trong dự báo thủy văn ------------------------ 7 2.1.1. Phương pháp xu thế ---------------------------------------------------------------- 8 2.1.2. Phương pháp lưu lượng và mực nước tương ứng ------------------------------ 8 2.1.3. Phương pháp lượng trữ ------------------------------------------------------------ 9 2.1.4. Nhóm các phương pháp phân tích thống kê------------------------------------10 2.1.5. Phương pháp mạng Nơ ron thần kinh – Mạng trí tuệ nhân tạo (Artificial Neural Network) ---------------------------------------------------------------------------10 2.1.6. Phương pháp mô phỏng mô hình mưa – dòng chảy---------------------------10 2.1.7. Phương pháp sử dụng kỹ thuật viễn thám --------------------------------------11

2.2. Tổng kết các phương pháp thường dùng trong dự báo ngắn hạn, trung hạn và dài hạn ở Việt Nam ---------------------------------------------------------------------11 2.2.1. Các phương pháp dự báo ngắn hạn ---------------------------------------------12 2.2.2. Các phương pháp dự báo trung hạn --------------------------------------------13 2.2.3. Các phương pháp dự báo dài hạn -----------------------------------------------13

PHẦN B: XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO LŨ CHO HỆ THỐNG SỐNG HỒNG VÀ SÔNG THÁI BÌNH ----------------------------------------------------------14

PHẦN I: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM MƯA, LŨ-----------------------------------------19

TRÊN HỆ THỐNG SÔNG HỒNG ------------------------------------------------------19

1.1. Đặc điểm tự nhiên lưu vực sông Hồng --------------------------------------------19

i

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

1.2. Nhận dạng hình thế thời tiết gây lũ lớn trên lưu vực sông Hồng và sông Thái bình -------------------------------------------------------------------------------------21 1. 2.1 Ảnh hưởng địa lý đến chế độ mưa trên hệ thống.----------------------------21 1.2.2 Các hệ thống thời tiết chính chi phối chế độ mưa Bắc Bộ.-------------------23 1.2.3 Đặc điểm về Diễn biến và tình hình mưa. --------------------------------------29

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1. 2.4 Kết luận-----------------------------------------------------------------------------30

1.3 Đặc điểm lũ trên hệ thống sông Hồng --------------------------------------------32 1.3.1 Những đặc điểm mưa lớn trên hệ thống sông Hông--------------------------32 1.3.2 Chế độ và đặc điểm của lũ trên hệ thống sông Hông-------------------------32 1.3.3 Ảnh hưởng của công trình thủy điện Hoà Bình ------------------------------35

PHẦN II. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP HỒI QUY ĐA BIẾN VÀ ----------------35

MẠNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO------------------------------------------------------------35 2.1.2- Các giả thiết của phương pháp và quy trình thực hiện phương pháp -------36 2.2.1 Cấu trúc mạng ANN ---------------------------------------------------------------45 2.2.2 Quá trình quét xuôi ----------------------------------------------------------------46 2.2.3 Phương pháp quét ngược (Back Propagation Method) ----------------------49

2.2.5- Vấn đề học chưa đủ và học quá thuộc của mạng------------------------------53

PHẦN III. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HỒI QUY NHIỀU BIẾN VÀ -------------------58

MẠNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO TRONG DỰ BÁO LŨ SÔNG HỒNG ----------------58

3.1 Dự báo mực nước lũ tại các trạm trên sông Thao:-------------------------------59

ii

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

3.2 Dự báo mực nước lũ tại các trạm trên sông Lô - Gâm: -------------------------83 90 3.3. Dự báo mực nước lũ tại các trạm trên sông Đà

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

PHẦN A: TỔNG QUAN VỀ DỰ BÁO THỦY VĂN Ở VIỆT NAM

I. Khái quát chung về lũ lụt và dự báo thủy văn ở Việt Nam

1.1. Đặc điểm chung của thiên tai lũ, lụt

1.1.1. Giới thiệu chung về thiên tai lũ lụt

Lũ, Lụt là những thiên tai có nguồn gốc khí hậu. “Thủy, hoả, đạo, tặc” là bốn loại tai ương mà từ ngàn đời xưa đã được ông cha ta coi là tai họa nguy hiểm nhất đe doạ con người, trong đó thủy tai được xếp hạng hàng đầu. Trong những thập kỷ gần đây, cùng với sự phát triển kinh tế, xã hội, lũ lụt đã gây ra những thiệt hại rất nặng nề trên lãnh thổ Việt Nam.

Việt Nam có diện tích tự nhiên gần 331.000km2, kéo dài từ vĩ tuyến 8o30’ đến 23o22’ vĩ độ Bắc và từ kinh tuyến 102o10’ đến 109o21’ kinh độ Đông, trong khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa, vừa chịu ảnh hưởng của khí hậu đại dương vừa chịu ảnh hưởng của khí hậu lục địa nên chịu tác động rất mạnh của các loại thiên tai, trước hết là lũ lụt. Việt Nam phần lớn là đồi, núi cao, hiểm trở, chia cắt mạnh, dốc nên mạng lưới sông suối dày. Việt Nam có 2360 sông suối có chiều dài mỗi sông trên 10 km, phân bố không đều ở các vùng. Mật độ lưới sông thường 0.5-1.0 km/km2, ở vùng núi Hoàng Liên Sơn, Tây Công Lĩnh, thượng nguồn sông Thu Bồn, Đồng Nai, lên tới 1.5-2.0 km/km2, nhưng vùng núi đá vôi, chỉ dưới 0.5 km/km2. Các đồng bằng ven biển không lớn, trũng thấp, dễ bị ngập lũ hoặc úng lụt khi mưa lớn, nhưng dân cư đông, chiếm trên 20% dân số cả nước, với nhiều trung tâm kinh tế, chính trị, xã hội rất quan trọng và khá phát triển.

Sông ngòi được nuôi dưỡng bằng nguồn nước mưa rất dồi dào, nhưng phân bố rất không đều trong năm. Mùa mưa xảy ra không đồng thời ở các vùng và thường mưa tới 70-80% tổng lượng mưa năm. Mưa thường tập trung trong thời gian ngắn.

1

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Tổng lượng nước trung bình nhiều năm của sông ngòi Việt Nam đạt gần 650 km3/năm, độ sâu dòng chảy trung bình năm đạt 960mm, lớn gấp 4,6 lần so với độ sâu dòng chảy trung bình toàn châu á, gấp hơn 3 lần độ sâu dòng chảy trung bình năm trên toàn lục địa của Trái Đất. Chế độ dòng chảy sông phân làm 2 mùa rõ rệt, mùa lũ và cạn. Tuỳ theo sông, mức chênh lệch dòng chảy mùa lũ và mùa cạn có thể từ 1,5 đến 30 lần. Do phải chuyển tải lượng nước quá lớn, gây lên lũ lớn trên các triền sông. Các sông thường ngắn, dốc nên lũ lên rất nhanh và tập trung nhanh về hạ lưu trong khi khả năng thoát nước ra biển lại kém nên vùng đồng bằng thường xuyên bị ngập lụt.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Lũ có thể hiểu là một sóng thủy lực truyền trong mạng lưới sông, trong đó lưu lượng và mực nước tăng lên gấp nhiều lần so với điều kiện dòng chảy bình thường. Lũ sông ở nước ta chủ yếu do mưa trên lưu vực, song cũng có thể là do vỡ đê, vỡ đập, hoặc các dạng tắc ứ tạm thời dòng chảy trong các lòng dẫn sau vỡ,... Những đặc trưng chính của lũ là lưu lượng hoặc mực nước cao nhất, tổng lượng lũ, thời gian duy trì sóng lũ trong sông, tốc độ và thời gian truyền sóng lũ về hạ lưu,...

Lụt là hiện tượng ngập nước của một vùng lãnh thổ. Lụt có thể do nước lũ trong sông lên cao quá mức gây tràn bờ hoặc làm vỡ các công trình ngăn lũ (như đê,...) vào các vùng trũng; có thể do mưa lớn tại chỗ mà không có khả năng tiêu thoát; do nước biển dâng cao làm tràn ngập nước lên vùng ven biển; và các tổ hợp khác nhau của những nguyên nhân nêu trên. Lũ, lụt đều có nguyên nhân tự nhiên và nguyên nhân con người. Trên bất cứ hệ thống sông nào đều thấy lũ, lụt là mối đe doạ lớn nhất đối với nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội.

Lịch sử nước ta không ghi lại đầy đủ những số liệu về các trận lụt lớn trong các thế kỷ trước, nhưng chúng ta cũng biết nhiều về trận lụt dẫn đến nạn đói chết hơn hai triệu người năm 1945 và trận lũ lịch sử năm 1971 gây vỡ đê làm ngập lụt nghiêm trọng nhiều tỉnh ở đồng bằng Bắc Bộ. Tại miền Trung, lũ lụt nghiêm trọng trên diện rộng đã xảy ra năm 1964 tại các tỉnh từ Quảng Bình vào Phú Yên; lũ lịch sử làm vỡ đê gây ngập lụt lớn trên sông Cả, La năm 1978. Gần đây, năm 1998, 1999, lũ lụt lịch sử liên tiếp trên các sông thuộc các tỉnh từ Quảng Bình đến Khánh Hòa gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản. Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) hầu như cứ 3-4 năm lại lụt lớn; lụt nghiêm trọng, gây thiệt hại lớn về người và của trong năm 1961, 1966, 1996. Từ 1971 đến 1998, thiệt hại do thiên tai gây ra ở nước ta, trong đó lũ lụt chiếm phần chủ yếu, lên tới hàng tỷ đô la Mỹ, 12.100 người chết và mất tích.

Trước thiên tai lũ lụt xảy ra thường xuyên và tàn khốc đó, người Việt từ lâu đã biết sử dụng các biện pháp công trình và phi công trình để phòng chống, giảm thiệt hại, dần dần hình thành những sách lược, chiến lược khác nhau để phòng tránh, giảm thiệt hại.

1.1.2. Đặc điểm chung của lũ ở Việt Nam

Hàng năm, tuỳ theo thời tiết mà mùa lũ có thể đến sớm hoặc muộn hơn. Lũ quá sớm hoặc quá muộn cũng như các trận lũ lớn chính vụ đều gây thiệt hại nghiêm trọng.

2

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Mùa lũ trên sông ở các vùng thường xảy ra như sau:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Các sông Bắc Bộ và bắc Thanh Hóa: từ tháng VI đến tháng X;

Các sông ven biển từ nam Thanh Hóa đến Hà Tĩnh: từ tháng VII đến tháng XI;

Các sông ven biển từ Quảng Bình đến Ninh Thuận: từ tháng IX đến tháng XI,

XII;

Các sông vùng Nam Bộ và Tây Nguyên: từ tháng VII đến XI;

Dòng chảy sông phân phối không đều trong mùa lũ. Thông thường, dòng chảy các tháng lũ chính vụ thường lớn nhất, chiếm từ 20-30% dòng chảy năm. Dòng chảy các tháng đầu mùa và cuối mùa thường chiếm khoảng 10-15% dòng chảy năm. Dòng chảy lũ tập trung trong thời kỳ chính vụ. Trong thế kỷ XX, lũ thời kỳ chính vụ (tháng VII, VIII) đã gây lụt lớn ở đồng bằng Bắc Bộ trong các năm 1911, 1913, 1915, 1917, 1924, 1926, 1936, 1937, 1940, 1945, 1969, 1971. Các trận lũ chính vụ tháng IX, X năm 1961, 1966, 1978, 1996 trên Mê Kông gây ngập lụt nghiêm trọng ở ĐBSCL. Cường suất lũ, biên độ lũ, đỉnh lũ trên các sông thường rất lớn, lũ ác liệt, tập trung nhanh về đồng bằng nhỏ hẹp hạ lưu. Cường suất lũ trên các sông ở vùng núi có thể lên đến 2-5 mét/giờ; ở đồng bằng hạ lưu các sông, có thể 5-20 cm/giờ. Biên độ lũ các sông miền núi có thể 10-20 mét, có nơi trên 30 mét (Lai Châu); ở vùng đồng bằng, thường từ 3-8 mét, cao hơn các vùng trũng ven sông khoảng 2-5 mét nên uy hiếp rất lớn vùng ven sông. Thời gian duy trì lũ, thời gian ngập lụt ở vùng đồng bằng hạ lưu các sông thường kéo dài một vài ngày ở ven biển Trung Bộ, nhiều ngày ở Bắc Bộ, nhiều tháng ở ĐBSCL. Độ sâu ngập lụt rất lớn, thường từ 2-4 mét, có nơi tới trên 5-8 mét.

Lũ lụt diễn biến càng phức tạp hơn, gây thiệt hại càng nghiêm trọng hơn khi kết hợp với bão, nước biển dâng, mưa lớn và triều cường. Tổ hợp lũ lụt, mưa, bão, nước dâng có thể xảy ra đồng thời ở vùng cửa sông ven biển nước ta.

Hoạt động khai thác, sử dụng đất, phát triển dân cư, kinh tế có ảnh hưởng rất lớn đến gia tăng lũ lụt cả về nhịp độ và độ lớn. Do hoạt động kinh tế, độ che phủ rừng trên lưu vực giảm từ 45% diện tích năm 1945 xuống khoảng 26% trong năm 1998; nhiều lưu vực rừng chỉ còn 5-10% diện tích; làm gia tăng lũ quét, uy hiếp vùng thung lũng sông, vùng đồng bằng. Lũ lụt là dạng thiên tai nguy hiểm mang tính khách quan, song tác động tiêu cực của con người càng làm gia tăng hiểm họa lũ lụt.

1.1.3. Vài nét chung về các vùng lũ lụt điển hình ở Việt Nam

3

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Có thể sơ bộ phân lãnh thổ Việt nam thành 4 vùng lũ lụt điển hình sau:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Đồng bằng và trung du Bắc Bộ chịu tác động chủ yếu của lũ, úng, nước biển

dân. Hệ

thống đê sông, đê biển và nhiều công trình phòng lũ khác (hồ chứa, công trình phân lũ, chậm lũ,...) đã và đang bảo vệ cho đồng bằng ngày một an toàn hơn. Trong khi hệ thống các biện pháp và công trình hiện tại chưa đủ năng lực để loại trừ một cách cơ bản hiểm họa lũ lụt thì lũ lụt, úng ngập vẫn uy hiếp nghiêm trọng sự an toàn của đồng bằng Bắc Bộ. Khi lũ lớn trên sông lại gặp triều cường hoặc bão mạnh như trong năm 1964, 1969, 1971, 1986, 1996 thì nguy cơ vỡ đê, ngập lụt diện rộng là rất khó tránh khỏi. Những trận lũ lụt lịch sử đang nhắc nhở chúng ta phải cảnh giác đề phòng, đối phó tích cực hơn với thiên tai lũ lụt ở Bắc Bộ.

4

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Lũ lụt đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) hàng năm gây thiệt hại lớn về người và tài sản. Những năm lũ lụt lớn nhất đã xảy ra là lũ 1961, 1966, 1996, 1978, 1994, 1991,... Lụt kéo dài 3-5 tháng trên diện rộng chiếm khoảng 2/3 đồng bằng. Phương châm “chung sống với lũ lụt” một cách tích cực, chủ động đã và đang thực thi hàng loạt biện pháp công trình và phi công trình một cách đồng bộ để tiến tới chế ngự dần dần mặt hại phát huy mặt lợi của lũ lụt. Trước mắt, tình hình lũ lụt lớn, lũ lụt kết hợp với triều cường, nước dâng do gió bão, sóng thần,... (những tổ hợp bất lợi ở ĐBSCL) còn là vấn đề hết sức phức tạp.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1.2. Giới thiệu về dự báo thủy văn

1.2.1. Khái niệm dự báo thủy văn

Dự báo thủy văn là tính trước một cách khoa học tình hình biến đổi các đặc trưng thủy văn trên các sông, suối, hồ ao, kho nước,… để phục vụ cho việc chống thiên tai và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước trong các nghành kinh tế quốc dân.

Dự báo thủy văn là công việc rất khó, nó đồi hỏi người làm công việc này không chỉ thành thạo nghiệp vụ mà phải có kiến thức về các ngành liên quan như địa lý, khí tượng, thủy lực, toán, máy tính…. Và vận dụng một cách linh hoạt, sáng tạo trong việc suy đoán, lựa chọn giá trị dự báo. Khi ta dự báo thủy văn chính xác, là chúng ta đã nhận thức đúng qui luật vận động của đặc trưng dự báo, cho nên dự báo thủy văn cần vận dụng mọi thành tựu trong ngành thủy văn và chính nó sẽ kiểm chứng những nhận thức của chúng ta về qui luật thủy văn, góp phần hoàn thiện những qui luạt đã biết và phát hiện các qui luật mới.

Dự báo thủy văn chính xác mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt. Dự báo chính xác mực nước sông giúp công tác giữ đê, phòng lụt trong mùa lũ, giúp cho giao thông thủy thông suốt trong mùa cạn. Những thông tin về dự báo phù sa, dự báo lưu lượng… rất cần thiết cho việc khai thác có hiệu quả các công trình thủy lợi như đóng mở các cống lấy nước vùng ảnh hưởng thủy triều, vận hành các hồ chứa nước. Khi xây dựng các công trình trên sông, không thể thiếu các bản tin dự báo để bố trí tiến độ thi công và tránh các thiệt hại khi mực nước sông đột ngột dâng cao phá hỏng công trình đang xây dựng.

1.2.2. Sơ lược lịch sử phát triển của ngành dự báo thủy văn

Những kinh nghiệm đầu tiên về đoán trước tình hình nước đã có từ thời cổ xưa. Nhiều dẫn chứng khác nhau chứng minh rằng loài người đã biết đoán trước chính xác một số đặc trưng thủy văn. Ở Việt Nam, năm 934 Ngô Quyền đã biết qui luật thủy triều để cắm cọc trên sông, làm nên trận thắng Bạch Đằng lịch sử, sau này Trần Hưng Đạo lại vận dụng thành công qui luật thủy triều để làm nên chiến thắng Bạch Đằng lần thứ hai… nhưng mãi thế kỷ 19, do sự phát triển của giao thông đường thủy và sự phát triển của việc xây dựng công trình rên sông, mới xuất hiện ngành thủy văn với những phương pháp dự báo có cơ sở khoa học.

5

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Năm 1830 một nhóm kỹ sư người Pháp do Bengơrăng chủ trì đã nghiên cứu phương án dự báo lũ trên sông Sen, đã ngăn ngừa được nhiều thiệt hại về người và của

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

do lũ gây ra, nhưng do thiếu tài liệu đo đạc, thiếu phương tiện thông tin liên lạc, lúc đó dự báo thủy văn gặp nhiều khó khăn và công việc dự báo cũng chỉ được một số người làm chuyên môn biết đến. Năm 1850 làm được dự báo lũ do mưa… Năm 1853 đến 1867 xuất hiện các tổ chức dự báo trên nhiều sông như sông Sen, sông Maxơ… ở Pháp, sông Ôđe, sông Enbơ… ở Đức. Năm 1839 có các trạm dự báo trên sông Vonga (Nga). Năm 1904 ở Thụy sỹ, Áo, Ý… cũng bắt đầu hình thành các tổ chức dự báo đầu tiên. Nước ta các trạm thủy văn lớn nhát có tài liệu đo đạc từ năm 1902.

Trong những năm gần đây, công tác dự báo thủy văn ở Việt Nam đã có sự phát triển đáng kể. Giai đoạn từ 1976 đến 1985, Trung tâm Quốc gia dự báo KTTV, tiến hành dự báo ở 53 trạm với các hạng mục: dự báo ngắn hạn (1,2 ngày), dự báo trung hạn (5-10 ngày) và dự báo dài hạn (tháng, mùa). Từ năm 1986, đặc biệt là từ năm 1995 đến 1998, được nhà nước đầu tư, ngành dự báo thủy văn đã có những thay đổi cơ bản, số lượng máy tính điện tử tăng thêm nhiều. Toàn quốc đã có 96 trạm được dự báo thủy văn. Đã ứng dụng công nghệ mới, tiên tiến trong nghiệp vụ dự báo thủy văn như bước đầu tự động hoá khâu nhận mã, giải mã số liệu và tổ chức cơ sở dữ liệu thủy văn, do đó chất lượng dự báo ngày càng tăng. Trong những năm 60, 70 dự báo thủy văn chủ yếu phục vụ công tác phóng chống lụt bão, bảo vệ đê điều. Từ những năm 80 đến nay, ngoài việc phục vụ công tác phòng chống lũ, lụt, dự báo thủy văn còn phục vụ thi công công trình trên sông như hồ nuớc cho thủy điện, thủy lợi, thi công cầu vượt sông cho giao thông, phục vụ việc khai thác các công trình thủy lợi như điều tiết hồ chứa, cấp nước tưới, nạo vét kênh mương, vận hành trạm bơ và cống tiêu, phụ vụ khai thác mỏ, phục vụ giao thông đường thủy, nạo vét luồng lạch…

1.2.3. Phân loại dự báo thủy văn

Có nhiều cách phân loại dự báo thủy văn khác nhau, tuỳ theo quan điểm phân

chia.

• Theo yêu cầu phục vụ có:

o Dự báo cho nông nghiệp,

o Dự báo cho giao thông,

o Dự báo cho chống lũ lụt…

• Theo đối tượng dự báo có các loại:

6

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

o Dự báo mực nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

o Dự báo lưu lượng, dự báo truyền mặn,

o Dự báo bùn cát…

• Theo thời gian dự kiến có các loại:

o Dự báo ngắn hạn: là dự báo có thời gian dự kiến tối đa bằng thời

gian tập trung nước trung bình trên lưu vực

o Dự báo hạn vừa: là dự báo có thời gian dự kiến dài hơn dự báo

ngắn hạn nhưng tối đa không quá 10 ngày,

o Dự báo hạn dài: là dự báo có thời gian dự kiến trên 10 ngày tới một năm. Khi thời gian dự kiến lớn hơn 1 năm gọi là dự báo siêu hạn dài.

1.2.4. Hình thức phát tin dự báo thủy văn

Bản tin dự báo thủy văn chỉ có giá trị sử dụng khi nó được chuyển đến người sử dụng kịp thời. Mọi hình thức thông tin đều có thể được sử dụng để truyền các bản tin dự báo thủy văn. Nội dung bản tin dự báo thủy văn phải rõ ràng, dễ hiểu. Các yếu tố dự báo phải đáp ứng nhu cầu thực tế sản xuất, với thời gian dự kiến và độ chính xác phù phợ với thực tế sản xuất yêu cầu. Chẳng hạn, khi mực nước lũ vượt mức báo động số 3, các bản tin dự báo mực nước được phát nhiều lần hàng ngày trên các phương tiện thông tin đại chúng, được thông báo từng giờ tới các cơ quan chức năng. Những điểm riêng biệt như công trường xây dựng công trình trên sông có bản tin dự báo riêng.

II. Các phương pháp dự báo thủy văn thường dùng ở Việt Nam

2.1. Các phương pháp thường dùng trong dự báo thủy văn

Hiện nay có rất nhiều phương pháp được sử dụng trong dự báo thủy văn được

PP mô hình mưa – dong chảy

7

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

mô tả trên hình 2.1 và dưới đây tóm tắt một số phương pháp thường được sử dụng:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2.1: Một số phương pháp thường dùng trong dự báo thủy văn

2.1.1. Phương pháp xu thế

Phương pháp xu thế dựa trên giả định là đại lượng dự báo thay đổi theo quy luật giống như sự thay đổi trước đó. Nghĩa là nếu lũ đang lên thì giá trị dự báo tiếp tục tăng và ngược lại lũ đang xuống giá trị dự báo tiếp tục giảm.

Ưu điểm của phương pháp

Phương pháp xu thế có ưu điểm là đơn giản, không cần quá nhiều thông tin như các phương pháp khác. Phương pháp xu thế chỉ cần sử dụng số liệu tại một trạm đo, để dự báo, đối tượng dự báo rất đa dạng cho nên đến nay vẫn đang được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Do đó, phương pháp này thích hợp với các yếu tố dự báo có pha thay đổi chậm, chẳng hạn lũ tại hạ lưu các sông lớn. Dự báo tốt cho từng nhánh lũ.

Nhược điểm của phương pháp:

Đối với những vùng vùng chuyển tiếp giữa pha nước lên và pha nước xuống,

những vùng có pha thay đổi lớn dễ gây sai số lớn.

2.1.2. Phương pháp lưu lượng và mực nước tương ứng

Phương pháp lưu lượng và mực nước tương ứng là một trong những cách giản

hoá hệ phương trình Saint-Vernant.

Ưu điểm của phương pháp

- Các thông số của hệ giản hoá này có thể xác định dễ dàng bằng đồ thị và bằng

những cách giải đơn giản.

- Phương pháp này chỉ dùng tốt đối với đoạn sông có độ dốc lớn, trạm dưới ít bị ảnh hưởng của thuỷ triều hay nước vật, các trạm trên không quá nhiều, thường chỉ một hay hai trạm trên và một trạm dưới.

Nhược điểm của phương pháp:

- Điều kiện quan trọng khi áp dụng phương pháp lưu lượng tương ứng là phải

tính đúng thời gian chảy truyền τi. Việc xác định thời gian chảy truyền ở đoạn sông

8

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

không nhánh đã khó, xác định τi ở đoạn sông nhiều nhánh càng khó hơn và luôn có sai

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

số. Trường hợp đoạn sông nhiều trạm trên, hoặc nhiều trạm dưới chịu ảnh hưởng của nước vật hay thuỷ triều thì phải tìm cách giải quyết khác.

2.1.3. Phương pháp lượng trữ

Phương pháp lượng trữ thuộc cách giải giản hóa từ hệ phương trình Saint- Vernant - đây là một trong hai cách giải gần đúng cho hệ phương trình này, theo phương pháp này người ta dùng phương trình cân bằng nước ở đoạn sông thay cho phương trình liên tục, dùng phương trình lượng trữ thay cho phương trình động lực.

Phương trình lượng trữ: W=f(Qd,Qtr) (4.1)

Phương trình (4.1) biểu thị quan hệ giữa lượng trữ của đoạn sông W với lưu lượng chảy vào Qtr lưu lượng chảy ra Qd. Nếu xác định được quan hệ hàm số này thì ta có thể tính toán được giá trị lưu lượng chảy ra tại cuối thời đoạn Qd2 khi biết các giá trị lưu lượng chảy ra tại đầu thời đoạn và lưu lượng chảy vào: Qd1, Qtr1, Qtr2. Nói cách khác, ta dự báo được lưu lượng chảy ra với thời gian dự kiến là .

Có hai phương pháp thường dùng trong nhóm này đó là:

Phương pháp đoạn sông đặc trưng

Phương pháp Muskingum

Ưu điểm của phương pháp

Phương pháp này có cơ sở lý luận rõ ràng song thực tế tính toán chỉ đơn giản khi

tính cho một đoạn sông đặc trưng.

Để dự báo lưu lượng trạm dưới Qd2 cần biết trước hoặc dự kiến lưu lượng trạm trên Qtr2. Trị số này chỉ đúng khi xả lũ có khống chế qua đập. Vì vậy phương pháp này đặc biệt thích hợp với đoạn sông sau nhà máy thuỷ điện.

Sai số chiều dài đoạn sông đặc trưng gây ra không lớn lắm.

Nhược điểm của phương pháp:

Trường hợp nhiều đoạn sông đặc trưng, tính toán quá phức tạp và độ chính xác

9

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

chưa cao nên người ta hay dùng các mô hình khác phù hợp hơn.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

2.1.4. Nhóm các phương pháp phân tích thống kê

Nhóm các phương pháp này thường sử dụng các phép phân tích thông kê trong thủy văn để xây dựng phương trình dự báo, một trong những phương pháp trong nhóm này hay được sử dụng là phương pháp phân tích hồi quy nhiều biến và ARIMA.

Ưu điểm của phương pháp

- Phương pháp này đơn giản, dễ tính toán, có thể đưa vào nhiều biến ảnh hưởng

đến đại lượng dự báo để phân tích.

Nhược điểm của phương pháp:

- Không xử lý được những trường hợp có những giá trị ngoại lai. Sẽ làm sai lệch

kết quả dự báo. Vì vậy khi dự báo phải chuẩn bị tốt dữ liệu.

2.1.5. Phương pháp mạng Nơ ron thần kinh – Mạng trí tuệ nhân tạo (Artificial Neural Network)

Mạng trí tuệ nhân tạo (Artificial Nerual Networks – ANNs) được xây dựng từ những năm 1940. Với việc ứng dụng thuật toán quét ngược (back propagation algorithm) năm 1988, ANN đã trở nên quen thuộc và được sử dụng nhiều trong ngành tài nguyên nước, đặc biệt là dự báo thủy văn

Ưu điểm của phương pháp

Dữ liệu đầu vào mô hình ANN không nhất thiết phải ổn định và tuân theo phân

bố chuẩn như ARIMA.

Mô hình ANN là mô hình phi tuyến (tối ưu sử dụng trong ANN là tối ưu hàm phi

tuyến).

2.1.6. Phương pháp mô phỏng mô hình mưa – dòng chảy

Trong những năm gần đây, mô hình thủy văn mưa – dòng chảy cũng đã được sử dụng rất nhiều trong dự báo thủy văn, đặc biệt khi người ta muốn kéo dài thời gian dự kiến thì phải sử dụng mưa thực đo hoặc mưa dự báo.

10

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Ưu điểm của phương pháp

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Thời gian dự báo trước được kéo dài, thêm vào đó nếu mô hình mưa – dòng chảy là mô hình thủy văn có thông số phân bố thì tại một thời điểm chạy mô hình có thể đưa ra thông báo cho bất cứ một vị trí nào trên lưu vực và trên hệ thống sông

Nhược điểm của phương pháp:

Chất lượng dự báo chưa cao vì phụ thuộc nhiều vào dự báo mưa và biến đổi của các nhân tố ảnh hưởng trên lưu vực do vậy phương pháp này thường được dùng cho dự báo dài hạn.

2.1.7. Phương pháp sử dụng kỹ thuật viễn thám

Để cho hệ thống dự báo lũ có hiệu quả ngoài việc sử dụng các phương pháp truyên thống thì kỹ thuật viễn thám, rađa, hệ thống điện thoại được sử dụng như một phương tiện thông tin, dự báo khí tượng sinốp và những mô hình dự báo sự kiện tương lai cần phải được xem xét đầy đủ

Theo nhiều chuyên gia thì mô hình hệ thống dự báo lũ sử dụng viễn thám cần

các bộ phận sau:

• Một hệ thống thu nhận số liệu và truyền số liệu

• Hệ thống quản lý số liệu cơ bản

• Trung tâm máy tính hoặc thông tin

Toàn bộ số liệu từ các trạm đo khu vực được thu thập và lưu trữ để dùng cho tương lai ở trong trung tâm thông tin và được hình thành trong tài liệu cơ bản trong bất kì một hệ thống cảnh báo lũ nào. Đối tượng chung của trang thiết bị máy tính điện tử, tự động hoá là sự hợp lí hoá một cách lặp lại đều đặn sự tính toán trong thao tác hệ thống thời gian thực và đặc biệt là trong việc thu thập số liệu, phân tích tài liệu gốc, lưu trữ và chương trình hoá của dự báo và kiẻm tra số liệu cũng như nghiên cứu có liên quan.

2.2. Tổng kết các phương pháp thường dùng trong dự báo ngắn hạn, trung hạn và dài hạn ở Việt Nam

11

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Phương pháp dự báo dòng chảy trên từng hệ thống sông phụ thuộc vào mối liên hệ giữa thời gian dự kiến của dự báo Tf và thời gian tập trung nước tổng cộng Ts bao gồm thời gian chảy truyền Tr trong sông và thời gian phản ứng hệ thống thủy văn Tc (thời gian tập trung nước trên lưu vực) như sau:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

• Nếu thời gian dự kiến của dự báo lớn hơn thời gian tập trung nước tổng cộng thì đòi hỏi phải có thông tin dự báo mưa trên lưu vực. Phương pháp dự báo dòng chảy trong trường hợp này là sự kết hợp giữa mô hình mưa – dòng chảy và mô hình diễn toán lũ trong sông.

• Nếu thời gian dự kiến của dự báo nhỏ hơn thời gian tập trung nước tổng cộng và thời gian chảy truyền trong sông đóng vai trò chính trong việc tạo nên thời gian tập trung nước tổng cộng (Tr>>Tc) thì dòng chảy tại của ra của lưu vực có thể được dự báo dựa trên số liệu do dòng chảy của tuyến thượng lưu có được tới thời điểm dự báo. Phương pháp dự báo dòng chảy tại cửa ra trong trường hợp này chủ yếu dựa vào phương pháp tính toán truyền lũ trong sông

• Nếu như thời gian dự kiến dự báo nhỏ hơn thời gian tập trung nước tổng cộng và thời gian phản ứng của hệ thống thủy văn Tc đóng vai trò chính trong việc tạo nên thời gian tập trung nước tổng cộng của lưu vực (Tc>>Tr) thì thông tin quyết định dự báo là lượng mưa thực đo và dòng chảy thực đo của lưu vực thượng nguồn. Phương pháp dự báo cần kết hợp giữa mô hình mưa dòng chảy và mô hình diễn toán lũ

Căn cứ từ những nhận xét trên đây và các phần tổng quan các phương pháp dự báo dòng chảy đã trình bày, chúng tôi đã tiến hành phân tích và tổng kết các phương pháp thường dùng cho dự báo ngắn hạn, trung hạn và dài hạn thường được sử dụng ở Việt Nam

2.2.1. Các phương pháp dự báo ngắn hạn

Các phương pháp sau đây thường được sử dụng để dự báo ngăn hạn:

• Các phương pháp thuộc nhóm thống kê như: phân tích tương quan đa

biến, phương trình mực nước, lưu lượng tương ứng

• Các phương pháp mô hình mưa dòng chảy như Tank, SSARR tuy nhiên

vẫn còn ở dạng rút gọn

• Các mô hình mạng trí tuệ nhân tạo ANN (BPNN)

12

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Mức bảo đảm của dự báo thuỷ văn ngắn hạn đạt 85 - 90% với thời gian dự kiến là 24 giờ. Tất nhiên nếu kéo dài thời gian dự kiến ra 36 - 48h, những trường hợp có

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

mưa lũ lớn đột xuất trong thời gian dự kiến ở vùng hạ lưu sông Đà, Thao, Lô và Hồng thì trị số dự báo thường có sai số lớn và mức đảm bảo chỉ đạt 70-75%.

2.2.2. Các phương pháp dự báo trung hạn

Các phương pháp sau đây thường được sử dụng để dự báo trung hạn:

• Các phương pháp thuộc nhóm thống kê như: phân tích tương quan đa

biến, ARIMA (p,q,d).

• Các phương pháp mô hình mưa dòng chảy như Tank, SSARR tuy nhiên

chất lượng dự báo phụ thuộc rất nhiều vào dự báo mưa

• Các mô hình mạng trí tuệ nhân tạo ANN (BPNN)

• Các phương pháp sử dụng phương trình căn nguyên: dựa vào nguyên lý cân bằng nước, thiết lập phương trình cân bằng nước viết cho thời gian dự kiến lơn hơn thời gian chảy truyền của lưu vực

Mức bảo đảm dự báo thủy văn trung hạn (trước 5 ngày vào mùa lũ), không vượt

quá 70%, trong trường hợp lũ lớn có xuống dưới 60%.

2.2.3. Các phương pháp dự báo dài hạn

Các phương pháp sau đây thường được sử dụng để dự báo dài hạn:

• Các phương pháp thuộc nhóm thống kê như: phân tích tương quan đa

biến, ARIMA (p,q,d).

• Các phương pháp mô hình mưa dòng chảy như Tank, SSARR tuy nhiên

chất lượng dự báo phụ thuộc rất nhiều vào dự báo mưa

• Các mô hình mạng trí tuệ nhân tạo ANN (BPNN)

• Các phương pháp sử dụng phương trình căn nguyên: dựa vào nguyên lý cân bằng nước, thiết lập phương trình cân bằng nước viết cho thời gian dự kiến lơn hơn thời gian chảy truyền của lưu vực (dự báo dòng chảy tháng theo chỉ số lượng trữ, theo các thành phần căn nguyên)

Mức bảo đảm dự báo thủy văn dài hạn là không cao, đặc biệt trong mùa lũ có

13

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

khi xuống dưới 60%.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

PHẦN B: XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ DỰ BÁO LŨ CHO HỆ THỐNG SỐNG HỒNG VÀ SÔNG THÁI BÌNH

Tầm quan trọng và ý nghĩa của công tác dự báo lũ trên hệ thống sông Hồng

Dự báo lũ đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc phòng chống thiên tai, xây dựng và khai thác hiệu quả các công trình thuỷ lợi được xây dựng trên các hệ thống sông. Dự báo chính xác mực nước sông trong mùa lũ giúp các nhà quản lý đưa ra các phương án bảo vệ an toàn cho hệ thống đê, điều hành hệ thống hồ chứa nhằm cắt lũ đảm bảo an toàn cho hạ du, tích nước cho thuỷ điện và đáp ứng nhu cầu sử dụng nước trong mùa kiệt. Trong điều kiện thời tiết, khí hậu diễn biến phức tạp như hiện nay, công tác dự báo lũ chính xác với thời đoạn thích hợp nhằm chủ động hạn chế thiệt hại do chúng gây ra luôn đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống kinh tế và xã hội.

Sông Hồng là hệ thống sông lớn nhất miền Bắc nước ta, nó có tầm ảnh hưởng đối với đời sống, kinh tế toàn bộ vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng. Hệ thống sông Hồng gồm các sông nhánh là sông Đà, sông Thao và sông Lô. Sông Hồng có diện tích hứng nước là 168.400 km2, trong đó phần trên lãnh thổ Việt Nam chiếm 51,2%. Lượng nước của sông Hồng rất lớn, hàng năm sông chuyển ra biển trên 120 tỷ m3 nước và hàng chục triệu tấn phù sa. Với tiềm năng to lớn về nguồn nước, hệ thống sông Hồng đóng vai trò to lớn trong việc phát triển kinh tế, xã hội của vùng đồng bằng Bắc bộ. Nhưng đồng thời, hệ thống sông Hồng cũng chứa đựng những nguy cơ thiên tai, lũ lụt hàng năm đe doạ cuộc sống cũng như sự phát triển kinh tế của cả vùng đồng bằng Bắc Bộ nói chung và thủ đô Hà nội nói riêng. Đặc biệt, tình hình diễn biến mưa lũ trong những năm gần đây ngày càng phức tạp đòi hỏi chúng ta phải luôn luôn cảnh giác cao độ trong công tác phòng chống lũ sông Hồng nhằm giảm thiệt hại do lũ tới mức thấp nhất. Một trong những biện pháp phòng chống lũ hữu hiệu nhất là xây dựng một phương pháp dự báo lũ có kết quả tin cậy. Dự báo lũ sẽ cho ra những thông tin quan trọng nhất để tham khảo trong công tác điều hành các biện pháp phòng chống lũ của các cấp lãnh đạo.

14

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Tuy nhiên, quá trình hình thành lũ là một quá trình hết sức phức tạp. Nó chịu tác động của rất nhiều các yếu tố như mưa, nhiệt độ, độ ẩm, lượng nước trữ trên lưu vực, các yếu tố địa hình, thổ nhưỡng, thảm thực vật trên bề mặt lưu vực v.v. Các yếu tố này nhiều khi không phải độc lập với nhau mà chúng có mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác.. khiến bài toán dữ báo lũ trở nên phức tạp.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bài toàn này cũng đã được nghiên cứu từ rất lâu. Nói chung, các phương pháp dự báo lũ truyền thống có một số đặc điểm sau:

2

v

+

+

=

−

Các phương pháp dự báo lũ truyền thống dựa trên việc nghiên cứu bản chất vật lý của quá trình hình thành lũ trên lưu vực và dòng chảy trong sông. Quá trình đó thường được biểu diễn bằng các phương trình vi phân. Tuy nhiên, những phương trình đó thường khá phức tạp. Hiện tượng sóng lũ tuân theo quy luật chuyển động không ổn định và thường được biểu diễn bằng hệ phương trình Saint - Vernant :

id

1 g

α g

v ∂ s ∂

v ∂ t ∂

h ∂ s ∂

v 2 Rc

q

+

=

(0-1)

∂ω t ∂

q ∂ s ∂

(0-2)

Trong đó

id : độ dốc đáy sông

v : vận tốc nước chảy qua mặt cắt ngang sông

s : chiều dài đoạn sông

t : thời gian

c: hệ số Chezi

R: bán kính thuỷ lực

ω: diện tích mặt cắt ướt

α : hệ số động năng

q: lượng nước gia nhập ở khu giữa trong một đơn vị dài của bờ sông

Về nguyên tắc, các phương trình vi phân này có thể giải được. Tuy nhiên do mối quan hệ phụ thuộc phức tạp giữa các yếu tố nên đến nay vẫn chưa tìm được nghiệm giải tích tổng quát của hệ phương trình trên và người ta phải tìm cách giải gần đúng cho từng trường hợp cụ thể riêng biệt. Có hai nhóm giải pháp để giải gần đúng các phương trình này đó là:

15

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- Phương pháp tính thuỷ lực lưới sông, phương pháp này cố gắng mô tả gần đúng quá trình hình thành lũ để tính toán dự báo. Tuy nhiên, hạn chế chủ yếu của

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

phương pháp này là cần sử dụng nhiều tham số chi tiết về địa hình lòng sông tự nhiên mà thực tế thì các tài liệu này cho các hệ thống sông ở Việt nam thường thiếu và độ chính xác chưa cao. Do đó, mặc dù phương pháp này đòi hỏi khối lượng tính toán rất lớn nhưng kết quả phụ thuộc nhiều vào độ chính xác và đầy đủ của số liệu đầu vào mô hình.

- Phương pháp đơn giản hoá, phương pháp này tìm cách đơn giản hoá hệ phương trình Saint - Vernant tuỳ theo từng trường hợp tính toán cụ thể. Phương pháp này khắc phục được nhược điểm cần nhiều tham số khó thu thập của phương pháp trên.

Các mô hình truyền thống trên thường được gọi là các mô hình nhận thức (conceptual model) hoặc mô hình vật lý (physically - base model). Các mô hình này xuất phát từ việc tìm hiểu các quá trình vật lý tạo nên các hiện tượng và diễn tả nó bằng các phương trình toán học. Loại mô hình này giúp chúng ta hiểu bản chất các quá trình vật lý tạo nên hiện tượng tự nhiên. Tuy vậy, nó đòi hỏi phải giải nhiều phương trình phức tạp với nhiều ẩn số đặc tả các quá trình vật lý đó, đặc biệt việc mô phỏng qúa trình truyền lũ ở đoạn sông khi tính tới gia nhập khu giữa, trong đó cho phép xét được sự biến động của gia nhập theo không gian là rất phức tạp. Nếu mô hình hoá không phù hợp sẽ dẫn đến kết quả dự báo không chính xác.

Đặc biệt, đối với bài toán dự báo lũ sông Hồng là một bài toán khó, việc ứng

dụng phương pháp truyền thống trên sẽ gặp một số khó khăn vì các lý do sau:

1. Sông Hồng là hợp lưu của ba sông có đặc điểm địa hình, chế độ mưa lũ trên từng lưu vực khá phức tạp, không đồng nhất, sự truyền sóng lũ trong hệ thống sông cũng như sự tổ hợp lũ đa dạng, việc nắm được các vấn đề này để vận dụng vào dự báo lũ là một vấn đề khó.

2. Vấn đề dự báo định lượng lượng mưa hiện nay cũng là một vấn đề còn chưa giải quyết được một cách đầy đủ. Việc ứng dụng ảnh vệ tinh, tư liệu ra đa để dự báo đang ở bước đầu thử nghiệm, kết quả còn rất hạn chế, nhất là các vùng ở mặt đất thiếu số liệu đối chứng.

16

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

3. Hệ thống quan trắc khí tượng thủy văn trên hệ thống sông còn hạn chế, các trạm quan trắc mưa không đồng đều, nhất là ở các đầu nguồn sông, vùng núi cao còn rất ít. Việc thu thập các tài liệu mưa, dòng chảy trên phần lãnh thổ Trung Quốc còn chưa thực hiện được. Thêm vào đó vấn đề thông tin truyền số liệu trong mùa mưa bão

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

cũng còn rất hạn chế, không kịp thời điều đó gây khó khăn trong thực hiện các phương án dự báo.

4. Vấn đề điều tiết lũ của hồ Hoà Bình hiện nay và tương lai là các hồ Na Hang (trên sông Lô) và Sơn La (trên sông Đà) cũng làm cho bài toán dự báo lũ phức tạp thêm. Việc điều hành đóng mở các cửa xả có ảnh hưởng rất lớn đến lũ hạ du.

5. Trong trường hợp lũ cực lớn có khả năng uy hiếp vùng hạ lưu, nhất là Thủ đô Hà Nội, chúng ta phải tiến hành phân lũ, chậm lũ. Trong tình huống này việc dự báo lũ lại càng phức tạp hơn nữa.

Từ những khó khăn phức tạp ở trên việc lựa chọn các phương pháp dự báo hợp lý cho lưu vực sông, từng trạm, từng đoạn sông cũng là một vấn đề cần lưu ý trong từng giai đoạn cụ thể để có thể đưa ra được một phương án dự báo mực nước hạ lưu sông Hồng có kết quả khả quan đáp ứng được yêu cầu thực tế.

Về nguyên tắc, một mô hình tính toán và dự báo dòng chảy sông nói chung cần

đáp ứng những yêu cầu sau đây:

1. Cho phép tính toán và dự báo dòng chảy ở tuyến hạ lưu đoạn sông theo dòng chảy

tuyến trên và gia nhập khu giữa ở đoạn sông;

2. Tạo điều kiện dự báo thủy văn hồ chứa mà trước hết là lưu lượng nước đến hồ và

mực nước hồ để phục vụ vận hành công trình thủy điện.

3. Cho phép áp dụng các kỹ thuật tiên tiến vào xác định tham số như các thuật toán

tối ưu, thử sai, hiệu chỉnh tức thời;

4. Mô hình tương đối đơn giản, sử dụng ít nhất thông tin về hình thái lưu vực và đặc

trưng thủy lực sông, hồ;

5. Dễ dàng lập chương trình trên máy tính để tiện sử dụng, đảm bảo thuận tiện cập

nhật các tham số của mô hình và số liệu;

6. Dễ dàng lắp ghép với các mô hình tiên tiến khác nhằm hoàn thiện hệ mô hình phục

17

vụ dự báo.

Từ những đặc điểm và yêu cầu của bài toán dữ báo lũ trên, Để đáp ứng yêu cầu của thực tế trong điều hành phòng chống lũ, giảm nhẹ thiên tai, trong phần này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ứng dụng mô hình hồi quy nhiều biến và mô hình mạng trí tuệ nhân tạo trong việc dữ báo lũ cho hệ thống sông Hồng đáp ứng với điều kiện thực tế hiện nay Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

18

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

PHẦN I: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM MƯA, LŨ

TRÊN HỆ THỐNG SÔNG HỒNG

Với mục đích nghiên cứu ứng dụng mô hình hồi quy nhiều biến và mô hình mạng trí tuệ nhân tạo để giải quyết bài toán dự báo lũ từng trạm, từng nhánh trên sông Hồng trước 24h. Muốn xây dựng mô hình một cách phù hợp, chúng ta cần phải phân tích các đặc điểm địa lý tự nhiên của hệ thống sông, sự hình thành lũ trên lưu vực để từ đó xác định đầu vào cho mô hình.

1.1. Đặc điểm tự nhiên lưu vực sông Hồng

Hệ thống sông Hồng là hệ thống sông lớn nhất miền Bắc Việt Nam và đứng thứ hai sau sông Cửu Long. Hệ thống có tọa độ như sau: 20o đến 25o30' vĩ bắc, 100o đến 106o 07' kinh đông, phía bắc giáp lưu vực sông Trường Giang (Trung Quốc), phía đông giáp sông Thái Bình và vịnh Bắc Bộ, phía tây giáp sông Mê Công và sông Mã.

Toàn bộ diện tích lưu vực khoảng 169.000 km2, phần diện tích nằm trên lãnh

thổ Việt Nam là khoảng 86.500 km2, chiếm 51% và chảy qua 12 tỉnh thành phố.

Hướng dốc chung của hệ thống sông Hồng từ tây bắc xuống đông nam. Độ cao đường phân nước của lưu vực khoảng từ 2000 - 3000m ở phần lãnh thổ Trung Quốc và giảm dần về phía Việt Nam còn khoảng 1000 - 2000m. Dãy núi Vô Lương cao trên 2500 - 3000m phân chia lưu vực sông Hồng và sông Mê Công.

19

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Phần lớn địa hình trong hệ thống sông là đồi núi, có trên 60% diện tích lưu vực nằm ở độ cao trên 500m. Độ cao trung bình toàn hệ thống khoảng 1090m. Địa chất lưu vực sông Hồng nằm trên vùng đứt gãy kiến tạo mạnh và phức tạp. Các vận động tạo sơn trong vùng đã tạo nên sông Hồng có địa hình núi cao, cao nguyên và đồng bằng.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 1.1 Vị trí địa lý lưu vực sông Hồng lãnh thổ Việt Nam

Thảm phủ rừng trên lưu vực biến động mạnh, từ chỗ chiếm 42% năm 1960, đến năm 1987 giảm xuống còn 31% và nay còn giảm hơn, nhất là phần nằm trên lãnh thổ đất Việt Nam.

Dòng chính sông Hồng bắt nguồn từ dãy núi Ngụy Sơn cao trên 2000m thuộc tỉnh Vân Nam Trung Quốc. Sông Đà và sông Lô là hai phụ lưu chính cũng đều bắt nguồn từ vùng núi cao của tỉnh Vân Nam. Các phụ lưu chính của sông Hồng đều có hướng song song với sông chính, chúng được hình thành trong những máng sụt hay đứt gãy do vận động tạo sơn Hymalaya tạo nên. Tính từ nguồn tới cửa Ba Lạt sông Hồng dài 1126km, phần chảy trên lãnh thổ Việt Nam chiếm 556km.

Thượng lưu sông Hồng có thể tính từ đầu nguồn đến phố Lu. Đoạn này thung lũng sông khá hẹp, mùa cạn lòng sông trung bình chỉ rộng khoảng 40 - 60m, núi cao trên 2000m áp sát bờ sông, trong khi đáy sông chỉ trên dưới 100m tạo nen cảnh sông sâu núi cao rất hùng vĩ.

20

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Trung lưu sông Hồng kể từ phố Lu đến Việt Trì, nơi độ dốc đáy sông giảm đáng kể, xuống dưới 1 o/oo, ở đây lòng sông mở rộng dần, đến Yên Bái lên tới 300 -

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

400m, độ cao hai bên bờ giảm xuống chỉ cao khoảng 25 m và thường bị nước lũ tràn ngập. Về mùa cạn bãi bồi xuất hiện nhiều.

Hạ lưu sông Hồng được tính từ Việt Trì, dòng sông chảy vào đồng bằng và được khống chế chảy trong hệ thống đê. Dưới thị xã Sơn Tây khoảng 12 km sông Hồng bắt đầu phân lưu. Tính từ Sơn Tây đến cửa Ba Bạt sông hồng có 8 phân lưu, song hiện nay chỉ có 5 phân lưu đang hoạt động, còn ba phân lưu đã bị lấp kín.

Các phụ lưu chính của sông Hồng như sông Đà, sông Lô ở thượng lưu dòng chảy uốn khúc quanh co trong các thung lũng sâu hẹp, nhiều thác gềnh. Phần trung lưu nói chung vẫn còn dốc

Lưu vực sông Hồng nằm trong vùng nhiệt đới cận chí tuyến, tiếp giáp với đại lục Châu á, nên chịu sự chi phối của nhiều hệ thống thời tiết có bản chất khác nhau, phía bắc là hệ thống thời tiết cực đới hoặc cực đới biến tính, phía tây là hệ thống thời tiết lục địa nhiệt đới khô nóng, phía nam là hệ thống nhiệt đới nóng ẩm, phía đông là hệ thống nhiệt đới mang đặc trưng biển.

Nơi đây hàng năm luôn xảy ra sự giao tranh của các hệ thống thời tiết có nguồn gốc và bản chất khác nhau mang tính quy mô synop, quy mô khu vực hoặc quy mô địa phương. Sự tranh chấp của các hệ thống thời tiết đa dạng đó đã tạo nên chế độ mưa ở trên lưu vực hết sức phong phú và cũng không kém phần phức tạp, vừa mang tính quy luật vừa mang tính biến động, phụ thuộc từng địa phương. Đó là chưa kể đến điều kiện địa hình, điều kiện tự nhiên phân bố núi non chia cắt.

1.2. NHẬN DẠNG HÌNH THẾ THỜI TIẾT GÂY LŨ LỚN TRÊN HỆ THỐNG SÔNG HỒNG

1. 2.1 Ảnh hưởng địa lý đến chế độ mưa trên hệ thống.

21

Hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình chiếm hầu hết phần phía bắc Bắc bộ là khu vực phía bắc nước ta nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, được phân chia thành hai mùa tương đối rõ rệt: mùa đông lạnh, ít mưa, độ ẩm thấp; mùa hè nóng, mưa nhiều, độ ẩm lớn. Tuy nhiên, giữa hai mùa chính người ta cũng có thể dễ dàng nhận thấy có hai mùa chuyển tiếp là mùa xuân và mùa thu và được phân chia thành nửa đầu, nửa cuối mang tính đặc trưng của mùa trước hoặc sau nó.

Nhìn chung, chế độ mưa ở Bắc bộ có sự phụ thuộc vị trí địa lý của khu vực nhiệt đới cận chí tuyến. Nằm tiếp giáp với đại lục Châu á, Bắc bộ chịu sự chi phối của nhiều hệ thống thời tiết có bản chất khác nhau, phía bắc là hệ thống thời tiết cực đới Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

hoặc cực đới biến tính, phía tây là hệ thống thời tiết lục địa nhiệt đới khô nóng, phía nam là hệ thống nhiệt đới nóng ẩm, phía đông là hệ thống nhiệt đới mang đặc trưng biển.

Nơi đây hàng năm luôn xảy ra sự giao tranh của các hệ thống thời tiết có nguồn gốc và bản chất khác nhau mang tính quy mô synop, quy mô khu vực hoặc quy mô địa phương. Sự tranh chấp của các hệ thống thời tiết đa dạng đó đã tạo nên chế độ mưa ở Bắc bộ hết sức phong phú và cũng không kém phần phức tạp, vừa mang tính quy luật vừa mang tính biến động, phụ thuộc từng địa phương. ấy là chưa kể đến điều kiện địa hình, điều kiện tự nhiên phân bố núi non chia cắt, sông ngòi ở Bắc bộ và khu vực xung quanh đã tạo nên sự phân hoá theo vùng miền khác nhau rõ rệt. Đó là đặc trưng mang tính địa lý của chế độ mưa.

Về địa hình, độ nghiêng của Bắc bộ theo hướng Tây bắc - Đông nam và bị chia cắt bởi hai hệ thống núi chính: Dải Hoàng Liên Sơn chia Bắc bộ thành hai phần phía đông và phía tây; hệ thống núi cánh cung Đông Triều cũng chia phía đông Bắc bộ thành những vùng nhỏ (tiểu vùng) có chế độ mưa hàng năm rất khác nhau. Ngoài ra, sự khác biệt về khu vực tiếp giáp đất liền hay biển cũng tạo ra một vài sự khác nhau về chế độ mưa của khu vực ven biển và vùng nằm sâu trong đất liền.

Do ảnh hưởng của địa hình và đặc trưng các hệ thống thời tiết mà trong cùng một thời gian, ở hai khu vực liền kề có chế độ thời tiết khác nhau, đôi khi trái ngược hẳn nhau. Hãy đơn cử một vài ví dụ: vào tháng 3 khi những đợt không khí lạnh yếu xâm nhập xuống Bắc bộ với cường độ không khí lạnh không đủ mạnh, mặt Front không vượt qua được dải Hoàng Liên Sơn thì ở phía đông Bắc bộ xảy ra mưa nhỏ, mưa phùn lạnh kéo dài, đôi khi xảy ra rét đậm, rét hại, trời âm u, nhiệt độ trung bình

ngày có thể xuống 13-15°C hoặc thấp hơn, thì các tỉnh phía tây Hoàng Liên Sơn vẫn

chịu sự chi phối của hệ thống áp thấp nóng ấn Miến: trời ít mây, không mưa, trời nắng

nóng, nhiệt độ có thể lên cao tới 30-33°C. Với hoạt động của dòng xiết gió tây trên

22

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

cao, nhiều khi chỉ gây mưa rào và dông mạnh mẽ ở khu tây bắc Bắc bộ hoặc vùng núi phía bắc Bắc bộ mà không ảnh hưởng gì đến khu vực đồng bằng, ven biển hoặc đối với hoạt động của gió đông nam của áp cao cận nhiệt đới thường chỉ gây mưa đáng kể đối với đồng bằng và vùng ven biển và rất ít khi gây nên mưa ổn định ở các tỉnh nằm sâu trong đất liền thuộc phía tây Hoàng Liên Sơn... Sự phân hoá địa hình là nguyên nhân chính tạo nên những vùng khí hậu nói chung và chi phối chế độ mưa nói riêng ở

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bắc bộ. Đó là cơ sở về mặt lý thuyết lẫn thực tế để phân chia các tiểu vùng mưa đặc trưng cho chế độ mưa ở Bắc bộ.

Việc phân chia vùng khí hậu dựa trên nhiều chỉ tiêu nhiệt động lực khác nhau. Đối với vùng này khi phân chia chúng ta chú trọng nhiều đến việc phân bố mưa do ảnh hưởng hoàn lưu khí quyển và phân bố mưa do tác động địa hình. Dựa vào quan điểm trên có thể phân chia Bắc bộ thành 4 tiểu vùng mưa như sau:

- Tiểu vùng 1. Khu Tây bắc Bắc bộ: Bao gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Hoà

Bình có vị trí nằm ở phía tây dải núi Hoàng Liên Sơn.

- Tiểu vùng 2. Vùng núi phía bắc Bắc bộ: Bao gồm các tỉnh Hà Giang, Tuyên

Quang, Yên Bái, Phú Thọ, Cao bằng, Lạng Sơn, Bắc Cạn, Thái Nguyên.

- Tiểu vùng 3. Khu Đông bắc Bắc bộ: Bao gồm các tỉnh Quảng Ninh, Hải

phòng (kể cả các huyện đảo), Bắc Giang, Bắc Ninh.

- Tiểu vùng 4. Khu vực đồng bằng Trung du Bắc bộ: Bao gồm các tỉnh TP.Hà Nội, Hưng Yên, Hải Dương, Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình, Hà Nam, Hoà Bình, Vĩnh Phúc và Sơn Tây.

Số liệu quan trắc trong những năm gần đây cho thấy ở Bắc bộ lượng mưa phần lớn tập trung vào các tháng mùa mưa từ tháng V đến tháng X, đặc biệt tập trung trong 4 tháng VI, VII, VIII và IX. Lượng mưa trung bình tháng tăng dần từ tháng I, đạt cực đại vào tháng VIII sau đó giảm dần đến tháng XII; Tháng ít mưa có lượng mưa khoảng 20-25mm, tháng mưa nhiều 300-350mm.

1.2.2 Các hệ thống thời tiết chính chi phối chế độ mưa Bắc Bộ.

Khu vực miền núi phía bắc Bắc bộ chịu sự khống chế của nhiều hệ thống thời tiết. Bởi vậy, các hệ thống thời tiết thịnh hành theo thời gian trong năm quyết định chế độ thời tiết nói chung và chế độ mưa khu vực này nói riêng.

23

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Mỗi một hệ thống thời tiết đặc trưng khác nhau thì gây nên tính chất, chế độ mưa khác nhau mặc dầu chúng đều bao hàm 2 nguyên nhân chính là động lực và nhiệt lực song cần phải kể đến vai trò của lượng ẩm tiềm tàng mà hệ thống thời tiết đó mang lại cũng như điều kiện ẩm của khối không khí đang khống chế khu vực và các điều kiện khác của mặt đệm. Đó cũng là cơ sở để hình thành chế độ mưa mùa hè và mưa mùa đông khác biệt nhau cũng như giữa các khu vực khác nhau.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Các nhà khí tượng, khí hậu học khi nghiên cứu chế độ mưa ở Bắc bộ đều khẳng định một điều chắc chắn là chế độ mưa ở Bắc bộ được phân chia thành 2 mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa liên quan đến hệ thống thời tiết xảy ra trong mùa hè; mùa khô hay gọi là mùa ít mưa liên quan đến các hệ thống thời tiết mùa đông. Tuy nhiên trong những tháng chuyển tiếp giữa mùa nọ sang mùa kia đôi khi cũng xuất hiện những hệ thống thời tiết của mùa đối lập ví dụ sự xâm nhập của không khí lạnh trong những tháng mùa hè hay sự phát triển của áp thấp nóng phía tây trong những tháng mùa đông đã làm đa dạng hơn chế độ mưa theo mùa ở khu vực. Do vị trí địa lý và địa hình khác nhau, sự giao tranh của các hệ thống thời tiết xảy ra khác nhau giữa các vùng, là nguyên nhân gây nên mưa hệ thống mang tính ổn định hoặc bất ổn định khác nhau tạo nên các cơ chế mưa cho từng tỉnh.

Mưa nhiều mùa hè có liên quan đến sự phát triển mạnh mẽ của gió mùa tây nam mang lại không khí có nguồn gốc biển nhiệt đới và khu vực nhiệt đới xích đạo. Song gió mùa mùa hè chỉ là nguồn cung cấp hơi ẩm còn nguyên nhân gây mưa chủ yếu là nhiễu động bên trong cơ chế gió mùa đặc trưng này.

Ở khu vực miền núi phía bắc Bắc bộ nước ta những nhiễu động nhiệt đới trong mùa hè thường rất phổ biến. Những cơn bão, áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) phát sinh từ tây bắc Thái Bình Dương, Biển Đông, những đường hội tụ gió có hướng và nguồn gốc khác nhau như gió tây nam từ vịnh Bengan và gió từ Biển Đông, giữa gió mùa tây nam và tín phong bắc bán cầu dồi dào hơi ẩm. Những hoạt động của áp thấp, rãnh thấp hình thành trong tầng đối lưu, những nhiễu động gây hội tụ trong đới gió tây trên cao, những nhiễu động trong đới gió đông, sự tranh chấp giữa gió mùa mùa đông và gió mùa mùa hè trong thời kỳ chuyển tiếp... luân phiên tác động đến Bắc bộ là những tác nhân gây mưa bất ổn định ở Bắc bộ và đôi khi gây mưa lớn kéo dài kèm theo dông. Những trận mưa có nguồn gốc khác nhau như vậy đã góp phần quyết định chế độ mưa ở các khu vực Bắc bộ nói chung và mưa vừa, mưa to nói riêng.

Căn cứ vào cơ chế động lực, nhiệt lực và điều kiện hoàn lưu, các dạng hình thế thời tiết (hình thế synop) tổng quan chế độ mưa do các hệ thống thời tiết mùa hè được mô tả như sau:.

a/ Mưa do bão, ATNĐ (xoáy thuận nhiệt đới).

24

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hai hệ thống thời tiết quy mô cỡ nhỏ và cỡ vừa, có phạm vi từ vài chục km đến vài trăm km xẩy ra trên khu vực này là Bão, ATNĐ. Mưa do bão, ATNĐ đối với Bắc bộ tuỳ thuộc số lượng bão, ATNĐ ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến khu vực.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mưa do bão và ATNĐ là loại mưa bất ổn định có nguồn gốc từ phía đông. Tổng lượng mưa, thời gian mưa, phân bố không gian mưa phụ thuộc hoàn toàn vào phạm vi, hướng, tốc độ di chuyển và thời gian tồn tại của bão, ATNĐ. Một cơn bão, ATNĐ ảnh hưởng trực tiếp đến Bắc bộ gây mưa kéo dài thường vài ba ngày. Kết quả thống kê (Bảng 1.1) tổng lượng mưa bão 24 giờ do bão và ATNĐ phổ biến ở các khu vực từ 200-300mm (45%), đôi khi lớn hơn từ 300-400mm(15%). Lượng mưa đạt trên 400mm chỉ chiếm 5%.

Một bức tranh tương tự cho tổng lượng mưa của toàn đợt (bảng 1.2).

Bảng 1-1: Xác suất bão, ATNĐ có lượng mưa 24 giờ cực đại các cấp (%)

< 150mm 150 - < 200mm 200 - < 300mm 300 - < 400mm > 400mm

5 15 20 45 15

Bảng 1-2: Xác suất bão, ATNĐ có tổng lượng mưa theo các cấp (%)

150-200mm 200-300mm 300-400mm 400-500mm >500mm

5 12 25 45 15

Nếu bão, ATNĐ kết hợp với các hệ thống thời tiết khác như dải hội tụ nhiệt đới (DHTNĐ)...thì lượng mưa có thể trội hơn, phổ biến cỡ 300 - 500mm. Các khu vực có ảnh hưởng địa hình, khu vực núi đón gió, thung lũng, lượng mưa thường lớn hơn các nơi khác, có khi đạt tới 500 - 600mm.

Mưa do bão, ATNĐ đối với khu vực miền núi phía bắc Bắc bộ do khối không khí nóng ẩm bất ổn định di chuyển từ vịnh Bắc bộ vào đất liền với dòng thăng mạnh mẽ theo chiều thẳng đứng và chuyển động xoáy theo hoàn lưu xoáy thuận trên một khu vực rộng lớn có khi bao trùm toàn bộ Bắc bộ. Mưa do bão, ATNĐ là loại mưa đặc trưng nhất, nó phụ thuộc vào quy mô, hướng và tốc độ chuyển động cũng như khu vực đổ bộ hoặc khu vực ảnh hưởng của bão, ATNĐ. Mưa do bão, ATNĐ dịch chuyển từ đông sang tây, lượng mưa lớn nhất thường tập trung ở khu vực ven biển, đồng bằng trung du Bắc bộ, phần đón gió phía đông của các dải núi như phía đông Hoàng Liên Sơn. Vùng mưa lớn thường tập trung ở phần đông bắc của hoàn lưu bão, ATNĐ và giảm dần theo hướng đông nam đến tây bắc.

25

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Một đặc điểm quan trọng là mưa do bão, ATNĐ có cường độ gia tăng, thời gian kéo dài hơn, phạm vi rộng hơn nếu hoạt động của chúng kèm theo hoạt động của dải

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

hội tụ nhiệt đới hoặc hoạt động của đới gió đông nam mạnh của rìa áp cao cận nhiệt đới đang hoạt động.

Cũng cần lưu ý rằng mưa bão, ATNĐ không hoàn toàn phụ thuộc vào cường độ bão và ATNĐ. Có những cơn bão mạnh nhưng mang lại lượng mưa ít hơn những cơn bão có cường độ yếu thậm chí có những ATNĐ cho lượng mưa còn nhiều hơn cả những cơn bão. Ví dụ như đợt ATNĐ ngày 14 - VIII/1996 đổ bộ vào Nam Đinh- Thanh Hoá có tổng lượng mưa trung bình ở Bắc bộ do ATNĐ ngày 14/VIII/96 đạt 150-200mm, nhiều nơi 300-400mm hoặc lớn hơn như Km46 Sơn La là 475mm, Hoà Bình 482mm với vùng mưa bao phủ cả một khu vực rộng lớn toàn Bắc bộ và bắc Trung bộ, trong khi đó cơn bão rất mạnh số 4 (NIKI) cũng đổ bộ vào Nam Định - Thanh Hoá (ngày 23 - VIII/1996 chỉ cho tổng lượng mưa trung bình ở các khu vực trên từ 50-100mm, thấp hơn nhiều so với lượng mưa mà ATNĐ mang lại. Về thời gian mưa do ATNĐ cũng vượt xa thời gian mưa lớn của cơn bão số 4 nói trên.

Rõ ràng mưa bão, ATNĐ phụ thuộc nhiều vào điều kiện hoàn lưu, tốc độ di chuyển và sự tồn tại của nó trên đất liền sau khi đổ bộ. Khu vực tâm bão đi qua đôi khi có lượng mưa lại ít hơn khu vực xung quanh. Nếu quan sát mây bão, ATNĐ trên ảnh mây vệ tinh hay ra đa thời tiết cũng dễ dàng nhận thấy vùng mưa lớn liên quan đến cấu trúc và tổ chức hệ thống mây.

Mưa do bão, ATNĐ đối với Bắc bộ thường tập trung vào mùa bão tháng VII và tháng VIII là chủ yếu, là những tháng tần suất mưa xảy ra lớn hơn nên chắc rằng vai trò mưa do hoạt động xoáy thuận nói chung, bão, ATNĐ nói riêng có vị trí khá quan trọng trong các quá trình mưa lớn.

b/ Mưa do dải hội tụ nhiệt đới.

26

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Dải hội tụ nhiệt đới là một dạng hình thế thời tiết đặc trưng của vùng nhiệt đới nói chung và Bắc bộ nói riêng. Đây là một dạng nhiễu động riêng trong cơ chế hoàn lưu mùa hè đối với khu vực này. Thường dải hội tụ nhiệt đới là một vùng thời tiết xấu (nhiều mây, kèm theo mưa bất ổn định) gây ra bởi sự hội tụ giữa hai luồng gió tín phong bắc bán cầu và nam bán cầu hoặc giữa tín phong bắc bán cầu và gió mùa mùa hè mà bản chất do tín phong nam bán cầu đổi hướng khi vượt qua xích đạo tạo nên gió mùa tây nam trên khu vực đông nam châu Á và Biển Đông. Do vậy, ở Bắc bộ hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới thường trùng vào thời kỳ hoạt động của gió mùa tây nam trên khu vực nam Biển Đông.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Xét về mặt cấu trúc hoàn lưu và hình thế synop rõ ràng dải hội tụ nhiệt đới chỉ có thể tồn tại khi phía bắc của nó là sự khống chế của áp cao cận nhiệt đới. Mưa do dải hội tụ nhiệt đới xảy ra không liên tục, chủ yếu là dạng mưa rào và chỉ xảy ra ở khu vực nào xuất hiện sự hội tụ gió trong tầng đối lưu và có chiều rộng không lớn khoảng 100- 200km. Ở khu vực miền núi phía bắc Bắc bộ mưa do dải hội tụ nhiệt đới chiếm tỷ lệ khoảng 10% các đợt mưa và cho lượng mưa không lớn, khoảng 30-50mm và tập trung vào các tháng VII, VIII và IX.

Hình thế synop do hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới chỉ có khả năng cho mưa lượng lớn khi có tác động kết hợp với sự tăng cường, lấn sâu về phía tây của áp cao cận nhiệt đới với sự hoạt động của gió đông nam dày phát triển đến 5km hoặc cao hơn, đặc biệt khi xuất hiện các nhiễu động xoáy thuận được hình thành trong nó...

Mưa do dải hội tụ nhiệt đới tuy lượng mưa không lớn nhưng thường kèm theo dông và xảy ra ban ngày nhiều hơn ban đêm. Đó là sự hội tụ của 2 hay nhiều khối không khí có nguồn gốc khác nhau nên tính chất mưa của từng đợt cũng có khác nhau song xảy ra mãnh liệt nhất về cường độ mưa, tổng lượng mưa, thời gian mưa liên tuc kéo dài khi xuất hiện nhiễu động xoáy thuận được hình thành ngay ở Bắc bộ hoặc dải hội tụ nhiệt đới bị nén do không khí lạnh hoặc sự lấn về phía tây của áp cao cận nhiệt đới với tín phong đông nam mạnh phát triển lên độ cao 3000-5000m trên khu vực Bắc bộ. Điều kiện synop này thuận lợi cho đối lưu phát triển mạnh và sâu trong khu vực nhiệt đới.

c/ Mưa do hoạt động của áp cao cận nhiệt đới Thái Bình Dương.

Áp cao cận nhiệt đới nằm ở khu vực tây bắc Thái Bình Dương là một trong những hệ thống thời tiết quan trọng ảnh hưởng tới khu vực Đông nam châu Á nói chung và Bắc bộ Việt nam nói riêng. Sự di chuyển của nó trong các mùa, sự biến thiên giao động trong thời gian ngắn cũng có tính quyết định hoặc chi phối thời tiết ở Bắc bộ.

27

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Ngoài ra, hoạt động áp cao cận nhiệt đới còn chi phối các hệ thống thời tiết khác bởi một lẽ áp cao này có quy mô rất lớn, phát triển từ tầng thấp lên cao vài chục km trong tầng đối lưu và tồn tại quanh năm. Tuy nhiên, đối với khu vực miền núi phía bắc Bắc bộ tác động áp cao cận nhiệt đới không phải lúc nào cũng xuất hiện thời tiết xấu. Mưa do hình thế áp cao cận nhiệt đới chỉ có thể xảy ra khi vị trí trục áp cao thích hợp và cường độ áp cao đang mạnh lên và có xu hướng lấn về phía tây tạo điều kiện

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

thuận lợi cho gió đông nam mạnh với độ ẩm lớn thổi trượt trên mặt đệm đất liền cũng nóng và ẩm.

Mưa do áp cao cận nhiệt đới chỉ có tần suất trên 7% và thường xuất hiện tập trung vào những tháng đầu mùa hè, thời gian mưa phần lớn xảy ra vào thời gian nửa đêm về sáng. Lượng mưa do tác động của áp cao cận nhiệt đới khoảng vài chục mm, kéo dài 1-2 ngày. Mưa do áp cao cận nhiệt đới kết thúc khi đới gió đông nam của rìa áp cao này suy yếu do Bắc bộ nằm sâu trong áp cao, cường độ áp cao suy yếu, rút ra phía đông hoặc trục áp cao thay đổi làm phá vỡ sự khống chế của tín phong đông nam.

Mưa do áp cao cận nhiệt đới có phạm vi không rộng chủ yếu tập trung ở các tỉnh phía đông Bắc bộ đặc biệt các tỉnh đồng bằng ven biển thuộc hạ lưu sông Hồng và sông Thái Bình, ít có khả năng gây mưa lớn ở khu vực vùng núi phia bắc Bắc bộ.

d/ Mưa do hội tụ kinh hướng của đới gió vịnh Ben gan và Biển Đông.

Đây là một dạng hình thế synop gây mưa có tần suất lớn nhất đối với Bắc bộ, không chỉ xảy ra trong các tháng mùa hè mà ngay cả trong những tháng mùa đông hoặc các tháng chuyển tiếp, chiếm tỷ lệ trên 30%. Hội tụ kinh hướng là sự hoà trộn của hai khối không khí nóng ẩm có nguồn gốc trên Biển Đông và vịnh Bengan trượt trên mặt đệm nóng ẩm của lục địa theo chiều từ nam lên bắc và tập trung vào khu vực có sự hội tụ mãnh liệt nhất như khu vực đồng bằng Trung du Bắc bộ tạo thành đường hội tụ theo chiều bắc-nam qua Bắc bộ.

Tùy thuộc mức độ hội tụ và thời gian tồn tại mà lượng mưa có thể từ vài chục đến vài trăm mm và mưa lớn quyết định bởi mức độ hội tụ của gió trên cao, song ở tầng thấp cần thiết có tác nhân động lực gây nén bởi các hệ thống thời tiết xung quanh làm tăng độ cong xoáy thuận trong rãnh và tăng mức độ hội tụ ở các lớp khí quyển cao hơn.

Dạng hình thế thời tiết này đôi khi gây mưa lớn có kèm theo dông mạnh. Mưa do hội tụ kinh hướng xảy ra ban đêm thường mãnh liệt hơn ban ngày, chính là do quá trình tích nhiệt ban ngày đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc giải phóng năng lượng vào ban đêm.

Ngoài các hình thế thời tiết chính trên còn một vài hình thế khác như: Mưa do

28

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

các nhiễu động trên các tầng đối lưu, mưa do rãnh gió tây trên ca, mưa do sóng đông

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1.2.3 Đặc điểm về Diễn biến và tình hình mưa.

Nhìn chung diễn biến mưa lũ khu vực vùng núi Bắc Bộ rất phức tạp do đặc điểm địa lý, địa hình chia cắt cùng với sự tác động của nhiều hệ thống thời tiết khác nhau.

a. Mùa mưa lũ liên tục kéo dài nhiều tháng.

Trên các hệ thống sông ở Bắc bộ mùa mưa thường xảy ra từ tháng V đến tháng X, trong đó mưa to kéo dài gây lũ lớn, đặc biệt lớn tập trung trong vòng 3 tháng liên tục là tháng VII, VIII và IX. Mặt khác vào thời kỳ này đối với Bắc bộ và khu vực Vân Nam Trung quốc lại là thời kỳ giao tranh mãnh liệt nhất của các khối khí đoàn nhiệt đới, cận nhiệt đới, cực đới mang tính chất lục địa hoặc biến tính qua biển. Sự phức tạp đó đã tạo nên các loại hình thế thời tiết nói chung và hình thế synop gây mưa lớn nói riêng rất đa dạng và phức tạp kế tiếp nhau. Mùa mưa lũ kéo dài nhiều tháng không chỉ làm giảm khả năng chống đỡ của các công trình chống lũ mà còn làm căng thẳng thêm công tác dự báo, chỉ đạo phòng chống giảm nhẹ thiệt hại.

b. Tính biến động dị thường của mùa mưa.

Trong những năm gần đây do biến đổi khí hậu có tính chất nóng lên toàn cầu, đặc biệt các giao động ENSO làm tình hình mưa lũ ở Bắc bộ và vùng lân cận cũng có nhiều biến động mang tính dị thường. Ngoài những công trình nghiên cứu của các nhà khí tượng, thuỷ văn, hải văn nước ngoài trên lĩnh vực biến đổi khí hậu đã được công bố, đặc biệt các hiện tương KTTV cực đoan đã xảy ra trên thế giới, các kết quả nghiên cứu ban đầu ở trong nước cũng đã lưu ý đến tính biến động dị thường của hiện tượng thời tiết, bão lũ trong nhiều thập kỷ trở lại đây. Hãy đơn cử một vài ví dụ cũng đủ chứng minh cho vấn đề trên:

c/ Đặc điểm hoạt động của bão, ATNĐ ảnh hưởng đến Việt Nam vừa mang

tính quy luật vừa mang tính dị thường.

29

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Bão, ATNĐ là hệ thống thời tiết gây mưa lũ nguy hiểm nhất đối với Bắc bộ. Nhiều người cho rằng trong thời gian gần đây có xu hướng gia tăng về mặt số lượng và mức độ ảnh hưởng do quá trình biến đổi khí hậu nóng lên có tính chất toàn cầu. Nhưng nếu chỉ nhận xét như vậy e rằng chưa đủ sức thuyết phục thậm chí có thể thiếu căn cứ xác đáng. Bởi lẽ trên thực tế số lượng bão, ATNĐ hoạt động trên khu vực Tây bắc Thái Bình Dương, Biển Đông, và ảnh hưởng đến Việt Nam trong vài thập kỷ qua có giá trị thấp hơn trung bình nhiều năm một ít, thậm chí có năm đạt cực trị thấp nhất.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ví dụ, trong những năm của thập kỷ 60, có đến những 4 năm liên tiếp 1964, 1965, 1966 và 1967, bão hoạt động nhiều trong đó năm 1967 có số lượng bão nhiều nhất trong khoảng 100 năm trở lại đây. Ngược lại liên tiếp trong 5 năm liền của thập kỷ 70 đến đầu thập kỷ 80 (từ 1975-1980), trừ năm 1978, bão hoạt động có xu hướng ít, trong đó năm 1976 lại là năm đặc biệt không có cơn bão nào đổ bộ, ảnh hưởng trực tiếp đến nước ta, hay gần đây nhất năm 2002 cũng chỉ có 1 ATNĐ ảnh hưởng đến Việt Nam. Trong vài ba năm trở lại đây, số lượng bão hoạt động trên khu vực Tây bắc Thái Bình Dương có giá trị thấp hơn rất nhiều so với trung bình nhiều năm, đơn cử như năm 1998 với số lượng chỉ 16 cơn so với trung bình nhiều năm là 27 - 28 cơn, là năm có số lượng bão ít nhất trong chuỗi số liệu quan sát được hoặc năm 2000 vừa qua cũng chỉ có 23 cơn bão, thấp hơn 5 cơn so với trung bình nhiều năm. ấy là chưa kể số lượng bão hoạt động trên Biển Đông cũng ít hơn so với trung bình nhiều năm. Điều này đã có tác động trực tiếp đến chế độ mưa nói chung và mưa lũ ở Bắc bộ nói riêng bởi vì mưa bão, ATNĐ đóng góp một vai trò rất quan trọng trong khả năng xuất hiện mưa lũ lớn ở khu vực này. Tuy nhiên, cũng cần phải thấy rõ một đặc điểm ngoài tính quy luật đã thể hiện rất rõ trong những năm gần đây không chỉ đối với Bắc bộ mà đã xảy ra trong phạm vi cả nước. Đó là tình hình diễn biến phức tạp đa dạng của bão, ATNĐ. Ví dụ năm 1996, sau 10 năm không có cơn bão mạnh nào đổ bộ vào Bắc bộ thì chỉ trong vòng 1 tháng (tháng VIII) đã có liên tiếp 2 cơn bão mạnh và 1 ATNĐ đổ bộ liên tiếp vào đồng bằng Bắc bộ gây nên mưa lớn, lũ lụt nghiêm trọng đối với đồng bằng Bắc bộ nói chung và trên 2 hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình nói riêng. Đặc biệt ATNĐ xảy ra ngày 14/VIII/96 do một vùng áp thấp từ đất liền di chuyển xuống biển và mạnh lên nhanh chóng ngay sát bờ là một hiện tượng hiếm thấy hoặc cơn bão số 2 (FRANKIE) trong quá trình di chuyển càng gần bờ càng mạnh lên hoặc cơn baõ số 4 (NIKI) có cường độ rất mạnh nhưng lại cho lượng mưa không lớn so với các cơn bão cùng thời kỳ.

Theo phương pháp phân tích synop trên cơ sở số liệu bản đồ thời tiết trong 17 năm từ 1986-2002, có thể phân chia thành 5 loại hình thế synop cơ bản gây mưa lớn diện rộng đối với khu vực vùng núi phía bắc Bắc bộ và tháng thịnh hành như sau:

1. 2.4 Kết luận

30

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Từ việc phân tích hình thế synop và đánh giá nguyên nhân hình thành cũng như cơ chế vật lý của các quá trình mưa, đã phân loại hình thế synop gây mưa nói chung và mưa lớn nói riêng. Bằng phương pháp phân tích lựa chọn, xây dựng được 5 loại hình

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

thế synop đặc trưng chính, một số dạng hình thế synop phụ đặc trưng các quá trình mưa. Đó là cơ sở cần thiết ban đầu để tiến hành xây dựng phương pháp khoa học công nghệ trên lĩnh vực phân tích và dự báo mưa lũ.

Qua kết quả phân tích, đánh giá các quá trình synop gây mưa cũng như mô hình synop đặc trưng của các quá trình mưa ở khu vực vùng núi phía bắc Bắc Bộ, đã rút ra những nhận xét cơ bản như sau:

- Mưa lớn chỉ xuất hiện trong điều kiện không khí bất ổn định và đối lưu phát triển mạnh. Mưa lớn thuận lợi trong quá trình hình thành với các hệ thống synop mùa hè, đặc biệt trong các tháng chuyển tiếp.

- Qua kết quả phân tích số liệu và bản đồ synop của các đợt mưa nói chung và mưa lớn nói riêng, có thể phân chia các quá trình mưa thành 5 loại hình thế synop chính theo các hệ thống tác động chủ yếu đó là: mưa do tác động không khí lạnh, mưa do rãnh áp thấp bị nén, mưa do hoạt động của xoáy thuận nhiệt đới, mưa do hội tụ rãnh áp thấp và mưa do hội tụ kinh hướng của các đới gió trên cao. Năm quá trình synop chính còn phân chia thành các loại hình thế synop phụ trên cơ sở đánh giá vai trò các tác nhân gây nên các quá trình mưa.

- Năm loại hình thế synop gây mưa ở khu vực vùng núi phía bắc Bắc bộ đều do các quá trình nén động lực bởi sự tranh chấp của các khối khí đoàn có bản chất và nguồn gốc khác nhau, đặc biệt giữa các khối không khí mang tính chất lục địa và các khối không khí có nguồn gốc biển. Các trận mưa rào và dông xảy ra không chỉ do nguyên nhân phát triển đối lưu nhiệt của khối không khí nóng, ẩm mà còn có sự đóng góp của quá trình động lực nén xảy ra bởi sự tương tác giữa các khối khí với nhau.

- Các mô hình synop đặc trưng đã nêu trên là những mô hình chính chi phối chế độ mưa ở khu vực vùng núi phía bắc Bắc bộ. Tuy nhiên không phải lúc nào trong một đợt mưa cũng xuất hiện một loại hình thế synop đặc trưng nhất định, mà có khi xuất hiện liên tiếp nhiều hệ thống synop đặc trưng khác nhau hoặc có sự kết hợp hai hay nhiều hình thế đặc trưng có liên quan chặt chẽ với nhau.

31

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- Khi nghiên cứu các hình thế synop đặc trưng gây mưa lớn ở khu vực này cần lưu ý vai trò địa phương, mặt đệm, địa hình của từng vùng hoặc lưu vực sông và cần thiết đưa ra những nhận xét, so sánh sự khác biệt giữa các điều kiện động nhiệt lực bằng cách đánh giá tương đối tỷ trọng của chúng để có những nhận dạng khách quan chính xác hơn.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1.3 ĐẶC ĐIỂM LŨ TRÊN HỆ THỐNG SÔNG SÔNG HỒNG

Có thể nói , lũ ở Bắc Bộ chính là lũ trên các hệ thông sông Hồng và sông Thái Bình và phụ cận tác động lên vùng đồng bằng Bắc Bộ. Hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình có diện tích 169000km2, phần lưu vực sông Hồng tính đến Sơn Tây 143000km2 là phần chủ yếu gây lũ lụt ở đồng bằng Bắc Bộ

1.3.1 Những đặc điểm mưa lớn trên hệ thống sông Hông

Sông Hồng bắt nguồn từ núi Nguỵ Sơn ở Văn Nam - Trung Quốc là sông lớn thứ 2 ở Việt Nam sau sông Cửu Long. Diện tích lưu vực tính đến cửa ra là 155000 km2 (trên đất Trung Quốc chiếm 53.3% còn lại 46.7% ở trên đất Việt Nam) chiếm một khu vực rộng lớn từ vùng núi cao Tây Bắc đến giáp vịnh Bắc Bộ vùng đông dân cư có tiềm năng kinh tế lớn.

Mưa lũ trên sông Hồng do nhiều loại hình thời tiết gây nên, lượng mưa trung bình lưu vực khoảng 1500mm, phân bố không đều theo không gian và thời gian, phần thuộc Trung Quốc nằm sâu trong đất liền ít mưa, lượng mưa năm trung bình nhiều

năm khoảng 750 ÷1040mm, phần ở Việt Nam mưa trung bình đến Sơn Tây đạt

1930mm. Trên phần lãnh thổ Việt Nam có các tâm mưa lớn là Bắc Quang, Hoàng Liên

Sơn, Mường Tè với lượng mưa từ 2800 ÷ 4800mm. Lượng bốc hới trên lưu vực

không đều, phía Trung Quốc khoảng 2000 ÷3000 mm năm, ở Việt Nam bốc hơi ít hơn,

từ 640 ÷740mm.

Mưa lũ trên lưu vực sông Hồng cũng như trên lưu vực sông Thái Bình thường bao gồm một số đợt mưa và thường có vài tâm mưa với lượng mưa ở tâm mưa khoảng từ 200 - 700mm, vùng tâm mưa mỗi trận thường bao trùm một diện rộng khoảng từ đến 200 - 300km2 ở phần trung và thượng nguồn sông Đà, Thao và sông 100 - 200km2 Lô (phần Việt Nam).

Lũ lớn trên sông Hồng thường được hình thành do mưa trên lưu vực sông Đà. Phần lớn (trên 60%) các trận lũ lớn được hình thành từ các trận mưa có lượng mưa bình quân lưu lực trên 100mm, thường từ 200 - 500mm. Đây chính là dấu hiệu cho phép cảnh báo để chuẩn bị cac biện pháp phòng chống lũ lớn ở đồng bằng Bắc Bộ.

1.3.2 Chế độ và đặc điểm của lũ trên hệ thống sông Hông

32

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Nguồn nước sông Hồng dồi dào, nhưng phân bố không đều, mùa lũ trên hệ thống bắt đầu từ tháng VI và kết thúc vào tháng X, trùng với mùa mưa. lượng nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

mùa lũ chiếm khoảng 78% lượng nước cả năm. Hai tháng VII và VIII là hai tháng thường xẩy ra lũ lớn nhất trong năm, tháng VIII có năm tổng lượng dòng chảy tháng

chiếm tới 20 ÷ 25% lượng dòng chảy năm.

Trong gần 4 thập kỷ qua trên hệ thống sông Hồng đã xẩy ra 7 trận lũ đặc biệt lớn với mực nước đỉnh lũ tại trạm Hà Nội vượt 12.0 m, đó là trận lũ các năm 1968, 1969, 1970, 1971, 1983, 1986 và 1996. Trong đó trận lũ tháng VIII - 1971 là trận lũ lớn nhất tại Sơn Tây là 37800 m3/s, mực nước đỉnh lũ cao nhất tại Hà Nội là 14.44m (hoàn nguyên và theô cao độ mới) với trận lũ này ngoài việc phân lũ vào sông Đáy còn vỡ nhiều tuyến đê như Tam Nông - Thanh Thủy, Cống Thôn - sông Đuống, Chí Linh - Hải Dương.

Trên sông Đà tại trạm Hoà Bình năm 1945 có lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất là 21600m3/s ( Tại Sơn Tây 33500m3/s). Năm 1996 xẩy ra trận lũ đặc biệt lớn và phức tạp nhất với 3 đỉnh lũ liên tiếp, lưu lượng lơn nhất đến hồ Hoà Bình 21500m3/s và có tổng lượng lũ lớn nhất từ 1902 đến nay.

Trên hệ thống sông Hồng đỉnh lũ năm biến động khá lớn, biên độ giao động có thể lớn gấp 2 lần giá trị TBNN, đỉnh lũ lớn nhất có thể lớn gấp 10-20 lần giá trị lưu lượng dòng chảy năm trung bình nhiều năm. Có một số dỉnh lũ vuợt trung bình nhiều năm như lũ 1904 vuợt 50%, lũ 1968 vựot 75%, lũ 1945, 1969 và 1996 vượt 106% vả lũ 1971 vượt 131%.

Tổ hợp lũ các nhánh sông chính Đà Lô thao để tạo nên đỉnh lũ sông Hồng rất

phức tạp, Tính từ 1902 đến nay cho thấy:

- Tần suất lũ sông Đà gặp sông Hồng là 68%

- Tần suất lũ sông Thao gặp sông Hồng là 44%

- Tần suất lũ sông Lô gặp sông Hồng là 47%

- Tần suất lũ sông Đà, sông Lô gặp sông Hồng là 34%

- Tần suất lũ sông Đà, sông Thao gặp sông Hồng là 25%

- Tần suất lũ sông Lô, sông Thao gặp sông Hồng là 23%

33

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- Tần suất lũ 3 sông Đà, Lô, Thao gặp sông Hồng là 13%

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hệ số tương quan giữa lũ các sông sông khá yếu, nhỏ hơn 50%, giưa lưu lượng đỉnh lũ sông chính và các sông nhánh lớn hơn, trong đó lũ sông Lô và sông Đà với sông Hồng đạt 0.75khoảng 0.7

Việc nghiên cứu quy luật chung sự hình thành, vận động, diễn biến lũ lớn là một vấn đề phức tạp, nhất là khi có các công trình thủy lợi, các công trình phân chậm lũ, các hiện tượng vỡ đê bối, đê chính, hiện tượng giao thao sóng lũ ở các ngã 3 sông Hồng.

Trên 3 sông, lũ sông Đà là ác liệt nhất (cả về birn độ lũ và cường suất lũ). Xết về cường suất lũ quan trắc được như sau: Trận lũ VII-1970 và VII - 1966trạm Lai Châu cường suất lũ trong 6 giờ đạt 5.08m, trong 24 giờ 15.22 m. trong khi trên sông Thao tại trạm Phú Thọ cường suất lũ lớn nhất trong 6 giờ là 1.22m và tại Vũ Quang sông Lô là 1.39m

Điểm đáng chú ý là do sự lệch pha về sóng lũ ở các sông nhánh và lượng nhập khu giữa là thơi gian lũ lên hạ lưu kéo dài hơn khá nhiều so với thời gian lũ lên ở mỗi sông

Nhìn chung các trận lũ lơn trên các sông nhánh cũng như trên sông Hồng (tương ứng mực nước Hà Nội trên 12.0m) thường xẩy ra ở nền nước gốc khac nhau. Tuy nhiên với các trận luc Lịch sử thì thường xẩy ra trên nền nước gốc cao.

Lũ lớn trên sông Hồng thường được hình thành đồng bộ trên các sông nhánh Đà, Lô, Thao rồi được tập hợp lại thành lũ ở hạ lưu. Từ 1960 đến 1999 trong số 42 trận lũ lớn thì tuyệt đậi đa số lũ xuất hiện trên lãnh thổ Việt Nam.

Đa số các trận lũ trên sông nhánh đều là các trận lũ kép phức tạp, thường gồm có 2 - 3 đợt lũ với đỉnh lũ sau cao hơn đỉnh lũ trước. Số lũ đơn trên các sông nhánh chỉ chiếm khoảng 1/3 và các trận lũ này có các nhánh lên xuống khá dốc và khá điển hình cho lũ niềm núi.

Tại hạ lưu sông chính ngược lại, do ảnh hưởng của điều tiết lòng dẫn và giao thao sóng lũ ở ngã 3 sông mà số lượng lũ kép giảm đi chỉ còn 1/3 số trận và còn lại là lũ đơn thuần tuý và bị bẹt đi nhiều.

34

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Đa số lũ kép ở hạ lưu là các trận lũ có các đỉnh sau cao hơn đỉnh trước, đỉnh cuối cùng là đỉnh cao nhất của trận và su đó lũ xuống (1986, 1996). Đặc điểm này càng tăng thêm sự ngu hiểm trong phòng ngừa lũ.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Theo thông skê cho thấy đỉnh lũ lơn nhất trên các sông nhánh và hạ lưu sông Hồng chỉ xuất hiện trong các tháng VII, VII và IX. Trong đó đại đa số đỉnh lũ xuất hiện vào khoảng từ 10/ VII đến 23/VIII.

Mức độ quyết liệt của lũ các sông nhánh và sự đồng pha của chúng quyết định mức độ quyết liệt của lú hạ lưu sông Hồng. Sự lệch pha lũ của các sông nhánh giảm đáng kể mức độ quyết liệt của lú hạ lưu sông Hồng, song điều đó lại kéo dài đáng kể thời gian duy trì mực nước cao ở hạ du trên mức báo động II (10.5m tại Hà Nội) biến đổi rất lớn , từ 12 giờ đến 492 giờ, trung bình 129 giờ (trên 5 ngày)

1.3.3 Ảnh hưởng của công trình thủy điện Hoà Bình

Từ 1987 trở đi tác động của Hồ Hoà Bình ngày cang mạnh mẽ làm thay đổi

đáng kể chế độ dòng chảy hạ lưu. ảnh hưởng này có thể khái quát thành 3 dạng sau:

+ Quá trình lũ bị điều tiết giống như dạng tự nhiên;

+ Quá trình lũ bị điều tiết dạng sóng xả với nhánh lên xuống gần như dốc đứng

+ Quá trình lũ bị điều tiết dạng sóng ngừng xả hoặc giảm xả đột ngột với các

nhánh lên xuống gần như dốc đứng.

Ngoài ra còn có các tác động phối hợp của 3 dạng điển hình này.

Với đặc điểm địa lý tự nhiên, đặc điểm mưa lũ như đã phân tích ở trên cộng với tình hình diễn biến mưa lũ trong những năm gần đây ngày càng phức tạp nên việc xây dựng một mô hình dự báo lũ tại các trạm trên từng nhánh sông của sông Hồng có kết quả tin cậy là một vấn đề rất khó và đang được quan tâm hiện nay. Trong nghiên cứu này, với việc phân tích nguyên nhân gây mưa lũ, đặc điểm mưa lũ và các quá trình vật lý tạo nên hiện tượng trên từng nhánh sông cùng với áp dụng mô hình hồi quy nhiều biến và mạng trí tuệ nhân, nhằm đạt được một phương pháp dự báo có kết quả khả quan nhất có khả năng đáp ứng yêu cầu thực tế.

PHẦN II. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP HỒI QUY ĐA BIẾN VÀ

MẠNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO

35

2.1 Phương pháp hồi quy đa biến

2.1.1- Cơ sở của phương pháp Hồi quy đa biến. Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mục đích của phương pháp hồi qui tương quan là ước lượng mức độ liên hệ (tương quan) giữa các biến độc lập (các biến giải thích) đến biến phụ thuộc (biến được giải thích), hoặc ảnh hưởng của các biến độc lập với nhau (các yếu tố nguyên nhân).

Chúng ta biết rằng, các đặc trưng dòng chảy trong sông là các đại lượng ngẫu nhiên, phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Mục tiêu của phương pháp này là phân tích tác động của nhiều biến độc lập Xi đối với biến phụ thuộc Y theo kiểu tuyến tính

Nghĩa là, phương pháp coi đại lượng cần được dự báo chịu ảnh hưởng của các đại lượng ngẫu nhiên độc lập. Thông thường mối quan hệ này được thể hiện ở phương trình sau:

( 5.1)

Y’ = a + b1* X1+b2 * X2+ ….+ bk * Xk Với Y’ - đại lượng cần dự báo Xi - đại lượng độc lập a - đại lượng không đổi bi - hệ số ảnh hưởng của các đại lượng độc lập i - số đại lượng độc lập : 1 ÷ k

Các hệ số a, b1, b2,…, bk được xác định từ hệ phương trình sau: Y’ = f { X1, X2,…, Xk }

2.1.2- Các giả thiết của phương pháp và quy trình thực hiện phương pháp

Để tìm ra các mối quan hệ này ta cần dựa trên các giả thiết sau:

• Mối quan hệ giữa đại lượng (biến) phụ thuộc và đại lượng (biến) độc lập

là mối quan hệ tuyến tính (đường quan hệ là đường thẳng).

• Các đại lượng độc lập có thể là các đại lượng liên tục hoặc rời rạc.

• Sai số tính toán giữa giá trị thực đo và tính toán là tuân theo luật phân bố

chuẩn với giá trị trung bình là 0.

Để việc xây dựng phương trình tương quan đa biến được nhanh chóng, dễ dàng

36

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

cần tiến hành theo các quy trình sau (hình 2.1):

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Xử lý số liệu đầu vào

Xây dựng ma trận tương quan

Xây dựng mô hình dự báo đơn

Thêm 1 biến bất kỳ vào mô hình

Phép thử f

Sai

Sai

Phép thử t

đúng

so sánh Chấp nhận biến mới & tiếp tục phép thử với biến

Sai

PT tốt nhất?

Loại biến cho thêm vào

Dự báo k

Kết thúc phương án DB

Hình 2.1 : Quy trình dự báo theo phương pháp tương quan đa biến

37

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

2.1.2.1- Xây dựng ma trận tương quan

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ma trận tương quan là ma trận đơn vị , có đường chéo chính bằng 1. Các phần tử của ma trận đối xứng qua đường chéo chính. Các phần tử của ma trận chính là các hệ số tương quan của các đại lượng ngẫu nhiên độc lập và quan hệ của các đại lượng này với đại lượng phụ thuộc (cần dự báo).

Ma trận tương quan còn giúp ta giải quyết các vấn đề sau:

• Ma trận tương quan thể hiện mối quan hệ giữa biến độc lập và biến phụ thuộc.(Giá trị phần tử của ma trận càng cao, thì quan hệ giữa các đại lượng càng chặt chẽ).

• Ma trận tương quan giúp cho việc xây dựng mô hình dự báo thuận lợi hơn.

• Ma trận tương quan còn giúp ta giảm được khối lượng phân tích khi loại bỏ

ngay những đại lượng có thể gây nên “ tương quan đa tuyến ”.

2.1.2.2- Phương trình dự báo đơn giản và các phép thử

Phương trình dự báo đơn giản: thông thường đây là phương trình được thành lập dựa trên phần tử có giá trị cao nhất trong ma trận tương quan giữa đại lượng cần dự báo và đại lượng ngẫu nhiên độc lập.

Phép thử toàn cục:

Phép thử này diễn ra nhằm xác định mô hình hồi quy liệu có tồn tại hay không. Nó đánh giá khả năng ảnh hưởng của tất các biến độc lập đến biến phụ thuộc. Nói cách khác, phép thử xác định liệu phương trình trình hồi quy có tồn tại hệ số R2 không?

Các hệ số b1, b2,…,bk trong một mẫu mà ta thu thập, tương đương với nó là các hệ số β1, β2,… βk trong thực tế. Các hệ số này được kiểm tra xem trong toàn biểu

mẫu có đồng thời bằng 0.

Giả thiết Ho: β1= β 2= β 3= …= β k = 0 Giả thiết H1: β 1 ≠ β 2 ≠ β 3 ≠ … ≠ β k ≠ 0

38

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Nếu giả thiết Ho được chấp nhận, điều này có nghĩa rằng tất cả các hệ số của phương trình hồi quy đều bằng 0 và về mặt logic mà nói không có quan hệ nào giữa đại lượng phụ thuộc với đại các lượng độc lập (phương trình hồi quy không tồn tại). Trong trường hợp này ta phải lựa chọn một vài biến độc lập khác để có thể xây dựng được phương trình dự báo cho đại lượng phụ thuộc.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Nếu như giá trị Ftt > Fdk thì giả thiết H1 được chấp nhận, hay nói khác đi

phương trình hồi quy tồn tại.

(5.2) Ftt = (SSR/k)/(SSE/(n-(k+1)))

số lượng của biểu mẫu được sử dụng số đại lượng độc lập được dùng

Với n: k: SSR: tổng bình phương của đại lượng được dự báo SSE: tổng sai số bình phương giữa đại lượng thực đo và dự báo

α = 0.05

υ1 = k - 1

υ2 = n - k

Fdk =F(α, υ1, υ2)

Phép thử riêng biệt:

Đây là phép thử nhằm đánh giá từng đại lượng ngẫu nhiên liệu có ảnh hưởng

đến đại lượng dự báo không. Phép thử này đưa ra 2 giả thiết sau:

Giả thiết Ho: β = 0

Giả thiết H1: β ≠ 0

Trong quá trình kiểm tra ta sử dụng hàm phân bố t với bậc tự do là n- (k+1).

Giá trị t giới hạn được tra bảng với độ tin cậy là 95%.

Với Error! Objects cannot be created from editing field codes. (5.3)

Error! Objects cannot be created from editing field codes.: giá trị trung bình

Error! Objects cannot be created from editing field codes. : giá trị kì vọng

s : sai số quân phương

n : số phần tử

39

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Khi giá trị ttt nằm ngoài khoảng giới hạn của tdk thì giả thiết H1 được chấp nhận. Điều này chứng tỏ đại lượng ngẫu nhiên có ảnh hưởng đến đại lượng cần dự báo. Ngược lại khi giả thiết Ho được chấp nhận ta phải loại bỏ đại lượng ngẫu nhiên đó ra khỏi phương trình hồi quy. Bởi đại lượng này không có ảnh hưởng đến đại lượng cần

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

dự báo. Ta phải xây dựng lại phương trình hồi quy với các biến còn lại. Sau đó lại tiến hành các phép thử như đã trình bày ở trên.

Chú ý:

• Nếu bất kì một phương trình nào mà không thỏa mãn 2 phép thử trên thì

phương trình đó sẽ bị loại bỏ.

• Sau khi xây dựng được phương trình dự báo đơn giản ta sẽ tiến hành thêm các

đại lượng ngẫu nhiên độc lập (biến) khác rồi tiến hành các phép thử.

• Nếu từ 2 biến độc lập trở lên tìm thấy chấp nhận giả thiết Ho thì ta loại bỏ biến nào có giá trị t nhỏ nhất. Tiến hành phân tích hồi quy và xem xét R2 của lần tính toán mới này với giá trị R2 của lần tình toán trước. Giá trị R2 của lần tính toán sau cho thấy các biến độc lập có ảnh hưởng bao nhiêu đến sự thay đổi của biến thụ thuộc (đại lượng cần dự báo). Ta cũng có thể so sánh giá trị R2 hiệu chỉnh vì nó loại bỏ bậc tự do.

2.1.2.3- Xác định phương trình tốt nhất

Đây là phương trình mà thỏa mãn đồng thời tất cả các phép thử toàn cục cũng như phép thử riêng biệt. Hơn nữa phương trình này phải là phương trình cho các hệ số sau lớn nhất:

a. Hệ số xác định R2

Hệ số xác định R2 được định nghĩa như là tỷ lệ (hoặc %) của sự biến động của

2

2

(0

R

R

=

1 = −

≤

1) ≤

SSR SST

SSE SST

biến phụ thuộc Y được giải thích bởi các biến độc lập Xi

Trong đó

Error! Objects cannot be created from editing field codes. : Tổng bình phương sai số

Error! Objects cannot be created from editing field codes. : Tổng bình phương hồi quy

40

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Error! Objects cannot be created from editing field codes. : Tổng bình phương tổng cộng

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

b. Hệ số tương quan bội

c. Hệ số xác định đã hiệu chỉnh

2.1.2.4 Dự báo kiểm tra với phương trình tốt nhất

Sau khi lựa chọn được phương trình tốt nhất ta tiến hành đánh giá phương án dự báo theo các chỉ tiêu dưới đây. Ngoài ra, quá trình lựa chọn phương án dự báo tùy thuộc vào các điều kiện tài liệu của vùng nghiên cứu, về tầm quan trọng của trạm cần dự báo ở hạ lưu…

Trong thống kê toán học, người ta thường đánh giá sai số dự báo thông qua sai

số yếu tố và phương án dự báo:

1. Đánh giá sai số yếu tố

0, 674

σ

∆ = cp

41

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Để đánh giá phương án dự báo là tốt hay xấu, người ta đưa vào khái niệm mức đảm bảo phương án, là tần suất xuất hiện sai số dự báo nhỏ hơn sai số cho phép. Phương án được coi là tốt nếu mức đảm bảo phương án lớn hơn 80% trong đó sai số cho phép của phương án được tính như sau:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

n

Q Q −

i

(

)2

∑

i

1 =

=

σ

n

STDEV =

2. Đánh giá phương án dự báo

Giả sử phân bố sai số của đại lượng dự báo tuân theo phân bố chuẩn, khi đó tần suất sai số dự báo xuất hiện trong khoảng tin cậy cho trước lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hệ số tương quan của biên độ dự báo.

Để đánh giá phương án dự báo là tốt hay xấu người ta dùng hệ số tương quan

η

′ σ σ

 = 1−  

  

của biên độ dự báo:

n

i

∑

(cid:0)( Q Q − i

)2

i

1 =

′ =

σ

n

n

Q Q −

i

(

)2

∑

i

1 =

σ

=

n

Trong đó :

Người ta đưa ra tiêu chuẩn đánh giá phương án dự báo như sau:

η

σσ /'

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn đánh giá phương án dự báo bằng hệ số tương quan của biên độ dự báo

Đánh giá phương án

Nhỏ hơn 0.4 Tốt Lớn hơn 0.9

Nhỏ hơn 0.6 Đạt Lớn hơn 0.9

Nhỏ hơn 0.8 Kém Lớn hơn 0.6

Lớn hơn 0.8 Không dùng được Lớn hơn 0.6

Tuy nhiên, với số lần dự báo kiểm tra còn ít (10 lần) hệ số tương quan ηsẽ

42

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

thiên lớn, do đó phương án coi như đạt yêu cầu nếu η>0.71.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

3. Hệ số NASH

NASH =Error! Objects cannot be created from editing field

n

n

Q Q

codes.

i

i

)2

( −∑

(cid:0)( −∑ Q Q i

)2

i

i

1 =

1 =

Với S1 = S2 =

Với :

iQ : Trị số thực đo

Q

1 n = ∑ Q i n = 1 i

(cid:0)iQ : Trị số dự báo

với n là số lần dự báo kiểm tra

Để ứng dụng phương pháp hồi quy đa biến trong dự báo lũ, chúng tôi đã sử dụng phần mềm SPSS

2.1.3- Giới thiệu phần mềm SPSS

Là phần mềm chuyên dụng xữ lý thông tin sơ cấp (thông tin được thu thập trực tiếp từ đối tượng nghiên cứu (người trả lời bảng câu hỏi) thông qua một bảng câu hỏi được thiết kế sẳn.

Thông tin được xữ lý là thông tin định lượng (có ý nghĩa về mặt thống kê)

Phần mềm SPSS có tất cả 4 dạng màn hình:

1. Màn hình quản lý dữ liệu (data view):

Là nơi lưu trữ dữ liệu nghiên cứu với một cấu trúc cơ sở dữ liệu bao gồm cột, hàng và các ô giao nhau giữa cột và hàng

- Cột (Column): Đại diện cho biến quan sát. Mỗi cột sẽ chứa đựng tất cả các câu trả

lời trong một câu hỏi được thiết kế trong bảng câu hỏi

43

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- Hàng (Row): Đại diện cho một trường hợp quan sát (người trả lời), Ta phỏng vấn bao nhiêu người (tùy thuộc vào kích thước mẫu) thì ta sẽ có bấy nhiêu hàng. Mỗi hàng chứa đựng tất cả những câu trả lời (thông tin) của một đối tượng nghiên cứu

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Ô giao nhau giữa cột và hàng (cell): Chứa đựng một kết quả trả lời tương ứng với câu hỏi cần khảo sát (biến) và một đối tượng trả lời cụ thể (trường hợp quan sát)

2. Màn hình quản lý biến (variables view):

Là nơi quản lý các biến cùng với các thông số liên quan đến biến. Trong màn hình này mỗi hàng trên màn hình quản lý một biến, và mỗi cột thể hiện các thông số liên quan đến biến đó

- Tên biến (name): Là tên đại diện cho biến, tên biến này sẽ được hiễn thị trên đầu

mỗi cột trong màn hình dữ liệu

- Loại biến (type): Thể hiện dạng dữ liệu thể hiện trong biến. Dạng số, và dạng

chuỗi

- Số lượng con số hiễn thị cho giá trị (Width): Giá trị dạng số được phép hiễn thị

bao nhiêu con số.

- Số lượng con số sau dấu phẩy được hiễn thị (Decimals)

- Nhãn của biến (label): Tên biến chỉ được thể hiện tóm tắc bằng ký hiệu, nhãn của

biến cho phép nêu rõ hơn về ý nghĩa của biến.

- Giá trị trong biến (Values): Cho phép khai báo các giá trị trong biến với ý nghĩa

cụ thể (nhãn giá trị)

- Giá trị khuyết (Missing): Do thiết kế bảng câu hỏi có một số giá trị chỉ mang tính chất quản lý, không có ý nghĩa phân tích, để loại bỏ các biến này ta cần khai báo nó như là giá trị khuyết (user missing). SPSS mặc định giá trị khuyến (system missing) là một dấu chấm và tự động loại bỏ các giá trị này ra khỏi các phân tích thống kê.

- Kích thướt cột (columns): Cho phép khai báo độ rộng của cột

- Ví trí (align): Vị trí hiễn thị các giá trị trong cột (phải, trái, giữa)

- Dạng thang đo (measures): Hiễn thị dạng thang đo của giá trị trong biến

44

3. Màn hình hiễn thị kết quả (output):

Các phép phân tích thống kê sẽ cho ra các kết quả như bảng biểu, đồi thị và các kết quả kiểm nghiệm, các kết quả này sẽ được truy xuất ra một màn hình, và được lưu giữ dưới một tập tin khác (có đuôi là .SPO). Màn hình này cho phép ta xem và lưu giữ các kết quả phân tích. Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

4. Màn hình cú pháp (syntax):

Màn hình này cho phép ta xem và lưu trữ những cú pháp của một lệnh phân tích. Các cú pháp được lưu trữ sẽ được sử dụng lại mà không cần thao tác các lệnh phân tích lại.

Để giải quyết bài toán hồi quy ở trên, chúng ta sử dụng chức năng phân tích tương quan và hồi quy trong phần mềm SPSS.

2.2 – Phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo

Một phương pháp khác để mô hình hoá các quá trình mưa rào - dòng chảy là sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo (Artificial Neural Network - ANN). Năm 1996, trên tạp chí Hydrological Science Journal số 41, hai tác giả là Minns A.W và Hall M.J đã nêu vấn đề sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo để mô hình hoá quá trình mưa rào - dòng chảy. Tiếp đó, năm 1998 các tác giả Solomatine và Yonas thuộc Viện nghiên cứu IHE-Delft của Hà Lan đã ứng dụng thành công mạng nơ-ron nhân tạo để dự báo dòng chảy cho sông Apure ở miền tây nam Venezuela. Năm 2002, trong hội nghị quốc tế lần thứ 5 về Hydroinformatics tại Cardiff ở Anh, tác giả Solomatine đã khẳng định về khả năng sử dụng các mô hình hướng dữ liệu (data-driven model) để giải quyết nhiều bài toán trong lĩnh vực tài nguyên nước trong đó có bài toán dự báo lũ. Các mô hình này không đi sâu đặc tả các quá trình vật lý bằng cách lập và giải các hệ phương trình mô tả quá trình đó mà dựa trên một cơ sở dữ liệu thực tế đủ lớn và áp dụng các kỹ thuật tính toán hiện đại đang được dùng nhiều trong lĩnh vực công nghệ thông tin những năm gần đây như logic mờ và lập luận xấp xỉ, mạng nơ-ron nhân tạo, giải thuật di truyền, cây quyết định .v.v. và chúng thường được nói tới với các thuật ngữ như “tính toán mềm” (soft computing) hay “tính toán thông minh” (computational intelligence). Các phương pháp này nhằm phỏng theo cơ chế tính toán và suy luận của bộ não con người. Hướng tiếp cận này đã mở ra một phương pháp mới để mô hình hoá các quá trình tự nhiên phức tạp, phi tuyến mà việc đặc tả các quá trình vật lý của nó gặp nhiều khó khăn như mô hình hoá quá trình mưa rào - dòng chảy (rainfall - runoff), dự báo lũ, dự báo hạn hán, mô hình hoá dòng chảy ngầm, phân loại đất, dự báo nhu cầu sử dụng nước,…

2.2.1 Cấu trúc mạng ANN

45

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Mạng Nơ ron thần kinh – ANN dựa vào đặc điểm của các hệ thống nóo bộ thực vật, và thường là các hệ thống song song bao gồm nhiều phần tử (processing element – PE) được liên kết với nhau bằng các trọng số của các biến. Những PE này được xếp

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

trong các lớp (xem hỡnh 1): một lớp đầu vào, một lớp đầu ra, và từ một đến nhiều lớp nằm ở giữa gọi là các lớp ẩn (hidden layers). Các PE trong các lớp khác nhau này hoặc là được liên kết tuyệt đối hoặc là được liên kết bán tuyệt đối. Những liên kết giữa các PE này đều có trọng số. Sức mạnh của mỗi liên kết có thể được điều chỉnh. Trọng số bằng không cho thấy không có liên kết nào, và trọng số có giá trị âm cho thấy giữa 2 PE này cú quan hệ rất lỏng lẻo.

Input

Hidden

Output

1

1

Wh

1

1

Wo

2

2

2

q

m

i

Q

I

M

Wh

Wo

i

m

Hình 2.2: Mạng Nơ ron Thần kinh 3 lớp

2.2.2 Quá trình quét xuôi

Input I1

W1

Hidden Layer

W2

Input I2

Output O1

N1=W1I1+W2I2+W3I3+bias

f(N1)

W3

Input I3

Wb

bias

46

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Khối cơ bản của một mạng thần kinh trong hình 2.2 gọi là một neron thần kinh. Trong neron này các giá trị đầu vào lần lượt được nhân với các trọng số, sau đó được cộng với nhau. Tổng được tạo ra được gọi là NET N và nó được tính toán cho tất cả các neron thần kinh của mạng. Sau khi NET N được tính toán, nó được chuyển thành tín hiệu đầu ra O1 bằng việc áp dụng một hàm kích hoạt f

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2.3: Một neron thần kinh với hàm kích hoạt f

I

N

=

+

M

IW , imi

θ m

∑

i

1 =

Công thức chung chuyển đổi giữa 2 lớp trong một mạng thần kinh là

)

O = m

( m Nf

Với mθ là độ dốc.

Trong đó: I là input từ lớp M và O là output từ lớp M (i và m là phần tử thứ i

và m của lớp thứ I và lớp M).

a/ Hàm kích hoạt

O

( Nf

)

=

=

m

m

mjN ,

1

1 −+ e

Om

1

1 mNe −+1

0

Nm

Trong phần quét xuôi, Rumelhart et al. (1986) đã đưa ra các hàm phi tuyến kích hoạt gọi là hàm bán tuyến. Hầu hết các mạng nơ ron thần kinh đều sử dụng hàm kích hoạt Logistic (hình 2.4)

Hình 2.4: Hàm kích hoạt Logistic

47

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Giá trị đầu ra của hàm kích hoạt Logistic nằm trong khoảng [0, 1]. Vì vậy các phần mềm ANN thường đòi hỏi dữ liệu gốc phải được chuyển đổi một cách tuyến tính về khoảng [0.05, 0.95] trước khi tham gia vào mạng thần kinh. Khoảng [0.05, 0.95] được lựa chọn thay vì khoảng [0, 1] vì hàm kích hoạt Logistic là một hàm tiệm cận, do đó nó không bao giờ đạt được giá trị 0 hay 1.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

b/ Chuẩn hoá (Normalization)

Vì trong hầu hết các trường hợp đầu vào thường bao gồm rất nhiều loại biến với các giải khác nhau, do đó mỗi một giá trị đầu vào và đầu ra cần phải được chuẩn hoá với các đặc trưng chuẩn hoá cụ thể của chúng.

Giả sử a và A là các giá trị cực tiểu và cực đại của một chuỗi dữ liệu, thì giá trị

05.0

+

thực Xt sẽ được chuyển đổi để nằm trong khoảng [0.05,0.95] theo công thức sau:

)aX(9.0 − t aA −

(3) Xt’ =

Trong đó: Xt giá trị thực

a giá trị cực tiểu của Xt

A giá trị cực đại của Xt

Xt’ giá trị được chuyển đổi

−

−

a

+

Khi đã tìm được một mạng nơ ron thần kinh tốt nhất, thì tất cả các dữ liệu đã được chuyển đổi trước đây sẽ được trả lại những giá trị ban đầu của chúng bằng phương trình:

)05.0'X)(aA( t 9.0

Xt =

c/ Lựa chọn sơ đồ mạng nơ ron thần kinh ban đầu

Việc lựa chọn một mạng nơ ron thần kinh ban đầu cho phù hợp là một vấn đề khó, bởi vì không có một qui tắc nào qui định số lượng tối ưu các PE trong một lớp hay số lớp các lớp ẩn (Abrahart et al., 2000). Số lượng các đơn vị đầu vào và đầu ra là không đổi theo số lượng của các biến đầu vào và đầu ra. Tuy vậy việc lựa chọn số lượng các nút trong lớp ẩn là một vấn đề rất khó.

Một vài nhà nghiên cứu thì gợi ý rằng ‘càng nhiều càng tốt’ nhưng:

48

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

• Số lượng các nút trong lớp ẩn và số lớp ẩn sẽ điều khiển sức mạnh của mô hình. Tuy nhiên nếu nhiều quá mô hình sẽ rất phức và thời gian chạy mô hình sẽ rất lâu mà chưa chắc đã có kết quả.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

• Sử dụng số lượng lớn các lớp ẩn và số nút trong từng lớp nhiều cũng có thể tạo ra sản phẩm không tốt vì mô hính sẽ được đào tạo quá mức, do đó sẽ có nhiều trường hợp tạo ra các giá trị dự báo sai lệch lớn.

Rất nhiều nhà nghiên cứu khuyến nghị sử dụng một lớp ẩn bởi vì nếu sử dụng nhiều hơn sẽ làm tăng số lượng các thông số, vì vậy sẽ làm cho chậm quá trình hiệu chỉnh mà vẫn không cải thiện được mạng. Kết quả lý thuyết cho thấy, một mạng thần kinh chỉ bao gồm một lớp ẩn với một hàm kích hoạt thích hợp có khả năng ước tính bất cứ một hàm mục tiêu nào với bất kì mức độ mong muốn nào; nếu sai số xuất hiện thì đó là do chưa đủ số nút trong lớp ẩn hoặc do hằng số học tập là chưa thoả đáng, hoặc do dữ liệu chưa phản ánh hết mối quan hệ. Tuy nhiên, Maren và các tác giả khác (1990) gợi ý sử dụng 2 lớp ẩn khi các giá trị đầu ra cần phải là một hàm liên tục các giá trị đầu vào

2.2.3 Phương pháp quét ngược (Back Propagation Method)

Phương pháp quét ngược sử dụng một tập hợp các giá trị đầu vào và đầu ra. Một tập hợp đầu vào được sử dụng bởi một hệ thống để tạo ra giá trị đầu ra O, sau đó giá trị đầu ra O này được so sánh với giá trị đầu ra mục tiêu Y (giá trị đo đạc). Nếu không có sự khác biệt nào, thì không cần thực hiện một quá trình kiểm tra nào, ngược lại các trọng số sẽ được thay đổi trong quá trình quét ngược trong mạng thần kinh để giảm sự khác biệt đó.

E

2)

=

p

∑ − OY ( t t

1 2

Sau khi vượt qua lớp cuối cùng, giá trị đầu ra thực của mạng được so sánh với giá trị mong muốn (giá trị đo đạc). Mục tiêu là phải tối thiểu hoá sai số tổng của mạng cho tất cả các tập hợp theo thời gian của các giá trị đầu vào (input pattern). Sai số của pattern p của một mạng chỉ có một biến đầu ra được tính như sau:

Trong đó: sai số tổng của mạng phải được tính cho tất cả các pattern.

Phương pháp quét ngược cố gắng tối thiểu hóa sai số này bằng cách điều

η là đại diện cho tốc độ học (learning rate), nó điều khiển tốc độ mà quá trình

chỉnh các trọng số trong mỗi quá trình tính toán.

quét ngược điều khiển các trọng số trong mỗi lần tính toán. Nếu thay đổi trọng số càng

49

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

nhanh, thì càng chóng đạt được trọng số mong muốn. Nhưng nếu η quá lớn, nó có thể

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

gây ra sự dao động của đầu ra. Để giải quyết vấn đề này người ta đưa vào thêm vào hệ

số mômen α; hệ số này có tác dụng làm tăng tốc độ học mà không gây ra sự giao

động. Về cơ bản thì α là một hằng số xác định sự ảnh hưởng của các trọng số của bước thời gian trước đến sự thay đổi của trọng số ở bước thời gian này.

Sơ đồ khối của thuật toán quét ngược và quá trình tính toán được minh họa ở

50

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

hình 2.5, hình 2.6

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Given Input Data

Pre-processing the input data

Data for Training

Data for Testing

Training Process

TSSE*≤ Allowable?

Testing Process

Post-Processing the output data

51

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 2.5: Sơ đồ khối của thuật toán quét ngược

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Given Input Data

Pre-processing the input data

Data for Training

Data for Testing

Training Process

TSSE*≤ Allowable?

Testing Process

Post-Processing the output data

Hình 2.6: Sơ đồ quá trình đào tạo và kiểm định mạng

2

p

n

(

y

d

)

−

i

i

∑∑

k

i

1 =

1 =

RMS

=

. np

Mỗi lần toàn bộ tập mẫu học được lan truyền qua mạng được gọi là một epoch. Số epoch phụ thuộc vào từng trường hợp cụ thể và sự khởi tạo ban đầu. Có trường hợp thuật toán phải sau hàng chục nghìn epoch mới hội tụ tới lời giải. Nếu tham số khởi tạo không phù hợp có thể làm cho quá trình học không đạt kết quả mong muốn. Đối với mỗi epoch ta tính sai số trung bình của mạng theo công thức sau:

Trong đó p là số mẫu được dùng để luyện mạng, n là số biến của véc-tơ đầu ra.

52

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Sai số RMS thường được dùng để đánh giá kết quả học của mạng nơ-ron.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

2.2.4: Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình học theo phương pháp lan truyền ngược sai số

a. Lựa chọn số lớp ẩn và số lượng các nút (PE):

Việc xác định số lượng các lớp ẩn và số lượng các nút là một nhiệm vụ rất khó trong mô hình ANN, và việc làm này được thực hiện bằng quá trình thử sai. Một hệ thần kinh gồm 1 lớp ẩn thông thường được những người sử dụng ANN chọn với m nút trong lớp ẩn nằm trong khoảng từ i đến 2i +1, trong đó i là số các nút trong lớp input.

b. Thông số tốc độ học tập η và tốc độ mô men α

Chức năng của các thông số này là để đẩy nhanh quá trình đào tạo trong khi hạn chế sai số. Không có một quy tắc cụ thể nào cho việc lựa chọn các giá trị của những thông số này. Tuy nhiên thông thường người ta hay chọn η = 0.2 and α = 0.5 là cặp thông số khởi đầu cho quá trình đào tạo.

c. Giá trị các trọng số ban đầu, các hàm mục tiêu hay sai số:

Nếu mạng thần kinh dừng lại trước khi đạt đến một kết quả có thể chấp nhận được bởi vì nó tìm được giá trị cực trị địa phương, thì thông thường ta chỉ cần thay đổi số lượng các nút ẩn hoặc thông số tốc độ học tập η là có thể giải quyết được vấn đề này; hoặc chúng ta có thể đơn giản làm lại và thay đổi các giá trị trọng số ban đầu. Tuy nhiên khi mạng thần kinh đạt được một kết quả mong muốn, cũng không thể đảm bảo rằng nó đã tìm được giá trị cực trị toàn cục.

d. Chỉ tiêu dừng tính:

Một giá trị sai số mục đích cần được gán cho tất cả các bước tính (patten). Quá trình mô phỏng chỉ dừng lại khi trong tất cả các bước tính, sai số bằng hoặc nhỏ hơn gía trị sai số mục đích đã gán trước. Trên thực tế, giá trị sai số mục tiêu là môt biến đốc lập, tuy nhiên, vì xem xét thời gian tính toán, chúng ta cũng có thể đặt điều kiện dừng là số lần tính tối đa nào đó chẳng hạn như 10.000 lần tính, vv.

2.2.5- Vấn đề học chưa đủ và học quá thuộc của mạng

53

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Vấn đề mấu chốt khi xây dựng một mạng nơ-ron nhân tạo là làm thế nào mạng có khả năng tổng quát hoá cao để đưa ra kết quả tốt cả với những trường hợp đầu vào của mạng không nằm trong tập mẫu đã dùng để luyện mạng. Giống như các mô hình hồi quy phi tuyến khác, đối với mạng nơ-ron nhân tạo ta cũng phải giải quyết hai vấn đề là ANN học chưa đủ (underfitting) và quá phù hợp (overfitting). Khi mạng có cấu

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

trúc (số nút ẩn và liên kết) cũng như số lần học chưa đủ so với nhu cầu của bài toán thì sẽ dẫn tới tình trạng mạng không đủ khả năng gần đúng mối quan hệ tương quan giữa đầu vào và đầu ra của quá trình cần dự báo và dẫn tới học chưa đủ. Trái lại, nếu mạng quá phức tạp (quá nhiều nút ẩn và quá nhiều tham số) và được học “quá khít” đối với các mẫu dùng để luyện mạng thì có thể dẫn tới tình trạng mạng học cả thành phần nhiễu lẫn trong các mẫu đó, đây là tình trạng “học quá thuộc” của mạng. Vấn đề nêu trên có thể làm cho nhiều loại mạng nơ-ron có thể có những trường hợp cho kết quả dự đoán rất sai lệch với thực tế.

Một số giải pháp cho vấn đề học quá của mạng:

- Sử dụng tập số liệu có tính đại diện tốt để luyện mạng

Đây được xem là một cách khá tốt để tránh hiện tượng overfitting. Khi tập mẫu dùng để luyện mạng thể hiện được nhiều trạng thái có thể xẩy ra của quá trình cần nghiên cứu thì sau khi học mạng sẽ có khả năng tổng quát hoá tương đối tốt từ tập dữ liệu đó và sẽ không chịu ảnh hưởng nhiều của hiện tượng overfitting. Ngoài ra một số biện pháp dưới đây cũng có thể góp phần quan trọng giúp khắc phụ hiện tượng overfitting của mạng.

- Lựa chọn cấu trúc mô hình phù hợp

Việc lựa chọn mô hình của mạng (số lớp ẩn, số nơ-ron trên mỗi lớp ẩn) có ảnh hưởng quan trọng đến hiện tượng học chưa đủ (underfitting) và quá quá phù hợp (overfitting) của mạng. Nghiên cứu của Steve Lawrence và C.Lee Giles về bài toán

nội suy hàm y = sin(x/3) + v, 0≤ x ≤ 20. với v là biến ngẫu nhiên nằm trong khoảng (-

0.25 , 0.25) cho thấy nếu mạng chỉ gồm một nút ẩn thì mạng không thể học được hàm này. Mạng có hai nút ẩn có khả năng tổng quát hoá tốt nhất ( tuy không chính xác hoàn toàn với các mẫu nhưng nó tạo nên giáng điệu gần với hàm cần xấp xỉ nhất và nó đã không quá khít với nhiễu của mẫu học). Các mạng có độ phức tạp hơn (10 nút ẩn, 50 nút ẩn) tuy nó có thể học khá chính xác các mẫu được sử dụng nhưng chính điều này lại làm cho nó học quá nhiều cả thành phần nhiễu nên khả năng tổng quát hoá giảm và dẫn tới hiện tượng quá phù hợp (overfitting).

- Dừng học đúng lúc

54

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Năm 1991, trong một nghiên cứu về vấn đề học quá của mạng, hai tác giả Nelson và Illingworth đã đưa ra giải pháp dừng học đúng lúc để tránh hiện tượng học quá của mạng như sau:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

+ Tập mẫu được chia làm hai phần: một phần dùng để luyện mạng và phần còn lại

để kiểm thử.

+ Sử dụng các giá trị khởi tạo nhỏ

+ Sử dụng hằng số tốc độ học có giá trị thấp.

+ Tính toán sự thay đổi lỗi kiểm thử trong quá trình luyện mạng.

+ Dừng học khi thấy lỗi kiểm thử bắt đầu tăng

Để mô tả cách tính toán của thuật toán quét ngược và khả năng ứng dụng của mạng nơ ron thần kinh trong dự báo chúng tôi sử dụng phần mềm NeuroSolutions 5.0.

2.2.6- Giới thiệu phần mềm neuroSolutions

Phần mềm NeuroSolutions 5.0 do tập đoàn NeuroSolutions phát hành chạy trên nền hệ điều hành Window XP. Phần mềm này bao gồm 6 gói phần mềm ứng dụng khác nhau

1) Ấn bản chuyên nghiệp

2) NeuroSolutions cho Excel

3) The Custom Solution Wizard

4) DataManager

55

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

5) NeuroSolutions cho phần mềm MATLAB

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2.7- Giao diện chính của phần mềm NeuroSolutions 5.0

56

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Phiên bản NeuroSolutions dùng cho Excel (Excel add-in) có giao diện thuận tiện chạy trên nên phần mềm ứng dụng Microsoft Excel đã trở nên quá quen thuộc với người sử dụng. Nó cho phép người sử dụng xây dựng (construct), đào tạo (train) và kiểm tra (test) mạng toàn bộ từ excel. Người sử dụng đơn giản chỉ việc lựa chọn cột dữ liệu đầu vào hay cột dữ liệu dùng để kiểm tra, và những dòng dữ liệu dùng để đào tạo, kiểm tra quá trình đào tạo mạng…

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2.7- Giao diện chính của phần mềm NeuroSolutions 5.0 cho excel

Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng phiên bản NeuroSolutions dùng cho

Excel để tính toán dự báo lũ tại các trạm thủy văn trên các nhánh sông.

Hình dưới đây trình bày sơ đồ thứ tự áp dụng NeuroSolutions cho Excel

Hình 2.8: Sơ đồ áp dụng NeuroSolutions cho Excel

Kết luận:

Cả hai mô hình, mô hình hồi quy nhiều biến và mô hình mạng trí tuệ nhân tạo đều là mô hình ngẫu nhiên, trong nghiên cứu này chúng tôi với hy vọng nghiên cứu, ứng dụng cả hai mô hình vào việc dữ báo lũ cho hệ thống sông Hồng mà cụ thể trên từng trạm, từng nhánh sông và từ đó có thể kiến nghị lựa chọn mô hình tốt nhất để dự báo cho từng nhánh sông, phục vụ yêu cầu của thực tế.

57

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 2.9 minh họa các bước xây dựng phương án dự báo:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Phân tích dữ liệu

Lựa chọn + Thời gian dự báo thích hợp + Phương pháp thích hợp

Phương pháp phân tích hồi quy nhiều biến Phương pháp mạng thần kinh với thuật toán quét ngược

Chuẩn bị dữ liệu đầu vào: + Xây dựng phương trình + Dự báo kiểm tra Chuẩn bị dữ liệu đầu vào: + Hiệu chỉnh mô hình + Kiểm định mô hình

Đánh giá mức đảm bảo của phương án và hệ số tương quan của biên độ dự báo

Lựa chọn phương án dự báo tốt nhất

Sử dụng phần mềm SPSS 13.0 Sử dụng phần mềm NeuroSolutions 5.0

Hính 2.9- Các bước xây dựng phương án dự báo

PHẦN III. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HỒI QUY NHIỀU BIẾN VÀ

MẠNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO TRONG DỰ BÁO LŨ SÔNG HỒNG

58

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Như đã nói ở trên, để ứng dụng lý thuyết hồi quy nhiều biến và mạng trí tuệ nhân tạo trong dự báo lũ, chúng tôi sử dụng phần mềm SPSS 13.0 và Neurosolutions 5.0 để dự báo mực nước lũ tại các trạm chính đại diện cho từng nhánh sông: sông

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Thao, sông Đà, sông Lô với thời gian dự báo trước 12h và 24h, tùy thuộc vào vị trí các trạm, đặc điểm mưa lũ trên lưu vực và thời gian chảy truyền giữa các trạm.

Các yếu tố đầu vào của mô hình được chọn dựa trên nguyên tắc:

+ Yếu tố thủy văn tại các trạm thủy văn trên lưu vực có sự ảnh hưởng đến quá

trình hình thành dòng chảy tại trạm dự báo.

+ Yếu tố khí tượng tại các trạm khí tượng trên lưu vực có tác động lớn đến sự

hình thành dòng chảy trên sông và trạm dự báo.

+ Các yếu tố thủy văn và khí tượng là nhân tố dự báo phải có mối tương quan

chặt chẽ với yếu tố dòng chảy cần dự báo (có hệ số tương quan càng lớn càng tốt).

3.1 Dự báo mực nước lũ tại các trạm trên sông Thao:

Để xác định các biến đầu vào cho mô hình, trước hết chúng ta xét chi tiết hơn

về đặc điểm mưa, lũ trên lưu vực sông Thao.

3.1.1. Khái quát về điều kiện địa lý tự nhiên lưu vực sông Thao

Sông Thao là dòng chính sông Hồng, bắt nguồn từ dãy núi Ngụy Sơn, Vân Nam, Trung Quốc. Kể từ đầu nguồn tới Yên Bái sông dài 808km, tới Phú Thọ - 883km, tới Việt Trì là 924km. Lưu vực sông Thao nằm kẹp giữa hai dãy núi cao, Hoàng Liên Sơn bên hữu ngạn và Con Voi bên tả ngạn, tạo hình lông chim dài và hẹp, trong đó ở địa phận Việt Nam lưu vực lệch hẳn về hữu ngạn, và rất hẹp bên tả ngạn. Sườn dốc cao, độ dốc lớn nên tập trung nước khá nhanh cả trên lưu vực và trong sông. Diện tích lưu vực sông Thao tính tới Yên Bái là 48.000km2, tới Phú Thọ - 51.400km2. Diện tích khu giữa từ Bảo Hà về Yên Bái là 3.700km2 , đoạn sông dài 100km; từ Yên Bái về Phú Thọ là 3.400km2 với đoạn sông dài 75km. Trên đoạn sông từ Bảo Hà về Yên Bái có nhiều sông nhánh, dốc đổ vào cả hai phía, song chỉ có 2 ngòi bên hữu ngạn là đáng kể: Ngòi Hút, diện tích 680km2 và Ngòi Thia, diện tích 1.520km2. Số sông nhánh trên đoạn Yên Bái - Phú Thọ nhiều hơn ở đoạn trên; có 4 ngòi lớn bên hữu ngạn là đáng kể: Ngòi Vân, Ngòi Lao, Ngòi Lệ, sông Bứa (tới Thanh Sơn có diện tích 1.230km2 - chiếm 37% diện tích khu giữa).

3.1.2. Đặc điểm mưa gây lũ

59

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Chế độ mưa gây lũ trên lưu vực sông Thao có liên quan mật thiết với hoạt động của các hoàn lưu lớn phía đông, phía tây, phía bắc và phía nam. Các hình thế thời tiết điển hình có khả năng gây mưa dẫn tới lũ vừa và lớn trên lưu vực là dải hội tụ nhiệt

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

đới, xoáy thuận nhiệt đới, xoáy thấp trên cao, rãnh thấp nóng phía tây, front lạnh trong tổ hợp hoạt động của chúng. Lượng mưa trung bình nhiều năm mùa hè (tháng 6 đến 10) trên lưu vực có xu hướng giảm dần từ thượng lưu về hạ lưu phần lưu vực sông Thao thuộc Việt Nam: tại Sa Pa là 1853mm, Bảo Hà là 1550mm, Yên Bái là 1512mm và Phú Thọ là 1192mm, trung bình của phần lưu vực thuộc Việt Nam là 1448mm.

Lượng mưa trận phân bố rất không đều trên lưu vực. ở phần lưu vực thuộc Việt Nam thường tồn tại vùng tâm mưa bao trùm diện hẹp, thường không qúa 1000- 1500km2, song tâm mưa thường không cố định, có thể ở vùng Lao Cai-Yên Bái, có khi ở hạ lưu sông Thao. Nhân tố địa hình đóng vai trò quyết định trong phân bố mưa theo không gian ở lưu vực sông Thao. Hiện nay, do số trạm mưa phân bố không đều và không đủ nên việc phân tích biến động của mưa theo không gian gặp khó khăn lớn. Tuy nhiên, qua phân tích số liệu của gần 50 trận mưa lớn gây ra lũ vừa và lớn trong hơn 35 năm gần đây (1960-1993) cho thấy mưa lớn thường tập trung ở phần hữu ngạn, đặc biệt là ở hữu ngạn khu giữa Bảo Hà - Yên Bái. Chính vì vậy, lượng gia nhập khu giữa ở đây khá lớn, nhiều khi chiếm phần quan trọng trong hình thành lũ sông Thao. Cũng có trận mưa với vùng mưa lớn tập trung ở hạ lưu, hoặc chỉ tập trung vào một vài khu vực nhỏ hẹp không qúa 100-200km2, mưa giảm nhanh khi ra vùng ngoại vi. Nhìn chung, trên lưu vực sông Thao, mưa biến động mạnh theo không gian, có trận mưa, có mưa lớn ở vùng tâm mưa, song lại có nơi chỉ mưa nhỏ hoặc không mưa.

Thời gian mưa, cường độ mưa trên lưu vực biến động mạnh tùy thuộc vào hoạt động của các hình thế thời tiết gây mưa. Có trận mưa lớn, lượng mưa ngày tới 100- 150mm, lượng mưa 2-3 ngày tới 200-400mm. Cường độ mưa có khi đạt khá lớn, mưa 6 giờ có thể lên tới 100mm, trung bình là 30-50mm.

Một đặc điểm khá nổi bật trên lưu vực sông Thao là vào cuối mùa lũ (tháng X), có những trận mưa lớn, tập trung ở trung và hạ lưu do xoáy thuận nhiệt đới hoặc front lạnh kết hợp với các hình thế khác gây ra, làm hình thành những trận lũ vừa và lớn, có thể gây ngập lụt một số vùng.

3.1.3. Dòng chảy lũ sông Thao

60

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Mùa lũ trên sông Thao thường bắt đầu vào giữa tháng 5, kết thúc vào cuối tháng 10, với các trận lũ vừa và nhỏ kế tiếp nhau, đôi khi giữa các trận lũ là thời kỳ nước thấp, kéo dài không qúa 10 ngày. Dòng chảy mùa lũ thường biến động rất lớn. Lũ lớn thường uy hiếp các thị xã và vùng thấp dọc sông, như Yên Bái,...

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Lũ trên sông Thao, khác với trên lưu vực sông Đà và Lô, chủ yếu do lũ thượng nguồn truyền về (từ phần lưu vực thuộc Trung Quốc - chiếm 77% diện tích toàn lưu vực) kết hợp với gia nhập khu giữa khá lớn do mưa ở khu giữa Lào Cai-Phú Thọ. Có những trận lũ, gia nhập khu giữa đóng vài trò quyết định làm thay đổi mực nước lũ tại Yên Bái và Phú Thọ, đặc biệt là các trận lũ đầu và cuối mùa.

Khi gia nhập khu giữa lớn ở các đoạn Bảo Hà - Yên Bái, Yên Bái - Phú Thọ, thường thấy đỉnh lũ ở các tuyến dưới xuất hiện sớm hơn so với đỉnh lũ tuyến trên, đồng thời quyết định trị số đỉnh lũ ở tuyến dưới.

Lượng mưa phân bố không đều trên lưu vực với vùng tâm mưa thường di động, tạo ra qúa trình dòng chảy đặc thù, khác hẳn với qui luật dòng chảy trên các nhánh Đà, Lô. Mặt khác, do sườn núi dốc, ngắn nên nước mưa khu giữa tập trung rất nhanh vào dòng chính, vài trò điều tiết dòng chảy của lưu vực không đáng kể, làm cho mực nước lũ trong lòng chính biến động mạnh, thường khác hẳn qúa trình dòng chảy ở trạm thượng lưu. Trong nhiều trận lũ, không thể hiện rõ quy luật lưu lượng, mực nước tương ứng giữa qúa trình lũ tuyến dưới và tuyến trên.

Thông thường, chỉ sau 1-2 giờ mưa lớn là lũ đã xuất hiện trên dòng chính và lũ lên rất nhanh. Cường suất lũ lên lớn nhất trên sông Thao tại Bảo Hà tới 234 cm trong 6h, Ngòi Thia - 234 cm/6h, Yên Bái - 90 cm/6h, Thanh Sơn - 213 cm/6h và Phú Thọ - 122 cm/6h. Có trận lũ, thời gian lũ lên rất ngắn, chỉ 36 giờ là đạt đỉnh khá cao rồi lại xuống nhanh. Tuy nhiên, cũng có trận lũ kéo dài hơn 7 ngày (trận lũ lịch sử ngày 8/8/1968); đỉnh lũ cao nhất đã quan trắc được tại Yên Bái là 3494 cm (8/1968) và tại Phú Thọ là 2084cm (8/1971).

61

Khả năng điều tiết dòng chảy của lòng dẫn các đoạn sông từ Bảo Hà - Yên Bái - Phú Thọ khá lớn. Khi mực nước tại Yên Bái trên 30m (trạm Tuần Quán) hoặc trên 31 mét (tại trạm Âu Lâu) thì lũ tràn vào thị xã Yên Bái và các vùng xung quanh. Duới Yên Bái, nước cũng tràn vào các vùng thấp, bãi ven sông làm cho đỉnh lũ ở hạ lưu bẹt đi rõ rệt. Điển hình của việc tràn, vỡ là hai trận lũ lịch sử tháng 8/1968 và 8/1971, làm đỉnh lũ tại Yên Bái bẹt đi, tại Phú Thọ bẹt đi rất nhiều.

Trường hợp khi trên sông Đà, Lô có lũ vừa, lớn, mà trên sông Thao không có lũ, hoặc lũ nhỏ thì ở đoạn sông hạ lưu (Phú Thọ - Việt Trì) còn chịu ảnh hưởng của nước vật từ ngã ba lên. Nếu gia nhập khu giữa nhỏ, thì cùng một mực nước tại Yên Bái, thường thấy mực nước tương ứng tại Phú thọ lớn hơn khi mực nước sông Hồng tại Việt Trì lớn (và ngược lại). Trong những năm gần đây, khi hồ Hòa Bình hoạt động Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

điều tiết cắt lũ cho hạ lưu thì ảnh hưởng nước vật ở hạ lưu sông Thao cũng mạnh mẽ và rõ nét hơn.

Với những đặc điểm hình thành lũ, điều tiết dòng chảy, gia nhập khu giữa ở phần lưu vực thuộc Việt Nam, căn cứ vào qúa trình lũ thời kỳ 1960-1998, có thể sơ bộ phân ra 3 dạng qúa trình lũ chủ yếu trên sông Thao:

Dạng I - Qúa trình lưu lượng lũ và đỉnh lũ ở tuyến dưới nhìn chung cao hơn, thậm chí trùm lên cả qúa trình lũ tuyến trên. Số trận lũ dạng này chiếm tới 47% trận lũ thời kỳ 1960-1998. Nguyên nhân chủ yếu là gia nhập khu giữa lớn (có khi chiếm tới 40-50% dòng chảy tuyến dưới), tập trung nhanh.

Dạng II - Đỉnh lũ tuyến dưới tương đương với đỉnh lũ tuyến trên, qúa trình lũ tuyến dưới được dịch chuyển một thời khoảng nhất định so với qúa trình tuyến trên. Nguyên nhân chính là gia nhập khu giữa không lớn, chỉ đủ bù vào lượng bẹt do qúa trình truyền lũ về tuyến dưới. Lũ các sông suối khu giữa thường không lớn.

Dạng III - Qúa trình lũ ở tuyến dưới thể hiện rõ yếu tố điều tiết dòng chảy ở đoạn sông: qúa trình lệch phải, đỉnh lũ thấp đi. Nguyên nhân chủ yếu là gia nhập khu giữa nhỏ, không đáng kể, dòng chảy lũ là từ tuyến trên truyền về. Qúa trình lũ tuyến trên thường nhọn, ở tuyến dưới thì tù và bẹt đi rõ rệt. Dạng này chiếm khoảng 30% số trận lũ thời kỳ 1960-1998, thường gặp ở đoạn Yên Bái-Phú Thọ, nơi lòng sông mở rộng, nhiều bãi bồi, độ dốc lòng sông giảm, gia nhập khu giữa không lớn.

3.1.4. Đặc điểm của dòng gia nhập khu giữa

Gia nhập khu giữa trên đoạn sông Bảo Hà-Yên Bái thay đổi trong một phạm vi rộng, từ 3 đến 56%, trung bình là 26% dòng chảy tại Yên Bái; trên phần Yên Bái-Phú Thọ: từ 7 đến 26%, trung bình là 17% dòng chảy tại Phú Thọ. Nếu loại trừ dòng chảy của lưu vực Ngòi Thia ở khu Bảo Hà-Yên Bái, thì gia nhập thay đổi từ 0 đến 40% dòng chảy tại Yên Bái; loại trừ dòng chảy của lưu vực sông Bứa tại tuyến Thanh Sơn ở khu Yên Bái-Phú Thọ, thì gia nhập thay đổi từ 0 đến 16% dòng chảy tại Phú Thọ.

62

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Như vậy, lượng gia nhập khu giữa trên phần sông Thao thuộc Việt Nam thay đổi mạnh theo không gian và thời gian. Lượng gia nhập khu giữa Bảo Hà-Yên Bái chiếm tỷ lệ lớn. Gia nhập ở phần hạ lưu sông Thao nhỏ, và khá ổn định. Từ những nhận xét trên có thể thấy rằng, trong tính toán và dự báo dòng chảy lũ, ngoài cách xác định dòng gia nhập khu giữa trực tiếp từ mưa theo mô hình mưa-dòng chảy, trong những trường hợp nhất định, có thể cho phép xác định lượng gia nhập khu giữa như

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

một hàm tuyến tính của dòng chảy sông Thao tại các tuyến Yên Bái, nhất là theo dòng chảy tại Phú Thọ đối với khu giữa Yên Bái-Phú Thọ.

Dòng chảy Ngòi Thia và Thanh Sơn đại biểu rất kém cho gia nhập khu giữa. Trong tính toán và dự báo, dòng chảy các sông nhánh Ngòi Thia- Ngòi Thia, Bứa- Thanh Sơn cần được tổng hợp và diễn toán riêng về tuyến dưới Yên Bái và Phú Thọ. Lượng gia nhập khu giữa Bảo Hà, Ngòi Thia-Yên Bái (diện tích là 2180km2) và Yên Bái, Thanh Sơn - Phú Thọ (1370km2) cần được tổng hợp riêng. Cần xem xét bổ sung các thông tin từ các sông nhánh trên khu giữa cũng như xem xét bổ sung trạm trên dòng chính đoạn Bảo Hà - Yên Bái, Yên Bái - Phú Thọ.

Thời gian truyền lũ trung bình từ tuyến Lào Cai về Bảo Hà là 6-9h, từ Bảo Hà về Yên Bái là 12-15 h, từ Yên Bái về Phú Thọ là 15-18h, từ Ngòi Thia về Yên Bái và Thanh Sơn về Phú Thọ là 3-6h. Như vậy, thời gian truyền lũ tự nhiên hoặc thời gian dự kiến tự nhiên của dự báo từ Bảo Hà về Yên Bái không quá 18-24h, còn về Phú Thọ - không quá 24-30h. Việc khai thác thông tin mưa, lũ tuyến trên Bảo Hà để kéo dài thời gian dự kiến của dự báo các tuyến dưới có ý nghĩa thực tiễn nhất định. Thông tin từ phần lưu vực thuộc Trung Quốc có ý nghĩa rất quan trọng để theo dõi mưa, lũ trên sông Thao.

3.1.5- Tình hình tài liệu và lựa chọn thời gian dự kiến cho các trạm dự báo:

1. Số liệu đầu vào lựa chọn thời gian dùng để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

- Tài liệu đo đạc thu thập được trên lưu vực sông Thao gồm các trạm:

+ Số liệu Mực nước: Lào Cai, Bảo Hà, Ngòi Thia, Yên Bái, Thanh Sơn, Phú Thọ.

+ Số liệu mưa: Lào Cai, Sa Pa, Bảo Hà, Yên Bái, Văn Chấn, Ngòi Hút, Ngòi Thia, Thanh Sơn, Phú Hộ

- Tài liệu đo đạc được tiến hành theo 4 ốp (obs) một ngày, được đo đạc vào các khoảng thời gian 1, 7, 13, 19 giờ trong ngày

- Chuỗi thời gain thu thập được gồm mùa lũ từ tháng 6 đến tháng 10 các năm 1999, 2000, 2001, 2002, 2003.

- Chọn mùa lũ năm 1999, 2000, 2001 để hiệu chỉnh mô hình.

- Chọn mùa lũ năm 2002, 2003 để kiểm định mô hình

63

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

2. Lựa chọn thời gian dự kiến.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Từ các phân tích đặc điểm hình thành lũ trên sông Thao trong phần trên, ta thấy

một số yếu tố quan trọng đối với sự hình thành lũ trên hệ thống sông này là:

+ Lưu lượng đo tại trạm Lào Cai xác định phần lưu lượng từ Trung Quốc chảy sang,

nó đóng góp phần lớn lưu lượng cho sông Thao.

+ Dòng chảy gia nhập khu giữa gồm hai nhánh sông nhỏ là Ngòi Thia cho vùng giữa

Bảo Hà và Yên Bái còn Thanh Sơn cho vùng Yên Bái đến Phú Thọ.

+ Thời gian truyền lũ trung bình từ tuyến Lào Cai về Bảo Hà là 6-9h, từ Bảo Hà về Yên Bái là 12-15 h, từ Yên Bái về Phú Thọ là 15-18h, từ Ngòi Thia về Yên Bái và Thanh Sơn về Phú Thọ là 3-6h.

Từ phân tích trên có thể chia lưu vực sông Thao thành hai lưu vực nhỏ đó là vùng từ Lào Cai về Yên Bái và từ Yên Bái đến Phú Thọ, và từ phân tích thời gian chảy truyền trên, ta sẽ dự báo mực nước tại Yên Bái và Phú Thọ trước 24h

Gọi thời điểm hiện tại là t, thời điểm cần dự báo là t+ τ (τ là thời gian dự kiến)

và ký hiệu:

+ HLC, HBH, HYB, HYB, HNT, HTS, HPT lần lượt là mực nước tại Lào Cai, Bảo Hà,

Yên Bái, Ngòi Thia, Thanh Sơn và Phú Thọ.

+ XLC, XSP, XBH, XYB, XVC, XNH, XNT, XTS, XPH: lần lượt là mực nước tại Lào Cai, Sa Pa, Bảo Hà, Yên Bái, Văn Chấn, Ngòi Hút, Ngòi Thia, Thanh Sơn, Phú Hộ.

3.1.6. Ứng dụng mô hình hồi quy nhiều biến dự báo lũ trên sông Thao

3.1.6.1- Dự báo mực nước tại Yên Bái trước 24h: HYB(t + 24).

Từ phân tích ở trên, áp dụng lý thuyết hồi quy nhiều biến, cụ thể dùng mô hình SPSS 13.0 để dự báo mực nước tại Yên Bái trước 24h. Như vậy, biến phụ thuộc ở đây là HYB(t + 24).

Và từ phân tích đặc điểm mưa lũ trên lưu vực sông Thao cũng như thời gian

chảy truyền giữa các trạm, thì biến phụ thuộc có thể đưa vào như sau:

- Về mực nước

+ HYBt, HYB(t-6), HYB(t-12).

+ HLCt, HLC(t-6), HLC(t-12)

64

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

+ HBH(t+12), HBHt, HBH(t-6)

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

+ HNT t

- Về lượng mưa:

+ XSPt, XSP(t-6), XSP(t-12)

+ XLCt, XLC(t-6), XLC(t-12)

+ XBHt, XBH(t-6),

+ XVCt, XVC(t-6),

+ XNHt, XNH(t-6),

+ XNTt, XNT(t-6),

+ XYBt, XYB(t-6),

Từ các biến liệt kê trên, muốn dự báo cho Yên Bái trước 24h đạt kết quả tốt, ta phải dự báo tại Bảo Hà trước 12h (vì thời gian dự kiến từ Bảo Hà về yên Bái là 12 – 15h).

1. Dự báo tại Bảo Hà trước 12h.

Biến phụ thuộc là HBH(t+12)

Phân tích tương tự như trên, biến độc lập đưa vào là:

- Về mực nước:

+ HLCt, HLC(t-6),

+ HBHt, HBH(t-6), HBH(t-12),

- Về lượng mưa:

+ XSPt, XSP(t-6), XSP(t-12), XSP(t-18)

+ XLCt, XLC(t-6), XLC(t-12),XLC(t-18)

+ XBHt, XBH(t-6), XBH(t-12).

Sau khi đã phân tích các biến độc lập đưa vào mô hình, chúng ta sẽ tiến hành áp

65

dụng các bước phân tích hồi quy như đã nói trên kết hợp với phương pháp Stepwise.

Tác dụng của phương pháp Stepwise được hiểu nôm na là giúp chúng ta tìm ra được những kết hợp của các biến độc lập sao cho kết quả hồi quy sẽ “tốt” theo hướng các giá trị thống kê t , F có ý nghĩa, và việc lựa chọn các kết hợp này sẽ được căn cứ vào khả năng làm gia tăng giá trị của R2 Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tuy nhiên, việc lựa chọn mô hình thích hợp cho nghiên cứu còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nữa (như bản chất vật lý của hiện tượng, những biến có ý nghĩa cao… mà mô hình không thể giúp chúng ta, chúng ta chỉ có thể dựa vào kiến thức chuyên môn cũng như kinh nghiệm để lựa chọn), phương pháp Stepwise chỉ là một cách giúp có thể chúng ta tiết kiệm thời gian hay gợi ra một ý tưởng về việc kết hợp các biến độc lập trong quá trình hồi quy,

Phương trình dự báo và kết quả đánh giá phương án dự báo tại trạm Bảo Hà với

thời gian dự kiến là 12h được trình bày trong bảng 3.1 và bảng 3.2

H(cm)

Đường quá trình giá trị dự báo tính toán và thực đo ứng với chuỗi thời gian xây dựng và kiểm định mô hình dự báo tại trạm Bảo Hà trước 12h được trình bày trong Hình 3.1, Hình 3.2.

Hình 3.1: Đường quá trình giá dự báo và thực đo trạm Bảo Hà (dự báo trước 12h) khi xây dựng PT dự báo

5700

5600

H-BH-t+12-tđ

H-Bh-t+12-tt

5500

5400

5300

5200

5100

5000

Mẫu

4900

1

103 205 307 409 511 613 715 817 919 1021 1123 1225 1327 1429 1531

66

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

H(cm)

Hình 3.2: Đường quá trình giá dự báo và thực đo trạm BảoHà (dự báo trước 12h) khi kiểm định PT dự báo

5800

H-BH-t+12-tđ

5700

H-Bh-t+12-tt

5600

5500

5400

5300

5200

5100

5000

Mẫu

4900

1

60

119 178 237 296 355 414 473 532 591 650 709 768 827 886 945 1004

2. Dự báo tại Yên Bái trước 24h.

Khi có kết quả dự báo tại trạm Bảo Hà trước 12h và từ phân tích các biến độc lập đã trình bày trên, tương tự, áp dụng áp dụng các bước phân tích hồi quy như đã nói trên kết hợp với phương pháp Stepwise tiến hành xây dựng và kiểm định phương trình dự báo cho trạm Yên Bái với thời gian dự kiến là 24h

Phương trình dự báo và kết quả đánh giá phương án dự báo tại trạm Yên Bái

với thời gian dự kiến là 24h được trình bày trong bảng 3.1 và bảng 3.2

Đường quá trình giá trị dự báo tính toán và thực đo ứng với chuỗi thời gian xây dựng và kiểm định mô hình dự báo tại trạm Yên Bái trước 24 được trình bày trong Hình 3.3, Hình 3.4.

Bảng 3.1 – Phương trình dự báo lũ tại trạm Bảo Hà và Yên Bái (trước 24h) trên sông Thao bằng phương pháp hồi qui đa biến

Trạm Phương trình dự báo Hệ số R Hệ số R2

67

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

0,97 0,94 Bảo Hà HBH(t+12) = -752 + 0,785.HBHt + 0,973.HLCt - 0,636.HLC(t-6) +0,923.XSPt + 0,587.XBHt +0,378.XLCt -0,146.HBH(t-6) +

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

0,314.XSP(t-12) -0,219.XBH(t-12)

Yên Bái 0,97 0,94 HYB (t+24) = -171,8 + 0,87.HBH(t+12) +0,73.HYBt – 0,6.HBH(t-6) + 0,85.XVCt -0,11.HNTt + 0,257.XSP(t-12)

Bảng 3.2- Đánh giá phương án dự báo tại trạm Bảo Hà và Yên Bái (trước 24h)

trên sông Thao bằng phương pháp hồi quy đa biến

Trạm Giai đoạn Đánh giá Hệ số NASH Sai số cho phép (cm) Hệ số tương quan biên độ dự báo η Mức đảm bảo phương án (%)

Hiệu Chỉnh 61,2 97,4 0,97 0,94 Tốt Bảo Hà

Kiểm Định 67,5 97 0,96 0,92 Tốt

68

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hiệu chỉnh 61,7 98 0,97 0,94 Tốt Yên Bái Kiểm Định 64.5 96.7 0.96 0.91 Tốt

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

H(cm)

Hình 3.3: Đường quá trình giá dự báo và thực đo trạm Yên Bái khi xây dựng PT dự báo (thời gian dự kiến 24h)

3300

HYB-24h-tđ

3200

H-YB-t+24-tt

3100

3000

2900

2800

2700

2600

2500

STT

1

100 199 298 397 496 595 694 793 892 991 1090 1189 1288 1387 1486 1585

Hình 3.4: Đường quá trình giá dự báo và thực đo tại trạm yên Bái khi kiểm định PT dự báo (thời gian dự kiến 24h)

H(cm)

3300

3200

HYB-24h-tđ

H-YB-t+24-tt

3100

3000

2900

2800

2700

2600

2500

STT

1

60

119 178 237 296 355 414 473 532 591 650 709 768 827 886 945 1004

69

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

3.1.6.2. Dự báo mực nước tại Phú Thọ trước 24h: HPT(t + 24).

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Biến độc lập: HPT(t + 24).

Cũng từ phân tích đặc điểm mưa lũ trên lưu vực sông Thao cũng như thời gian chảy truyền giữa các trạm, thì biến phụ thuộc có thể đưa vào như sau:

- Về mực nước

+ HPTt, HPT(t-6), HPT(t-12),

+ HLCt, HLC(t-6), HLC(t-12),

+ HBH(t+12), HBHt, HBH(t-6), HBH(t-12)

+ HNT t, HNT(t-6)

+ HYB(t+12), HYBt, HYB(t-6).

+ HTS t

- Về lượng mưa:

+ XSPt, XSP(t-6), XSP(t-12), XSP(t-18)

+ XLCt, XLC(t-6), XLC(t-12), XLC(t-18)

+ XBHt, XBH(t-6), XBH(t-12)

+ XVCt, XVC(t-6), XVC(t-12)

+ XNHt, XNH(t-6), XNH(t-12)

+ XNTt, XNT(t-6), XNT(t-12)

+ XYBt, XYB(t-6), XYB(t-12)

+ XTSt, XTS(t-6),

+ XPHt, XPH(t-6),

Từ các biến liệt kê trên, muốn dự báo cho Phú Thọ trước 24h đạt kết quả tốt, ta phải dự báo tại Yên Bái trước 12h.

1. Dự báo tại Yên Bái trước 12h

Biến độc lập: HYB(t+12)

Biến phụ thuộc có thể đưa vào như sau:

70

- Về mực nước

+ HYBt, HYB(t-6), HYB(t-12). Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

+ HLCt, HLC(t-6), HLC(t-12)

+ HBH(t+12), HBHt, HBH(t-6)

+ HNT t

- Về lượng mưa:

+ XSPt, XSP(t-6), XSP(t-12)

+ XLCt, XLC(t-6), XLC(t-12)

+ XBHt, XBH(t-6),

+ XVCt, XVC(t-6),

+ XNHt, XNH(t-6),

+ XNTt, XNT(t-6),

+ XYBt, XYB(t-6),

Sau khi đã phân tích các biến độc lập đưa vào mô hình, chúng ta cũng tiến hành áp dụng các bước phân tích hồi quy như đã nói trên kết hợp với phương pháp Stepwise.

Phương trình dự báo và kết quả đánh giá phương án dự báo tại trạm Yên Bái

với thời gian dự kiến là 12h được trình bày trong bảng 3.3 và bảng 3.4

71

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Đường quá trình giá trị dự báo tính toán và thực đo ứng với chuỗi thời gian xây dựng và kiểm định mô hình dự báo tại trạm Yên Bái trước 12 được trình bày trong Hình 3.5, Hình 3.6

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

H(cm)

Hình 3.5: Đường quá trình giá dự báo và thực đo trạm Yên Bái (dự báo trước 12h) khi xây dựng PT dự báo

3200

HYB-12h-tđ

H-YB-t+12-tt

3100

3000

2900

2800

2700

2600

STT

2500

1

96

191 286 381 476 571 666 761 856 951 1046 1141 1236 1331 1426 1521

H(cm)

Hình 3.6: Đường quá trình giá dự báo và thực đo trạm Yên Bái (dự báo trước 12h) khi kiểm định PT dự báo

3300

HYB-12h-tđ

H-YB-t+12-tt

3200

3100

3000

2900

2800

2700

2600

STT

2500

1

62

123 184 245 306 367 428 489 550 611 672 733 794 855 916 977 1038

72

2. Dự báo tại Phú Thọ trước 24h.

Khi có kết quả dự báo tại trạm Yên Bái trước 12h và từ phân tích các biến độc lập đã trình bày trên, tương tự, áp dụng áp dụng các bước phân tích hồi quy như đã nói trên kết hợp với phương pháp Stepwise tiến hành xây dựng và kiểm định phương trình dự báo cho trạm Yên Bái với thời gian dự kiến là 24h Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Phương trình dự báo và kết quả đánh giá phương án dự báo tại trạm Yên Bái

với thời gian dự kiến là 24h được trình bày trong bảng 3.3 và bảng 3.4

Đường quá trình giá trị dự báo tính toán và thực đo ứng với chuỗi thời gian xây dựng và kiểm định mô hình dự báo tại trạm Yên Bái trước 24 được trình bày trong Hình 7, Hình 8.

Bảng 3.3 – Phương trình dự báo lũ tại trạm Yên Bái (trước 12h) và Phú Thọ (trước 24h) trên sông Thao bằng phương pháp hồi qui đa biến

Trạm Phương trình dự báo Hệ số R Hệ số R2

Yên Bái 0,98 0,97

HYB (t+12) = -415 + 0,86.HYBt + 0,726.HBHt – 0,38.HBH(t-6) +0,946.XVCt – 0,34.HBH(t-12) + 0,139.HLCt + 0,518.XBHt – 0,07.HNT(t-6)

Yên Bái 0,98 0,97

HPT (t+24) = -911 + 0,544.HYB(t+12) + 1,3.HPTt – 0,45.HYB(t-6) - 0,55.HPT(t-6) + 0,55XSPt +0,254XYBt + 0,096.HLCt + 0,074.HNTt + 0,28.XSP(t-6) + 0,2998.XVCt

Bảng 3.4- Đánh giá phương án dự báo tại trạm Yên Bái (trước 12h) và Phú Thọ

trên sông Thao bằng phương pháp hồi quy đa biến

Hệ số tương quan biên độ Trạm Giai đoạn Hệ số NASH Đánh giá dự báo η Mức đảm bảo phương án (%) Sai số cho phép (cm)

Hiệu Chỉnh 61,7 99 0,98 0,97 Tốt Yên Bái

Kiểm Định 64,6 98 0,97 0,94 Tốt

73

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hiệu chỉnh 53,4 99 0,98 0,97 Tốt Phú Thọ Kiểm Định 51,7 99 0,97 0,94 Tốt

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.7: Đường quá trình giá dự báo và thực đo trạm Phú Thọ (dự báo trước 24h) khi xây dựng PT dự báo

H(cm)

2000

HPT-24h-tđ

H-PT-t+24-tt

1900

1800

1700

1600

1500

STT

1400

1

96

191 286 381 476 571 666 761 856 951 1046 1141 1236 1331 1426 1521

Hình 3.8: Đường quá trình giá dự báo và thực đo trạm Phú Thọ (dự báo trước 24h) khi kiểm định PT dự báo

H(cm)

2000

HPT-24h-tđ

H-PT-t+24-tt

1900

1800

1700

1600

1500

1400

STT

1

60

119 178 237 296 355 414 473 532 591 650 709 768 827 886 945 1004

74

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Kết luận:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sau khi xây dựng phương trình dự báo cho các trạm trên, rút ra một số nhận xét

sau:

- Nhìn chung kết quả dự báo tại các trạm là khá tốt, các chỉ tiêu đánh giá kết quả dự

báo đều trong phạm vi đánh giá là tốt.

- Tuy nhiên, để kéo dài được thời gian dự kiến tại trạm Yên Bái và Phú Thọ và cho kết quả tốt, chúng tôi đã sử dụng phương pháp dự báo gián tiếp, cụ thể: Để dự báo tại trạm Yên Bái với thời gian dự kiến là 24h, trước hết phải dự báo được trạm Bảo Hà với thời gian dự kiến là 12h. Cũng tương tự như vậy, để dự báo được trạm Phú Thọ với thời gian dự kiến là 24h, trước hết phải dự báo tại trạm yên Bái với thời gian dự kiến là 12h.

- Quan sát đường quá trình giá trị dự báo và thực đo tại các trạm ứng với thời gian dự kiến (Hình 1,2,3,4,5,6,7,8), nhìn chung 2 đường quá trình tính toán và thực đo rất khớp pha dao động, và các giá trị tính toán và dự báo cũng rất khớp nhau ngoại trừ giá trị đỉnh lũ tính toán và đỉnh lũ đo đạc vẫn còn sai lệc nhiều (nhìn hình vẽ).

3.1.7. Ứng dụng mô hình mạng trí tuệ nhân tạo dự báo lũ trên sông Thao

Như đã nói ở trên, trong phần này chúng tôi sử dụng phần mềm Neurosolutions 5.0 dùng cho execl với thuật toán quét ngược để dự báo mực nước tại các trạm trên sông Thao.

Để áp dụng mô hình này, trước tiên chúng ta cũng lựa chọn thời gian dự kiến và

phân tích số liệu (phần này đã được làm trong mục 3.1.5), lựa chọn các biến đầu vào.

Việc lựa chọn các trạm dự báo trên sông Thao và thời gian dự kiến tương ứng,

lựa chọn biến đầu vào cũng được làm tương tự như trong mục 3.1.6.

Sau khi đã phân tích số liệu, lựa chọn thời gian dự kiến và các biến đầu vào, áp dụng các bước tính toán theo như sơ đồ hình 2.5; hình 2.6; hình 2.8 cho mạng thần kinh quét ngược tại từng trạm.

Tuy nhiên trong quá trình áp dụng các bước xây dựng mạng cũng cần chú ý một

số vấn đề như đã được nêu lên trong phần 3.2.4 và 3.2.5.

75

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Việc chọn mẫu để luyện mạng (training) và kiểm tra mạng (testing) hay chính là lựa chọn thời gian để hiệu chỉnh mô hình (calibration) và kiểm định mô hình (Verification) trong các mô hình toàn học học khác có ảnh hưởng khá quan trọng đến khả năng dự báo của mạng sau này. Với tình hình số liệu hiện có như đã nói trong mục

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

3.1.5, chúng tôi lựa chọn thời gian mùa lũ năm 1999, 2000, 2001 để đào luyện mạng, trong đó mùa lũ năm 1999, 2000 dùng trong quá trình đào tạo (training) để tìm ra trọng số, còn mùa lũ năm 2001 chúng tôi sử dụng để mạng lưới được kiểm tra trong suốt quá trình nó được đào tào (Cross validation) và mùa lũ năm 2002, 2003 để kiểm tra mạng.

Kết quả luyện mạng và kiểm tra mạng tại các trạm trên sông Thao ứng với thời

gian dự kiến cho dưới đây.

3.1.7.1- Kết quả áp dụng mạng nơ-ron thần kinh dự báo lũ tại trạm Yên Bái trước 24h.

1. Dự báo tại Bảo Hà trước 12h.

Như trong phần 3.1.6.1 đã nói, để dự báo cho trạm Yên Bái với thời gian dự

kiến là 24 đạt kết quả tốt, trước hết chúng ta phải dự báo tại trạm Bảo Hà trước 12h.

Hình 3.9, Hình 3.10 lần lượt là kết quả đào tạo mạng và kiểm tra mạng.

Hình 3.9: Kết quả đào tạo mạng tại trạm Bảo Hà

5700

H-BH-t+12

H-BH-t+12 Output

5600

5500

5400

5300

)

5200

m c ( H

5100

5000

4900

4800

4700

STT

1

106

211

316

421

526

631

736

841

946

1051

76

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.10: Kết quả kiểm tra mạng tại trạm Bảo Hà

5800

5700

H-BH-t+12

5600

H-BH-t+12 Output

5500

5400

)

5300

m c ( H

5200

5100

5000

4900

4800

STT

4700

1

106

211

316

421

526

631

736

841

946

1051

Kêt quả học mẫu cho thấy (hình 3.9), mô hình cho kết quả khá tốt với tương

quan giữa dòng chảy tính toán và dòng chảy thực đo r = 0,97.

Với mạng trên, cho kết quả dự báo kiểm tra trong mùa lũ năm 2002 và 2003

(hình 3.10) cũng khá tốt với r = 0,95.

Nếu chúng ta dùng các chỉ tiêu đánh giá kết quả dự báo như bảng dưới bảng 3.5, cho thấy kết quả ứng dụng mô hình này dự báo cho trạm Bảo Hà ứng với thời gian dự kiến là 12h rất khả quan.

Bảng 3.4- Đánh giá phương án dự báo tại trạm Bảo Hà (trước 12h)

trên sông Thao bằng phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo

Hệ số tương quan biên độ Trạm Giai đoạn Hệ số NASH Đánh giá dự báo η Mức đảm bảo phương án (%) Sai số cho phép (cm)

61,2 97,9 0,97 0,94 Tốt Đào tạo mạng Bảo Hà

67,5 96 0,95 0,91 Tốt Kiểm tra mạng

77

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

2. Dự báo tại Yên Bái trước 24h

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sau khi đã xây dựng được mạng để dự báo cho trạm Bảo Hà trước 12h, cũng với các biến đầu vào như đã liệt kê trong phần trên, tiến hành đào tạo mạng và kiểm tra mạng đào tạo cho trạm Yên Bái với thời gian dự kiến là 24h. Kết quả đào tạo và kiểm tra mạng được trình bày trong hình 11 và hình 12

Hình 3.11: Kết quả đào tạo mạng tại trạm Yên Bái (thời gian dự kiến 24h)

3200

HYB(t+24)

3100

HYB(t+24) Output

3000

2900

)

2800

m c ( H

2700

2600

2500

2400

2300

1

106

211

316

421

526

631

736

841

946

1051

Mãu

78

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.12: Kết quả kiểm tra mạng tại trạm yên Bái (thời gian dự kiến 24h)

3300

HYB(t+24)

3200

HYB(t+24) Output

3100

)

3000

m c (

2900

H

2800

2700

2600

2500

1

106

211

316

421

526

631

736

841

946

1051

Mẫu

Kêt quả học mẫu cho thấy (hình 3.11), mô hình cho kết quả khá tốt với tương

quan giữa dòng chảy tính toán và dòng chảy thực đo r = 0,98.

Với mạng trên, cho kết quả dự báo kiểm tra trong mùa lũ năm 2002 và 2003

(hình 3.12) cũng khá tốt với r = 0,96.

Nếu chúng ta dùng các chỉ tiêu đánh giá kết quả dự báo như bảng dưới bảng 3.5, cho thấy kết quả ứng dụng mô hình này dự báo cho trạm Yên Bái ứng với thời gian dự kiến là 24h rất cao.

Bảng 3.5- Đánh giá phương án dự báo tại trạm Yên Bái (trước 24h)

trên sông Thao bằng phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo

Hệ số tương quan biên độ Trạm Giai đoạn Hệ số NASH Đánh giá dự báo η Sai số cho phép (cm) Mức đảm bảo phương án (%)

Tốt 0,98 0,96 61,7 98,6 Đào tạo mạng Bảo Hà

79

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Tốt 0,96 0,92 64,5 96,7 Kiểm tra

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

mạng

3.1.7.1- Kết quả áp dụng mạng nơ-ron thần kinh dự báo lũ tại trạm Phú Thọ trước 24h.

1. Dự báo tại Yên Bái trước 12h.

Khi phân tích các biến đầu vào trong phần 3.1.6.2 đã nói, để dự báo cho trạm Phú Thọ với thời gian dự kiến là 24 đạt kết quả tốt, trước hết chúng ta phải dự báo tại trạm Yên Bái trước 12h.

Hình 3.13, hình 3.14 dưới đây là kết quả học mẫu và kiểm tra mẫu trong mạng

nơ-ron quét ngược.

Kêt quả học mẫu cho thấy (hình 3.13), mô hình cho kết quả khá tốt với tương

quan giữa dòng chảy tính toán và dòng chảy thực đo r = 0,99.

Với mạng trên, cho kết quả dự báo kiểm tra trong mùa lũ năm 2002 và 2003

(hình 3.14) cũng khá tốt với r = 0,98.

Nếu chúng ta dùng các chỉ tiêu đánh giá kết quả dự báo như bảng dưới bảng 3.6, cho thấy kết quả ứng dụng mô hình này dự báo cho trạm Yên Bái ứng với thời gian dự kiến là 12h rất cao.

Bảng 3.6- Đánh giá phương án dự báo tại trạm Yên Bái (trước 12h)

trên sông Thao bằng phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo

Hệ số tương quan biên độ Trạm Giai đoạn Hệ số NASH Đánh giá dự báo η Sai số cho phép (cm) Mức đảm bảo phương án (%)

61,7 99,8 0,99 0,98 Tốt Đào tạo mạng Yên Bái

80

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

64,6 98 0,98 0,96 Tốt Kiểm tra mạng

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.13: Kết quả đào mạng tại trạm Yên Bái (thời gian dự kiến 12h)

3200

H-YB-t+12

3100

H-YB-t+12 Output

3000

)

2900

m c ( H

2800

2700

2600

2500

1

106

211

316

421

526

631

736

841

946

1051

Mẫu

Hình 3.14: Kết quả Kiểm tra mạng tại trạm Yên Bái (thời gian dự kiến 12h)

3300

3200

H-YB-t+12

H-YB-t+12 Output

3100

3000

)

2900

2800

m c ( H

2700

2600

2500

2400

2300

1

106

211

316

421

526

631

736

841

946

1051

Mẫu

2. Dự báo tại Phú Thọ trước 24h

81

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Sau khi đã xây dựng được mạng thần kinh nhân tạo để dự báo cho trạm Yên Bái trước 12h, cũng với các biến đầu vào như đã liệt kê trong phần trên, tiến hành đào tạo mạng và kiểm tra mạng đào tạo cho trạm Phú Thọ ứng với thời gian dự kiến là 24h. Kết quả đào tạo và kiểm tra mạng được trình bày trong hình 3.15 và hình 3.16

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.15: Kết quả đào tạo mạng tại trạm Phú Thọ (thời gian dự kiến là 24h)

2000

HPT(t+24)

1900

HPT(t+24) Output

1800

)

1700

m c ( H

1600

1500

1400

1

106

211

316

421

526

631

736

841

946

1051

Mẫu

Hình 3.16: Kết quả kiểm tra mạng tại trạm Phú Thọ (thời gian dự kiến là 24h)

2030

HPT(t+24)

HPT(t+24) Output

1930

1830

)

1730

m c ( H

1630

1530

1430

1

106

211

316

421

526

631

736

841

946

1051

Mẫu

Kêt quả học mẫu cho thấy (hình 3.15), mô hình cho kết quả khá tốt với tương

82

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

quan giữa dòng chảy tính toán và dòng chảy thực đo r = 0,99.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Với mạng trên, cho kết quả dự báo kiểm tra trong mùa lũ năm 2002 và 2003

(hình 3.16) cũng khá tốt với r = 0,97.

Nếu chúng ta dùng các chỉ tiêu đánh giá kết quả dự báo như bảng dưới bảng 3.7, cho thấy kết quả ứng dụng mô hình này dự báo cho trạm Phú Thọ ứng với thời gian dự kiến là 24h rất cao.

Bảng 3.7- Đánh giá phương án dự báo tại trạm Phú Thọ (trước 24h)

trên sông Thao bằng phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo

Hệ số tương quan biên độ Trạm Giai đoạn Hệ số NASH Đánh giá dự báo η Sai số cho phép (cm) Mức đảm bảo phương án (%)

53,4 98,9 0,98 0,96 Tốt Đào tạo mạng Phú Thọ

51,7 98,4 0,97 0,94 Tốt Kiểm tra mạng

Kết luận:

Cũng như đối với áp dụng mô hình hồi quy nhiều biến, việc áp dụng mô hình mạng thần kinh nhân tạo với thuật toán quét ngược cho kết quả rất tốt, thể hiện là đường quá trình tính toán và thực đo trong quá trình đào tạo mạng và kiểm tra mạng khớp pha và rất sát nhau, các chỉ tiêu đánh giá phương án dự báo cho tại các trạm cho kết quả đánh giá là tốt. Tuy nhiên, sự sai lệch về giá trị đỉnh lũ tính toán và đỉnh lũ đo đạc trong phương pháp này vẫn chưa khắc phục được (nhìn hình vẽ). Nguyên nhân ở đây có thể do giá trị mưa, hay dòng khu giữa trên lưu vực có ảnh hưởng trực tiếp tới trạm dự báo mà trong mô hình chưa mô tả hết được hay trong “quá trình học” mạng chưa nhận biết được. Để khắc phục nhược điểm này, ta có thể thay đổi việc chọn mẫu, các mẫu được chọn phải có tính đại biểu nghĩa là phải gồm cả các trận lũ lớn, lũ vừa và lũ bé có thể xẩy ra. Việc chọn mẫu để luyện mạng có ảnh hưởng khá quan trọng đến khả năng dự báo của mạng sau này.

3.2 Dự báo mực nước lũ tại các trạm trên sông Lô - Gâm:

83

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

3.2.1- Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Lô

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sông Lô là một trong những phụ lưu lớn của sông Hồng. Lưu vực sông Lô được giới hạn phía đông là cánh cung Ngân Sơn và cánh cung sông Gâm, phía đông nam là dãy Tam Đảo, phía tây là dãy Con Voi. Chiều dài lớn nhất từ tây bắc xuống đông nam là 320km. Hướng dốc chung của lưu vực sông Lô là tây bắc-đông nam. Độ cao bình quân trong lưu vực sông Lô dao động từ 500-1000m, độ cao 200-300m trở lên chiếm khoảng (70-80%) diện tích lưu vực.

Trong lưu vực sông Lô, các dãy núi lớn đều quy tụ về phía đông nam và mở rộng về phía bắc. Các đơn vị địa mạo trên phản ánh khá rõ nét sự phân bố của nham thạch trong lưu vực. Những vùng địa hình cao nhất, phân bố loại nham thạch rất chắc như Hoa cương, Gơ-Nai, đá vôi... Những vùng núi và đồi thấp là diệp thạch và sa diệp mềm hơn, đây là loại nham thạch phân bố rộng rãi nhất.

Lưu vực dòng chính sông Lô có diện tích 13690 km2, dòng chính dài 470km, bắt nguồn từ cao nguyên Vân Nam chảy vào Việt Nam tại Thanh Thủy. Thung lũng sông Lô rất hẹp, có nơi chỉ khoảng 4-5km, đoạn Hà Giang tới Bắc Quang lòng sông nhiều thác gềnh, sông rộng trung bình 40 - 50m. Trung lưu sông Lô kể từ Bắc Quang tới Tuyên Quang dài 108km, độ dốc đáy sông giảm còn 0,25m/km, thung lũng mở rộng dần, sông rộng trung bình 140m, chỗ hẹp nhất 26m, sâu trung bình 1-1,5m trong mùa cạn. Đoạn này có 30 bãi thác gềnh. Từ Vĩnh Tuy, sông Lô chảy theo hướng tây bắc-đông nam cho tới Tuyên Quang, tại đây sông Lô chảy qua một vùng đồng bằng Đệ Tam khá rộng. Phía trên Tuyên Quang tại Khe Lau, sông Lô nhận sông Gâm là phụ lưu lớn nhất. Hạ lưu sông Lô, có thể kể từ Tuyên Quang, thung lũng sông mở rộng, về mùa cạn, lòng sông rộng tới 200m và sâu tới 1,5 - 5m. ở đoạn Tuyên Quang - Vụ Quang có sông Chảy ra nhập ở bờ phải, đoạn này thác gềnh không còn, chỉ có bãi nổi, độ dốc sông nhỏ. Lưu vực sông Gâm có diện tích 17200km2, chiếm khoảng 44,1% diện tích của cả lưu vực sông Lô, sông dài 297km. Đoạn từ Na Hang đến cửa sông dài 86km. Thượng lưu sông Gâm, địa hình dốc từ tây bắc xuống đông nam, ở trung lưu, hạ lưu chuyển thành hướng gần Bắc Nam. Độ cao bình quân lưu vực sông Gâm tới 877m, phía bắc và đông bắc cao hơn cả, độ cao từ 200m trở lên chiếm 95% diện tích lưu vực, trong đó diện tích có độ cao 400-600m chiếm tới 35%

84

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Lưu vực sông Lô, nói chung ẩm ướt. Do ảnh hưởng của độ cao mà nhiệt độ trung bình năm tăng dần từ cao xuống thấp và từ bắc xuống nam lưu vực. Tính chất ẩm ướt của khí hậu thể hiện rõ nhất ở vùng Bắc Quang nơi địa hình dạng phễu, hội tụ gió đông nam do hướng thung lũng trùng với hướng gió thịnh hành, hình thành tại đây

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

một trung tâm mưa lớn nhất miền Bắc, chuẩn mưa năm tới 5043mm, trung tâm mưa rộng 1000km2, với 170 ngày có mưa trong năm, lượng mưa tập trung vào mùa hè.

Lưu vực sông Gâm ở khuất sau cánh cung Ngân Sơn và cánh cung sông Gâm, gió đông và đông nam ẩm ướt bị ngăn chặn tạo khí hậu lạnh và ít ẩm hơn so với ở dòng chính sông Lô. Mức độ che khuất khác nhau đối với từng vị trí trong lưu vực là nguyên nhân phân hóa thành các vùng khác nhau trong lưu vực: từ Bắc Mê trở lên có khí hậu khô và lạnh, lượng mưa trung bình năm từ 1100-1400mm; vùng trung lưu sông Gâm có khí hậu ẩm ướt hơn, lượng mưa trung bình năm tới 1800-2000mm

Trên lưu vực sông Lô, mưa giảm dần từ trung lưu về hai phía thượng lưu, hạ lưu. Lượng mưa tăng dần theo độ cao lưu vực, trong đó mức gia tăng trung bình chỉ khoảng 40mm/100 mét. Tuy nhiên, quy luật tăng lượng mưa theo độ cao chỉ tồn tại ở dưới độ cao 500 mét, trên độ cao đó lượng mưa lại giảm dần theo độ cao, dưới ảnh hưởng của địa hình và tầm xa biển của vị trí trạm. Trên lưu vực còn tồn tại một quy luật khác khá đặc trưng cho qúa trình phân bố mưa ở các lưu vực sông thuộc miền Bắc Việt Nam. Dưới tác dụng của địa hình chắn gió và đón gió mà lượng mưa năm và lượng mưa mùa lũ ở lưu vực sông, tăng dần theo tầm xa bờ biển vịnh Bắc Bộ, nhưng chỉ tới tầm xa nhất định (khoảng 200km - ngang tuyến Bảo Yên, Bắc Quang, Hà Giang) lượng mưa lại giảm đi nhanh chóng khi càng xa biển.

3.2.2 Đặc điểm thủy văn

3.2.2.1. Một số đặc điểm chung

Những quy luật phân bố mưa đã quyết định qúa trình hình thành mạng lưới

sông suối và từ đó là tổng lượng nước mùa lũ cũng như cả năm trên lưu vực sông Lô .

Mật độ sông suối lưu vực sông Lô không đồng nhất giữa các vùng, từ cấp mật độ rất thưa đến rất dày (0,46 - 1,94km/km2). Phía tây và tây bắc lưu vực phân bố cấp mật độ dầy đến rất dầy là vùng núi cao và mưa nhiều nhất lưu vực. Phía đông và đông bắc lưu vực với sa diệp thạch là chủ yếu, lượng mưa ít nên sông suối thưa thớt. Có 162 sông với diện tích lưu vực dưới 100km2 và 44 sông có diện tích từ 100-500km2, chỉ có 10 sông có diện tích trên 500km2.

85

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Lưu vực dòng chính sông Lô có lượng nước trung bình nhiều năm lớn nhất so với các sông khác trong lưu vực, tổng lượng nước năm lên tới 31,9 km3 ứng với lưu lượng bình quân 1010 m3/s và môđun dòng chảy năm 25,9 l/s/km2 . Lưu vực kéo dài với các vùng khí hậu khác nhau đã trực tiếp ảnh hưởng tới sự phân bố của dòng chảy

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

sông ngòi. Vùng thượng lưu ít nước nhất lưu vực, mô đun dòng chảy năm nhỏ, chỉ đạt 6,84 l/s/km2. ở trung lưu, dòng chảy lại nhiều nhất, phù hợp với trung tâm mưa lớn nhất miền Bắc, mô đun dòng chảy năm tại đây lên tới 40 - 60 l/s/km2. ở hạ lưu, mô đun dòng chảy năm lại giảm, còn khoảng 18-20 l/s/km2. Dòng chảy năm dao động ít, hệ số biến đổi của dòng chảy năm thay đổi từ 0,17 - 0,22. Nói chung, trên lưu vực sông Lô, mực nước và lưu lượng biến đổi nhanh, nước lũ có tính chất lũ miền núi rõ rệt. Lượng lũ ở Vụ Quang chiếm 30% lượng lũ của sông Hồng tại Sơn Tây. Nước lũ sông Lô hàng năm đe dọa và gây lụt lội cho các vùng ven sông, như thị xã Hà Giang và thị xã Tuyên Quang đều bị ngập lụt khi có lũ lớn. Mực nước lớn nhất tại tuyến Tuyên Quang của sông Lô vượt qúa độ cao trung bình của thị xã Tuyên Quang tới 3-4m. Về mùa cạn, mực nước giảm xuống nhanh chóng, mực nước tại Tuyên Quang xuống thấp hơn mặt ruộng tới trên 10m.

Ở phụ lưu sông Gâm, mật độ sông suối trung bình trên lưu vực từ 0,5-1,5 km/km2. Phía thượng lưu, mật độ sông suối thấp hơn cả, từ 0,5-1,0 km/km2. ở vùng trung và hạ lưu, sông suối dày hơn, khoảng từ 1-1,5 km/km2. Tổng số các phụ lưu có chiều dài trên 10km là 72 sông, trong đó 11 phụ lưu có diện tích trên 100 km2. Hầu hết các phụ lưu là những sông suối nhỏ.

Sông Gâm ít nước hơn sông Lô tuy diện tích sông Gâm lớn hơn diện tích lưu vực dòng chính sông Lô. Tổng lượng nước bình quân nhiều năm của sông Gâm khoảng 11km3, ứng với lưu lượng bình quân năm là 352 m3/s và mô đun dòng chảy năm là 20,5 l/s/km2. Dòng chảy lũ trên sông Gâm phản ánh đặc tính đa dạng của điều kiện địa lý thủy văn trong lưu vực. Tháng VIII có dòng chảy lớn nhất và gấp khoảng 10 lần tháng có dòng chảy nhỏ nhất. Ba tháng dòng chảy lớn nhất chiếm khoảng 51- 61% lượng dòng chảy năm, xuất hiện vào tháng VI, VII, VIII. Đặc trưng dòng chảy lớn nhất thường khác nhau ở các vùng, nhưng tính chất lũ núi thì thống nhất trên toàn lưu vực. Mực nước, lưu lượng biến đổi nhanh, và đạt giá trị lớn nhất trong một thời gian ngắn và xảy ra bất thường. Về mùa cạn dòng chảy chủ yếu do nguồn nước ngầm cung cấp.

3.2.2.2 Chế độ dòng chảy lũ và gia nhập khu giữa ở lưu vực

86

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Dòng chảy sông Lô chia thành 2 mùa rõ rệt. Mùa lũ kéo dài 5 tháng, từ tháng VI - X; trên các phụ lưu, mùa lũ ngắn hơn, khoảng 4 tháng, từ tháng VI-IX. Lượng dòng chảy mùa lũ chiếm tới 73-74% lượng dòng chảy năm, trên các phụ lưu, lượng

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

dòng chảy lũ chiếm tới 53% lượng dòng chảy năm. Phía thượng lưu sông Lô, dòng chảy lớn nhất trong năm xuất hiện chậm hơn phía trung lưu.

Các đoạn (các phần lưu vực khu giữa trên sông Lô từ Hà Giang và Na Hang về Vụ Quang), nhìn chung, lượng gia nhập khu giữa không lớn và trung bình thường không vượt qúa 20% lượng dòng chảy tuyến dưới ở mỗi đoạn sông tương ứng. Riêng ở đoạn Hà Giang-Vĩnh Tuy, lượng dòng chảy gia nhập lên tới trên 40% lượng dòng chảy tuyến dưới, nguyên nhân chính là do mưa nhiều. Lượng gia nhập khu giữa ở các đoạn Vĩnh Tuy - Hàm Yên, Na Hang - Chiêm Hóa là không đáng kể (không qúa 6%) và biến động không nhiều từ trận lũ này qua trận lũ khác. Chính vì vậy, trong tính toán cũng như trong dự báo hoàn toàn có thể bỏ qua thành phần này, hoặc khi cần thiết có thể xác định thông qua hệ số gia nhập trung bình ở đoạn sông. Ngược lại, lượng gia nhập khu giữa ở phần lưu vực từ Hàm Yên, Chiếm Hóa về Tuyên Quang, đặc biệt là từ Tuyên Quang về Vụ Quang, do ảnh hưởng hoạt động kinh tế của con người với công trình thủy điện Thác Bà, nên lượng gia nhập khu giữa vừa không ổn định, vừa khó xác định; đồng thời lại chiếm một tỷ lệ đáng kể (tới 17%) trong dòng chảy sông Lô tại Vụ Quang. Vì vậy, để xác định chính xác dòng chảy sông Lô tại Vụ Quang thì việc xác định lưu lượng xả từ công trình thủy điện Thác Bà trên sông Chảy là rất cần thiết. Trong trường hợp có số liệu xả nước từ hồ Thác Bà thì hiển nhiên có thể coi các đoạn sông nêu trên đều là những đoạn sông với lượng gia nhập khu giữa không đáng kể.

3.2.2.3 Đặc điểm truyền lũ và thời gian truyền dòng chảy

Đối với đoạn sông thiên nhiên, có nhiều phương pháp xác định thời gian truyền

lũ khác nhau và nhìn chung chúng đều cho những kết qủa tương đối giống nhau.

Kết qủa tính toán thời gian truyền lũ cho phép sơ bộ chấp nhận thời đoạn tính toán phù hợp trên lưu vực sông Lô là 6 hoặc 12 giờ tuỳ điều kiện số liệu lũ có thể thu được trong nghiệp vụ. Như vậy, thời gian dự kiến tự nhiên của dự báo lũ trên sông Lô tại Tuyên Quang không quá 30h (theo thông tin từ tuyến Hà Giang) và 36-42h tại Vụ Quang. Tuy nhiên, thời gian dự kiến tự nhiên của dự báo bị rút ngắn đáng kể, còn 18- 24h khi vùng tâm mưa trong thời kỳ dự kiến nằm ở hạ lưu sông Lô - tương tự như tình hình trên sông Thao.

3.2.3- Ứng dụng phương pháp hồi qui đa biến xây dựng phương án dự báo dòng chảy lũ lưu vực sông Lô

87

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

3.2.3.1 Dự báo dòng chảy lũ cho trạm Hàm Yên

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Số liệu về các yếu tố khí tượng thủy văn vào mùa lũ thu thập được trên sông Lô là mực nước và lượng mưa được đo một ngày 4 ốp (1h, 7h, 13h, 19h) và độ dài của chuỗi số liệu là 4 năm cụ thể như sau:

+Năm 2000: 5/8/2000 1:00 – 30/10/2000 19:00

+Năm 2001: 1/6/2001 7:00 – 30/10/2001 19:00

+Năm 2002: 1/6/2002 7:00 – 30/10/2002 19:00

+Năm 2003: 1/6/2003 7:00 – 23/10/2003 19:00

Số liệu để xây dựng các phương án dự báo là lượng mưa, mực nước lũ trong 3 năm (từ 2000 -2002) và sử dụng số liệu lượng mưa,mực nước mùa lũ năm 2003 dự báo kiểm tra. Để dự báo được mực nước lũ trước 24 giờ tại trạm Hàm Yên (Ht+24) ta sử dụng mực nước tại trạm Hàm Yên tại thời điểm t và mực nước tại các thời đoạn trước đó và số liệu mực nước, mưa tại các trạm nằm về phía thượng lưu trạm Hàm Yên (Hà Giang, Bắc Quang, Vĩnh Tuy) vào các thời đoạn trước.

Trong dự báo lũ, việc xác định thời gian chảy truyền giữa trạm trên và trạm dưới là rất quan trọng vì nó giúp ta xác định được biến đưa vào xây dựng phương trình dự báo phù hợp, tăng mức độ chính xác cho phương án dự báo. Kết quả tính thời gian chảy truyền giữa trạm Hà Giang và Hàm Yên là 12h-18h (trung bình là 18h), giữa trạm Bắc Quang – Hàm Yên là 6h-12h (trung bình là 9h), giữa trạm Vĩnh Tuy đến Hàm Yên 9h. Nhận thấy rằng thời gian chảy truyền không vượt quá 24 giờ nên không cần phải dự báo gián tiếp mà sẽ dự báo trực tiếp từ các trạm Hà Giang, Bắc Quang, Vĩnh Tuy cho trạm Hàm Yên. Dựa vào các thời gian chảy truyền trên ta xác định các biến đưa vào xây dựng phương trình dự báo.

Trong báo cáo này sử dụng phương trình hồi quy nhiều biến SPSS 13.0/Linear để xây dựng phương trình dự báo theo phương pháp chọn lọc toàn cục. Ma trận tương quan được xây dựng trong quá trình tính toán theo phương pháp trên cho thấy giá trị mực nước và mưa tại thời điểm tiến hành dự báo (t), (t-6) tại hầu hết các trạm xét đến đều ảnh hưởng rõ rệt tới giá trị mực nước Hàm Yên tại (t+24h). Trong khi đó tại các thời đoạn trước đó lâu hơn như (t-48) thì không ảnh hưởng mạnh mẽ đến kết quả dự báo.

Bảng 3.8: Dự báo trực tiếp mực nước 24h tại trạm Hàm Yên

88

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

theo phương pháp hồi qui

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Phương trình dự báo Hệ số R Hệ số R2

0.93 0.86

HHàm Yên (t+24)= -702,3+ 0,558 HHàm Yên (t)+ 0,502HHà Giang (t)+ 0,239 HVĩnh Tuy (t)+0,504 HBắc Quang (t)- 0,443HHà Giang (t-6)- 0,145 HBắc Quang (t-6)- 0,294 HVĩnh Tuy (t-6)-0,18 HHà Giang (t-24) – 0,171HHàm Yên (t-30)+ 0,175HVĩnh Tuy (t-30) – 0,288 HHàm Yên (t-36)+ 0,258 HVĩnh Tuy (t-42) 0,185 HHàm Yên (t-48)++ 1,354 XHàm Yên (t) + 0,967 XVĩnh Tuy (t) +0,353 XBắc Quang (t) + 0,463 XHàm Yên (t-6) + 0,47 XVĩnh Tuy (t-12) + 0,386 XHàm Yên (t-36).

Bảng 3.9: Đánh giá phương án trực tiếp mực nước 24h theo

phương pháp hồi qui tại trạm Hàm Yên

Hệ số

Đánh giá phương án Sai số cho phép (mm) Mức đảm bảo phương án (%) Hệ số tương quan biên độ NASH Xây dựng và kiểm định dự báo η

Hiệu chỉnh 94 0,93 0,86 94

Đạt yêu cầu

Kiểm định 62 0,94 0,88 91

Đạt yêu cầu

Theo kết quả tính toán trong bảng trên ta nhận thấy tương quan giữa các biến độc lập và biến phụ thuộc (H(t+24)) trong phương trình dự báo tại trạm Hàm Yên là rất cao (hệ số tương quan trên 0,9). Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định phương trình dự báo mực nước lũ tại Hàm Yên cũng rất khả quan chỉ số Nash đều đạt trên 0,9. Dự báo tại Hàm Yên cho kết quả tốt vì so với các lưu vực khác lưu vực sông Lô có diện tích khống chế nhỏ hơn do vậy ảnh hưởng do sự phân bố không đều mưa theo không gian không tác động đến kết quả dự báo. Như vậy, phương trình dự báo mực nước trước 24 giờ tại Hàm Yên đạt yêu cầu để tiến hành tác nghiệp.

3.2.3.2- Dự báo dòng chảy lũ cho trạm Bắc Mê

Số liệu về các yếu tố khí tượng thủy văn vào mùa lũ thu thập được trên sông Gâm là mực nước và lượng mưa được đo một ngày 4 ốp (1h, 7h, 13h, 19h) và độ dài của chuỗi số liệu là 4 năm cụ thể như sau:

89

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

+Năm 2000: 5/8/2000 1:00 – 30/10/2000 19:00

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

+Năm 2001: 1/6/2001 7:00 – 30/10/2001 19:00

+Năm 2002: 1/6/2002 7:00 – 30/10/2002 19:00

+Năm 2003: 1/6/2003 7:00 – 23/10/2003 19:00

Số liệu để xây dựng các phương án dự báo là lượng mưa, mực nước lũ trong 3 năm (từ 2000 -2002) và sử dụng số liệu lượng mưa,mực nước mùa lũ năm 2003 dự báo kiểm tra. Do không có mực nước tại các trạm thượng lưu trạm Bắc Mê nên chỉ sử dụng mực nước tại trạm Bắc Mê thời đoạn trước và ngoài ra còn sử dụng số liệu mưa tại Yên Minh, Bảo Lạc và Bắc Mê để tiến hành xây dựng phương trình dự báo.

Bảng 3.10: Dự báo trực tiếp mực nước 24h tại trạm Bắc Mê

theo phương pháp hồi qui

Phương trình dự báo Hệ số R Hệ số R2

0.90 0.81

HBắc Mê(t+24)= 1566,5+ 1,292 HBắc Mê(t)- 0,556HBắc Mê(t-6) + 0,129 HBắc Mê(t-48) + 3,893 XYên Minh (t)

Bảng 3.11: Đánh giá phương án trực tiếp mực nước 24h theo

phương pháp hồi qui tại trạm Bắc Mê

Hệ số

Đánh giá phương án Sai số cho phép (mm) Mức đảm bảo phương án (%) Hệ số tương quan biên độ NASH Xây dựng và kiểm định dự báo η

Hiệu chỉnh 94 0,91 0,90 0,81

Đạt yêu cầu

Kiểm định 58 0,91 0,96 0,92

Đạt yêu cầu

Kết quả dự báo mực nước mùa lũ tại trạm Bắc Mê cũng cho kết quả tốt, tương quan giữa các biến chặt chẽ. Mức đảm bảo phương án dự báo ở cả bước xây dựng và kiểm định phương trình đều trên 0,90 vì vậy ta có thể khẳng định sử dụng phương trình dự báo trên khi tác nghiệp sẽ cho kết quả khả quan.

3.2.4 Ứng dụng mô hình mạng trí tuệ nhân tạo xây dựng mô hình dự báo

90

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

3.2.4.1 Dự báo cho trạm Hàm Yên

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Với cùng chuỗi số liệu được sử dụng xây dựng phương trình dự báo theo phương pháp hồi qui đa biến, ta sử dụng chuỗi số liệu hai năm 2000, 2001 để mô hình học mẫu, số liệu năm 2002 dùng để kiểm định lại bộ thông số mô hình và dùng năm còn lại là 2003 để kiểm tra kết quả dự báo bằng mô hình ANN

Dựa vào kết quả dự báo từ phương pháp hồi quy, ta xác định được các biến có tương quan chặt chẽ với biến dự báo và các biến không có hay ít ảnh hưởng. Vì vậy, trong phương pháp ứng dụng mô hình ANN ta chỉ đưa các biến có tương quan tốt để xây dựng phương trình nhằm bảo đảm thu nhận được phương trình dự báo tốt nhất.

Kết quả tính toán dự báo tại trạm Hàm Yên trong quá trình học mẫu đạt hệ số tương quan r=0,93, và kết quả kiểm tra đạt hệ số tương quan r = 0,79. Tuy kết quả kiểm định có kém hơn nhưng vẫn đạt yêu cầu.

Bảng 3.12: Đánh giá phương án trực tiếp mực nước 24h theo

phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo ANN tại trạm Hàm Yên

Hệ số

Đánh giá phương án Sai số cho phép (mm) Mức đảm bảo phương án (%) Hệ số tương quan biên độ NASH Xây dựng và kiểm định dự báo η

Hiệu chỉnh 81 0,92 0,90 0,81

Đạt yêu cầu

Kiểm định 62 0,83 0,76 0,58

91

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Đạt yêu cầu

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mực nước thực đo và dự báo tại Hàm Yên (hiệu chỉnh)

HY(t+24)

HY(t+24) Output

3600

3400

3200

3000

2800

c ớ ư n c ự m

2600

2400

2200

2000

1

94

187

280

373

466

559

652

745

838

931

Hình 3.17 Đường quá trình mực nước thực đo và dự báo tại Hàm Yên (t+24)

Mực nước thực đo và dự báo tại Hàm Yên (kiểm định)

HY(t+24)

HY(t+24) Output

3400

3200

3000

2800

c ớ ư n c ự m

2600

2400

2200

1

58

115

172

229

400

457

514

571

343

286 Thời gian

Hình 3.18 Đường quá trình mực nước thực đo và dự báo tại Hàm Yên (t+24)

Dựa vào các đường quá trình trên ta thấy tại bước hiệu chỉnh thông số mô hình kết quả đạt được rất tốt hai đường quá trình thực đo và dự báo khớp nhau về cả pha và đỉnh. Tuy nhiên với bước kiểm định về pha dòng chảy vẫn phù hợp nhưng sai số về đỉnh rõ rệt hơn. Sai số về đỉnh là sai số thường gặp khi áp dụng mô hình mạng trí tuệ nhân tạo.

92

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

3.2.4.2Dự báo cho trạm Bắc Mê

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

chia như với trạm Hàm Yên trên để tiến hành xây dựng phương trình dự báo.

Số liệu được sử dụng trong phương pháp này tại trạm Bắc Mê cũng được phân

Kết quả tính toán dự báo tại trạm Bắc Mê trong quá trình học mẫu đạt hệ số tương quan r= 0,89, và kết quả kiểm tra đạt hệ số tương quan r = 0,87. Cũng giống như phương pháp hồi qui đa biến kết quả dự báo tại trạm Bắc Mê cho kết quả tốt hơn Hàm Yên.

Bảng 3.13: Đánh giá phương án trực tiếp mực nước 24h theo

phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo ANN tại trạm Bắc Mê

Hệ số

Đánh giá phương án Sai số cho phép (mm) Mức đảm bảo phương án (%) Hệ số tương quan biên độ NASH Xây dựng và kiểm định dự báo η

Hiệu chỉnh 90 0,95 0,95 0,90

Đạt yêu cầu

Kiểm định 90 0,95 0,95 0,90

Đạt yêu cầu

Mực nước thực đo và dự báo tại Bắc Mê (hiệu chỉnh)

HBM(t+24)

HBM(t+24) Output

12800

12600

12400

12200

12000

c ớ ư n

11800

c ự m

11600

11400

11200

11000

1

94

187

280

373

466

559

652

745

838

931

93

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.19 Đường quá trình mực nước thực đo và dự báo tại Bắc Mê (t+24)

Mực nước thực đo và dự báo tại Bắc Mê (kiểm định)

HBM(t+24)

HBM(t+24) Output

12200

12100

12000

11900

11800

11700

11600

c ớ ư n c ự M

11500

11400

11300

11200

1

58

115

172

229

286

343

400

457

514

571

Hình 3.20 Đường quá trình mực nước thực đo và dự báo tại Bắc Mê (t+24)

Kết quả đạt được rất tốt tuy nhiên cũng giống kết quả dự báo tại trạm Hàm Yên sai số về đỉnh vẫn có nhưng không sai khác nhiều.

3.3 Dự báo mực nước lũ tại các trạm trên sông Đà

3.3.1. Một số đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Đà

Lưu vực sông Đà kéo dài theo hướng tây bắc-đông nam tới 380km, rộng trung bình 80km, phần thuộc địa phận Việt Nam có diện tích là 26800km2, chiếm khoảng 50% diện tích toàn lưu vực.

Đường phân thủy phía đông của lưu vực là dãy núi Hoàng Liên Sơn, Pu Luông với đỉnh cao từ 2500-3000m. Phía tây có dãy núi cao Phu Huổi Long, Phutama, Phu Tung và Phu Sang. Phía bắc có dãy núi cao Pusi-Lung và Ngũ Đài Sơn, phía đông nam là vùng núi thấp Ba Vì, Viên Nam và Đối Thôi.

Đặc điểm nổi bật của địa hình lưu vực là dạng núi và cao nguyên đều cao, bị chia cắt mạnh theo chiều thẳng đứng; các dãy núi, cao nguyên và thung lũng sông thường sắp xếp song song theo hướng tây bắc-đông nam.

94

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

II.3.2. Đặc điểm mưa gây lũ

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sự sắp xếp song song của địa hình núi, cao nguyên và thung lũng sông có tác động rõ rệt tới khí hậu trên lưu vực. Dãy núi cao Hoàng Liên Sơn - Puluông như một bức tường tự nhiên ngăn cản và làm suy yếu ảnh hưởng của gió đông bắc. Các dãy núi cao ở biên giới Việt-Lào lại tạo ra hiệu ứng fơn đối với gió mùa tây nam. Điều kiện địa hình và vị trí của lưu vực đã qui định khí hậu với hai mùa: mùa đông khô lạnh, mùa hè nhiều mưa ở vùng cao và khô nóng ở vùng thấp.

Mưa lớn trên lưu vực thường bắt đầu sớm, vào khoảng tháng VI, tháng VII. Vùng bắc và tây bắc là vùng núi cao có khí hậu ẩm ướt đến rất ẩm, lượng mưa trung bình nhiều năm từ 1500 đến 2700mm, lượng mưa mùa hè (tháng V-IX) chiếm tới trên 70% tổng lượng mưa năm. Vùng núi thấp Sơn La-Mộc Châu, mùa hè chịu ảnh hưởng của gió mùa tây nam, lượng mưa trung bình năm thấp, chỉ 1100 đến 1500mm, trong đó lượng mưa mùa hè dưới 1000mm.

Trên lưu vực sông Đà tồn tại những trung tâm mưa lớn như trung tâm mưa ở sườn tây dãy Hoàng Liên Sơn thuộc các lưu vực sông nhánh Nậm Na, Nậm Mu, lượng mưa trung bình năm khoảng 2500mm (trên lưu vực Nậm Na- mưa trung bình năm tới trên 2000mm : tại Phong Thổ lượng mưa trung bình năm là 2202mm, PaTần 2997mm, Sình Hồ 2682mm; trên lưu vực Nậm Mu lượng mưa trung bình năm tới 2454mm, ở thượng lưu lên tới 2700-2800mm). Tại vùng phía tây dãy Hoàng Liên Sơn thấy rõ qui luật lượng mưa tăng theo độ cao lưu vực, mưa tập trung vào các tháng V-X, đặc biệt là các tháng VI-VIII; lượng mưa mùa hè chiếm trên 90%, lượng mưa các tháng VI-VIII chiếm 50-60% lượng mưa năm.

Trung tâm mưa lớn tại phần lưu vực thuộc địa phận Việt Nam gần biên giới Việt-Trung là tâm mưa lớn nhất, lượng mưa năm thay đổi tùy từng vị trí từ 2400 đến 3000mm, mưa tập trung nhiều nhất vào các tháng VI-VIII.

3.3.3. Đặc điểm dòng chảy lũ sông Đà

95

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Địa hình núi cao, chia cắt mạnh, độ dốc lớn, thung lũng sâu, hẹp với lượng mưa lớn lại tập trung vào một vài tháng trong năm nên tạo điều kiện hình thành mạng lưới sông dày đặc, ít sông lớn, hướng của các dòng sông suối trùng với hướng của lưu vực. Mật độ sông suối lớn nhất ở vùng núi phía tây Hoàng Liên Sơn lên tới 1,5-1,7km/km2. Phía hữu ngạn sông Đà, do có lượng mưa ít hơn đáng kể so với các vùng khác nên sông suối thưa hơn, chỉ từ 0,5 đến 1,5km/km2, thường dưới 1,0km/km2.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Trên sông Đà và các dòng sông nhánh như Nậm Na, Nậm Mu, các sông suối nhỏ đổ vào dòng chính thường phân bố đều dọc sông. Vùng cao nguyên đá vôi mưa ít, sông suối thưa, dòng chảy nhỏ hơn.

Nguồn sinh dòng chảy quan trọng nhất trên sông Đà nằm ở phần lưu vực thuộc vùng biên giới Việt - Trung và vùng sườn phía tây dãy Hoàng Liên Sơn, nơi có môdun dòng chảy năm từ 30-40 l/s/km2 và hơn nữa. ở các nơi khác trên lưu vực, lượng dòng chảy thường không vượt quá 20 l/s/km2 Dòng chảy sông tập trung vào các tháng mùa lũ, chiếm tới 69-78% tổng lượng dòng chảy năm.

Mùa lũ trên sông Đà thường bắt đầu vào tháng V, kết thúc vào cuối tháng IX đầu tháng X. Lũ lớn nhất thường xảy ra vào cuối tháng VII, nửa đầu tháng VIII. Dòng chảy lũ trên sông Đà lớn, tập trung nhanh và không đồng bộ ở các phần khác nhau của lưu vực là một đặc điểm nổi bật nhất của dòng chảy sông Đà.

Trong điều kiện địa lý tự nhiên thuận lợi cho dòng chảy lũ hình thành trên các phụ lưu sông Đà, nhất là lưu vực Nậm Na, Nậm Mu hai phụ lưu lớn nhất bên tả ngạn, thường xuất hiện những trận lũ đặc biệt lớn gây tác hại nghiêm trọng. Mô đun dòng chảy lũ lớn nhất đạt tới 2000-3000 l/s/km2 - thuộc loại lớn nhất ở Việt Nam. Trên dòng chính, lượng dòng chảy lũ chiếm bình quân từ 77,6 đến 78,5% dòng chảy năm, dòng chảy tháng VIII- tháng có dòng chảy lớn nhất năm - chiếm tới 23,7% dòng chảy năm. Dòng chảy lũ sông Đà thuộc loại lớn nhất trên hệ thống sông Hồng. Mô đun đỉnh lũ tại Lai Châu là 324 l/s/km2 xảy ra vào các tháng VII năm 1966 và 428 l/s/km2 vào tháng VIII năm 1945. Mô đun đỉnh lũ tại Hòa Bình lên tới 454 l/s/km2 vào tháng VII năm 1964. Nhìn chung, trên đoạn sông từ Lai Châu về Hòa Bình thấy rõ quy luật tăng dần môdun dòng chảy cực đại khi diện tích lưu vực tăng. Điều này chứng tỏ rằng lượng gia nhập đáng kể ở phần lưu vực thuộc địa phận Việt Nam. Tại Lai Châu, biên độ lũ lớn nhất đạt tới 25 mét, cao nhất ở Việt Nam, với cường suất lũ lên lớn nhất tới 77,4 cm/h. Dòng chảy lũ tập trung nhanh như vậy nên công tác dự báo thủy văn gặp khó khăn lớn, mà để giải quyết vấn đề này đòi hỏi phải có một mô hình tương đối nhạy với qúa trình thay đổi dòng chảy trong sông.

96

Để giải quyết bài toán tính toán và dự báo dòng chảy trên sông Đà tại Tạ Bú và Hòa Bình khi sử dụng các thông tin hiện có (từ phần lưu vực thuộc Việt Nam), rõ ràng cần phân tích và đánh giá đầy đủ các nguồn gây lũ, sinh dòng chảy ở sông Đà trên toàn lưu vực cũng như trên phần lưu vực thuộc Việt Nam từ Mường Tè về tới Hòa Bình.

3.3.4. Đánh giá lượng gia nhập khu giữa Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mô hình toán thủy văn mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy trên phần lưu vực từ Lai Châu về Hòa Bình của sông Đà đã được đề cập trong một số nghiên cứu Trong các nghiên cứu này thường mô phỏng quá trình truyền lũ trong sông nhờ phương trình diễn toán cơ bản của mô hình SSARR, Kalinin-Miliukov, Muskingum, tức sử dụng một mô hình diễn toán khi không chú ý tới lượng gia nhập khu giữa ở đoạn sông, lượng dòng chảy gia nhập từ phần lưu vực khu giữa đôi khi được tổng hợp từ mưa, chẳng hạn, theo mô hình tổng quát của SSARR, rồi cộng tuyến tính vào dòng chảy diễn toán từ tuyến trên về tuyến dưới để được dòng chảy tại mặt cắt. Như vậy, trong các mô hình này không xét tới đặc điểm phân bố mạng lưới sông- điều quyết định quy luật phân bố lượng gia nhập khu giữa theo không gian. Nhược điểm trên có thể gây sai số lớn khi tính toán và dự báo lũ nếu gia nhập khu giữa ở đoạn sông là đáng kể và phân bố không đều theo không gian. Hiển nhiên, để sử dụng tốt các mô hình loại này trên lưu vực sông Đà phần từ Lai Châu về Hòa Bình đòi hỏi phải có những xử lý thích hợp để nâng cao độ chính xác của tính toán và dự báo.

Đánh giá định lượng dòng gia nhập khu giữa ở các đoạn sông trên lưu vực sông Đà cũng như trên các đoạn sông khác thượng lưu sông Hồng là một bước quan trọng trong lựa chọn, thiết lập một mô hình cho tính toán và dự báo lũ, nói riêng, cũng như dòng chảy sông, nói chung.

Lượng gia nhập khu giữa ở các phần lưu vực từ Lai Châu về Tạ Bú và Tạ Bú về Hòa Bình được xác định theo số liệu của 33 trận lũ điển hình chọn trong các năm từ 1971 đến năm 1993 khi xét tới sự phân bố lượng mưa, vị trí vùng tâm mưa trên lưu vực.

97

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Kết qủa tính toán cho thấy hệ số gia nhập khu giữa trên đoạn sông từ Lai Châu về Tạ Bú thay đổi trong phạm vi từ 0.11-0.39 trong các trận lũ, trong đó hệ số gia nhập trung bình là 0.26. Như vậy, lượng gia nhập khu giữa ở đoạn sông tuy có thay đổi từ trận lũ này sang trận lũ khác tùy thuộc vào điều kiện trên lưu vực và nhất là tùy thuộc vào phân bố mưa, nhưng nhìn chung gia nhập khá ổn định. Kết luận này có khác với những kết luận trong các nghiên cứu trước đây Từ kết luận trên có thể thấy rằng, trong tính toán và dự báo dòng chảy lũ, ngoài cách xác định lượng gia nhập khu giữa trực tiếp theo tài liệu mưa nhờ một mô hình mưa dòng chảy nào đó, hoàn toàn cho phép xác định lượng gia nhập khu giữa như một hàm tuyến tính của dòng chảy sông Đà tại Tạ Bú:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Trên đoạn sông từ Lai Châu, Bản Củng về tới Tạ Bú, hợp lý hơn cả là xét lượng dòng chảy tại Tạ Bú được tổng hợp từ lượng nước các tuyến Lai Châu, Bản Củng truyền về và lượng gia nhập khu giữa (từ diện tích 9480km2) được tính như một hàm của lưu lượng tại Tạ Bú.

Khác với dòng gia nhập ở phần lưu vực từ Lai Châu về Tạ Bú, phần lưu vực Tạ Bú-Hòa Bình có lượng gia nhập khu giữa biến đổi mạnh từ trận lũ này sang trận lũ khác và phụ thuộc chặt chẽ vào vị trí tâm mưa. Hệ số gia nhập khu giữa được xác định

bằng tỷ số giữa tổng lượng dòng chảy gia nhập khu Tạ Bú - Hòa Bình Σqtbhb và tổng lượng dòng chảy tại Tạ Bú ΣQtb . Kết qủa tính toán cho thấy hệ số gia nhập ở đoạn từ Tạ Bú về Hoà Bình thay đổi trong phạm vi rộng, từ 0 đến 0,53; trung bình là 0,18.

Trên cơ sở xác định thời gian truyền lũ trung bình ở các đoạn sông chính từ Mường Tè về tới Hòa bình và trên các phụ lưu chính Nậm Na, Nậm Mu,... thấy rằng, trong mùa lũ, thời gian truyền lưu lượng có ít nhiều khác nhau khi lũ lên và lũ xuống, tuy nhiên trong tính toán và dự báo có thể lấy thời gian trung bình truyền lũ từ Lai Châu về tới Tạ Bú là 12-18 giờ, từ Tạ Bú về tới Hòa Bình là 12-24 giờ trong tự nhiên, hiện nay khi có hồ chứa Hòa Bình thời gian truyền lũ rút ngắn còn 6 - 12h tuỳ theo mực nước hồ. Lưu ý rằng, thời gian truyền lũ trên các đoạn sông chính và trên các phụ lưu còn phụ thuộc vào vị trí tâm mưa trên lưu vực.

Do lũ tại trạm Lai Châu là tổ hợp lũ của Nậm Giàng và Mường Tè. Từ hình trên ta nhận thấy thời gian chảy truyền từ Nậm Giàng xuống Lai Châu nhỏ hơn 6h, thời gian chảy truyền từ Mường Tè xuống Lai Châu khoảng 6-12h. Do đó khi có mực nước tại Mường Tè và Nậm Giàng tại thời điểm t ta không thể dự báo mực nước Lại Châu tại thời điểm t+24 được. Do vậy không dự báo trực tiếp trạm Lai Châu. Ta tiến hành dự báo trạm Lai Châu với thơi gian dự kiến 12h. Từ đó dự báo gián tiếp các trạm phía dưới như Quỳnh Nhai, Tạ Bú

Ngoài ra còn lấy các trạm mưa phía trên có ảnh hưởng đến dòng chảy tại trạm cần dự báo. Nhưng việc xác định thời gian từ lúc mưa đến khi sinh ra dòng chảy tại các trạm dự báo rất khó xác định. Nên báo cáo đưa vào một số thời đoạn mưa trước đó để thử. Mô hình sẽ xét xem biến nào tương quan nhất.

Một điểm cuối cùng là các biến đưa vào phương trình dự báo phải có chuỗi số

98

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

liệu đồng bộ.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Từ những lập luận trên báo cáo chọn đầu vào của các phương trình dự báo như

sau:

H Lai Châu(t+12) = F( H Lai Châu(t), H Lai Châu(t-6), H Mường Tè (t), H Nậm Giàng (t), H Mường Tè (t-

• 6), XMường Tè (t-12), X Sỉn Hồ(t-12), XMường Tè (t-18), X Sỉn Hồ(t-18)).

• H Quỳnh Nhai (t+24) = F (H Quỳnh Nhai (t), H Quỳnh Nhai (t-6), H Lai Châu(t+6), H Lai Châu(t+12), H Mường Tè (t), H Nậm Giàng (t), X Quỳnh Nhai (t), X Lai Châu(t-12), X Quỳnh Nhai (t-12), X Lai Châu(t-18), X Lai Châu(t-24))

• H Tạ Bú (t+24) = F (H Tạ Bú (t), H Tạ Bú (t-6), H Quỳnh Nhai (t+12), H Quỳnh Nhai (t+6), H Bản Củng (t), H Bản Củng (t-6), H Bản Củng (t-12), X Quỳnh Nhai (t-12), X Tuần Giảo (t-12), X Quỳnh Nhai (t-18), X Tuần Giảo (t-18), X Quỳnh Nhai (t-24), X Tuần Giảo (t-24))

3.3.5 Dự báo mực nước tại các trạm trên sông Đà bằng phướng pháp hồi quy đa biến.

3.3.5.1 Tại trạm Lai Châu

Khi xây dựng ma trận tương quan thì nhận thấy hầu hết mực nước tại các thời điểm đã chọn đều cho hệ số tương quan với H Lai Châu(t+12) với hệ số tương quan trên 0.8. Mưa tại hai trạm nói trên tương quan không tốt với H Lai Châu(t+12). Tuy nhiên do mưa là nguyên nhân chủ yếu hình thành nên lũ nên báo cáo vẫn đưa vào làm biến độc lập.

Chuỗi số liệu thu thập bao gồm chuỗi số liệu mực nước giờ và mưa giờ tại các trạm kể trên từ năm 1990 đến 2003 (thiếu năm 1996). Báo cáo sử dụng chuỗi số liệu từ năm 1990-1999 để hiệu chỉnh phương trình dự báo và các năm còn lại để kiểm định phương trình.

99

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Kết quả dự báo mực nước trạm Lai Châu như sau:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Quá trình mực nước tính toán và dự báo trạm Lai Châu (kiểm định)

19000

18500

18000

)

H thực đo

m m

17500

(

Hdự báo

H

17000

16500

16000

1

162 323 484 645 806 967 1128 1289 1450 1611 1772 1933 2094

giờ (6h)

Hình 3.20: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Lai Châu

Bảng 3.14: Kết quả dự báo mực nước trạm Lai Châu

Hệ số tương quan biên độ NASH Sai số cho phép (mm) Mức đảm bảo phương án (%) dự báo η

Hiệu Chỉnh 96.07% 98.02% 242 88.55%

Kiểm Định 94.22% 97.07% 215 94.97%

Phương trình dự báo mực nước trạm Lai Châu

H Lai Châu(t+12) = -8643.257593 + 0.739132968 * H Lai Châu(t) + 0.040286737 *

H Lai Châu(t-6) + 1.42617768 * H Mường Tè (t) + 0.402050348 * H Nậm Giàng (t) +

(-0.937477552) * H Mường Tè (t-6) +(-0.343422618) * H Mường Tè (t-12) +

0.080796971 * XMường Tè (t-18) + 0.292149712 * X Sỉn Hồ(t-12)

(-0.109242888) * XMường Tè (t-12) + 1.347407508 * X Sỉn Hồ(t-12) +

100

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Từ bảng 3.14 ta nhận thấy phương án dự báo cho kết quả tốt với chỉ số NASH dự báo và kiểm định đều trên 94%. Mức đảm bảo phương án lần lượt là 88.55% và 94.97%. Trên hình 7 ta nhận thấy khi kiểm định phương trình dự báo thì hầu hết các đỉnh lũ đều được bắt đúng thời gian cũng như về giá trị. Với độ lệch lớn nhất giữa giá

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

trị tính toán và thực đo là 0.716m. Từ đó báo cáo chấp nhận phương trình dự báo này vào thực tế.

3.3.5.2 Tại trạm Quỳnh Nhai

Các biến phụ thuộc đưa vào để dự báo trạm Quynh Nhai có tương quan với biến đọc lập cũng tương tự như khi dự báo trạm Lai Châu. Mực nước các trạm trên tương quan tốt với các trạm Quỳnh Nhai. Hệ sô tương quan đều trên 0.85. Tuy nhiên tương quan giữa mưa và mực nước tại Quynh Nhai vân thấp. Hệ số tương quan giữa các biến mưa đưa vào với mực nước dao động trong khỏang 0.21-0.25.

Bảng 3.15: Hệ số tương quan giữa các biến phụ thuộc và biến độc lập

trạm Quỳnh Nhai

H Quỳnh Nhai (t+24)

1 H Quỳnh Nhai (t+24)

0.935623 H Quỳnh Nhai (t)

0.914084 H Quỳnh Nhai (t-6)

0.978136 H Lai Châu(t+12)

0.984944 H Lai Châu(t+6)

0.853632 H Mường Tè (t)

0.879234 H Quỳnh Nhai (t)

0.209489 X Quỳnh Nhai (t)

0.248854 H Lai Châu(t-12)

0.221228 X Quỳnh Nhai (t -12)

0.252922 H Lai Châu(t - 18)

0.253197 H Lai Châu(t - 24)

Từ chuỗi số liệu thu thập báo cáo sử dụng chuỗi số liệu các năm 1990,1991,

1997 để hiệu chỉnh phương trình dự báo và năm 1999 để kiểm định phương trình

101

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Kết quả dự báo mực nước trạm Quỳnh Nhai như sau:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Quynh Nhai (Kiểm định)

14800

14600

14400

)

H thực đo

m m

14200

(

H

H dự báo

14000

13800

13600

1

45 89 133 177 221 265 309 353 397 441 485 529

thời gian (6h)

Hình 3.21: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Quỳnh Nhai

Bảng 3.16: Kết quả dự báo mực nước trạm Quỳnh Nhai

Hệ số tương quan biên độ NASH Sai số cho phép (mm) Mức đảm bảo phương án (%) dự báo η

Hiệu Chỉnh 97.69% 98.84% 134 99.64%

Kiểm Định 97.03% 98.50% 109 99.08

Phương trình dự báo mực nước trạm Quỳnh Nhai

H Quỳnh Nhai (t+24) = 4255.2677 + 0.416134 * H Quỳnh Nhai (t) + (-0.19453) * H Quỳnh Nhai (t-6) + 0.456136 * H Lai Châu(t+6) + (-0.05258) * H Lai Châu(t+12) + 0.004213 * H Mường Tè (t) + (- 0.01914) * H Nậm Giàng (t) + 0.691334 * X Quỳnh Nhai (t) + (-0.02895 * X Lai Châu(t-12) + 0.451566 * X Quỳnh Nhai (t-12), (-0.04838) * X Lai Châu(t-18) + 0.148455 * X Lai Châu(t-24))

102

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Từ đường quá trình mực nước dự báo và thực đo báo cáo nhận thấy các đỉnh lũ đều được dự báo chính xác cả về mặt thời gian cũng như giá trị. Chênh lệch của đỉnh cao nhất giữa giá trị tính toán và thực đo chỉ là 6 mm và trùng về mặt thời gian xuất hiện 13h ngày 18/07/1999. Trong bảng trên thì cả hệ số tương quan biên độ dự báo cũng như mức đảm bảo phướng án đều rất cao. Như vậy báo cáo chấp nhận phương trình trên để dự báo

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

3.3.5.3 Trạm Tạ Bú

Từ chuỗi số liệu thu thập báo cáo sử dụng chuỗi số liệu các năm 1990,1991,

1997 để hiệu chỉnh phương trình dự báo và năm 1999 để kiểm định phương trình

Kết quả dự báo mực nước trạm Tạ Bú như sau:

Quá trình mực nước thực đo và dự báo tại trạm Tạ Bú (kiểm định)

11800

11600

11400

)

H thực đo

m m

11200

(

H dự báo

H

11000

10800

10600

1

49 97 145 193 241 289 337 385 433 481 529

thời gian (6h)

Hình 3.22: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Tạ Bú

Bảng 3.17: Kết quả dự báo mực nước trạm Tạ Bú

Hệ số tương quan biên độ NASH Sai số cho phép (mm) Mức đảm bảo phương án (%) dự báo η

Hiệu Chỉnh 93.59% 96.74% 202 98.35%

Kiểm Định 95.37% 97.66% 185 99.63%

H Tạ Bú (t+24) = 3085.49 + 1.2416836 * H Tạ Bú (t) + (-0.29545605) * H Tạ Bú (t-6) +

103

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

2.133495 * H Quỳnh Nhai (t+12) + (-2.04482) * H Quỳnh Nhai (t+6) + 0.264634 * H Bản Củng (t) + (- 0.12097) * H Bản Củng (t-6) + (-0.24794) * H Bản Củng (t-12) + 0.645089 * XQuỳnh Nhai(t-12) + (- 0.07533) * X Tuần Giảo(t-12) + 0.679241* XQuỳnh Nhai (t-18) + (-0.17657)*X Tuần Giảo (t-18) + 0.05103 * X Quỳnh Nhai (t-24) + 0.200839* X Tuần Giảo (t-24)

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Từ đường quá trình mực nước thực đo và dự báo ta nhận thấy mặc dù đỉnh lũ dự báo chậm hơn đỉnh lũ thực tế 24h ( đỉnh lũ thực tế xảy ra lúc 1h ngày 19/07/1999, đỉnh lũ dự báo xảy ra lúc 1h ngày 20/07/1999) tuy nhiên tại thời điểm 1h ngày 19/07/1999 giá trị dự báo và giá trị thực đo chênh lệch rất ít 3mm. Từ bảng 4 báo cáo nhận thấy các chỉ số đều rất cao. Như vậy phương trình dự báo có thể chấp nhận cho dự báo tác nghiệp.

3.3.6 Dự báo bằng phướng pháp mạng trí tuệ nhân tạo.

3.3.6.1 Thành lập mạng trí tuệ nhân tạo

Đối với phương pháp dự báo bằng mạng trí tuệ nhân tạo các biến đầu vào để dự báo các trạm giống như các biến đưa vào ở phướng pháp hồi quy đa biến. Theo kinh nghiệm số lớp ẩn chỉ cần từ 1 đến 2 lớp là đủ, trong báo cáo này khi dự báo mực nước các trạm đều chỉ dùng 1 lớp ẩn. Như vậy mạng thần kinh sẽ gồm 3 lớp Input, Output và 1 lớp ẩn. Số nút trong lớp ẩn chọn theo nguyên tắc bằng 2n-1 với n là số nút trong lớp input.

Mô hình mạng thần kinh cho bảng dưới đây:

Bảng 3.17 Cấu trúc mô hình mạng thần kinh

Trạm Mô hình mạng

Lai Châu 9-17-1

Quỳnh Nhai 11-21-1

Tạ Bú 13-25-1

Trong phần mền NeuroSolution chuỗi số liệu tính toán chia làm 3 phần:

Training, Cross Validation và Testing.

+ Đối với trạm Lai Châu báo cáo dùng chuỗi dữ liệu từ năm 1990 đến 1998 ( thiếu năm 1996) để cho quá trình Training, 3 năm từ 1999 đến 2001 cho quá trình Cross Validation. 2 năm còn lại 2002 và 2003 cho quá trình Testing.

104

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

+ Đối với trạm Quynh Nhai báo cáo dùng chuỗi dữ liệu từ năm 1990,1991 để cho quá trình Training, năm 1997cho quá trình Cross Validation và năm 1999 cho quá trình Testing.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

+ Đối với trạm Tạ Bú báo cáo dùng chuỗi dữ liệu từ năm 1990,1991 để cho quá trình Training, năm 1997cho quá trình Cross Validation và năm 1999 cho quá trình Testing.

3.3.6.2 Kết quả dự báo bằng mô hình trí tuệ nhân tạo.

Kết quả tính các sai số dư báo các trạm cho ở bảng dưới đây

Bảng 3.18: Kết quả dự báo các trạm bằng mô hình trí tuệ nhân tạo

Trạm Quá trình NASH

Sai số cho phép (mm) Mức đảm bảo phương án (%) Hệ số tương quan biên độ dự báo η

Training 95.75% 97.85% 239 98.49%

Lai Châu Cross Validation 95.13% 97.53% 216 98.79%

Testing. 91.10% 95.44% 235 96.71%

Training 99.03% 99.51% 135 99.83%

Cross Validation 94.05% 96.98% 130 98.90% Quỳnh Nhai

Testing. 94.82% 97.38% 109 99.26%

Training 89.19% 94.44% 187 96.16%

Tạ Bú Cross Validation 83.64% 91.46% 224 92.14%

105

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Testing. 75.75% 87.03% 185 80.73%

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mực nước thực đo và dự báo trạm Lai Châu

18500

18000

)

17500

H thực đo

m m

(

H dự báo

H

17000

16500

16000

1

40 79 118 157 196 235 274 313 352 391 430 469

thời gian (6h)

Hình 3.23: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm LaiChâu

Từ đường quá trình trên hình 10, nhận thấy hầu hết các đỉnh lũ đều được dự báo chính xác về mặt thời gian. Đỉnh lũ cao nhất thì giá trị thực đo cao hơn giá trị dự báo gần 0.2m. Như cậy kết quả đưa ra là có thể chấp nhận được.

Quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Quỳnh Nhai

14800

14500

)

H thực đo

m m

14200

(

H dự báo

H

13900

13600

1 55 109 163 217 271 325 379 433 487 541

Thời gian (6h)

106

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 3.24: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Quỳnh Nhai

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Nhìn từ hình vẽ nhận thấy đường quá trình dự báo và thực đo mực nước trạm Quỳnh Nhai rất sát nhau. Sự chênh lệch chủ yếu sảy ra ở phần chân của đường quá trình. Còn các đỉnh đều sát cả về thời gian lẫn giá trị. Do đây là dự báo lũ nên quan tâm đến phần thời gian lũ lên cũng như đỉnh lũ nên kết quả tìm được là rất tốt .

Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm Ta Bú

12000

11700

)

11400

H thực đo

(

11100

m m H

H dự báo

10800

10500

1

45 89 133 177 221 265 309 353 397 441 485 529

thời gian (6h)

Hình 3.25: Đường quá trình mực nước dự báo và thực đo trạm TạBú

107

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Kết quả dự báo trạm Tạ Bú không cao như 2 trạm phía trên do cuối năn 99 mực nước cao hơn hẳn so với thời gian trước đó. Do vậy mô hình không được học được nên mực nước dự báo thấp hơn nhiều so với mực nước thực đo. Tuy nhiên đối với quá trình trước đo thì mực nước dự báo và thực đo là phù hợp. Vì vậy báo cáo chấp nhận mô hình này ào dự báo tác nghiệp.

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN **********

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ **********

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ============================================================ Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với cồng nghệ điều hành hệ thống công trình chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông thái Bình

Phụ lục III-2 Mô hình thủy văn DIMOSOP Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS. Vũ Minh Cát

Chủ nghiệm đề tài: PGS.TS Vũ Minh Cát, ĐHTL

Thực hiện: GS.TS Robetto Ranzi, Brescia University

ThS. Hoàng Thanh Tùng ThS. Nguyễn Hoàng Sơn NCS. Ngô Lê An KS. Nguyễn Mạnh Minh Toàn

Hà Nội, tháng 11 năm 2007

MỤC LỤC

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

I. GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT MÔ HÌNH DIMOSOP............................................... 1

II. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÔ HÌNH DIMOSHONG......................................... 2

2.1. Đầu vào của mô hình: .................................................................................... 2

2.2. Giao diện của mô hình ................................................................................... 2

2.3. Hướng dẫn sử dụng chương trình nhập dữ liệu và hiển thị kết quả cho mô hình DIMOS-Hong ....................................................................................................... 4

2.3.1. Chương trình Nhập dữ liệu ..................................................................... 4

2.3.2. Chương trình Xem kết quả...................................................................... 9

PHỤ LỤC I: GIỚI THIỆU DEM VÀ HƯỚNG DẪN XÂY DỰNG CÁC FILE DỮ LIỆU ĐẦU VÀO DẠNG GRID................................................... 12

ii

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

PHỤ LỤC II: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÔ HÌNH DIMOSHONG NGUYÊN GỐC................................................................................. 28

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

I. GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT MÔ HÌNH DIMOSOP

DIMOSOP (DIstributed hydrological MOdel for the Special Observing Period) là mô hình toán toán thủy văn phân bố được sử dụng rất nhiều ở một số nước Châu Âu như Italia, Pháp, Thụy Sĩ. Đặc điểm nổi bật của mô hình này là có thể sử dụng dữ liệu dạng điểm của các trạm đo mưa trong lưu vực hoặc sử dụng kết quả dự báo dưới dạng ô lưới (grid) là đầu ra của các mô hình dự báo thời tiết như MM5 và BOLAM để dự báo lũ. Như vậy khi có thông tin dự báo mưa từ các mô hình khí tượng, thì hoàn toàn có thể tiến hành dự báo lũ trung hạn.

Đầu vào của mô hình này ngoài lượng mưa còn là bản đồ địa hình dưới dạng DEM, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, loại đất dưới dạng ô lưới Grid (vì đây là mô hình thủy văn phân bố), và các loại công trình cũng như quy trình vận hành của các công trình. Đầu ra của mô hình chính là lưu lượng hay mực nước lũ tại bất kỳ một ô lưới nào (điểm nào) trên lưu vực chứ không phải hạn chế chỉ tại một vị trí như các mô hình thủy văn thông số gộp đưa ra vì vậy một lần chạy mô hình sẽ cho kết quả dự báo của nhiều trạm, nhiều vị trí khác nhau mong muốn với thời gian dự báo lên đến 5 ngày.

Cấu trúc chính của mô hình dựa trên quan điểm chia lưu vực tính toán ra thành một hệ thống các ô lưới. Kích thước của mỗi ô lưới phụ thuộc vào mức độ chi tiết của số liệu thu thập cũng như yêu cầu tính toán. Mỗi một ô lưới trên lưu vực đều được đặc trưng bởi một yếu tố thủy văn nào đó, có thể là một phần tử của lưu vực, có thể là một phần tử của sông, hay là một phần tử của hồ chứa..vv. Nếu ô lưới là một phần tử của lưu vực thì mô hình sẽ tính toán ra dòng chảy từ mưa thông qua mô phỏng các quá trình vật lý trên lưu vực như mưa, tổn thất, tập trung dòng chảy trên sườn dốc cho ô lưới đó, nếu ô lưới là một phần tử của đoạn sông, mô hình sẽ mô phỏng quá trình diễn toán dòng chảy trên sông cho ô lưới, còn nếu ô lưới là một phần tử của hồ chứa, mô hình sẽ mô phỏng quá trình diễn toán dòng chảy qua hồ chứa cho ô lưới này… Các phương pháp tính toán thủy văn cơ bản sau được đưa vào mô hình bao gồm:

- Phương pháp tính tổn thất: SCS – CN

- Phương pháp chuyển lượng mưa hiệu quả thành dòng chảy: Đường quá

trình SCS …

- Phương pháp diễn toán trong sông: Muskingum

- Phương pháp tính mưa trên lưu vực: Theissen

- Các phương pháp tính và diễn toán dòng ngầm cơ bản

1

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- Phương pháp tính và diễn toán dòng chảy sát mặt cơ bản

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Yêu cầu dữ liệu đầu vào của mô hình bao gồm:

- Bản đồ số hóa độ cao (DEM)

- Bản đồ số hóa hướng dòng chảy (dạng lưới hướng dòng chảy)

- Lưới chỉ số CN.

- Tài liệu số hóa nút thượng lưu và hạ lưu sông, nhằm xác định vị trí, hình

dáng, cấp bậc sông và chiều dài sông trên lưu vực.

- Số trạm mưa và tài liệu mưa quan trắc tại các trạm

- Tài liệu mưa dạng lưới (có thể là đầu ra của mô hình dự báo mưa

BOLAM hoặc MM5) hoặc được chuyển đổi sang dạng lưới từ số liệu

thực đo của các trạm mưa trên lưu vực.

- Số trạm và vị trí trạm thủy văn muốn tính ra đường quá trình dòng chảy.

- Tài liệu về hồ chứa. Tuy nhiên mô phỏng hồ chứa hiện nay chưa được

kích hoạt.

- Tài liệu về nhiệt độ. Cần thiết cho các lưu vực sông có băng tuyết.

Điểm nổi bật của mô hình DIMOSOP so với các mô hình thủy văn thông số tập

trung khác đó là khả năng sử dụng thông tin toàn cầu như bản đồ đất, hiện trạng sử

dụng đất, ảnh vệ tinh để mô phỏng lưu vực đặc biệt hữu ích cho các lưu vực liên quốc

gia, khi mà thông tin về lưu vực ở phần quốc gia kia không thu thập được hoặc thu

thập được nhưng không chính xác vì đầu vào của mô hình như đã nêu trên toàn ở dạng

ô lưới

Mô hình DIMOSOP đã sử dụng rất nhiều và cho kết quả rất tốt ở một số nước

Châu Âu như Italia, Pháp, Thụy Sĩ trong dự báo lũ trung hạn. Ở Việt Nam, mô hình

DIMOSOP được chuyển giao cho trường Đại học Thủy Lợi trong khuôn khổ dự án

hợp tác song phương giữa Chính phủ Việt Nam và Chính phủ Italia trong việc xây

dựng mô hình hỗ trợ dự báo lũ trung hạn cho hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình.

Mô hình này khi chuyển giao cho Việt Nam được mang một tên mới là DIMOS-Hong.

II. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÔ HÌNH DIMOSHONG

2.1. Đầu vào của mô hình: Để chạy được mô hình cần có file chương trình, file thông số của mô hình, các file

2

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

dữ liệu dạng tĩnh, các file số liệu dạng động:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

a. File chương trình và file thông số của mô hình

Là chương trình được viết bằng ngôn ngữ Fortran hoặc đã được biên dịch với phần mở rộng *.exe); còn file thông số mô hình là file có tên mặc định: PARAMSV.DAT và file khai báo thời đoạn mô phỏng lũ có tên mặc định là RUN_LAM.PRN

b. Các file số liệu dạng tĩnh

1. File mô hình số hóa độ cao ( DEM ). Gồm 2 file:

a. file SHDEMMSK.RDC

b. file SHDEMMSK.RST

2. File xác định mạng lưới sông suối: SHDEM0CR.LIN

3. File ma trận hướng dòng chảy: SHDEM9CR.PUN

4. File hồ chứa: SERBATOI.DAT

c. Các file số liệu dạng động

1. Các file đầu ra của mô hình BOLAM: file *.ppf

2. File dự liệu mưa thực đo của các điểm đo mưa trên lưu vực

3. File dữ liệu dòng chảy (Q hoặc H) thực đo của các trạm thủy văn cần dự

báo.

(Phụ lục I: chi tiết các bước xây dựng các file đầu vào cho mô hình Dimosop)

2.2. Giao diện của mô hình

Mô hình DIMOSHONG được viết bằng ngôn ngữ Fortran 90. Ưu điểm của nó là kích thước chương trình nhỏ, tốc độ chương trình chạy nhanh. Tuy nhiên, nó lại có nhược điểm là giao diện tương tác với người sử dụng không được đẹp và thuận tiện (Phụ lục 2 là hướng dẫn chạy mô hình nguyên gốc).

3

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Để giúp người sử dụng thao tác vận hành mô hình dễ dàng hơn, phân tích kiểm tra kết quả mô phỏng nhanh và chính xác hơn, chúng tôi đã xây dựng 2 chương trình nhỏ bằng ngôn ngữ Visual Basic 6.0 trên môi trường hệ điều hành WINDOWS là chương trình Nhập dữ liệu và chương trình Xem kết quả cho Chương trình mô hình DIMOS- Hong. Mục 2.3 dưới đây là hướng dẫn sử dụng chương trình nhập dữ liệu và hiển thị kết quả mô hình DIMOS-Hong.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

2.3. Hướng dẫn sử dụng chương trình nhập dữ liệu và hiển thị kết quả cho mô hình DIMOS-Hong 2.3.1. Chương trình Nhập dữ liệu

a. File dữ liệu cơ bản

Dữ liệu đầu vào của mô hình DIMOS-Hong được thể hiện trong file paramsv.dat chứa các thông tin về file bản đồ số địa hình, file bản đồ hướng dòng chảy, file mưa, file bản đồ phân bố hệ số CN... và các thông số trong mô hình như hệ số nhám, hệ số thấm...

Chương trình Nhập dữ liệu khi chạy sẽ tự động đọc thông tin đường dẫn về file paramsv.dat và sau đó tìm đọc nội dung trong file này. Nếu đường dẫn không chính xác, chương trình sẽ tự động báo lỗi có dạng như sau:

Để tiếp tục thực hiện chương trình, chúng ta cần phải đưa đường dẫn đúng vào

Sau khi đọc xong nội dung file dữ liệu đầu vào của mô hình DIMOS-Hong,

4

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

rồi nhấn nút OK. Để thoát ra không thực hiện chương trình nữa, ta nhấn nút Cancel. chương trình sẽ được hiển thị như hình 1:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 1. Giao diện ban đầu của chương trình Nhập dữ liệu cho DIMOS-Hong

b. Hướng dẫn sử dụng

Chương trình nhập dữ liệu được thiết kế để hiển thị trên 3 ngôn ngữ: Tiếng Việt, tiếng Italia và tiếng Anh. Để chuyển sang ngôn ngữ của mình, người sử dụng chỉ cần nhấn chuột vào hình ảnh lá cờ tương ứng với ngôn ngữ đó.

hiển thị bằng tiếng Việt

hiển thị bằng tiếng Italia.

hiển thị bằng tiếng Anh

Giao diện chương trình được chia thành 4 phần (tab), tương ứng với việc nhập dữ liệu cho phần Thông số chung, Thông số DIMOS-Hong, Thông số BOLAM và Kết quả.

Sau khi nhập dữ liệu xong, người sử dụng nhấn vào nút Lưu lại để lưu giữ thông tin đã nhập hoặc sửa vào file dữ liệu ban đầu. Bấm nút Thoát nếu muốn thoát khỏi chương trình. Trước khi thoát, chương trình sẽ cập nhật lại đường dẫn về file dữ liệu ban đầu để giúp cho lần sau chương trình có thể tự động đọc được.

b.1 Nhập dữ liệu cho phần Thông số chung

Để thực hiện việc nhập dữ liệu cho phần Thông số chung, người sử dụng cần

nhấn (chọn) vào mục Thông số chung trên màn hình chương trình.

5

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Giao diện mục này có dạng:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2. Giao diện phần nhập dữ liệu Thông số chung

Các thông số ở phần nhập dữ liệu Thông số chung bao gồm: Tên file thông tin địa hình dưới dạng RDC, NSIMSTEP, NOBS, DT, NDT, NMISP, NDTP, JUMLAM, NSERB, PADJ và Tiêu đề chú thích. Nhấn phím Tab hoặc dùng chuột để di chuyển tới ô nhập dữ liệu cần thiết.

Các giá trị và thông tin của từng thông số này được giải thích ngay tại cửa sổ bên phải. Khi con trỏ di chuyển tới mục thông số nào, phần giải thích sẽ được hiển thị tương ứng.

6

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Nếu thông số NSERB lớn hơn 0, chương trình sẽ tự động cập nhật tên file SERBATOI.DAT vào vị trí thích hợp.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

b.2 Nhập dữ liệu cho phần Thông số DIMOS-Hong

Hình 3. Giao diện phần nhập dữ liệu cho Thông số DIMOS-Hong

Tương tự như phần nhập dữ liệu cho Thông số chung, ô nhập các thông số được hiển thị lần lượt bên phía trái màn hình. Bên phải là phần giải thích cho từng thông số.

b.3 Nhập dữ liệu cho phần Thông số BOLAM

Sau khi chọn mục Thông số BOLAM, màn hình sẽ được hiển thị có dạng như hình 4.

Thông số RISP có 2 giá trị là 1 và 4. Nếu RISP là 4, chương trình sẽ sử dụng mưa dự báo BOLAM. Vì vậy 2 mục nhập dữ liệu tiếp theo sẽ là số file mưa ppf và tên các file mưa này. Nếu giá trị NMISP > 0 thì chương trình vẫn cần dữ liệu mưa thực đo. Nếu RISP là 1 thì mục nhập dữ liệu tiếp theo sẽ là tên file mưa thực đo.

7

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Tên các file dự báo mưa BOLAM được lưu trữ trên từng dòng riêng biệt, gồm tên file có dạng yyyymmdd_yyyymmdd.ppf (ngày bắt đầu và ngày kết thúc dự báo mưa BOLAM) và 2 thông số thời khoảng bắt đầu và thời khoảng kết thúc được DIMOS- Hong sử dụng tương ứng với file đó.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4. Giao diện phần nhập dữ liệu cho Thông số BOLAM

b.4 Xem kết quả

Phần Kết quả bao gồm các thông tin về file bản đồ địa hình, file bản đồ hướng dòng chảy, file bản đồ cấp bậc sông, file mưa BOLAM, file nhiệt độ BOLAM, file bản đồ phân bố hệ số CN và vị trí các điểm (outlets) sẽ được đưa ra kết quả tính.

Tên file mưa BOLAM và nhiệt độ BOLAM có phần mở rộng lần lượt bắt buộc là .13 và .17. Tên các file này là ngày đầu tiên được chạy mô phỏng có dạng yyyymmdd.

8

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Tên và vị trí toạ độ các điểm xuất kết quả có dạng Tên (gồm 12 ký tự kể cả dấu cách), 2 toạ độ x, y (4 ký tự kể cả dấu cách cho mỗi số). Các dữ liệu phải được đưa vào đúng theo yêu cầu, nếu không chương trình DIMOS-Hong có thể sẽ bị nhầm lẫn. Các toạ độ x, y là toạ độ cột, dòng trên ma trận bản đồ số độ cao.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5. Giao diện phần Kết quả

2.3.2. Chương trình Xem kết quả

Khi chương trình mô hình DIMOS-Hong thực hiện xong, kết quả mô phỏng được lưu vào file runoff.out. Các dữ liệu được lưu giữ bao gồm: thời gian, giá trị mưa trung bình trên lưu vực, giá trị mưa hiệu quả trung bình trên lưu vực, các giá trị lưu lượng mô phỏng tại các điểm yêu cầu.

Chương trình Xem kết quả sẽ tự động mở file runoff.out theo đường dẫn mặc định được lưu trong file DIMOS-Hong.txt. Nếu đường dẫn sai, chương trình sẽ báo lỗi có dạng sau:

9

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Nhập đường dẫn đúng rồi nhấn OK. Muốn thoát ra khỏi chương trình, nhấn nút Cancel.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 6. Giao diện chương trình Xem kết quả

Tương tự như chương trình Nhập dữ liệu, chương trình Xem kết quả cũng được thiết kế hiển thị trên 3 ngôn ngữ. Người dùng chọn ngôn ngữ của mình bằng cách nhấn chuột vào hình lá cờ tương ứng với ngôn ngữ đó.

Màn hình chương trình gồm 2 phần: Phần bên trái là các nút chức năng, phần bên phải là hình vẽ hiển thị. Trên hình vẽ, tên của biểu đồ sẽ là giá trị tháng và năm của ngày bắt đầu mô phỏng hoặc dự báo. Phần bên phải của hình vẽ là tên các trạm (các điểm) tương ứng. Người dùng có thể dùng chuột kéo dãn các khối hình sao cho phù hợp với yêu cầu, sở thích của mình.

Nút Đọc dữ liệu có tác dụng đọc lại dữ liệu trong file runoff.out. Sau khi đọc xong, chương trình sẽ tự động vẽ biểu đồ biểu thị đường quá trình lưu lượng của các trạm và lượng mưa trung bình trên lưu vực.

10

Nút Sao chep vào Clipboard được dùng để đưa biểu đồ vào bộ nhớ của Windows. Người sử dụng có thể dùng các chương trình Office như Excel, Word, chọn mục Paste Special/Picture (Window Meta File) để xuất hình ảnh ra dưới dạng WMF (dạng vector). Kiểu ảnh này có thể phóng to, thu nhỏ mà không ảnh hưởng tới chất lượng giúp cho việc trình bày văn bản được đẹp hơn.

Nút In hình vẽ sẽ in trực tiếp hình ảnh ra máy in với chất lượng tốt. Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Nút Lựa chọn sẽ hiển thị một form mới có dạng như sau:

Hình 7. Giao diện phần Lựa chọn

Phần Form Lựa chọn:

o Người dùng có thể lựa chọn mưa thực tế, mưa hiệu quả và các trạm (điểm) trên hình vẽ có được hiển thị hay không bằng cách nhấp chuột vào ô lựa chọn tương ứng. Để loại bỏ nhanh hoặc lựa chọn nhanh, người dùng có thể nhấn vào nút Bỏ tất cả hay Chọn tất cả.

o Nếu mục Auto Resize được lựa chọn, thước chia độ của hình vẽ sẽ được tính theo giá trị các trạm (điểm) mới. Còn không thì tỷ lệ vẫn được giữ nguyên.

o Sau khi chọn xong, nhấn nút OK để thoát ra khỏi form và thực hiện vẽ lại theo

các yêu cầu mới.

o Chọn Huỷ bỏ nếu như muốn thoát và không có thay đổi gì.

Nhấn nút Thoát để thoát ra khỏi chương trình. Chương trình sẽ lưu lại đường dẫn file dữ liệu vừa đọc vào file DIMOS-Hong.txt để thuận tiện cho lần chạy sau.

11

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Chương trình Xem dữ liệu có mục lựa chọn hiển thị kết quả dữ liệu theo Lưu lượng (Q m3/s) hoặc theo Mực nước (H cm). Người sử dụng chọn kiểu hiển thị, chương trình sẽ tự động tính toán chuyển đổi. Dữ liệu quan hệ H~Q được lưu dưới dạng tentram.hq và để trong thư mục HQ. Nếu chương trình không tìm thấy file HQ tương ứng này, dữ liệu

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

của trạm sẽ chỉ hiện thị dưới dạng Lưu lượng và tên đường ở phần chú giải sẽ có thêm chữ Q.

Ghi chú

Mẫu file TENTRAM.HQ. Dữ liệu được sắp xếp từ nhỏ đến lớn.

Tên trạm

n (số điểm nội suy)

H1 Q1

H2 Q2

H3 Q3

...

Hn Qn

12

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

PHỤ LỤC I: GIỚI THIỆU DEM VÀ HƯỚNG DẪN XÂY DỰNG CÁC FILE DỮ LIỆU ĐẦU VÀO DẠNG GRID

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1. Các phương pháp xây dựng bản đồ DEM

Một số phương pháp xây dựng bản đồ DEM được ứng dụng hiện nay bao gồm:

Xây dựng DEM từ bản đồ địa hình đã tách riêng yếu tố đường đồng mức. Yêu

cầu bản đồ này phải có tỷ lệ đủ lớn. Nhược điểm lớn nhất của bản đồ này là tốn nhiều

công sức, tiền của và thời gian để xây dựng được bản đồ địa hình đường đồng mức.

Sau khi có được bản đồ này ta lại phải số hóa đường đồng mức. Điều này cũng tốn rất

nhiều thời gian và lưu vực càng lớn thì càng tốn thời gian. Sau đó sử dụng Arcview

chuyển đường đồng mức đã số hóa sang dạng mô hình lưới Grid (dạng lưới tam giác

hoặc lưới ô vuông) – Đây chính là mô hình số độ cao DEM cần tạo.

Ứng dụng kỹ thuật InSAR trong xây dựng mô hình độ cao số (DEM). Trong

những năm gần đây, kỹ thuật SAR giao thoa (Synthetic Aperture Radar Interferometry

- InSAR) đã được xem như một trong những kỹ thuật hiệu quả hỗ trợ cho việc xây

dựng và cập nhật dữ liệu của GIS. Dữ liệu độ cao số trong GIS thường lưu trữ theo các

dạng mô hình độ cao số (DEM) và được sử dụng khá phổ biến để thể hiện địa hình.

Xây dựng mô hình độ cao số (DEM) dựa trên kỹ thuật quang trắc lập thể. Các

nhà nghiên cứu sẽ thu thập dữ liệu từ vệ tinh. Một mô hình địa hình số được tạo ra cho

từng dữ kiện miêu tả địa hình của một điểm tham khảo mặt đất dưới dạng số và do đó

nó sẽ được sử dụng trong quá trình tính toán được vi tính hóa. Địa hình của một khu

vực được nghiên cứu sớm nhất do NASA cung cấp cơ quan này đã khảo sát 80% diện

tích bề mặt của trái đất trong nhiệm vụ thu thập dữ liệu địa hình bằng rađa trên tàu con

thoi Endeavor (SRTM) vào tháng 2/2000. Việc so sánh các tấm hình này đã giúp xây

dựng nên một mô hình địa hình có tên gọi là mô hình độ cao số (DEM) dựa trên kỹ

thuật quang trắc lập thể.

2. Các ứng dụng của DEM

DEM được ứng dụng rộng rãi trong các bài toán địa hình và nó có thể cho ra

các sản phẩm sau:

2.1 Ứng dụng cơ bản của DEM

• Hiển thị bề mặt, tính toán độ dốc, độ lồi lõm và hình thái.

• Tính thể tích khối địa hình.

• Tính tầm nhìn.

13

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

• Vẽ bản đồ contour.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

• Bản đồ bóng địa hình.

• Phân tách mạng lưới sông suối, vùng trũng.

2.2 Ứng dụng nâng cao, chuyên sâu của DEM cho các ngành

• Lưu trữ dữ liệu về độ cao cho các bản đồ địa hình trong cở sở dữ liệu

quốc gia.

• Thiết kế đường giao thông và các cơ sở hạ tầng hay các công trình hay

các tác vụ quân sự khác.

• Hiển thị phối cảnh 3 chiều vùng nghiên cứu theo các góc độ khác nhau,

phục vụ bài toán quy hoạch.

• Sử dụng tính tầm nhìn phục vụ mục đích quân sự, dân sự.

• Quy hoạch đường, thủy lợi.

• Nghiên cứu thống kê, so sánh cho các vùng có địa hình khác nhau.

• Tính toán độ dốc, hình thái của địa hình, giải các bài toán về xói mòn,

địa mạo.

• Tích hợp với các dữ liệu khác về chất lượng đất, sử dụng đất, thảm phủ

thực vật để giải các bài toán về sinh thái.

• Chồng xếp với ảnh vệ tinh hoặc ảnh hàng không phục vụ tốt hơn nữa

công tác nghiên cứu ảnh.

• Thay độ cao bằng các giá trị thuộc tính liên tục khác để mở rộng phạm vi

nghiên cứu và ứng dụng.

• Ngoài ra khi sử dụng DEM kết hợp với các thuật toán của các mô hình

chuyên dụng thì có thể giải quyết rất nhiều bài toán thực tiễn một cách

tiết kiệm nhất về công sức, thời gian và kinh phí thực hiện. (Như sử dụng

DEM kết hợp với mô hình DIMOSOP để dự báo lũ, sử dụng DEM kết

hợp với mô hình SWATX để đánh giá chất lượng nước, bùn cát, cây

trồng, đất đai trên toàn lưu vực .v.v…)

3. Tìm kiếm và lựa chọn nguồn dữ liệu DEM

Các nguồn cung cấp dữ liệu DEM chính từ Internet có thể dùng được bao gồm:

DEM 1km có thể download từ cục đo đạc địa hình địa chất Mỹ USGS. Cục

14

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

này có nhiệm vụ cung cấp các thông tin chính xác nhằm mô tả và nhận thức về trái

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

đất, về những tổn thất nhỏ nhất trong cuộc sống do thiên tai gây ra, về vấn đề quản

lý nước và các tài nguyên khác http://www.usgs.gov/

DTED 0 ( Digital Terrain Elevation Data, level 0 có kích thước ô lưới là

900m * 900m ) được xây dựng trên phạm vi toàn cầu do NIMA ( National Imagery

and Mapping Agency ) trực thuộc bộ quốc phòng Mỹ xản xuất. Địa chỉ download:

http://www.nga.mil

DEM 90m có thể download từ Trung tâm nghiên cứu quốc gia CGIAR. Đây

là trung tâm hàng đầu trong nghiên cứu phát triển nông nghiệp bền vững trong hơn

một thập kỷ qua. Dữ liêu DEM này có độ phân giải lớn nhất trong số các DEM thu

thập được. Thời gian thiết lập của dữ liệu này là khá mới 02/2000 và được thiết lập

bởi thu thập dữ liệu địa hình bằng rađa trên tàu con thoi Endeavor (SRTM). Địa

chỉ download: http://srtm.csi.cgiar.org/

Chương trình DIMOS-Hong sử dụng bản đồ DEM có độ phân giải 1km x

1km. Bản đồ này được lấy từ Cục đo đạc địa hình địa chất Mỹ USGS. Cục này có

nhiệm vụ cung cấp các thông tin chính xác nhằm mô tả và nhận thức về trái đất, về

những tổn thất nhỏ nhất trong cuộc sống do thiên tai gây ra, về vấn đề quản lý nước

và các tài nguyên khác http://www.usgs.gov/

Lý do lựa chọn bản đồ DEM có độ phân giải 1km x 1km này là:

15

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- Miễn phí: Bản đồ được cung cấp miễn phí trên trang web của Cục.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Độ chính xác đảm bảo: Các kết quả tính toán như mạng lưới sông, suối từ

bản đồ này đã được kiểm tra và đảm bảo.

- Tốc độ tính toán trên độ phân giải này nhanh, đáp ứng yêu cầu tác nghiệp.

4. Xử lý DEM

4.1 Giới thiệu về các phần mềm sử dụng để xử lý DEM

4.1.1. Phần mềm ARCVIEW GIS

Phần mềm Arcview GIS là phần mềm ứng dụng công nghệ hệ thống thông

tin địa lý (GIS) của Viện nghiên cứu hệ thống môi trường (ESRI). Arcview cho phép

• Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp (dữ liệu không

gian tích hợp với dữ liệu thuộc tính).

• Truy vấn dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và

bằng nhiều cách khác nhau.

• Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian.

• Tạo bản đồ chuyên đề và tạo ra các bản in có chất lượng trình bày

cao.

Với Arcview có thực hiện các công việc sau:

• Nội suy, phân tích không gian.

• Tạo những bản đồ thông minh được kết nối nhanh với nhiều nguồn

dữ liệu khác nhau như: biểu đồ, bảng thuộc tính, ảnh và các file khác.

• Phát triển những công cụ của Arcview bằng ngôn ngữ lập trình

Avenue. Các công cụ này ngày càng phát triển mạnh mẽ và có nhiều

ứng dụng rất chuyên nghiệp.

4.1.2. Mô hình SWATX

SWAT là những chữ viết tắt của cụm từ công cụ đánh giá đất và nước cho

lưu vực sông (Soil and Water Assessment Tool). Đây là mô hình tỉ lệ được phát triển

từ những năm 1990 bởi Tiến sĩ Jeff Arnold thuộc Cục nghiên cứu nông nghiệp USDA

(Agricultural Research Service). Mô hình SWAT được xây dựng và phát triển dể dự

báo ảnh hưởng của việc sử dụng đất trong thực tế đối với nguồn nước, bùn cát và hàm

16

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

lượng hoá chất nông nghiệp trong những khu vực lớn có quan hệ với nhau với đất, đất

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

sử dụng và điều kiện quản lý đất trong một thời kỳ dài.Với mục đích như vậy mô hình

SWAT liên tục được nâng cấp và hoàn thiện để mô phỏng ngày càng phù hợp với điều

kiện tự nhiên với các phiên bản: SWAT94, SWAT96, SWAT98, SWAT99, SWAT

2000. Và phiên bản mới nhất là SWATX.

SWATX được xây dựng và chạy trên nền chương trình Arcview.

Mô hình SWATX có thể mô phỏng các hiện tượng thuỷ văn theo chu trình

thuỷ văn trong tự nhiên như quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực (sườn dốc),

sau đó diễn toán trên mạng lưới sông nhánh và sông chính. Ngoài ra vì là mô hình

đánh giá đất và nước nên mô hình còn mô phỏng kèm theo quá trình truyền tải các

chất gây ô nhiễm đến cửa ra của lưu vực.

Để làm được như vậy, SWATX được phát triển khả năng tính toán các đặc

trưng lưu vực và khả năng phân chia lưu vực sử dụng mô hình số độ cao DEM rất

mạnh mẽ.

Trong đề tài này SWATX sẽ được sử dụng trong các phần xử lý DEM và

tính toán đặc trưng các lưu vực.

4.1.3. Phần mềm HEC-geoHMS

Kết quả đầu ra của phần mềm HEC-geoHMS là các thông tin về đặc trưng

lưu vực, phân chia các lưu vực bộ phận, mạng lưới sông suối. Đây chính là một phần

17

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

số liệu đầu vào cho mô hình thủy văn HEC HMS và mô hình thủy văn DIMOSOP.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1. Giới thiệu mô hình

HEC-geoHMS là một phần mềm chạy trên nền của phần mềm ArcView

GIS. Mô hình này chỉ chạy được khi kết hợp với các phần mở rộng như: Spatial

Analyst, 3D Analyst trong các hệ điều hành Windows 95 trở lên.

Các chức năng của mô hình bao gồm:

a. Xử lý địa hình

HEC-geoHMS cho phép người xử dụng xử lý các lỗi trong bản đồ số

hóa địa hình (DEM), phục hồi địa hình, lấp các lỗi sink, tính toán hướng dòng chảy,

tính toán sự tích tụ dòng chảy.

b. Xử lý lưu vực và tính toán các đặc trưng lưu vực

Phần mềm có thể phân chia hoặc hợp nhất các lưu vực, các nhánh

sông; Xác định lưu vực khống chế của các trạm thủy văn hay nút công trình; Xác định

sông suối, phân đoạn sông suối; Phác họa lưu vực, xử lý đường phân nước của lưu

vực, xử lý các đoạn sông suối; Tính toán các đặc trưng sông suối như: chiều dài, chiều

dài tình từ trong tâm lưu vực, độ dốc, độ dốc trung bình; Tính toán các đặc trưng lưu

vực như: diện tích lưu vực, độ dốc lưu vực, xác định các lưu vực con, đường phân

18

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

nước, trọng tâm lưu vực …

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

c. Trợ giúp tính toán các dữ liệu đầu vào cho mô hình HEC HMS

Kết quả của HEC-geoHMS được sử dụng trong phần mềm HEC HMS như

sơ đồ lưu vực và mạng lưới sông suối, được sử dụng để tính toán các thông số thủy

văn trong mô hình như tính thời gian chảy truyền… bằng cách cung cấp các thông tin

về hình thái của các lưu vực. Tùy thuộc vào phương pháp tính toán trong phần mềm

HEC HMS mà người sử dụng sẽ dùng phần mềm HEC-geoHMS tính toán các thông

19

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

số cần thiết.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

2. Yêu cầu về tài liệu đầu vào

Tài liệu đầu vào của phần mềm được biểu diễn dưới dạng số liệu không

gian – Bản đồ số hóa độ cao DEM. Bản đồ DEM có thể tính toán từ bản đồ số hóa địa

hình (dạng đường đồng mức) hoặc có thể download trên mạng. Ngoài ra cũng cần tài

liệu về mạng lưới sông suối đã được số hóa bằng tay để phần mềm có căn cứ trong quá

trình tính toán. Ngoài ra trong phần tính toán các thông số thủy văn thì tùy mục đích

tính toán thì đưa thêm các tài liệu đầu vào khác (Phần chuẩn bị tài liệu đầu vào đã nêu

kỹ trong chương II)

3. Tài liệu đầu ra

Tài liệu đầu ra của phần mềm HEC-geoHMS phụ thuộc vào nguồn tài

liệu đầu vào và yêu cầu tài liệu đầu vào của các phương pháp tính toán trong HEC

HMS mà người dùng lựa chọn. Kết quả chung nhất mà phần mềm tính toán ra để sử

dụng trực tiếp cho HEC HMS là các thông tin về các đặc trưng hình thái lưu vực, các

đặc trưng hình thái của mạng lưới sông suối, sơ đồ kết nối hệ thống của lưu vực

nghiên cứu.

Đề tài này sẽ sử dụng phần mềm HEC-geoHMS mới nhất: HEC-geoHMS

1.1

4.1.4. Phần mềm IDRISI

20

IDRISI là phần mềm hàng đầu về lĩnh vực hàm phân tích raster, bao phủ

toàn bộ dữ liệu của GIS và viễn thám cần truy vấn; để mô hình hóa không gian; để Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

phân loại và nâng cao chất lượng ảnh; xác định điều kiện thuận lợi bao gồm kể cả

trong môi trường giám sát hay nguồn quản lý tự nhiên, kể cả sự thay đổi chuỗi phân

tích thời gian; có khả năng hỗ trợ quyết định đa tiêu chuẩn và đa mục tiêu; có khả mô

phỏng mô hình, mô phỏng bề mặt nội suy và các tính chất thống kê. IDRISI chứa đựng

hơn 150 modules cung cấp khả năng tùy biến và làm việc linh hoạt với mọi loại dữ

liệu đầu vào, hiển thị và phân tích các loại dữ liệu địa lý. Tuy với tiềm ẩn những khả

năng cực kỳ tinh vi và đa dạng như vậy nhưng IDRISI là một hệ thống rất dễ sử dụng.

IDRISI có thể sử dụng trong các phiên bản như MS-DOS, 16-bit Windows

và 42-bit Windows.

Đề tài này sẽ sử dụng phiên bản Idrisi42.2 Release Notes. Version: I42.2

4.1.5. Phần mềm MapInfo

MapInfo được sử dụng với mục đích hỗ trợ cho công việc xử lý và tính toán

DEM như: Chuyển đổi định dạng file dữ liệu; chuyển đổi tọa độ các loại dữ liệu

đường, điểm, vùng…

MapInfo Professional là một phần mềm hệ thông tin địa lý GIS cho giải

pháp máy tính để bàn (Desktop Solution) do công ty MapInfo sản xuất. Phiên bản hiện

hành là MapInfo Professional 8.5.

Biểu tượng của phần mềm MapInfo

ProfessionalMapInfo Professional là phần mềm chạy trên

môi trường Windows, có chức năng kết nối với các ứng

dụng Windows khác (chẳng hạn như Microsoft Office).

Trên nền một văn bản Office có thể tạo một bản đồ

MapInfo cho phép người dùng tương tác được.

4.2 Xử lý DEM

4.2.1 Các lỗi thường gặp trong DEM chưa xử lý

Đối với các loại mô hình số độ cao DEM nguyên gốc lấy từ các nguồn dữ

21

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

liệu trên thế giới thì thường là chưa qua xử lý. Một số lỗi thông thường nếu không xử

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

lý trước khi tiến hành công việc sẽ gây ra sai số hoặc lỗi trong quá trình tính toán. Các

lỗi thông thường là:

• Sai hệ quy chiếu hoặc không phù hợp với hệ quy chiếu mà mô hình

yêu cầu.

• Xuất hiện các lỗi trên dữ liệu DEM như lỗi giá trị sụt giảm (sink)

hoặc nâng cao đột ngột (peak).

• Sai số về diện tích tính từ DEM.

• Cuối cùng là một số rắc rối cần xử lý theo yêu cầu của mô hình.

4.2.2 Tiến hành xử lý

a. Chuyển định dạng DEM

Dữ liệu DEM download về thường có định dạng GeoTif hoặc ASCII.

Chúng tôi sử dụng file DEM định dạng ASCII có đuôi *.asc. Để sử dụng được loại dữ

liệu này cho các mô hình cần phải chuyển đổi định dạng này sang dạng grid. Phần

mềm Arcview 3.3 sẽ được sử dụng trong trường hợp này.

Hình 4.1: Chuyển định dạng DEM

b. Chuyển đổi tọa độ

Hệ quy chiếu (projection) của dữ liệu DEM download về là hệ quy chiếu Longtitue

– Latitue. Để phù hợp với hệ quy chiếu tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam và để sử

dụng tốt nhất trong các mô hình HEC HMS và DIMOSOP thì phải chuyển hệ quy

chiếu của DEM từ hệ quy chiếu Longtitude – Latitude sang hệ quy chiếu UTM

22

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

WGS84 zone 48n.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.2: Các bước chuyển đổi tọa độ

c. Xử lý lỗi sink, peak trong DEM

Xử lý lỗi của DEM. DEM thường có lỗi là xuất hiện những vùng Sink và

Peak trên DEM. Sink là vũng lõm bất thường và Peak là vùng lồi bất thường. Đây là

những vùng có giá trị độ cao bất thường và gây ra hiện tượng không liên tục trên bề

mặt. Nếu để nguyên những vùng Sink mà chạy mô hình thì mô hình sẽ liên tục báo lỗi

do không tính toán được phương hướng dòng chảy. Bởi vậy ta phải xử lý các vùng này

trước khi chạy mô hình.

23

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 4.3: Xử lý lỗi sink, peak trong DEM

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

d. Kiểm tra độ chính xác của DEM

Sau khi đã chuyển tọa độ, đã cắt ghép, đã xử lý lỗi thì bước cuối cùng là

kiểm tra độ chính xác của DEM.

Hình 4. 4: Các bước kiểm tra độ chính xác của DEM

Dưới đây là bảng so sánh diện tích tập trung nước đã xác định bằng SWATX ,

HEC-geoHMS và DIMOSOP. Bảng 4.1:

Hình 4.5: So sánh các kết quả tính toán diện tích từ SWATX , HEC-geoHMS và

24

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

DIMOSOP

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Kết luận:

Với kết quả tính toán diện tích bằng HEC-geoHMS và SWATX như trên

dẫn đến kết luận là DEM sử dụng đã xử lý triệt để các lỗi và hoàn toàn có thể dùng

làm đầu vào của mô hình DIMOSOP và HEC HMS.

5.1 Tạo dữ liệu đầu vào cho mô hình DIMOSOP

5.1.1 Tạo file DEM

trình bày dưới đây

B1: DEM đã xử lý, đã cắt ghép sẽ được chuyển sang định dạng ASCII bằng

Arcview.

B2: Khởi động IDRISI. Dùng IDRISI chuyển DEM từ định dạng ASCII

sang định dạng Raster. Thực hiện như sau: Help/Arcview – ArcInfo Quick

start/ARCRASTER. Chọn trong hộp thoại xuất hiện chọn ArcInfo raster ASCII format

to Idrisi. Sau đó chọn Input file là file ASCII vừa tạo. Chọn Output file là nơi lưu file

sẽ chuyển. Không đặt dấu kiểm trước Convert output file from real to integer. Chọn

nút Output reference information để chọn hệ quy chiếu sẽ chuyển. Sau đó nhấn OK.

File DEM tạo ra có tên shdemmsk.rst

5.1.2 Tạo file hướng dòng chảy file PUN

Như các bước tính toán với HEC-geoHMS đã nêu trong mục kiểm tra độ

chính xác của DEM thì đến bước 4 là sẽ tính được lưới hướng dòng chảy. (Flow

25

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

direction).

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 4.9: Lưới hướng dòng chảy

Chuyển lưới hướng dòng chảy này sang dạng Grid (mở được trong

Arcview). Sau đó dùng Arcview chuyển Grid này thành dạng ASCII.

Mở file ASCII này rồi tìm và thay thế các giá trị như sau:

Xoá đoạn header đi.

–9999 thành 0;

1 ---> 6

2 ---> 9

4 ---> 8

8 ---> 7

16 ---> 4

32 ---> 1

64 ---> 2

128 ---> 3

Sau khi tìm và thay thế các ký tự như trên thì copy toàn bộ ma trận hướng

dòng chảy vừa tạo được vào file có định dạng *.PUN. Sản phẩm thu được là file

shdem9cr.PUN.

26

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

5.2.3 Tạo file chỉ số CN

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Đầu tiên là tính toán chỉ số CN. Sẽ được trình bày trong phần ứng dụng

DIMOSOP.

Để tạo lưới chỉ số CN thì làm như sau:

B1: Mở Arcview và add Flow direction grid vào. Convert Grid mới và lưu

với tên cn55. (là grid CN sẽ tạo).

B2: Tiến hành thay thế các số trong grid mới tạo thành giá trị của chỉ số

CN.

B4: Chuyển grid CN mới tạo sang định dạng ASCII.

B4: Sử dụng IDRISI chuyển file ASCII này sang định dạng Raster. Lúc này

file mới chuyển sẽ có định dạng Raster – Binary (Binary là một loại ký tự nhị phân).

B5: Để DIMOSOP sử dụng được file này thì phải chuyển file này sang định

dạng Raster – ASCII. Thực hiện như sau:

+ Khởi động IDRISI

+ Menu/Reformat/CONVERT

+ Trong hộp thoại CONVERT – Idrisi data format conversion. Gọi file

Input, chọn nơi đặt Output. Chọn loại ký tự cần chuyển cho file Output là ASCII. OK

Sản phẩm cuối cùng là file ma trận chỉ số độ ẩm kỳ trước có tên là cn55

27

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

ASCII chuan.rst

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

PHỤ LỤC II: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÔ HÌNH DIMOSHONG

28

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

NGUYÊN GỐC

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Để sử dụng mô hình ta phải thực hiện các bước sau:

HƯỚNG DẪN SỦ DỤNG MÔ HÌNH DIMOSHONG

Bước 1: Chỉnh sửa bước thời gian mô phỏng cho phù hợp với yêu cầu dự báo. Dữ liệu

về các các bước thời gian mô phỏng được lưu trong file RUN_LAM.prn

Các ký hiệu tượng trưng cho mỗi cột với ý nghĩa như sau:

1. YYYY: Năm mô phỏng

2. MM: Tháng mô phỏng

3. DD: Ngày mô phỏng

4. HH: Giờ mô phỏng

5. MM: Phút mô phỏng

6. TIMEZONE: múi giờ quốc tế của vùng cần mô phỏng (Việt Nam

ứng với múi giờ 7).

Ví dụ:

Lưu ý 1: Khi chỉnh sửa ngày giờ mô phỏng không được làm thay đổi định dạng

khoảng cách giữa các cột trong file.

Lưu ý 2: Dòng đầu tiên của ví dụ này chỉ để minh hoạ. Trong file chạy

29

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

RUN_LAM.prn sẽ không có dòng này.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bước 2: Ở bước này người sử dụng sẽ quyết định chọn các hồ chứa trong lưu vực là

hồ tự nhiên không có điều tiết “ Sink “ (tức là nước chảy vào hồ, tới khi đầy sẽ tự chảy

ra) hay không. Nếu có chọn thì chỉnh sửa các thông số trong file hồ chứa:

SERBATOI.DAT

Bước 3: Chỉnh sửa thông số của mô hình DIMOSOP trong file PARAMSV.DAT. Ý

nghĩa các dòng trong file này như sau:

Dòng 1: Dòng chú thích về mô hình

Dòng 2: Tên của mô hình số độ cao sẽ sử dụng. Chẳng hạn: shdemmsk.rst và

shdemmsk.rdc

Dòng 3: Cụm thông số ở dòng này được trình bày trong file paramsv.dat như sau:

152 64 3 9 0 1 0 0 1.0/*NSIMSTEP;N.OBS;DT HOURS;NDT

SIMUL.INT/DT;NMISP n. raingauge observations;NDTP N. OBS.

INT/DT 1; JUMLAM N. BOLAM INTERVALS TO JUMP; NSERB n.

reservoirs;PADJ 1.0*/

Giải thích các thông số ở dòng này:

NSIMSTEP: Số bước mô phỏng dòng chảy, biểu diễn bằng số nguyên. Khoảng

thời gian giữa mỗi bước được xác định bởi thông số DT. Ví dụ: NSIMSTEP = 152.

DT = 3h. Như vậy thời gian mô phỏng sẽ là 152*3/24 = 19 ngày.

N.OBS: Số thời đoạn mưa được sử dụng (lấy từ kết quả của BOLAM hoặc mưa

thực đo). Biểu diễn bằng số nguyên. Khoảng thời gian giữa mỗi thời điểm mưa

được xác định bởi thông số DT. Ví dụ: 64

DT: Xác định khoảng thời gian giữa các thời điểm đo mưa hay mô phỏng dòng

chảy. Đơn vị là giờ. Ví dụ: 3 giờ

NDT: Số bước tính toán ứng với khoảng thời gian DT. Ví dụ: NDT = 9. Nghĩa là

mô hình sẽ tính NDT = 9 lần trong mỗi khoảng thời gian giữa các thời điểm DT =

3h. Nghĩa là bước tính toán của mô hình là 3*3600/9 = 1200s.

NMISP: Số lượng mưa quan trắc được dùng trước khi sử dụng mưa dự báo

BOLAM. Biểu diễn bằng số nguyên.

NDTP: Số lần quan trắc trong mỗi khoảng thời gian DT. Ví dụ: Trường hợp DT =

30

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

3h, nếu bạn có NDTP = 1h quan trắc thì bạn sẽ lưu dữ liệu cho mỗi 3h.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

JUMLAM: Số bước thời đoạn mô phỏng (bước nhảy) trong BOLAM. Ví dụ:

JUMLAM = 0 nghĩa là không xử dụng kết quả từ BOLAM mà sử dụng tài liệu mưa

thực đo từ các trạm quan trắc.

NSERB: Số hồ chứa sẽ dùng trong mô phỏng. Nếu NSERB > 0 thì trong file chạy

của mô hình phải có file hồ chứa và file nhiệt độ. Ví dụ NSERB = 0 (hồ chứa)

PADJ 1.0 : 1.0 Hệ số hiệu chỉnh mưa. Hiện tại hệ số này được mặc định bằng 1.

Dòng 4: RISP : Thông só cho phép lựa chọn loại dữ liệu mưa sẽ sử dụng. Các lựa

chọn bao gồm:

0: Dữ liệu RASTER đo bằng rada, mỗi điểm (cell) trên lưu vực sẽ có 1 giá

trị mưa.

1: Nghĩa là lượng mưa trên lưu vực được biểu thị bởi các giá trị mưa tại các

điểm đo mưa (trạm đo mưa). mô hình sẽ tự tính mưa theo phương pháp đa

giác Thiessen.

3: không sử dụng

4: Lựa chọn này cho phép DIMOSOP sử dụng kết quả đầu ra của mô hình

BOLAM. File *.ppf

Dòng 5: Chỉ dùng trong trường hợp RISP = 4. Nghĩa là sử dụng file *.ppf. Dòng

này sẽ xác định số file kết quả của BOLAM được sử dụng trong mô phỏng. Yêu

cầu nhập chính xác tên của file BOLAM vào dòng này. Ví dụ: dòng này = 6 nên có

6 file kết quả BOLAM.

Dòng 6: Cũng chỉ dùng trong trường hợp RISP = 4. Tên các file sẽ liệt kê ở mỗi

dòng. Theo thứ tự: tên file ppf (đủ 24 ký tự), tên bước thời gian đầu tiên và cuối

cùng (số nguyên 4 byte).

Ví dụ:

19710813_19710815.ppf 1 16 /file name +tini+tfin (A24,2I4) Dòng này có

nghĩa là mô hình sẽ đọc file BOLAM cha (với DT = 3h) cho 16*3h = 48h đầu tiên.

Nghĩa là sẽ đọc ngày 13 và ngày 14 tháng 8 năm 1971.

19710814_19710816.ppf 9 16 /file name +tini+tfin (A24,2I4) Dòng này có

nghĩa là mô hình sẽ đọc file BOLAM cha (với DT = 3h) nhưng sẽ bỏ 8*3h = 24h

đầu của ngày 14 - 8 - 1971. Và như vậy mô hình sẽ đọc dữ liệu trong 8*3h = 24h từ

31

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

bước 9 tới bước 16. Tức là sẽ đọc dữ liệu ngày 15 - 8 - 1971.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

....... ( tương tự cho các file tiếp theo) .........

19710818_19710820.PPF 9 24 /file name +tini+tfin (A24,2I4) Dòng này có

nghĩa là mô hình sẽ đọc file BOLAM cha (với DT = 3h) nhưng sẽ bỏ 8*3h = 24h

đầu của ngày 18 - 8 - 1971. Và như vậy mô hình sẽ đọc dữ liệu trong 16*3h = 48h

Scheme of BOLAM simulation strategy for the 4 selected flood case studies Scheme of BOLAM simulation strategy for the 4 selected flood case studies

full line segments indicate full line segments indicate the BOLAM-father simulations the BOLAM-father simulations (each lasting 72 hours) (each lasting 72 hours)

dashed line segments dashed line segments (below the full line segments) (below the full line segments) indicate the BOLAM-son simulations indicate the BOLAM-son simulations (of 48 hours each) (of 48 hours each)

vertical arrows connect father vertical arrows connect father simulations with the corresponding simulations with the corresponding son simulations son simulations

từ bước 9 tới bước 24. Tức là sẽ đọc dữ liệu ngày 19 và 20 tháng 8 năm 1971.

Figure 3

BOLAM Father files

BOLAM Son files

Dòng 12 (7):

COST1 : Hệ số nhám Strickler với 1/KS=n; (n hệ số nhám Manning). Ví dụ:

COST1 = 28.

XLL: Hệ số hình dạng. Ví dụ: 20

32

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

|<-----------B----------->| ^ | | | Yo XLL=B/Yo |__________________| -

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

QRIF MC/S/KM2 : Moduyn lưu lượng lũ dùng trong phương pháp

Muskingum. Ví dụ: 0.15

Dòng 13 (8): Q0: Lưu lượng ban đầu (m3/s/km2). Ví dụ: 0.1

c (Ia) : 0.2 Lượng tổn thất ban đầu trong pp SCS-CN (thường lấy bằng 0.2S)

Dòng 14 (9):

API5 mm per AMC OSSERVATA 13, 28: 30 ;AMC = Độ ẩm kỳ trước. 30 ở đây

nghĩa là tính theo nhóm AMC III (phương pháp SCS-CN). Yêu cầu không cao hơn 30.

Iveget =1 PERIODO VEGETATIVO : 1 (Iveget =1 nếu là lúc thời kỳ cây sinh trưởng

(mùa vụ); =0 nếu ngược lại)

HSNMIN: 6000.0 (tính tuyết rơi – không cần quan tâm)

HSTAR: 6000.0. (h* tính tuyết rơi – không cần quan tâm)

Dòng 15 (10):

ASOG: Phạm vi dòng chảy trên bề mặt đất (tính bằng pixels, 1 pixels tương đương

với 1 ô lưới). Ví dụ: ASOG = 1

Dòng 16 (11):

CODE: 0 với các lựa chọn

Nếu thông số này nhận giá trị 0 thì ứng với DINAM.MUSK.QRIF (đã đề nghị).

Nếu thông số này nhận giá trị 1 thì ứng với CINEM.

Nếu thông số này nhận giá trị 2 thì ứng với DINAM.MUSK.QCORR

Dòng 17 (12):

CODEC4: 4 ;Hệ số cho phương pháp Muskingum (không thay đổi hệ số này).

Dòng 18 (13): Tên của file mô hình số độ cao (lưu dưới định dạng nhị phân thực

Idrisi). Ví dụ: shdemmsk.rst

Dòng 19 (14): ma trận hướng dòng chảy đã được mã hóa dưới dạng số nguyên (theo

chuẩn ascii). Ví dụ: shdem9cr.pun

Dòng 20 (15): file xác định mạng lưới sông suối theo chuẩn ascii. Ví dụ:

shdem9cr.LIN

Dòng 21 (16): Tên của file mưa BOLAM sử dụng. Chỉ sử dụng với 8 kí tự đầu của file

33

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

*.ppf (của BOLAM) . Phần mở rộng: 13. Ví dụ: 19710813.13

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Dòng 22 (17): nosnow, dòng này chỉ dùng cho vùng có băng tuyết (không thay đổi

dòng này). Ví dụ: nosnow

Dòng 23 (18): Tên file nhiệt độ ở độ cao 2m của BOLAM. Chỉ sử dụng với 8 kí tự đầu

của file *.ppf (của BOLAM). Phần mở rộng: 13. Ví dụ: 19710813.17

Dòng thêm: Nếu số hồ chứa lớn hơn 0 thì dòng này sẽ tồn tại và được dùng để khai

báo tên file hồ chứa sẽ sử dụng trong mô phỏng. Ví dụ: serbatoi.dat

Dòng 24 (19): Tên của file chỉ số độ ẩm kỳ trước CN. Được lưu dưới định dạng ASCII

Idrisi. Ví dụ: CNgsvntq.rst

Dòng 25 (20):

NSEZC: Số trạm mô phỏng dòng chảy đầu ra. Ví dụ: 20 (Trạm)

Dòng 26 (21): Từ dòng này đến dòng 26 + NSEZC. Mỗi dòng sẽ biểu diễn: tên, vị trí

hàng và vị trí cột của các trạm đầu ra.

Ví dụ:

Na Hang 539 566

Bac Me 494 564

Chiem Hoa 571 555

Ha Giang 489 524

Vinh Tuy 546 515

Ham Yen 569 532

Tuyen Quang 598 548 Lo

Vu Quang 621 553

Viet Tri 662 572 ----------------------------

Dòng 26 + NSEZC + 1 (hay là dòng cuối cùng): 6 bước in các kết quả hỗn hợp (dùng

để gỡ rối...).

34

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Ví du: 1 3 6 12 18 24

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

35

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN **********

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ **********

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ============================================================

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối

với cồng nghệ điều hành hệ thống công trình chống lũ cho

đồng bằng sông Hồng – sông thái Bình

Phụ lục III-3 Xây dựng hệ thống kịch bản mưa dòng

chảy phục vụ điều hành thử nghiệm

đ

ThS. Hoàng Thanh Tùng ThS. Nguyễn Hoàng Sơn

ThS. Phạm Xuân Hòa NCS. Ngô Lê An KS. Trần Kim Châu KS. Nguyễn Thu Hà KS. Bùi Ngọc Quyên

Chủ nghiệm đề tài: PGS.TS Vũ Minh Cát Thực hiện:

Hà Nội, tháng 11 năm 2007

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

MỤC LỤC Chương I: Giới thiệu chung..................................................................................1 Chương II: Đặc điểm mưa lũ trên lưu vực sông Hồng.........................................3 II.1 Đặc điểm chung .........................................................................................3 II.2 Đặc điểm mưa lũ trên lưu vực sông Đà .....................................................4 II.3 Đặc điểm mưa lũ trên lưu vực sông Thao .................................................6 II.4 Đặc điểm mưa lũ trên lưu vực sông Lô .....................................................8 Chương III: Một số tổ hợp lũ trên hệ thống sông Hồng – Sông Thái Bình .......11 I. Trận lũ năm 1971 ....................................................................................15 II. Trận lũ năm 1996.................................................................................24 III. Một vài trận lũ khác..................................................................................25 Chương IV. Xây dựng hệ thống kịch bản mưa - dòng chảy phục vụ điều hành thử nghiệm. ....................................................................................................................26 I. Những căn cứ để thiết lập hệ thống kịch bản.............................................26 II. Các kịch bản mưa – dòng chảy phục vụ điều hành thử nghiệm ................27 III. Phương án vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian dự kiến của dự báo hạn trung (từ 3 đến 5 ngày).....................................................................28 Chương V: Vận hành thử nghiệm hệ thống hồ chứa theo các kịch bản đã đề ra .......................................................................................................................................33 1. Trận lũ lịch sử năm 1971 xảy ra trong thời kỳ lũ sớm từ 15 tháng 6 đến 15 tháng 7. ......................................................................................................................33 2. Trận lũ lịch sử năm 1971 xảy ra trong thời kỳ lũ chính vụ từ 16 tháng 7 đến 25 tháng 8............................................................................................................35 3. Trận lũ lịch sử năm 1971 xảy ra trong thời kỳ lũ muộn từ 26 tháng 8 đến 15 tháng 9. .................................................................................................................39 Chương VI: Kết luận và kiến nghị .....................................................................44

ii

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

MỤC LỤC HÌNH VẼ

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước iii

Hình 3.1: Đường mực nước trạm Hà Nội các năm lũ lớn..................................14 Hình 3.2: Đường đi của các cơn bão năm 1996 .................................................25 Hình 4.1: Mực nước trạm Hà Nội các năm lũ lớn..............................................28 Hình 5.1: Mực nước tại Hà Nội năm 1971 khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và khi có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà..........................................................................................................................34 Hình 5.2 :Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Hòa Bình điều tiết theo dạng lũ năm 1971............................................................................34 Hình 5.3 :Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Tuyên Quang điều tiết theo dạng lũ năm 1971.........................................................................35 Hình 5.4 :Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Hòa Bình điều tiết theo dạng lũ năm 1971............................................................................36 Hình 5.5:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Tuyên Quang điều tiết theo dạng lũ năm 1971.........................................................................37 Hình 5.6:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Thác Bà điều tiết theo dạng lũ năm 1971 ...............................................................................38 Hình 5.7: Mực nước tại Hà Nội năm 1971 khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và khi có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà..........................................................................................................................39 Hình 5.8:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Hòa Bình điều tiết theo dạng lũ năm 1971............................................................................40 Hình 5.9:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Tuyên Quang điều tiết theo dạng lũ năm 1971.........................................................................41 Hình 5.10:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Thác Bà điều tiết theo dạng lũ năm 1971 ...............................................................................42 Hình 5.11: Mực nước tại Hà Nội năm 1971 khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và khi có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà..........................................................................................................................43

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

MỤC LUC BẢNG

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Bảng 2.1: Đặc trưng Tài nguyên nước các dải thuỷ văn trên lưu vực sông Đà ...5 Bảng 3.1: Tần suất xuất hiện lũ lớn tại Hà Nội..................................................11 Bảng 3.2: Đặc trưng lũ sông Hồng với các năm lũ lớn ......................................12 Bảng 3.3: Tổ hợp thành phần lũ trên sông Hồng ...............................................13 Bảng 3.4. Đặc trưng độ ẩm trong đất .................................................................17 Bảng 3.5. Đặc trưng đợt lũ đầu ..........................................................................18 Bảng 3.6. Biên độ nước lên tại một số trạm trên sông Đà .................................18 Bảng 3.7. Biên độ lũ lên tại một số trạm dọc sông Lô .......................................20 Bảng 3.8. Tổng lưu lượng tại các tuyến, Q(m3/s)...............................................23 Bảng 4.1: Kịch bản các phương án vận hành hệ thống phòng lũ.......................28 Bảng 4.2: Quy định về mực nước trong thời kỳ lũ sớm.....................................29 Bảng 4.3: Quy định về mực nước các hồ trong thời kỳ lũ chính vụ ..................30 Bảng 5.1: Cao trình mực nước trước lũ..............................................................35

iv

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chương I: Giới thiệu chung

Hệ thống sông Hồng là hệ thống sông lớn thứ hai ở nước ta, chỉ sau hệ thống sông Mê Kông. Nhưng nếu xét về phần diện tích lưu vực cũng như lượng dòng chảy được sinh ra trong lãnh thổ nước ta thì nó được xếp hàng đầu.

Sông Hồng bắt nguồn từ Trung Quốc, chảy xuống phía đông nam vào Việt Nam và cuối cùng đổ ra Biển Đông. Con sông này trước khi vào Việt Nam có tên là sông Nguyên, khi vào Việt Nam có tên là sông Hồng, chảy giữa hai dãy núi Hoàng Liên Sơn và Con Voi về phía đông nam xuống vùng đồng bằng, chảy qua giữa thủ đô Hà Nội của Việt Nam, chảy qua châu thổ sông Hồng và cuối cùng đổ ra Biển Đông.

Sông Thái Bình bắt nguồn từ Việt Nam về phía bắc của Hà Nội, chảy về phía đông nam và cuối cùng đổ ra Biển Đông. Ở phía nam Hà Nội, sông Đuống tách từ sông Hồng và nhập vào sông Thái Bình chảy về phía đông. Cảng Hải Phòng nổi tiếng nằm ở phía bắc cửa sông Thái Bình.

Tổng diện tích sông Hồng và sông Thái Bình vào khoảng 169.000km2 và diện tích lưu vực của hai sông này trong lãnh thổ Việt Nam vào khoảng 87.840km2. Châu thổ sông nằm hoàn toàn trong lãnh thổ Việt Nam có diện tích ước tính khoảng 17.000km2. Chiều daì sông Hồng trong lãnh thổ Việt Nam khoảng 328km.

Sông Đà có diện tích lưu vực khoảng 52.600km2 và chiều dài sông khoảng 980km, khoảng 45% sông ở Trung Quốc và 55% còn lại ở Việt Nam. Sông Lô có diện tích lưu vực khoảng 39.000km2 trong đó có 22.748km2 là ở Việt Nam. Chiều dài sông Lô vào khoảng 470km.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 1

Hệ thống sông Thái Bình do 3 sông: Cầu, Thương và Lục Nam hợp thành. Hệ thống sông nằm ở khu vực Đông bắc Bắc Bộ, phía Tây và phía Bắc giáp lưu vực sông Hồng, phía Đông giáp hệ thống sông Kỳ Cựng - Bằng Giang, phía Đông nam giáp lưu vực các sông nhỏ ở Quảng Ninh và phía nam giáp vịnh Bắc Bộ. Phần phía Tây và Tây Bắc là vùng núi cao thuộc cánh cung sông Gâm, Ngàn Sơn - Yên Lạc quy tụ về dãy núi Tam Đảo với đỉnh Pia-Bioc cao 1576 m, dãy núi Tam Đảo ở phía Tây nam với đỉnh cao 1592m; phần phía bắc và đông bắc là vùng núi thuộc cánh cung Bắc Sơn với một số đỉnh núi cao trên 1000 m như đỉnh Cốc Xe 1131 m, Khao Kiờn 1107 m, phía đụng nam giáp với tỉnh Quảng Ninh là dãy núi Yên Tử cao 1068 m. Vùng đồi núi thấp phân bố ở trung lưu sông Cầu, sông Thương và sông Lục Nam với độ cao dưới 100- 200 m. Vuufng đồng bằng nằm ở hạ lưu các sông, địa hình bằng phẳng và thấp. Nhìn chung, địa hình ở lưu vực sông Cầu thấp dần từ bắc xuống nam, còn ở 2 lưu vực sông

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Thương và sông Lục Nam thì thấp dần theo hướng đông bắc - tây nam. Độ cao trung bình của lưu vực của sông Cầu, sông Thương xấp xỉ nhau (190 m) còn ở sông Lục Nam thì cao hơn (207m).

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 2

Trong vòng 100 năm qua, đồng bằng sông Hồng đã có 26 trận lũ lớn. Các trận lũ lớn này đa số xảy ra vào tháng 8, nhằm vào cao điểm của mùa mưa bão. Đặc biệt vào năm 1971, ảnh hưởng dòng nước lạnh La Nina đã gây nên những trận mưa to liên tục vào mùa bão năm đó. Một cơn bão từ miền nam Trung hoa gần Hồng Kông mang đến những trận mưa to trên các Sông Thao, Sông Lô và Sông Đà. Nuớc lũ từ các sông này đã hợp lại gây nên cơn lũ lịch sử của đồng bằng Sông Hồng. Mực nước Sông Hồng ngày 20 tháng 8 lên đến 14,13 m ở Hà Nội. Mực nước ở Hà Nội này cao hơn mực nước báo động cấp III đến 2,63 m. Mực nước Sông Hồng đo được 18,17 m ở Việt Trì (cao hơn 2,32 m mức báo động cấp III) và 16,29 m ở Sơn Tây (1,89 m cao hơn mức báo động cấp III). Đồng thời mực nước ở các Sông Cầu, Sông Lô, Sông Thái Bình lên cao hơn bao giờ hết. Trận lũ năm 1971 đã gây vỡ đê ở ba địa điễm, làm thiệt mạng 100000 nguời, úng ngập 250000 ha và hơn 2,7 triệu người bị thiệt hại. Môt trận lũ lớn khác vào tháng 8 năm 1945 gây vỡ đê tại 79 điễm, gây ngập 11 tỉnh với tổng diện tích 312000 ha, ảnh hưởng tới cuộc sống của 4 triệu người. Gần đây lũ lụt kèm theo gió to hơn 100 km/giờ do bão Frankie gây nên vào ngày 24 tháng 7 năm 1996 làm 100 người bị thiệt mạng, 194000 căn nhà bị hư hại và hơn 177,000 ha bị úng ngập.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chương II: Đặc điểm mưa lũ trên lưu vực sông

Hồng

II.1 Đặc điểm chung

Lũ trên lưu vực sông Hồng – sông Thái Bình là sản phẩm của mưa rào nhiệt đới đồng thời lại chịu tác động của địa hình lưu vực dốc, tập trung, lũ hẹp nên có những đặc điểm sau

- Mùa lũ thường trùng với mùa mưa kéo dài từ tháng 6 đến tháng 10, cũng có

năm bắt đầu sớm hơn 15-20 ngày hoặc có năm kết thúc muộn hơn 10-20 ngày

- Lũ trên lưu vực sông Hồng sông Thái Bình thường có nhiều đỉnh do những trận mưa liên tiếp trong mùa mưa tạo thành. Hàng năm thường có từ 3-5 trận lũ khác nhau. Năm 1990 trong tháng VII đã có 3 trận lũ vượt báo động III tại Hà Nội 11.64 m ngày 3/VII, 11.87 m ngày 27/VII vầ 11.94 m ngày 31/VII

Lũ trên lưu vực sông Hồng sông Thái Bình có thời gian lên từ 3-5 ngày , thời gian xuống từ 5-7 ngày. Những trận lũ lướn thường do hai, ba trận lũ nhỏ liên tiếp tạo thành. Những trận lũ này có thời gian kéo dài 15-20 ngày như lũ tháng VIII/1960 và VIII/1971

Thời gian tập trung lũ khá nhanh tại cacxds sông nhỏ, cường suất lũ lớn đạt 3-7 m / ngày ở thượng lưu sông Đà và sông Lô, đạt 2-3 m / ngày ở trung lưu và 0.5 – 1.5 m / ngày ở hạ lưu. Biên độ mực nước hàng năm đạt 3-4 m ở các sông nhỏ, 10 ở các sông lớn.

Mưa lũ trên sông Hông – Thái Bình do nhiều loại hình thời tiết gây nên. Mỗi loại hình thời tiết có ảnh hưởng khác nhau với từng vùng. Mưa lũ lại phụ thuộc vào sự tổ hợp và quá trình diễn biến của các loại hình thời tiết theo không gian và thời gian. Vì vậy tính đồng nhất trên lưu vực sông Hồng không cao nghĩa là ít khi xảy ra mưa lớn trên toàn lưu vực và chưa xảy ra trường hợp lũ lớn nhất của các sông đồng thời xuất hiện. lũ tháng VIII/1971 với chu kỳ lặp lại khoảng 200-250 năm cũng mới chỉ là trường hợp lũ lớn nhất trên sông Lô gặp lũ lưosn nhất trên sông Thao còn ở sông Đà cũng chỉ xảy ra lũ vừa.

Một số trận lũ trên lưu vực sông Hồng sông Thái Bình

Trên sông Đà: tại Lý Tiên Độ 513 l/s/km2 (1945) tại Lai Châu 420 l/s/km2

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 3

(1945) tại Hòa Bình 406 l/s/km2 (1945)

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Trên sông Thao: tại Mạn Hảo 391 l/s/km2 (1908) tại Lào Cai 205 l/s/km2

(1971) Yên Bái 215 l/s/km2

Trên sông Lô tại Hà Giang 400 l/s/km2 (1945), tại Hàm Yên 460 l/s/km2 (1971) tại Chiêm Hóa 376 l/s/km2 (1971) tại Tuyên Quang 375 l/s/km2 (1971) tại Thác Bad 396 l/s/km2 (1971)

Đối với lũ sông Hồng lũ lớn nhất thường xảy ra vào tháng VIII. Lũ đặc biệt lớn cũng xuất hiện vào tháng VIII. Lũ thang VII và tháng IX chỉ xảy ra đới với quy mô nhỏ hơn.

Từ hạ lưu Hà Nội và Thượng Cát nước lũ theo nhiều phân lưu đổ ra biển Đông. Do ảnh hưởng của thủy triều nên việc thoát nước lũ càng về hạ lưu càng gặp khó khăn. Thời gian tiêu lũ kéo dài. Mặc dù có nhiều phân lưu thoát lũ nhưng mực nước lũ hạ du vẫn cao và kéo dài gây khó khăn cho việc tiêu úng

II.2 Đặc điểm mưa lũ trên lưu vực sông Đà

Dòng chảy năm:

Dòng chảy năm của sông Đà rất dồi dào: tổng lượng nước bình quân nhiều năm của sông Đà khoảng 55,7km3 ứng với lưu lượng bình quân năm là 1770m3/s và môđun dòng chảy năm tại Lý Tiên Độ (Trung Quốc)là 25,2 l/s.km2 khi tới Lai Châu đạt tới 34l/s.km2. Tuy nhiên từ Lai Châu tới Hoà Bình, môđun dòng chảy năm hầu như không tăng (tại Hoà Bình là 33,8l/s.km2). Điều đó có thể giải thích bởi lượng mưa ở phía bờ phải trên đoạn này của sông Đà giảm sút rõ rệt, chỉ khoảng 1600mm, vùng cao nguyên Sơn La, Mộc Châu còn ít hơn nữa, chỉ đạt 1300 - 1400mm.

Dòng chảy mùa lũ:

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 4

Lượng nước mùa lũ chiếm bình quân từ 77,6% đến 78,5% lượng nước cả năm, riêng tháng VIII chiếm tới 23,7% là tháng có lượng dòng chảy lớn nhất. Mùa cạn kéo dài trong 7 tháng (từ tháng XI đến tháng V). Nước lũ sông Đà lớn nhất trong hệ thống sông Hồng do các trung tâm mưa lớn phân bổ trung lưu sông Đà gây ra. Đoạn từ Lý Tiên Độ tới Tạ Bú, mưa lớn trên các sườn núi cao đón gió Tây Nam. Mô-đun đỉnh lũ tại Lai Châu đã đạt tới giá trị 324l/s.km2 (tháng VII - 1996), thấp hơn so với giá trị cao nhất đã quan trắc được tại đây là 438l/s.km2 (tháng VIII - 1945). Sự hoạt động sớm của áp thấp phía Tây là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự xuất hiện lưu lượng đỉnh lũ vào tháng VII.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mùa lũ trên sông Đà (thượng Tạ Bú) bắt đầu từ tháng V (theo chỉ tiêu “cấp nước”), tháng VI (theo chỉ tiêu “vượt trung bình”) và cùng kết thúc vào tháng IX: V(VI) – IX. Phần hạ lưu vực sông Đà (hạ Tạ Bú) kéo dài thêm 1 tháng V (VI) – X.

So với các nhánh sông Hồng thì mùa lũ ở thượng Tạ Bú xuất hiện đồng thời với mùa lũ trên sông Gâm, còn phần hạ lưu vực (hạ Tạ Bú) xuất hiện đồng thời với mùa lũ trên sông Lô và sông Thao.

Về tài nguyên nước mặt, có thể chia lưu vực sông Đà thành 3 dải Thuỷ văn:

Dải 1: Các nhánh tả sông Đà từ ngã ba Nậm Mu (Mường Trai trở lên trừ Nậm

Kim).

Dải 2: Các nhánh sông từ Tạ Bú trở lên trừ dải 1.

Dải 3: Sông Đà từ Tạ Bú xuôi đến ngã ba Nậm Sập – Suối Sập.

Dải 4: Sông Đà phần còn lại.

Bảng 2.1: Đặc trưng Tài nguyên nước các dải thuỷ văn trên lưu vực sông Đà

Tài nguyên nước xem bảng 1.

Dải thuỷ văn M0l/s.km2 Q0 m3/s W0 (106m3) Y0mm X0mm Z0mm α0

1 1750 2529 779 0,69 55,5 46 14769

2 945 1775 830 0,53 30,0 328 10351

3 631 1500 869 0,42 20,0 76,5 2414

4 785 1650 865 0,48 24,9 114 3610

Qua bảng 1 cho thấy mưa lớn nhất sông Đà tập trung các lưu vực thuộc Tả sông

Đà từ ngã ba Nậm Mu trở lên, lớn thứ 2 là các nhánh dưới Mường Trai đến Tạ Bú.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 5

Đặc điểm về hình thái lưu vực sông thuận lợi cho nước lũ hình thành mau chóng và ác liệt. Tại Lai Châu, biên độ mực nước lớn nhất đạt trị số kỷ lục so với các sông lớn của miền Bắc (lớn hơn 25m) và cường suất lớn nhất bình quân đạt tới 77,4cm/h. Nguyên nhân chính là do địa hình dốc, mưa có cường độ lớn trên một vùng trơ trọi, cộng với thung lũng sông bị thắt hẹp lại ở phía dưới Lai Châu gây ra. Hệ số điều tiết hoàn toàn cũng thuộc loại lớn nhất miền Bắc đạt 0,42 tại Lai Châu và 0,40 tại Hoà Bình. Nguyên nhân chủ yếu là do mưa tập trung trên địa hình dốc nhiều, thung lũng sông hẹp nên khả năng điều tiết bị hạn chế.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Lượng lũ lớn đỉnh lũ cao là đặc điểm nổi bật nhất của dòng chảy lớn nhất sông Đà. Chỉ xét trong chuỗi số liệu 10 năm (1961-1970) đã có tới 6 năm nước lũ vượt quá mức 22m ở Hoà Bình. Dòng chảy tháng lớn nhất đều lớn hơn 20% lượng dòng chảy cả năm, xuất hiện vào tháng VII ở thượng lưu và vào tháng VIII ở trung và hạ lưu. Trong điều kiện địa lý thuỷ văn thuận lợi cho dòng chảy lũ hình thành trên những phụ lưu của sông Đà gây ra những trận lũ đặc biệt lớn, gây tác hại nghiêm trọng đối với sản xuất và đời sống, phá huỷ các công trình ở trên sông (những trận lũ vừa qua ở Sơn La, Lai Châu là những bằng chứng cụ thể nhất cho nhận định này)

Dòng chảy cạn:

Tình hình dòng chảy cạn của sông Đà cũng khá khắc nghiệt. Tuỳ thuộc vào tình hình mặt đệm và điều kiện mưa mà lượng dòng chảy nhỏ nhất trên sông Đà có sự thay đổi từ nơi này qua nơi khác. Nhìn chung, trên dòng chính và những phụ lưu chảy trên vùng đá vôi, có mưa ít thì dòng chảy cạn có trị số nhỏ nhất so với các sông suối khác trên miền Bắc. Dòng chảy bình quân tháng nhỏ nhất tại Lai Châu là 6,421/s.km2 ứng với lưu lượng bình quân tháng nhỏ nhất là 218m3/s và tại Hoà Bình là 6,721/s.km2 ứng với lưu lượng bình quân tháng nhỏ nhất là 346m3/s. Vùng còn ít nước trong mùa cạn là khu vực Mộc Châu, Sơn La - nơi mưa ít nhất khu vực và có nhiều đá vôi. Vùng có lượng dòng chảy nhỏ nhất còn phong phú (trên 101/s.km2) phân bố trên các lưu vực thuộc các bờ trái là nơi mưa nhiều và lớp phủ rừng còn giữ được. Dòng chảy tháng nhỏ nhất bình quân xuất hiện đồng bộ vào tháng III chiếm trên dưới 2% lượng dòng chảy cả năm. Phần sông Đà thuộc Trung Quốc có dòng chảy nhỏ nhất còn thấp hơn nữa.

Dòng chảy bình quân tháng nhỏ nhất trên dòng chính sông Đà ít biến đổi từ

thượng lưu về hạ lưu. Nhưng trên các phụ lưu thì phạm vi biến đổi này khá lớn.

II.3 Đặc điểm mưa lũ trên lưu vực sông Thao

Đặc trưng nước lũ trên lưu vực sông Thao

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 6

Sông Thao là dòng chính sông Hồng , tuy có diện tích lưu vực xấp xỉ với sông Đà nhưng 4/5 diện tích nằm ở lãnh thổ Trung Quốc, khuất, nhiều dãy núi cao nên có lượng mưa nhỏ, phần hạ lưu tuy có lượng mưa gấp đôi nhưng điện tích nhỏ, dài , hẹp nên mưa xảy ra không đồng đều và lũ trên lưu vực cũng không đồng nhất. Có năm thượng lưu lũ lớn như năm 1908 nhưng hạ lưu lũ nhỏ nên lũ ở hạ lưu cũng nhỏ. Ngược lại co năm mưa ở hạ lưu lớn gây lũ lớn như năm 1968 nhưng ở thượng lưu mưa nhỏ

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

nên luc cũng nhỏ. Trường hợp mưa lơn ở cả thượng lưu và hạ lưu như năm 1971 thì phát sinh lũ lớn ở cả thượng lưu và hạ lưu.

Lũ tháng 8 năm 1971 là lũ lơn nhất trên sông Thao ở cả thượng lưu và hạ lưu

Lũ năm 1968 chỉ lớn ở đoạn hạ lưu gần kề Yên Bái. Phần phụ cân Lào Cai mưa

nhỏ nên lũ cùng nhỏ.

Bảng 2: Một số trận lũ lớn đã xảy ra trên lưu vực sông Thao

Đặc trưng trạm Đơn vị Trạm

Lào Cai Yên Bái Phú Thọ

Trung Quốc

34500 tích lưu Km2 41000 48000 51300

Diện vực

1956-1978 1902-1990 1956-1990

Thời kỳ quan trắc

86.21 34.61 20.89 M

Mực nước cao nhất

19/8/1971 13/8/1968 20/8/1971 tháng,

Ngày, năm

3550 4712 4350 Qmax bình quân m3/s

tháng 13500 8150 5800

Qmax 11/1908

tháng 7330 7510

Qmax 8/1945

tháng 2980 3790 10350 7840

Qmax 8/1968

tháng 4930 8430 10350 10800

Qmax 8/1971

tháng 7510

Qmax 10/1986

tháng 4960

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 7

Qmax 8/1996

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

391.3 206 216 210 Qmax P=1%

l/s/km2 391.3 206 216 210

Moduyn đỉnh lũ Max

1.58 2.12 2.41 W8 bình quân

65.5 88 100

So với W8 ở Phú Thọ

29 21.6

So với W8 ở Sơn Tây

W8 ngày Max 1971

So với W8 ở Phú Thọ

So với W8 ở Sơn Tây

II.4 Đặc điểm mưa lũ trên lưu vực sông Lô

Do lưu vực sông Lô có tâm mưa Bắc Quang nằm gần như ở trọng tâm lưu vực, hơn nữa lưu vực có dạng hình nan quạt nên sông Lô đóng góp lượng lũ lớn cho sông Hồng. Nước lũ trên sông Lô thường lên xuống nhanh, biến động lớn nên rất khó dự báo. Do tâm mưa nằm gần trung tâm lưu vực nên thời gian tập trung lũ rất nhanh, lưu lượng đỉnh lũ lớn và lũ có nhiều đỉnh hơn hai sông kia. Moduyn dòng chảy cũng khá lớn ở Hà Giang đạt 604 l/s/km2, ở Hàm Yên đạt 466 l/s/km2, ở Chiêm Hóa đạt 376 l/s/km2, ở Tuyên Quang đạt 403 l/s/km2, ở Thác Bà đạt 564 l/s/km2, ở Phù Ninh đạt 410 l/s/km2

Trên lưu vực sông Lô front cực hoạt động mạnh vào thời kỳ đầu và cuối mùa lũ nên có mưa sớm và lũ đầu vụ, đồng thời cũng có mưa muộn và lũ muộn vào tháng 11 như 27/5/1975 xảy ra lũ có lưu lượng 4470 m3/s, tháng 6/1978 lũ có lưu lượng 4810 m3/s, ngày 25/7/1986 lũ có lưu lượng 8720 m3/s, ngày 5/10/1985 lũ có lưu lượng 4460 m3/s.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 8

Lưu vực sông Lô chịu ảnh hưởng của bão nhiều hơn sông Đà và sông Thao. Bão đổ bọ vào vùng Đông Bắc sẽ xuất hiện mưa lớn và lũ lớn ở lưu vực sông Lô. Theo thống kê của viện quy hoạch thủy lợi thì đỉnh lũ lớn nhất của sông Lô gặp bão chiếm

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

tới 23% nhiều hơn sông Thao (22%) và sông Đà (13%). Cũng như sông Đà do có phần diện tích lưu vực nằm ở lãnh thổ Việt Nam lớn nên điều kiện phát sinh lũ trên sông Đà và sông Lô lớn nhất so với sông Thao, đặc biệt là trong tháng 7 và tháng 8. Tháng 9 là tháng có nhiều bão đổ bộ vào Bắc Bộ mà thượng lưu sông Đà ít bị ảnh hưởng nên hệ số tương quan nhỏ.

Trong các năm gần đây, trên sông Lô liên tiếp xảy ra lũ lớn có lưu lượng đỉnh

lũ ở Tuyên Quang từ 4500 m3/s trở lên như các năm 1945, 1947, 1969, 1971, 1986

Bảng 3 : Đặc trưng lũ sông Lô

Trạm Đơn vị Hà

Hàm Yên Chiêm Hóa Tuyên Quang Thác Bà Phù Ninh Giang

Diện tích lưu vực Km2 8340 12000 16500 29800 6210 37100

Thời kỳ quan trắc

Qmax bình quân M3/s 2675 2810 4937 5283

Qmax 1913 4080 4360 8120 8520

Qmax tháng 8/1945 3820 4070 7530 7770

Qmax tháng 8/1969 4010 5000 4390 8800 1960 9400

Qmax tháng 8/1971 5040 5600 6220 12000 3590 15200

Qmax tháng 8/1986 5243 6100 14510 11200

Qmax tháng 8/1996 6900 1870

Qmax P=1%

Moduyn đỉnh lũ l/s/km2 604 467 376 403 564 410

W8 bình quân 1.16 1.21 2.39 2.84

Tỷ lệ với Phù Ninh % 40.8 42.6 84 100

Tỷ lệ với Sơn Tây % 11.1 11.6 22.9 27.2

4.42 4.65 W8 ngày max 1945 Km3

95 100 Tỷ lệ với Phù Ninh %

23.5 24.7 Tỷ lệ với Sơn Tây %

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 9

W8 ngày max 1971 Km3 1.16 2.56 2.54 5.33 1.68 7.01

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tỷ lệ với Phù Ninh % 16.5 36.5 36.2 76 23.9 100

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 10

Tỷ lệ với Sơn Tây % 5.9 13.1 13 27.2 8.6 35.8

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chương III: Một số tổ hợp lũ trên hệ thống sông

Hồng – Sông Thái Bình

Lũ trên sông Hồng là tổ hợp của 3 sông Đà , Thao , Lô. Sau khi hợp lưu tại Việt Trì, lũ của 3 sông theo sông Hồng đổ về Hà Nội. Lũ trên đoạn sông từ Việt Trì về đến Hà Nội còn rất lớn, tốc độ dòng chảy trung bình đạt 2.6 m/s có chỗ đạt tới 3.5 m/s. Cường suất nước lên đạt 188 cm/ngày, ở Sơn Tây còn lớn hơn cường suất ở Hòa Bình. Biên độ mực nước lũ đạt 11.5 m ở Sơn Tây. Thời gian lũ lên nhanh chỉ khoảng 2-3 ngày là đạt tới đỉnh, thời gian lũ rút lại rất dài thường gấp 3-4 lần thời gian lũ lên. Vì vậy vào mùa lũ nhiều khi trận lũ trước chưa rút trận lũ sau đã đến.

Mùa lũ trên sông Hồng từ tháng 6 đến hết tháng 10, các trận lũ đặc biệt lớn thường xảy ra vào tháng 8. Nhưng lũ lớn nhất hàng năm thì có thể xảy ra vào tháng VII (32%), tháng VIII (55%) tháng 9 (7.3 %), tháng X (4.4%). Cũng có năm đỉnh lũ lớn nhất năm xảy ra vào thang VI (1.6%). Tỷ lệ nói trên thay đổi nếu thống kê từ năm 1972 trở lại đây thì tỷ lệ lũ xuất hiện vào tháng 8 chỉ còn 33%, tỷ lệ lũ xuất hiện vào tháng 6 tăng lên 6.7% và đặc biệt vào tháng 9 đã tăng lên 27%.

Bảng 3.1: Tần suất xuất hiện lũ lớn tại Hà Nội

Mực nước sông Hồng tại Hà Nội theo tài liệu 90 năm đo đạc chỉ có 2 năm dưới mức báo động I (9.5 m) là năm 1917 và 1931 các năm còn lại có tần suất xuất hiện như sau

9.5 – 10.5 m 37 năm 40%

10.51 – 11.5 m 29 năm 32%

11.51-12.5 m 7 năm 8%

Trên 13 m 3 năm 3%

Mực nước lớn nhất tại Hà Nội gồm các năm

1945 (14.10 m), 1969 (13.22 m) , 1971 (14.80 m) và 1996 (13.38 m)

Lũ sông Hồng là do lũ của 3 sông Đà , Thao , Lô hợp thành. Do điều kiện hình thành lũ trên 3 sông khác nhau nên lf sông Hồng có trường hợp trùng với sự xuất hiện đỉnh lũ của sông này nhưng lại không phù hợp với các sông khác. Trong 90 năm thực đo thì sự gặp gỡ giữa sông Hồng với các sông khác như sau

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 11

- Đỉnh lũ lớn sông Đà gặp đỉnh lũ lớn sông Hồng chiếm 68%

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Đỉnh lũ lớn sông Lô gặp đỉnh lũ lớn sông Hồng chiếm 47%

- Đỉnh lũ lớn sông Thao gặp đỉnh lũ lớn sông Hồng chiếm 44%

- Đỉnh lũ lớn sông Đà, Đỉnh lũ lớn sông Lô gặp đỉnh lũ lớn sông Hồng chiếm

34%

- Đỉnh lũ lớn sông Đà, Đỉnh lũ lớn sông Thao gặp đỉnh lũ lớn sông Hồng chiếm

25%

- Đỉnh lũ 3 sông cùng gặp đỉnh lũ sông Hồng chiếm 13%

Những trường hợp lũ lớn trên sông Hồng có thể xảy ra với trường hợp lũ đặt biệt lớn trên 1, 2 hoặc 3 nhánh sông hợp thành. Các trường hợp tổ hợp thực tế lũ đặc biệt lớn như sau.

- Lũ đặc biệt lớn 1945: do tổ hợp lũ lịch sử của sông Đà và với lũ tương đối lớn

của 2 sông kia.

- Lũ lịch sử 1971 do lũ lịch sử của sông Lô gặp lũ rất lớn của sông Thao, lũ lớn

của sông Đà

- Lũ lớn 1968: Lũ lịch sử của sông Thao gặp lũ nhỏ hai sông Đà Lô

- Lũ tương đối lớn 1969: do lũ lớn của sông Đà gặp lũ lớn của sông Lô và lũ

vừa của sông Thao.

Các trường hợp sau đây chưa xảy ra trong 90 năm thực đo

- Lũ lịch sử của sông Đà gặp lũ lịch sử của sông Lô

- Lũ lịch sử của sông Đà gặp lũ lịch sử của sông Thao

Bảng 3.2: Đặc trưng lũ sông Hồng với các năm lũ lớn

- Lũ lịch sử của 3 sông gặp nhau

Đặc trưng lũ tại Hà Nội Đặc lũ tại

Trường hợp lũ Đặc trưng lũ tại Sơn Tây trưng Thượng Cát

%

Hmax m Qmax m3/s Qmax m3/s Qmax m3/s W8max 109m3 W30max 109m3 W8max 109m3 W8max 109m3

7/1915 25100 12

8/1945 33500 18,8 14,10

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 12

7/1964 20400 11,7 11,58

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

8/1968 24000 12,96 12,23 6380 3,40

8/1969 28300 15,5 13,22 17800 7580 4,40 28,4

7/1970 22000 12,82 12,05 5720 3,33 26,0

8/1971 37800 19,60 14,80 25500 10800 5,60 28,5

12,07 8/1983 17400 9,23 4950 2,85 30,5

11,96 9/1985 20900 9,32 5630 3,02 32,4

12,35 7/1986 20600 6070 2,74 28,5

11,87 7/1990

13,38 8/1996 27900

10,94 T bình 16800 9,67 4580 2,84 29,1

P=0.1% 43650 23,91 12700 6,96 30

P=0.5% 37800 20,2 11000 5,88 30

P=1% 33300 18,6 9690 5,41 30

P=5% 26100 14,8 7590 4,31 30

Bảng 3.3: Tổ hợp thành phần lũ trên sông Hồng

P=10% 22900 13,15 6660 3,83 30

Năm

Đặc trưng Đơn vị Hà Nội Sơn Tây Hòa Bình Yên Bái Phù Ninh

1945 Hmax m 14.1

Qmax m3/s 33500 21000 7510 7770

Ngày 20/8 18/8 18/8 20/8 19/8

18.8 10.14 3.9 4.65 W8 109m3

100 54,0 20,7 24,7 Tỷ lệ %

m 1968 Hmax 12.23

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 13

Qmax m3/s 24000 11100 10100 4348

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Ngày 18/8 15/8 14/8 15/8 17/8

W8 109m3 12.68 5,04 3,56 3,26

Tỷ lệ % 100 39,7 28,0 26,0

1969 Hmax 13,22 m

Qmax m3/s 28300 15500 5400 9400

Ngày 18/8 18/8 17/8 17/8 18/8

W8 109m3 16,80 8,96 2,66 5,08

Tỷ lệ % 100 53,3 15,8 30,0

m 1971 Hmax 14,80

Qmax m3/s 37000 16800 10350 15200

20/8 20/8 Ngày 22/8 21/8 19/8

4,86 6,68 W8 109m3 19,6 7,35

25,1 34 Tỷ lệ % 100 37,5

§−êng mùc n−íc tr¹m Hµ Néi vµ c¸c n¨m lò lín

1450

1350

1250

1150

1143

1050

)

950

850

m c ( c í − n c ù M

750

650

550

1969

450

1971

1996

350

2002

2003

6 0 / 5 1

6 0 / 1 2

6 0 / 7 2

7 0 / 3 0

7 0 / 9 0

7 0 / 5 1

7 0 / 1 2

7 0 / 7 2

8 0 / 2 0

8 0 / 8 0

8 0 / 4 1

9 0 / 1 0

9 0 / 7 0

9 0 / 3 1

9 0 / 9 1

9 0 / 5 2

0 1 / 1 0

0 1 / 7 0

0 1 / 3 1

0 1 / 9 1

0 1 / 5 2

0 1 / 1 3

8 8 0 0 / / 0 6 Thêi gian 2 2

Hình 3.1: Đường mực nước trạm Hà Nội các năm lũ lớn

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 14

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

I. Trận lũ năm 1971

- Lũ: HđHà Nội: 14,13m (5h/22/VIII)

- Hình thế thời tiết gây mưa: (GHTNĐ + RTN +T + CTBD)

- Mưa: Σ XLVHồng = 2553mm. Tx = 10 ngày

a- Diễn biến thời tiết từ ngày 12 đến 21 tháng VIII

Miền Bắc nước ta chịu ảnh hưởng chủ yếu hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới (ITCZ), rãnh thấp nóng phía tây (RTN), hoàn lưu bão xa, rìa lưỡi cao Thái Bình Dương (ACTBD) phát triển mạnh sang phía tây.

Ngày 12, hoạt động mạnh của ITCZ.

Ngày 13, hồi 7h trung tâm bão ở vĩ độ 170N và kinh độ 1280E; RTN phía tây có trục Tây Bắc-Đông Nam. GHTNĐ nối liền RTN với bão ở ngoài phía tây biển Thái Bình Dương.

Ngày 14, hồi 7h trung tâm bão ở 180N-121,20E, bão di chuyển theo hướng Tây

Bắc. RTN phía tây vẫn ảnh hưởng tới Bắc Bộ. ITCZ nối với bão ở vĩ độ 19-200N.

Ngày 15, hồi 7h trung tâm bão ở 18,40N-1160E di chuyển theo hướng Tây Bắc.

Bão và RTN phía tây tạo thành một rãnh thấp có trục TB-ĐN.

Ngày 16, bão vẫn di chuyển theo hướng Tây Bắc, ITCZ dịch lên vùng đồng

bằng Bắc Bộ và có trục vắt qua cả vùng Tây Bắc.

Ngày 17, ITCZ hoạt động mạnh lên, đồng thời có sự tác động của rìa lưỡi cao

TBD và xoáy thấp trên cao cùng với thấp bão.

Ngày 18, ảnh hưởng hoạt động của ITCZ phối hợp với xoáy thấp trên cao và rìa lưỡi cao TBD. Ngày 18, bão đổ bộ vào vùng Hương Cảng (Trung Quốc) và đầy dần lên. Rãnh thấp bao trùm cả miền Bắc nước ta, ITCZ năm theo hướng TB-ĐN chạy dọc theo sông Thao xuống đến vùng đồng bằng trung du Bắc Bộ.

Ngày 19, miền Bắc vẫn chịu ảnh hưởng của ITCZ có trục TB-ĐN xoáy thấp

đầy lên, rìa lưỡi cao TBD phát triển sang phía Tây.

+ Ngày 21, thời tiết miền Bắc tốt hẳn lên.

Ngày 20, GHTNĐ dịch chuyển dần xuống phía Nam và cắt ngang qua vùng Thanh Hoá. Mặt khác, rìa lưỡi cao TBD lấn vào phía đông bắc Bắc Bộ, gió đông nam khá mạnh.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 15

b- Diễn biến mưa

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

+ Ngày 12, có mưa rải rác nhiều nơi trên lưu vực sông Hồng.

Ngày 13, trên lưu vực sông Hồng có nhiều nơi mưa từ 20-50mm, có nơi mưa

trên 100mm như: Hà Giang 102mm, Chiêm Hoá 108mm.

Ngày 14, mưa chủ yếu từ 10-20mm, có nơi mưa trên 50mm như: Sa Pa 78mm,

Yên Bái 51mm.

Ngày 15, thượng nguồn sông Lô-Gâm lượng mưa tăng lên phần lớn trên 25mm,

một số nơi như: Hà Giang, Ngòi Sảo và Bắc Mê mưa trên 50mm.

Ngày 16, vùng mưa trung du sông Lô-Gâm mưa phổ biến 25-50mm, tâm mưa lớn 100-200mm nằm gọn trong vùng Vĩnh Tuy-Bắc Quang, tại Việt Lâm mưa 232mm.

Ngày 17, mưa lớn trên diện rộng, lượng mưa trên 50mm bao trùm vùng trung du tả ngạn sông Đà, toàn bộ lưu vực sông Thao và Lô. Vùng Lào Cai-Bảo Hà mưa lớn hơn 100mm. Đặc biệt có nơi mưa rất to như: Việt Lâm 269mm, Bắc Quang 251mm. Vùng hữu ngạn sông Đà mưa từ 25-50mm. ở địa phận Trung Quốc mưa 40-60mm, riêng trạm Mạn Hảo mưa 83mm. Lượng mưa ngày 17 bình quân trên lưu vực sông Đà 42mm, Thao 84mm, Lô 91mm và Hồng 68mm.

Ngày 18, vùng mưa 100-200mm lấn dần sang phía tây bao trùm vùng Bắc Quang, Bắc Hà, Lào Cai và Bảo Hà. Vùng mưa 50-100mm thu hẹp lên phía bắc một chút bao trùm Hà Giang, Tuyên Quang, Lai Châu... Địa phận Trung Quốc mưa dưới 25mm, riêng Kim Thuỷ Hà mưa 34mm.

Ngày 19, vùng thượng lưu sông Đà và toàn bộ trung hạ lưu sông Thao, Lô mưa từ 26-50mm. Vùng mưa 50-100mm phân bố dọc theo hướng núi TB-ĐN bao trùm Lào Cai, Lục Yên. Một số trạm thuộc địa phận Trung Quốc như: Hồng Hà, Mạn Hảo, Kim Thuỷ Hà mưa từ 25-50mm, riêng Lý Tiên Độ mưa 88mm.

+ Ngày 21, lượng mưa giảm hẳn, trên lưu vực sông Hồng chỉ còn mưa rải rác.

Ngày 20, trên lưu vực vẫn còn từ 10-20mm, riêng vùng trung hạ du sông Thao, Lô từ Yên Bái, Hàm Yên, Chiêm Hoá tới miền đồng bằng trung du Bắc Bộ mưa từ 25- 50mm.

Tổng lượng mưa 3 ngày 16, 17 và 18 bình quân trên lưu vực sông Đà 104mm, Thao 128mm, Lô 148mm và Hồng 123mm. Những nơi mưa lớn như Sìn Hồ 242mm, Lào Cai 272mm, Hà Giang 252mm.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 16

Tổng lượng mưa 10 ngày từ 12 đến 21 tháng VIII bình quân trên lưu vực sông Đà 211mm, Thao 280mm, Lô 295mm và Hồng 255mm. Những vùng mưa rất lớn như

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sìn Hồ 454mm, Nậm Giàng 326mm, Tam Đường 302mm, Sa Pa 381mm, Lào Cai 386mm, Yên Bái 323mm...

Nhận xét:

Mưa lớn trên diện rộng, bao trùm nhiều lưu vực sông, cả miền núi, trung du và đồng bằng Bắc Bộ, đã tạo nên một sự tổ hợp lũ rất bất lợi giữa sông Hồng và sông Thái Bình, giữa lũ từ nguồn về và úng ở vùng đồng bằng Bắc Bộ.

Mưa kéo dài thành nhiều đợt liên tiếp, càng về sau cường độ càng lớn. Đó là

một dạng phân bố mưa rất dễ tạo nên lũ cao.

+

Từ ngày 6 đến 12 khu giữa Yên Bái-Phú Thọ đã mưa 200-300mm, trung hạ du các sông đều mưa trên100mm. Mưa chính thức gây ra trận lũ lớn nhất bắt đầu từ ngày 13-20, trong đó có thể phân thành 2 đợt: đợt 13-16 và 17-20. Lượng mưa có tính chất quyết định tạo đỉnh lũ lớn tập trung vào 3 ngày 17, 18 và 19 tháng VIII.

Trung tâm mưa lớn nằm ở lưu vực sông Lô-Gâm (địa phận Việt Nam), trung du sông Thao (từ biên giới Lào cai đến Phú Thọ) và một bộ phận diện tích tỉnh Lai Châu (Phong Thổ, Sìn Hồ). Trung tâm mưa trên 600mm nằm trên một dải hẹp từ Yên Bình Xá đến Việt Lâm.

c- Diễn biến lũ

Bảng 3.4. Đặc trưng độ ẩm trong đất

Sông

Khu vực

Thao

Lào Cai – Yên Bái

Imax(mm) 60

Pa (mm) 60

Yên Bái – Phú Thọ

90

57

Đà

Lý Tên Độ – Lai Châu

80

64

Vạn Yên – Hoà Bình

60

60

Tình hình trước khi sinh lũ: Lòng sông đầy nước và mặt đệm lưu vực đã bão hoà. Từ đầu tháng VII đến 12 tháng VIII, mưa lũ xảy ra liên tiếp trên hệ thống sông Hồng. ở trung hạ du các sông Đà, Thao, Lô, đất đã bão hoà nước. Nếu dùng lượng mưa ảnh hưởng kỳ trước Pa để đặc trưng cho lượng trữ nước trong đất trước khi xảy ra lũ thì ở nhiều nơi tới ngày 13/VIII, độ ẩm Pa đã đạt mức bão hoà Imax, xem báng 5.

Điều đó nói lên điều kiện ban đầu bất lợi của trận lũ lịch sử hiếm thấy.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 17

Toàn bộ quá trình lũ lên có thể chia làm 2 đợt:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 3.5. Đặc trưng đợt lũ đầu

Đợt 1: Từ 13-16/VIII: Trên sông Đà, Thao và Lô hình thành một cơn lũ nhỏ làm cho mực nước Hà Nội trưa ngày 17 lên chậm dần rồi gần như đứng lại ở mức 11,20m. Xem bảng 6.

Biên độ Trạm Sông Chân Lũ Đỉnh lũ

lũ lên Txh Hc (m) Txh Hđ (m)

∆H(m)

Hoà Bình Đà 13h/14/VIII 20,86 1h/16/VIII 21,55 0,69

Yên Bái Thao 3h/13/VIII 31,01 20h/15/VIII 32,43 1,42

Phù Ninh Lô 11h/13/VIII 36,04 19h/14/VIII 36,76 0,72

Hà Nội Hồng 2h/14/VIII 10,37 10h/17/VIII 11,20 0,83

Đợt 2: Từ 17-21/VIII: Tương đồng với diễn biến mưa, ngày 16, mực nước các sông bắt đầu lên lại, đặc biệt do mưa tập trung vào 2 ngày 17 và 18 nên lũ lên rất nhanh trên cả 3 hệ thống sông Đà, Thao và Lô.

+ Sông Đà: ở thượng nguồn mực nước lên lại từ ngày 15/VIII. Từ Lai Châu đến

Bảng 3.6. Biên độ nước lên tại một số trạm trên sông Đà

Trạm

Biên độ nước lên

Ngày 16

Ngày 17

Ngày 18

Lai Châu

3,43

4,42

3,26

Tạ Bú

0,59

3,33

3,61

Vạn Yên

0,19

3,19

5,83

Hoà Bình

-0,14

0,86

0,86

Hoà Bình lũ lên nhanh nhất trong 2 ngày 17 và 18. Xem bảng 7.

Trên sông Đà, ở mức lũ cao, cường suất nước lên như vậy là rất lớn và ít khi

gặp thấy.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 18

Lúc 7h ngày 19 tháng VIII, mực nước Hoà Bình lên đến mức 23,20m rồi dừng lại một ít, sau đó lên thêm 0,41m rồi tới đỉnh 23,61m (18h/19), đứng thứ hai tính từ đầu thế kỷ tới nay, sau năm 1945. Lưu lượng lớn nhất là 16.100m3/s, đứng thứ 3 sau năm 1945 và 1964.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Diễn biến lưu lượng trên sông Đà từ thượng lưu đến hạ lưu cũng phù hợp với sự phân bố mưa trên lưu vực và tương tự với trường hợp lũ năm 1969, nhưng lượng nước năm 1971 lớn hơn năm 1969 một ít.

Điều đáng chú ý đợt này, nguồn gốc lũ không phải ở khu vực Pa Thắng-Lai Châu mà hầu như trải khắp lưu vực, tuy có một trung tâm mưa trên 400mm ở vùng Sìn Hồ và một trung tâm nhỏ ở Mường Trai. Do đó nước tập trung nhanh, khi mưa trên lưu vực vừa mới dứt thì đã xuất hiện đỉnh lũ ở Hoà Bình.

+Sông Thao: Do mưa phân bố rộng và kéo dài nên lũ lớn đều từ thượng lưu đến

hạ lưu và đỉnh lũ xuất hiện muộn hơn sông Đà.

Ngày 16 và 17 tháng VIII, mực nước các trạm từ Lào Cai đến Yên Bái bắt đầu len lại, ngày 17 lũ lên nhanh nhất. Ngày 18, mực nước Lào cai xuống một ít, còn mực nước Yên Bái lên chậm sau đó lên nhanh hơn. Mực nước cao nhất đo được tại trạm Lào Cai là 86,85m (6h/19), cao hơn năm 1945 là 1,56m. Mực nước lớn nhất đo được ở Yên Bái là 33,04m (15h/20).

Khác với ngọn lũ lớn tháng VIII/1968, do mưa tập trung trên lưu vực Ngòi Thia, ngọn lũ năm 1971 có dạng bầu hơn (tổng lượng lũ 8 ngày của Yên Bái ứng với tổng lượng lũ 8 ngày lớn nhất của Sơn Tây là: Năm 1971 là 4,91 tỉ m3; năm 1968 là 3,70 tỉ m3 và năm 1945 là 3,9 tỉ m3) nên khi truyền về hạ du ít bẹt hơn. Tại Yên Bái tuy mực nước đỉnh lũ có thấp hơn năm 1968 là 7cm, nhưng về tới trạm thuỷ văn Hạ Hoà đã cao hơn năm 1968 là 23cm, tới Phú Thọ gặp nước ứ vật của sông Lô và Đà nên mực nước hạ lưu sông Thao dâng cao chưa từng thấy. Tại trạm Phú Thọ Hmax = 20,84m (9h/20), sau khi đã bị ảnh hưởng của vỡ đê Lâm Thao, Thanh Ba và Cẩm Khê. Đê sông Thao năm 1971 được củng cố nhiều hơn năm 1968, nên so với năm 1968 đê vỡ ở mức cao hơn (năm 1968 không vỡ đê Lâm Thao nhưng đê Tam Nông bị vỡ lúc 5h/14, mực nước Phú Thọ 19,20m; Vực Trường, Thanh Ba vỡ khi mực nước Phú Thọ 19,80m. Năm 1971, đê Thanh Ba bị vỡ ở mức 20,50m, đê Tam nông chủ động phá lúc 5h/22 khi mực nước Phú Thọ 20,60m và đã xuống được 29cm. Đê Lâm Thao vỡ lúc 4h/20 khi mực nước Phú Thọ 20,60m. Nếu không bị tràn vỡ đê thì mực nước hoàn nguyên tại trạm Phú Thọ có thể lên đến 21,1-21,2m.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 19

+ Sông Lô: Trong 2 ngày 17 và 18, lũ lên rất nhanh trên cả hai sông Lô và Gâm nhưng lũ sông Gâm xuống sớm hơn một ngày. Lũ sông Gâm và sông Lô lớn chưa từng thấy, mực nước cao nhất đo được tại Chiêm Hoá là 34,28m (4h/19) cao hơn lũ năm 1945 là 4,31m, cao hơn lũ năm 1969 là 3,66m. Tại trạm Hàm Yên mực nước cao nhất đo được là 33,98m (24h/19) cao hơn lũ năm 1945 là 2,89m và năm 1969 là 1,1m.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Biên độ mực nước lũ trên sông Lô tăng dần từ thượng lưu đến hạ lưu,

Bảng 3.7. Biên độ lũ lên tại một số trạm dọc sông Lô

Trạm

LĐàm Trại Hà Giang Bắc

Vĩnh Tuy Hàm Yên

Quang

3,6

7,95

9,09

10,05

9,04

∆HL(m)

chứng tỏ mưa khu giữa Hà Giang-Hàm Yên rất lớn. Xem bảng 8.

Lưu lượng lớn nhất tại Hàm yên là 5.130m3/s, tại Chiêm Hoá 6.250 m3/s như

vậy thành phần lũ của sông Gâm lớn hơn sông Lô một ít.

Tại Tuyên Quang, mực nước cao nhất đo được là 31,89m (5h/20) cao

hơn lũ năm 1945 là 3,08m, cao hơn lũ năm 1969 là 1,71m.

Lũ sông Chảy lên muộn hơn lũ sông Lô và có phần nào bị ảnh hưởng điều tiết của kho nước Thác Bà đang hình thành. Vào lúc 6h/19/VIII, nhận thấy lũ thượng nguồn sông Chảy về lớn, công trình hồ Thác Bà đã mở nốt cửa cống thứ 3, làm cho mực nước hạ du lên rất nhanh. Trong khi đó ở thượng lưu đập, do thoát nước bị hạn chế nên mực nước tiếp tục dâng lên. mực nước cao nhất đo được tại trạm thuỷ văn Thác Bà là 29,60m (9h/21). Lưu lượng lớn nhất là 2400m3/s. Ước tính nếu không bị ảnh hưởng điều tiết thì lưu lượng tại trạm Thác Bà có thể đạt 2800 đến 3000m3/s.

Mực nước đỉnh lũ ở Phù Ninh xuất hiện muộn hơn ở Hoà Bình, Phú Thọ và đứng tương đối lâu: 41,58m (2h/21), cao hơn lũ 1969 là 0,96m, cao hơn lũ năm 1945 là 1,65m (Hmax 1945 Phù Ninh là mực nước điều tra lũ của VPSH). Lưu lượng lớn nhất tại Phù Ninh là 13.800m3/s.

Ở hạ du sông Hồng: lũ lên nhanh là do sự tổ hợp lũ đặc biệt lớn trên sông Lô, sông Thao với lũ lớn trên sông Đà. Mực nước 3 sông lên nhanh trong 2 ngày 17 và 18 nên sau đó 1 ngày tức là ngày 18 và 19 là 4cm/h.

Tại tuyến Hoà Bình, Phú Thọ, Phù Ninh, vào lúc 13h/20/VIII, tổng lưu lượng 3 sông Đà, Thao, Lô, đạt gần 4 vạn m3/s (39.990m3/s), khi ấy lưu lượng Hoà Bình đã giảm trước 12-18h. Lưu lượng trạm Phú Thọ (hoàn nguyên) vừa tới đỉnh, lưu lượng trạm Phù Ninh còn cách đỉnh 6h. Nếu xét về mực nước thì Hmax Thanh Ba còn cách đỉnh 12h, HmaxPhù Ninh còn cách đỉnh 18h.

• Diễn biến lũ ở hạ lưu sông Hồng trong giai đoạn mức nước cao có thể

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 20

tóm tắt như sau:

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

7h ngày 18, mực nước Hà Nội là 11,53m cao hơn mức BĐIII 3cm, mực nước

lên tương đối nhanh.

7h ngày 19, mực nước Hà Nội là 12,47m trong ngày 19/VIII các đê ở hạ du sông Lô, Đà và đê tả ngạn sông Hồng thuộc huyện Vĩnh Tường, ở hữu ngạn sông Hồng đê bối thuộc huyện Thanh Trì đều bị tràn, vỡ. Lúc 24h ngày 19, mực nước Việt Trì lên đến mức 16,72m đột nhiên giảm xuống 4cm rồi lại lên lại vào 5h ngày 19. Sau đó 10h, vào lúc 12h ngày 19 mực nước Hà Nội lên đến mức 12,66m đứng trong 3 giờ, sau đó lại lên nhanh với cường suất 5-9cm/h.

Hồi 4h ngày 20, mở đập Vân Cốc, cũng 4h ngày 20 bắt đầu vỡ đê Lâm Thao làm cho mực nước Việt Trì đang lên với cường suất trung bình 3cm/h. Đến 12h/20 mực nước Việt Trì từ mức 18,00m giảm đi 1cm và đứng ở mức 17,99m trong 6h, rồi tiếp tục giảm 6cm trong vòng 11h đến 5h ngày 21. Mực nước Hà Nội lên chậm dần và gần như đứng ở mức 13,84m và xuống 2cm trong vòng 11h từ 19h/20 đến 5h/21.

Hồi 6h ngày 21, vùng Lâm Thao nước lũ lấp đầy, đồng thời nước trong cánh đồng Lâm Thao đổ ra sông ở nhiều nơi. Lúc 5h ngày 21 đê Vĩnh Lại có tới 693m đê bị vỡ. Hồi 9h ngày 21 đê Cao Xá và Minh Nông bị vỡ một đoạn dài 470m, nên mực nước Việt Trì lên lại và sau đó mực nước Hà Nội cũng lên lại. Mục nước cao nhất đo được ở Việt Trì là 18,17m (24h/21), ở Sơn Tây là 16,29m (23h/21), Hà Nội là 14,13m (5h/22), cao hơn mực nước thực đo lũ năm 1945 là 1.45m.

Thời gian chênh lệch đỉnh lũ 3 trạm Việt Trì, Sơn Tây và Hà Nội không chênh lệch nhau mấy ( Hà Nội lên lại trước Sơn Tây 2h) có thể là do đặc điểm thuỷ lực của một đoạn sông có phân lũ.

Vào lúc 1h45' ngày 22, vỡ đê Khe Thượng trên sông Đà.

Vào hồi 5h ngày 22, phá đê Tam Nông ở hữu ngạn sông Thao làm cho mực nước hạ lưu sông hồng rút nhanh nhưng không ảnh hưởng tới mực nước đỉnh lũ Hà Nội.

Vào hồi 20h45' ngày 22 vỡ đê Cống Thôn ở tả ngạn sông Đuống, lúc mực nước Hà Nội là 13,87m đã xuống được 26cm. Do vỡ đê Cống Thôn làm cho mực nước Thượng Cát, Hà Nội xuống nhanh hơn mực nước Việt Trì, Sơn Tây.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 21

Thời gian nước lên tại Hà Nội là 8 ngày 3 giờ, nếu không bị ảnh hưởng của phân lũ Vân Cốc và vỡ đê Lâm Thao thì đỉnh lũ Hà Nội có thể xuất hiện sớm hơn vào khoảng19h ngày21 tháng VIII, tức là sau khi dứt mưa trên toàn lưu vực đúng một ngày.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Cũng từ thực tế trên, chúng ta thấy rõ ràng rằng, việc kéo dài thời gian dự kiến của dự báo cho Hà Nội để phục vụ cho việc phân chậm lũ và điều hành Hồ Hoà Bình... sẽ hạn chế nhiều nếu không có sự dự báo chính xác về mưa trên lưu vực.

Thời gian mực nước duy trì trên mức 11,50m ở Hà Nội kéo dài trên 8

ngày, trên mức 13,30m kéo dài trong khoảng 3,5 ngày.

Lưu lượng lớn nhất đo được tại Sơn Tây là 34.000m3/s, tại Hà Nội là 22.200 m3/s, tại Thượng Cát trên sông Đuống là 9,150m3/s. Tổng lượng nước thực đo qua mặt cắt Sơn Tây từ ngày 13 đến 26 tháng VIII là 25,6x109

m3/s. Tổng lượng nước mất đi qua khe Thượng khoảng 500-600x106m3, qua

cống phân lũ Văn Cốc khoảng 700 - 900x106m3.

Lưu lượng lớn nhất hoàn nguyên tại Sơn Tây đạt khoảng 37.800m3/s tại Hà Nội với Thượng Cát khoảng 33.800m3/s. Tổng lượng lũ hoàn nguyên qua Sơn Tây bằng khoảng 26,2x109 m3.

+ Sông Đáy: Mực nước Phủ Lý từ 2,65m (1h/11) lên đến 4,12m (2h/28) lớn

hơn BĐIII 0,02m.

+ Sông Hoàng Long: Mực nước Bến Đế từ 2,60m (19h/11) lên đến 3,45m

1h/14) lớn hơn BĐI 0,45m.

d- Đặc điểm lũ

1. Vị trí hết sức quan trọng của lũ sông Lô trong sự hình thành lũ đặc biệt lớn sông Hồng năm 1971 là sự tổ hợp của lũ đặc biệt lớn sông Lô với lũ đặc biệt lớn sông Thao; Sự tổ hợp ít thấy giữa lũ sông Hồng và sông Thái Bình; giữa lũ trên nguồn về với mưa úng trong đồng.

2. Cường suất nước lên ở phần nước cao rất lớn, dạng lũ nhọn. Những đặc điểm đó do 2 nhân tố quyết định: Dạng phân bố mưa theo thời gian (tập trung vào đợt mưa về cuối) và nguồn gốc lũ (chủ yếu là do lũ sông Lô và đại bộ phận vùng sinh lũ nằm trên địa phận Việt Nam).

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 22

Cường suất mực nước trung bình tương ứng từ mức BĐIII trở nên của Hà Nội: Tại Hoà Bình 3,7cm/h (năm 1945: 2cm/h); tại Yên Bái là 3,9cm/h (năm 1945: 1,3cm/h); tại Tuyên Quang là 8,8cm/h (năm 1945: 3cm/h). Tổng lưu lượng 3 trạm Hoà Bình, Phú Thọ và Phù Ninh trung bình trong mỗi giờ tăng lên được 275m3/s (năm 1945: 122m3/s).

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Nguồn gốc lũ chủ yếu là ở địa phận Việt Nam, nhưng lũ thượng nguồn

Bảng 3.8. Tổng lưu lượng tại các tuyến, Q(m3/s)

thuộc địa phận Trung Quốc cũng góp phần quan trọng, xem bảng 9.

Tuyến Các trạm

Q1max+...+Q3max Q1max+...+Q3max (nếu 3 đỉnh gặp nhau)

8.680 1

Lý Tiên Độ + Mạn Hảo +Long Đàm Trại (3.420+4.930+330)

Lai Châu + Lào Cai + 20.300 22.500 2

Hà Giang (lúc 23h/18) (11.000+8.450+3.060)

V.Yên + Y.Bái + 40.870 42450 3

T.Quang + Thác Bà (lúc 13h/19)

(17.500+10.500+1.200+2.4 50)

39.990 40.600 4

Hoà Bình + Phú Thọ + Phù Ninh (lúc 13h/20) (16.100+10.600+13.900)

Tổng lượng trận lũ từ 12 đến 24 tháng VIII qua tuyến Lai Châu, Lào Cai, Hà Giang là 12,49x109m3. Lượng gia nhập ở hạ du 3 sông tương đối lớn nhưng trải ra trong nhiều ngày.

3. Lũ lớn xảy ra không gặp bão.

4. Điều kiện thoát lũ bất lợi:

Hệ thống đê bối, đê địa phương ở hạ lưu các hệ thống sông Đà, Thao, Lô và Hồng... đã làm cản trở điều kiện thoát lũ và góp phần làm cho lũ lên nhanh trong những ngày đầu cơn lũ .

Cầu Long Biên bị ngập ở những nhịp có gia cố, cầu Đuống bị ngập sâu

trên 0,5m.

Lũ sông Thái Bình cũng rất lớn nên nước lũ sông Hồng thoát qua sông

Đuống cũng bị hạn chế.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 23

e- So sánh đặc điểm mưa lũ năm 1971 với lũ năm 1969 và 1945

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

1. Ba trận lũ năm1971, 1969, 1945 đều không có bão đổ bộ trực tiếp vào Bắc Bộ

nhưng lũ 1971, 1945 có bão đổ bộ vào Trung Quốc.

2. Diện mưa và lũ năm 1945 và 1971 lớn hơn 1969, mưa lớn trên toàn lưu vực

sông Hồng và đồng bằng Bắc Bộ.

3. Tháng VIII, lượng lũ năm 1945 và 1971 đều rất lớn, hơn năm 1969. Tổng

lượng lũ 60 ngày lớn nhất qua Sơn Tây như sau:

Từ 14/VII – 11/IX năm 1971: W = 82,4x109m3

Từ 2/VII – 30/VIII năm 1945: W = 75,7x109m3

Từ 3/VII – 6/IX năm 1969: W = 56,4x109m3

Năm 1945 lũ sông Đà chiếm tỉ lệ rất lớn, lũ sông Thao và Lô nhỏ. Năm 1969 lũ sông Đà và sông Lô lớn, sông Thao nhỏ. Năm 1971 lũ sông Thao và sông Lô đều đặc biệt lớn, vượt xa năm 1945, 1969 đến hàng 1-2m nên gây ra thiệt hại rất lớn dọc hai thung lũng sông này.

Ở đồng bằng, trong những ngày có lũ lớn thì mưa trong đồng bằng cũng lớn, ngày 19 đến 20 tháng VIII mưa lại truyền về hạ du làm cho việc hộ đê rất vất vả. Năm 1945, gần ngày đỉnh lũ mưa có nhỏ hơn và năm 1969 thì không có mưa.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 24

II. Trận lũ năm 1996

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.2: Đường đi của các cơn bão năm 1996

Nguồn vnbaolut.com

III. Một vài trận lũ khác

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 25

TÍnh đồng bộ của các điều kiện mưa lũ trên các sông phụ thuộc vào từng tháng. Trong tháng 8 tính đồng bộ cao hơn tháng 7 và tháng 9. Do điều kiện địa lý, địa hình cụ thể của các sông nhánh thượng nguồn, gió mùa Tây Nam và Đông Nam có lệch phương án nhất định về thời gian bắt đầu và kết thúc. Gió mùa Tây Nam và áp thấp Tây Nam mạnh vào tháng 7 nhưng yếu vào tháng 9, mạnh trên lưu vực sông Đà nhưng yếu trên lưu vực sông Thái Bình và sông Lô. Ngược lại ảnh hưởng của dải hội tụ nhiệt đới và áp thấp Thái Bình Dương lại mạnh vào tháng 9, tháng 8 nhưng yếu trong tháng 7 và chỉ mạnh trên sông Thái Bình, sông Lô, hạ lưu sông Thao nhưng yếu ở thượng lưu sông Đà. Do vậy tháng 8 là tháng nhiều khả năng tổ hợp hai loại hình thời tiết hơn trong tháng 7 và tháng 9. Do đó khả năng xảy ra lũ lớn trong 3 tháng 7, 8 , 9 cũng rất khác nhau

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chương IV. Xây dựng hệ thống kịch bản mưa - dòng

chảy phục vụ điều hành thử nghiệm.

(Theo quyết định số: 80/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ Ngày 01 tháng 06 năm 2007Về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm)

I. Những căn cứ để thiết lập hệ thống kịch bản

Điều 1. Từ ngày 15 tháng 6 đến ngày 15 tháng 9 hàng năm, các hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà phải điều tiết để phục vụ chống lũ và phát điện theo nội dung sau:

1. Đảm bảo an toàn công trình

a) Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công trình đầu mối thủy điện Hòa Bình, chủ động đề phòng mọi bất trắc, với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 10.000 năm một lần không được để mực nước hồ Hòa Bình vượt mực nước gia cường ở cao trình 122 m;

b) Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công trình đầu mối thủy điện Tuyên Quang, chủ động đề phòng mọi bất trắc, với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 5.000 năm một lần, không được để mực nước hồ Tuyên Quang vượt mực nước gia cường ở cao trình 122,55 m;

c) Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công trình đầu mối thủy điện Thác Bà, chủ động đề phòng mọi bất trắc, với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 10.000 năm một lần, không được để mực nước hồ Thác Bà vượt mực nước gia cường ở cao trình 61 m.

2. Đảm bảo an toàn chống lũ cho hạ du

a) Đảm bảo an toàn cho đồng bằng Bắc Bộ với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại 150 năm một lần tại Sơn Tây, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá 13,1 m;

b) Đảm bảo an toàn cho thủ đô Hà Nội với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại 250 năm một lần tại Sơn Tây, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá 13,4 m.

3. Đảm bảo an toàn phát điện

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 26

Trên cơ sở đảm bảo an toàn công trình và an toàn chống lũ cho hạ du, điều hành để cao trình mực nước các hồ Hòa Bình, Tuyên Quang và Thác Bà nằm trong phạm vi cho phép trong từng thời kỳ theo quy định của quy trình này.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Điều 2. Trong thời gian làm nhiệm vụ đảm bảo an toàn chống lũ, việc vận hành các công trình xả sâu và xả mặt phải thực hiện theo quy trình vận hành công trình xả nhằm đảm bảo ổn định cho hệ thống công trình đầu mối và hạn chế tối đa thiệt hại đối với các công trình và sản xuất ở hạ du.

Điều 4. Để đảm bảo vừa chống lũ an toàn, vừa nâng cao hiệu ích phát điện, quy

định 3 thời kỳ vận hành trong mùa lũ như sau:

1. Thời kỳ lũ sớm: từ 15 tháng 6 đến 15 tháng 7.

2. Thời kỳ lũ chính vụ: từ 16 tháng 7 đến 25 tháng 8.

3. Thời kỳ lũ muộn: từ 26 tháng 8 đến 15 tháng 9.

II. Các kịch bản mưa – dòng chảy phục vụ điều hành thử nghiệm

Do điều kiện hình thành lũ trên 3 sông khác nhau nên lũ sông Hồng có trường hợp trùng với sự xuất hiện đỉnh lũ của sông này nhưng lại không phù hợp với các sông khác. Trường hợp xảy ra nhiều nhất là trường hợp Đỉnh lũ lớn sông Đà gặp đỉnh lũ lớn sông Hồng chiếm 68%. Sau đấy là trường hợp Đỉnh lũ lớn sông Lô gặp đỉnh lũ lớn sông Hồng chiếm 47%. Ít hơn nữa là trường hợp Đỉnh lũ lớn sông Thao gặp đỉnh lũ lớn sông Hồng chiếm 44%. Trường hợp Đỉnh lũ lớn sông Đà, Đỉnh lũ lớn sông Lô gặp đỉnh lũ lớn sông Hồng chiếm 34%. Trường hợp Đỉnh lũ lớn sông Đà, Đỉnh lũ lớn sông Thao gặp đỉnh lũ lớn sông Hồng chiếm 25% Và trường hợp Đỉnh lũ 3 sông cùng gặp đỉnh lũ sông Hồng chiếm 13%.

Trong thực tế rất ít lũ lớn của 3 sông gây ra lũ lớn trên hệ thống sông Hồng (13%). Cho đến nay chỉ có 1 lần duy nhất xuất hiện tổ hợp lũ 1971 là lũ lịch sử của sông Thao gặp lũ lích sử của sông Lô và lũ lớn trên sông Đà. Trường Đại Học Thủy Lợi dung phương pháp tổ hợp ngẫu nhiên Monte – Carlo để tổ hợp mô phỏng 10.000 con lũ. Song những con lũ được mô phỏng này cũng chưa xuất hiện tổ hợp lũ 1971 mà chỉ gặp tổ hợp lũ đặc biệt lớn sông Đà gặp lũ vừa trên sông Thao và sông Lô như dạng lũ 1945. Các tổ hợp lũ thực tế phản ánh tính không đồng bộ của các điều kiện phát sinh lũ trên 3 sông (theo Bùi Quang Tuấn – 2000)

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 27

Trên cơ sở các trận lũ đã xảy ra trên hệ thống sông Hồng - sông Thái Bình chúng tôi lựa chọn một số kịch bản mưa lũ để tiến hành điều hành thử nghiệm mô hình dự báo mưa lũ và điều hành hệ thống hồ chứa, nhất là việc điều hành theo quy trình mới có xét đến hồ chứa Tuyên Quang. Cụ thể chúng tôi chọn trận lũ năm 1971 là trận lũ xảy ra với trường hợp lũ lịch sử trên sông Lô gặp lũ lịch sử sông Thao gặp lũ lớn trên sông Đà nhưng giả thiết đến ở các thời kỹ khác nhau như thời kỳ lũ sớm, thời kỳ lũ chính vụ và thời kỳ lũ muộn.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 4.1: Kịch bản các phương án vận hành hệ thống phòng lũ

Tên kịch bản Kịch bản 1

Kịch bản 2

Kịch bản 3

Nội dung kịch bản mưa – lũ trận lũ năm 1971 là trận lũ xảy ra với trường hợp lũ lịch sử trên sông Lô gặp lũ lịch sử sông Thao gặp lũ lớn trên sông Đà xảy ra vào thời kỳ lũ sớm trận lũ năm 1971 là trận lũ xảy ra với trường hợp lũ lịch sử trên sông Lô gặp lũ lịch sử sông Thao gặp lũ lớn trên sông Đà xảy ra vào thời kỳ lũ chính vụ trận lũ năm 1971 là trận lũ xảy ra với trường hợp lũ lịch sử trên sông Lô gặp lũ lịch sử sông Thao gặp lũ lớn trên sông Đà xảy ra vào thời kỹ lũ muộn

§−êng mùc n−íc tr¹m Hµ Néi vµ c¸c n¨m lò lín

1450

1350

1250

1150

1143

)

950

1050 m c ( c í − n

850

c ù M

750

650

550

1969

1971

450

1996

350

2002

2003

6 0 / 5 1

6 0 / 1 2

6 0 / 7 2

7 0 / 3 0

7 0 / 9 0

7 0 / 5 1

7 0 / 1 2

7 0 / 7 2

8 0 / 2 0

8 0 / 8 0

8 0 / 4 1

9 0 / 1 0

9 0 / 7 0

9 0 / 3 1

9 0 / 9 1

9 0 / 5 2

0 1 / 1 0

0 1 / 7 0

0 1 / 3 1

0 1 / 9 1

0 1 / 5 2

0 1 / 1 3

8 8 0 0 / / 0 6 Thêi gian 2 2

Hình 4.1: Mực nước trạm Hà Nội các năm lũ lớn

III. Phương án vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian dự kiến của dự báo hạn trung (từ 3 đến 5 ngày)

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 28

(Theo quyết định số: 80/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ Ngày 01 tháng 06 năm 2007Về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm)

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Theo “quyết định về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa thủy điện Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm” số 80/2007/Q Đ – TTg Hà nội ngày 01 tháng 6 năm 2007 thì từ ngày 15 tháng 6 đến 15 tháng 9 hàng năm, công trình Thuỷ điện Hoà Bình phải điều tiết để phục vụ yêu cầu chống lũ cho bản thân công trình và chống lũ cho hạ du theo thứ tự ưu tiên sau:

Đảm bảo an toàn cho công trình

Đảm bảo an toàn chống lũ cho hạ du

Đảm bảo an toàn phát điện

Theo quy trình này chúng tôi xây dựng 3 kịch bản để điều hành thử nghiệm

trong 3 trường hợp sau:

V.1. Điều hành trong thời kỳ lũ sớm: Từ 15 tháng 6 đến 15 tháng 7

Điều 5. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ sớm

1. Quy định về mực nước: cao trình mực nước trước lũ các hồ trong thời kỳ lũ

Bảng 4.2: Quy định về mực nước trong thời kỳ lũ sớm

sớm không được vượt quá quy định trong Bảng 5.1.

Tên hồ Hòa Bình Tuyên Quang Thác Bà

98 105,2 56

Cao trình mực nước (m)

2. Quy định về chế độ vận hành

a) Hồ Hòa Bình:

- Từ ngày 01 tháng 7 nếu không cắt lũ, bắt đầu điều tiết để đưa dần mực nước hồ về mực nước trước lũ của thời kỳ lũ chính vụ, sao cho đến ngày 16 tháng 7 mực nước hồ nằm trong phạm vi quy định tại Bảng 6.1;

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt quá 10,5 m trong 24 giờ tới, được sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 98 m ÷ 102 m để cắt lũ, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá 10,5 m;

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 29

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt quá 11,5 m trong 24 giờ tới, được sử dụng tiếp dung tích hồ trong khoảng cao trình 102 m ÷ 105 m để cắt lũ, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá 11,5 m.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại trạm thuỷ văn Hà Nội xuống dưới mức 11 m, xả nước, đưa dần mực nước hồ về cao trình mực nước trước lũ thời kỳ lũ sớm.

b) Hồ Tuyên Quang: khi dự báo mực nước sông Lô tại thị xã Tuyên Quang vượt quá 26 m trong 24 giờ tới, được phép sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 105,2 m ÷ 113 m để cắt lũ, giữ mực nước sông Lô tại thị xã Tuyên Quang không vượt quá 27 m. Khi mực nước hồ đạt 113 m, được xả xuống hạ du lưu lượng bằng lưu lượng đến hồ. Sau đỉnh lũ, khi mực nước tại thị xã Tuyên Quang xuống dưới cao trình 26 m, xả nước, đưa mực nước hồ về cao trình 105,2 m.

c) Hồ Thác Bà: được sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 56 m ÷ 58 m

để điều tiết lũ. Sau đỉnh lũ, xả nước, đưa mực nước hồ về mực nước trước lũ.

V.2. Điều hành trong Thời kỳ lũ chính vụ : Từ 16 tháng 7 đến 25 tháng 8

Điều 6. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ chính vụ

1. Quy định về mực nước: cao trình mực nước trước lũ các hồ trong thời kỳ lũ

Bảng 4.3: Quy định về mực nước các hồ trong thời kỳ lũ chính vụ

chính vụ không được vượt quá quy định trong Bảng 6.1.

Tên hồ Hòa Bình Thác Bà

Tuyên Quang

90 ÷ 94 105,2 56

Cao trình mực nước (m)

2. Quy định về chế độ vận hành

a) Hồ Hòa Bình:

- Căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi Trường, nếu thấy khả năng xuất hiện lũ có chu kỳ lặp lại trên 100 năm tại Sơn Tây, khi chưa tham gia cắt lũ, phải nhanh chóng đưa mực nước hồ về cao trình 90 m;

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 30

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt 11,5 m trong 24 giờ tới, hồ Hoà Bình được sử dụng dung tích từ cao trình mực nước trước lũ đến cao trình mực nước 98 m để cắt lũ, giữ mức nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 11,50 m;

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- Khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội đã vượt 11,5 m, dự báo trong 24 giờ tới lũ vẫn lên nhanh, tiếp tục cắt lũ, kết hợp với sự tham gia cắt lũ của các hồ Tuyên Quang và Thác Bà để giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,1 m, mực nước hồ không vượt quá cao trình 115 m;

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt 13,1 m trong 24 giờ tới, hồ Hoà Bình tiếp tục phối hợp với các hồ Tuyên Quang và Thác Bà để cắt lũ, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,4 m, mực nước hồ không vượt quá cao trình 117 m.

Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội xuống dưới 11,50 m, xả nước,

đưa mực nước hồ về mức quy định tại Bảng 6.1.

Sau ngày 16 tháng 8, căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu lũ chính vụ có khả năng kết thúc sớm, được Ban Chỉ đạo phòng, chống lụt bão Trung ương cho phép, dâng dần mực nước hồ nhưng không vượt quá cao trình 106 m.

b) Hồ Tuyên Quang: căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi Trường, nếu không có khả năng xuất hiện lũ có chu kỳ lặp lại trên 100 năm tại Sơn Tây, vận hành hồ theo khoản 2 điểm b Điều 5.

Trường hợp Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường nhận định có khả năng xuất hiện lũ có chu kỳ lặp lại trên 100 năm tại Sơn Tây, đưa hồ về cao trình mực nước trước lũ và vận hành như sau: khi dự báo trong 24 giờ tới mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt cao trình 12,0 m, mực nước hồ Hòa Bình vượt cao trình 102 m hoặc trong trường hợp mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt cao trình 12,8 m, hồ Tuyên Quang bắt đầu tham gia cắt lũ để cùng hồ Hoà Bình và hồ Thác Bà giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,4 m. Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội xuống dưới cao trình 12,0 m, xả nước, đưa mực nước hồ về mức quy định trong Bảng 6.1

Sau ngày 16 tháng 8, căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên Môi trường, nếu lũ chính vụ có khả năng kết thúc sớm, được Ban Chỉ đạo phòng, chống lụt bão Trung ương cho phép, dâng dần mực nước hồ lên cao trình 113 m.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 31

c) Hồ Thác Bà: khi dự báo trong 24 giờ tới mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt cao trình 13,1 m, hồ Thác Bà bắt đầu tham gia cắt lũ để cùng hồ Hòa Bình và Tuyên Quang giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,4 m,

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

mực nước hồ không vượt quá cao trình 58 m. Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội xuống dưới cao trình 13,1 m, xả nước, đưa mực nước hồ về mức quy định trong Bảng 6.1

Sau ngày 16 tháng 8, căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu lũ chính vụ có khả năng kết thúc sớm, được Ban Chỉ đạo phòng, chống lụt bão Trung ương cho phép, dâng dần mực nước hồ lên cao trình mực nước dâng bình thường.

V.3. Điều hành trong Thời kỳ lũ muộn :Từ 26 tháng 8 đến 15 tháng 9

Điều 7. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ muộn

1. Hồ Hòa Bình:

a) Căn cứ nhận định của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu mùa lũ có khả năng kết thúc sớm, hồ được phép tích dần lên cao trình mực nước dâng bình thường (+117 m);

b) Khi mực nước hồ đã ở cao trình 117 m, nếu xẩy ra lũ muộn, được xả xuống

hạ du lưu lượng bằng lưu lượng đến, giữ mực nước hồ không vượt quá 117,3 m.

2. Hồ Tuyên Quang:

a) Căn cứ nhận định của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu mùa lũ có khả năng kết thúc sớm, hồ được phép tích dần lên cao trình mực nước dâng bình thường (+120 m);

b) Khi mực nước hồ đã ở cao trình 120 m, nếu xẩy ra lũ muộn, được xả xuống

hạ du lưu lượng bằng lưu lượng đến, giữ mực nước hồ không vượt quá 120 m.

3. Hồ Thác Bà

Khi mực nước hồ đã ở cao trình 58 m, nếu xẩy ra lũ muộn, được xả xuống hạ

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 32

du lưu lượng bằng lưu lượng đến, giữ mực nước hồ không vượt quá 58 m.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chương V: Vận hành thử nghiệm hệ thống hồ chứa

theo các kịch bản đã đề ra

1. Trận lũ lịch sử năm 1971 xảy ra trong thời kỳ lũ sớm từ 15 tháng 6 đến 15 tháng 7.

15

Mực nước lớn nhất trận lũ từ 13/08/1971 tại Hà Nội khi chưa có sự điều tiết của hệ thống hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà là 14.05 m. Khi có sự điều tiết của hệ thống hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà mực nước lớn nhất tại Hà Nội giảm 1.78 m còn 12.27 m. Tuy nhiên mực nước hồ tại hồ Tuyên Quang và Hòa Bình khá cao. Mực nước lớn nhất tại hồ Hòa Bình là 105.1 m. Mực nước lớn nhất tại hồ Tuyên Quang là 112.8 m. Theo quy trình vận hành năm 2007, Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt quá 11,5 m, được sử dụng tiếp dung tích hồ trong khoảng cao trình 102 m ÷ 105 m để cắt lũ. Hồ Tuyên Quang: khi dự báo mực nước sông Lô tại thị xã Tuyên Quang vượt quá 26 m, được phép sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 105,2 m ÷ 113 m để cắt lũ, giữ mực nước sông Lô tại thị xã Tuyên Quang không vượt quá 27 m. Khi mực nước hồ đạt 113 m, được xả xuống hạ du lưu lượng bằng lưu lượng đến hồ. Sau đỉnh lũ, khi mực nước tại thị xã Tuyên Quang xuống dưới cao trình 26 m, xả nước, đưa mực nước hồ về cao trình 105,2 m. Hồ Thác Bà: được sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 56 m ÷ 58 m để điều tiết lũ. Sau đỉnh lũ, xả nước, đưa mực nước hồ về mực nước trước lũ.

)

m

(

H

14

13

12

11

10

9

8

Mực nước Hà Nội khi có điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà Mực nước HN khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà

7

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69

Thời đoạn

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 33

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.1: Mực nước tại Hà Nội năm 1971 khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và khi có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà

Theo tính toán điều tiết hồ Hòa Bình trong thời kỳ lũ sớm, mực nước hồ trước lũ giả thiết bằng mực nước chết. Khi có lũ dạng năm 1971 xảy ra, hồ sẽ được mở dần các cửa xả từ 1 cửa cho đến 6 cửa xả đáy sao cho lưu lượng xả bằng hoặc lớn hơn lưu lượng vào hồ cho đến cửa xả đáy số 6. Mực nước hồ tính toán với dạng lũ 1971 là 105.1 m. Sau đấy sẽ đóng cửa số 6 để cắt lũ cho Hà Nội trong trường hợp mực nước Hà Nội lớn hơn 11.5 m. Sau khi lũ xuống, mở tiếp cửa xả đáy số 6 để giảm mực nước hồ theo quy trình vận hành đã ban hành. (theo quy trình trong thời kỳ này được tích đến cao trình 102 m ÷ 105 m)

Hình 5.2 :Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Hòa Bình điều tiết theo dạng lũ năm 1971

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 34

Hồ Tuyên Quang trong thời kỳ lũ sớm, mực nước hồ trước lũ giả thiết bằng mực nước chết. Khi có lũ dạng năm 1971 xảy ra, hồ sẽ được mở dần các cửa xả. Lưu lượng xả trong thời kỳ đầu trận lũ bằng với lưu lượng đến hồ. Khi lũ đến lớn hơn 2000m3/s và mực nước tại Tuyên Quang lớn hơn 26m thì bắt đầu đóng dần các cửa xả để cắt lũ

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

cho phía hạ lưu. Khi lũ xuống thì các cửa xả được mở hết để đưa mực nước hồ về mực nước an toàn theo quy trình vận hành hồ. theo tính toán với trận lũ năm 1971 xảy ra vào thời kỳ lũ sớm thì mực nước hồ là 112.8 m (theo quy trình trong thời kỳ này được tích đến cao trình 105,2 m ÷ 113 m). mực nước lớn nhất tại Hồ Thác Bà là 60 m.

Hình 5.3 :Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Tuyên Quang điều tiết theo dạng lũ năm 1971

2. Trận lũ lịch sử năm 1971 xảy ra trong thời kỳ lũ chính vụ từ 16 tháng 7 đến 25 tháng 8.

Mực nước trước lũ cửa các hồ giả thiết theo Quy định về mực nước: cao trình mực nước trước lũ các hồ trong thời kỳ lũ chính vụ không được vượt quá quy định trong bảng sau.

Bảng 5.1: Cao trình mực nước trước lũ

Tên hồ Hòa Bình Thác Bà Tuyên Quang

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 35

90 ÷ 94 105,2 56 Cao trình mực nước (m)

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Trong trường hợp này mực nước ban đầu giả thiết của hồ Hòa Bình là 94 m,

Tuyên Quang 105.2 m, Thác Bà 56 m

Hồ Hòa Bình mở 4 cửa xả lũ trước khi lũ đến. Khi lũ xảy ra hồ mở 5 cửa xả lũ để giảm mực nước hồ về 90 m sau đó lại đóng cửa số 5 mở với 4 cửa xả để bắt đầu cắt lũ. Khi lũ xuống thì hồ Hòa Bình tiếp tục mở cửa số 6 để đưa mực nước hồ về theo quy định điều hành. Mực nước hồ cao nhất là 105.9 m.

Hình 5.4 :Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Hòa Bình điều tiết theo dạng lũ năm 1971

Trong trường hợp này nếu hồ Hòa Bình mở nhiều hơn 5 cửa xả thì đều làm mực

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 36

nước Hà Nội lên cao trên 13 m.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.5:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Tuyên Quang điều tiết theo dạng lũ năm 1971

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 37

Mực nước lớn nhất hồ Tuyên Quang là 111.8 m và xả với lưu lượng ổn định là 2500 m3/s. Nếu cần thiết để chống lũ cho công trình thì hồ Tuyên Quang có thể xả với lưu lượng lớn hơn. Tuy nhiên trong trường hợp này mực nước hồ vẫn nhỏ hơn mực nước dâng bình thường (120 m).

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.6:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Thác Bà điều tiết theo dạng lũ năm 1971

Mực nước hồ Thác Bà trong trường hợp này đã vượt ngưỡng tràn tự do nên nước từ hồ Thác bà đã được xả xuống hạ lưu. Mực nước lớn nhất tại hồ Thác bà là 60.05 m gần bằng mực nước dâng gia cường 61 m.

Mực nước lớn nhất tại Hà Nội trong trường hợp này là 12.68 m giảm 1.37 so với

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 38

trường hợp khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình và Tuyên Quang.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

15

)

m

(

H

14

13

12

11

10

9

8

Mực nước Hà Nội khi có điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà Mực nước HN khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà

7

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69

Thời đoạn

Hình 5.7: Mực nước tại Hà Nội năm 1971 khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và khi có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà

Các phương án tính toán khác cũng đã được xét đến như trường hợp hồ Hòa Bình mở 5 cửa khi lũ đến để cắt lũ cho Hà Nội và mở 6 cửa khi lũ xuống v..v nhưng mực nước cũng không hạ thấp hơn nhiều so với phương án đã trình bày ở trên.

3. Trận lũ lịch sử năm 1971 xảy ra trong thời kỳ lũ muộn từ 26 tháng 8 đến 15 tháng 9.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 39

Theo quy trình vận hành hệ thống hồ Hòa Bình, Tuyên Quang,Thác Bà, giả thiết mực nước ban đầu tại các hồ đã đạt đén mực nước dâng bình thường hồ Hòa Bình=117 m, Tuyên Quang=120 m,Thác Bà =58 m

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.8:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Hòa Bình điều tiết theo dạng lũ năm 1971

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 40

. Khi nhận định tình hình có khả năng xảy ra trận lũ như trận lũ lịch sử năm 1971, các hồ mở các cửa xả đáy, hồ Hòa Bình giả thiết đang mở 6 cửa xả đáy sau đó mở tiếp cửa xả đáy số 7. Khi lũ bắt đầu lên nhanh thì đóng dần các cửa xả cho đến cửa xảy đáy số 3 để cắt lũ cho Hà Nội. Khi lũ xuống thì mở các cửa xả đáy số 4, 5 để thoát lũ đảm bảo an toàn cho hồ chứa. Mực nước hồ Hòa Bình lớn nhất là 116.6 m

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.9:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Tuyên Quang điều tiết theo dạng lũ năm 1971

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 41

Hồ Tuyên Quang giả thiết đang xả với lưu lượng 2500 m3/s. Khi nhận định tình hình lũ có khả năng xảy ra trận lũ như trận lũ lịch sử năm 1971 thì tăng lưu lượng xả lên 4000 m3/s sau đó giảm dần giữ mực nước hồ ở mưc nước dâng bình thường.Mực nước hồ Tuyên Quang lớn nhất là 120 m. Mực nước hồ Thác Bà lớn nhất là 60.2 m thấp hơn mực nước dâng gia cường 0.8 m.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 5.10:Đường mực nước, dung tích, lưu lượng đến và lưu lượng xả hồ Thác Bà điều tiết theo dạng lũ năm 1971

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 42

Quá trình vận hành Hồ Hòa Bình ảnh hưởng lớn nhất đến mực nước tại Hà Nội. Trong trường hợp này hồ Hòa Bình chỉ mở 7 cửa xả đáy. Khi hồ Hòa Bình mở lớn hơn 7 cửa xả đáy làm mực nước Hà Nội cao hơn 13 m.

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

15

)

m

(

H

14

13

12

11

10

9

8

Mực nước Hà Nội khi có điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà Mực nước HN khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà

7

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69

Thời đoạn

Hình 5.11: Mực nước tại Hà Nội năm 1971 khi chưa có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và khi có sự điều tiết của hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà

Mực nước Hà Nội lớn nhất là 13.09 m giảm 0.96 m so với khi chưa có sự điều

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 43

tiết của hệ thống hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chương VI: Kết luận và kiến nghị

Trên cơ sở nghiên cứu đặc điểm hình thành dòng chảy lũ và các trận lũ lịch sử đã xảy ra trên lưu vực sông Hồng - sông Thái Bình, chúng tôi đã xây dựng hệ thống kịch bản mưa - dòng chảy phục vụ điều hành thử nghiệm cho mùa lũ năm 2007. Trên cơ sở các kịch bản này cộng với quy trình vận hành liên hồ chứa (Theo quyết định số:

80/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ Ngày 01 tháng 06 năm 2007Về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm) mà chính phủ đã ban hành, chúng tôi đã áp dụng dự báo thử nghiệm cho mùa mưa lũ năm 2007. Kết quả dự báo cho mùa mưa lũ năm 2007 đạt kết quả tốt, không có trường hợp sự cố đặc biệt nào xảy ra.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước 44

Hà nội tháng 12 - 2007

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN **********

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ **********

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ============================================================ Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với cồng nghệ điều hành hệ thống công trình chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông thái Bình

Phụ lục III-4 Kết nối dự báo lũ trung hạn với điều hành với điều hành hệ thống hồ chứa phòng lũ đồng bằng sông Hồng – Thái Bình

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung

hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chủ nghiệm đề tài: PGS.TS Vũ Minh Cát

Thực hiện:

ThS. Hoàng Thanh Tùng ThS. Nguyễn Hoàng Sơn ThS. Phạm Xuân Hòa NCS. Ngô Lê An KS. Trần Kim Châu KS. Nguyễn Thu Hà KS. Bùi Ngọc Quyên

Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS. Vũ Minh Cát

Hà Nội, tháng 11 năm 2007

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

MỤC LỤC

Mở đầu........................................................................................................... 1 Mở đầu........................................................................................................... 1 Chương I: Các mô hình điều hành hồ chứa................................................... 2

I. Các đề tài đã nghiên cứu về điều hành hồ chứa............................................2 II. Các phương pháp thường dùng ở Việt Nam................................................3 II.1 Mô hình HEC-RESSIM.........................................................................3 II.2 Mô hình MIKE 11 .................................................................................4 II.3 Mô hình VRSARP .................................................................................6 II.4 Các mô hình dự báo khác ......................................................................6

Chương II: Mô hình điều hành hồ chứa ........................................................ 7

I. Các kết quả nghiên cứu trước .......................................................................7 II. Mô hình HEC-HMS.....................................................................................9 III. Chế độ làm việc của hồ Hòa Bình, hồ Tuyên Quang, Hồ Thác Bà .........12 III.1. Các thông số chủ yếu của hồ Hòa Bình ............................................12 III.2. Các thông số chủ yếu của hồ Tuyên Quang ......................................13 III.3. Các thông số chủ yếu của hồ Thác Bà...............................................15

Chương III: Kết nối dự báo mưa lũ trung hạn với điều hành hệ thống hồ chứa

phòng lũ đồng bằng s. Hồng - Thái Bình .............................................................. 20

I. Phân chia lưu vực........................................................................................20 II. Kết nối dữ liệu từ dữ liệu mưa vào chương trình dự báo dòng chảy.........22 III. Sử dụng công nghệ dự báo trung hạn bằng HEC-HMS ...........................25 III. Tính toán dòng chảy từ mưa.....................................................................32 IV. Điều hành hệ thống hồ chứa Hòa Bình năm 2003 khi chưa có hồ Tuyên

Quang.........................................................................................................................35 V. Điều hành hệ thống hồ chứa hòa bình và Tuyên Quang năm 2006 ..........36 VI. Điều hành hệ thống hồ chứa hòa bình và Tuyên Quang năm 2007 .........37

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Kết luận ....................................................................................................... 42

ii

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

MỤC LỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ mô hình HEC-RESSIM ...................................................... 4 Hình 3.1: Sơ đồ mô phỏng lưu vực sông Hồng đến Hà Nội ....................... 22 Hình 3.2: Thư mục chứa số liệu khí tượng thủy văn................................... 23 Hình 3.3: Menu dự báo thủy văn................................................................. 23 Hình 3.4: Cửa sổ lọc dữ liệu........................................................................ 24 Hình 3.5: Kết quả lọc dữ liệu ...................................................................... 24 Hình 3. 6: Menu ghi kết quả........................................................................ 25 Hình 3. 7: Hộp hội thoại ghi kết quả ........................................................... 25 Hình 3.8: Danh sách các trạm khí tượng – thủy văn .................................. 26 Hình 3.9: Menu lọc dữ liệu.......................................................................... 26 Hình 3.10: kết quả lọc dữ liệu ..................................................................... 27 Hình 3.11: Tải chương trình DSS................................................................ 28 Hình 3.12: Mở File DSS.............................................................................. 29 Hình 3.13: Ghi lại dữ liệu............................................................................ 30 Hình 3.14: Dòng chảy ban đầu.................................................................... 30 Hình 3.15: Thông số hồ Hòa Bình .............................................................. 31 Hình 3.16:Thử nghiệm công nghệ dự báo lũ trung hạn cho mùa lũ 2007 .. 31 Hình 3.17: Dòng chảy vào hồ Hòa Bình tính toán và thực đo năm 2003 ... 32 Hình 3.18: Đường quá trình dự báo và thực đo dòng chảy vào hồ Hoà Bình từ

16/7 đến 12/9/2007 ................................................................................................. 32

Hình 3.19: Đường quá trình dự báo và thực đo dòng chảy vào hồ Tuyên Quang

từ 18/7 đến 10/9/2007............................................................................................. 33 Hình 3.20: Đường quá trình dự báo dòng chảy vào hồ Thác Bà từ 18/7 đến 10/9/2007 ................................................................................................................ 34 Hình 3.21: Tỏng hợp kết quả....................................................................... 35 Hình 3.22: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tại Sơn Tây từ 7h 25/06 đến 08/08/2003 ............................................................................ 35 Hình 3.23: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tại Sơn Tây từ 7h 15/07 đến 06/08 năm 2006..................................................................... 36 Hình 3.24: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tại Sơn Tây từ 7h ngày 15/07 đến 7h ngày 06/08 năm 2006 .............................................. 37

Hình 3.25: Đường quá trình lưu lượng đến hồ Hòa Bình và lưu lượng xả ra khỏi

hồ từ 20/07/07 – 24/08/07 ...................................................................................... 37

Hình 3.26: Lưu lượng vào hồ Hòa Bình dự báo và thực đo từ 07:00 h 26Jul2007

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

đến 07:00 h 06Aug2007 ......................................................................................... 38 Hình 3.27: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tại Sơn Tây từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007.................................................... 39

iii

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.28: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tạiHà Nội

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007 ........................................................... 40

iv

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Hiệu quả chống lũ của hồ Hòa Bình ............................................. 7 Bảng 2.2. Hiệu quả cắt lũ theo phương thức cắt lũ của quy trình vận hành (cũ)

.................................................................................................................................. 8

Bảng 2.3: Hiệu quả cắt lũ theo phương thức cắt lũ của quy trình vận hành (cũ)

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

.................................................................................................................................. 8 Bảng 2.4. Quy định về mực nước................................................................ 16 Bảng 2.5. Quy định về mực nước trong thời kỳ lũ chính vụ....................... 17 Bảng 3.1: Các lưu vực phụ .......................................................................... 20 Bảng 3.2: Kết quả đánh giá sai số dự báo từ mô hình HEC........................ 34 Bảng 3.3: thống kê sai số dự báo tại trạm Sơn Tây và Hà Nội ................... 40

v

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mở đầu

Trong các năm gần đây có rất nhiều mô hình dự báo lũ và điều hành hồ chứa đã được nghiên cứu, ứng dụng ở Việt Nam như các phương pháp tương quan, các mô hình diễn toán thủy văn MUSKINGGUM, mô hình thủy lực VRSAP, KOD..v..v. Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu hợp tác với Italia, chúng tôi đã nghiên cứu thêm một số mô hình dự báo điều hành hồ chứa áp dụng cho lưu vực sông Hồng – sông Thái Bình như mô hình BOLAM – DIMOSHONG, HEC-HMS.

Mô hình kết nối dự báo mưa lũ với điều hành hồ chứa trên hệ thống sông Hồng – sông Thái Bình được sử dụng trong nghiên cứu này là phần mềm HEC-HMS phiên bản 3.1.1. Lý do chúng tôi lựa chọn phần mềm HEC-HMS phiên bản 3.1.1 vì:

(cid:131) Mô hình thủy văn DIMOSHONG mà phía đối tác Italia xây dựng và chuyển giao cho Trường Đại học Thủy lợi chưa kích hoạt modun điều tiết hồ chứa vì thực tế chưa xây dựng. Phía đối tác Italia dự định sẽ tiếp tục xây dựng và kích hoạt modun này trong năm tiếp theo 2008 nếu chương trình hợp tác được kéo dài.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

(cid:131) Phần mềm HEC-HMS phiên bản mới nhất 3.1.1 đã tích hợp thêm phần diễn toán và điều hành hồ chứa. Do đó phần mềm này có thể tính toán dòng chảy từ mưa (sử dụng cả mưa dạng điểm và mưa lưới dạng grid) sau đó diễn toán qua hồ chứa, rồi diễn toán qua đoạn sông nên nó rất thích hợp cho việc kết nối giữa mô hình dự báo mưa lũ và điều hành hồ chứa. Thêm vào đó, với phiên bản mới này, tại các nút tính toán chúng ta có thể nhập quan hệ Q-H tại các nút, từ đó có thể tham khảo trực tiếp mực nước tại các nút tính toán so với thực đo. Trong những giai đoạn đầu thử nghiệm, những mô hình này đã cho kết quả dự báo và điều hành tốt. Chúng tôi hy vọng những kết quả ban đầu này sẽ được áp dụng trong bài toán dự báo điều hành thực tế tại Việt Nam.

1

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chương I: Các mô hình điều hành hồ chứa

I. Các đề tài đã nghiên cứu về điều hành hồ chứa

Cùng với sự phát triển và ứng dụng lý thuyết mô hình trên thế giới, ở Việt Nam đã có nhiều tác giả nghiên cứu về bài toán vận hành hồ chứa và dự báo lũ. Vì tính chất quan trọng cho việc dự báo lũ Hà Nội, trong những năm gần đây có nhiều các công trình nghiên cứu về vận hành hồ chứa Hòa Bình và dự báo lũ cho Hà Nội. Một số công trình khoa học nghiên cứu về lũ trên hệ thống sông Hồng đã được công bố như sau:

Phân lũ sông Hồng của tác giả Nguyễn Lại (Đại Học Thủy Lợi). Theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Lại, lũ sông Hồng có thời kỳ hình thành khác nhau: Kỳ lũ sớm (tháng V tháng VI) lũ được hình thành bởi mưa front cực kết hợp với bão đầu mùa trê nền lượng trữ lưu vực thấp nên dẫn đến quy mô lũ nhỏ; kỳ chính vụ tháng VII – tháng VIII) lũ được hình thành do mưa của dải hội tụ nhiệt đới kết hợp với bão giữa mùa trên nền lượng trữ lưu vực trung bình cao quy mô lớn nhất trong cả năm; kỳ lũ cuối vụ ( tháng IX – tháng X ) lũ được hình thành do mưa front cực kết hợp với bão cuối mùa trên nền lượng trữ lưu vực cao gây quy mô lũ trung bình. Nghiên cứu này có thể được tham khảo như một trong những cơ sở khoa học cho việc xây dựng phương án điều hành hồ Hòa Bình.

Trên cơ sở thừa kế và phát triển tư tưởng của mô hình SOGREAI, GS Nguyễn Như Khuê đã xây dựng thành công mô hình VRSAP (Việt Nam River System And Plain). Với công trình này, việc tính toán truyền lũ trên mạng sông phức tạp có sự tham của các công trình thủy lợi đã có thể ứng dụng được trong tính toán truyền lũ trong sông.

Tổ hợp lũ sông Hồng của tác giả GS. TS Đỗ Cao Đàm( Đại Học Thủy Lợi ) đã vận dung phương pháp Monte Carlo trong việc tạo ra các tổ hợp tình huống lũ đồng thời trên 3 sông Đà , Thao, Lô trong bốn phương án hồ Hòa Bình cắt lũ

Mô hình truyền sóng lũ động lực trên màng sông Hồng về đến Hà Nội của PGS.TS Trịnh Quang Hòa (Đại Học Thủy Lợi ). Mô hình trên được thực hiện trong khuôn khổ đề tài khoa học cấp nhà nước mã số 10A.02.02 do công ty điện lực I chủ trì.

Đề tài khoa học cấp nhà nước 1996-1997 “Nghiên cứu công nghệ nhận dạng lũ thượng lưu sông Hồng phục vụ điều hành hồ Hòa Bình chống lũ hạ du” của PGS.TS Trịnh Quang Hòa do trường Đại Học Thủy Lợi chủ trì.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước về điều tiết hồ Hòa Bình do Viện quy hoạch và quản lý nước (Bộ thủy lợi cũ), công ty điện lực I (Bộ Năng Lượng cũ) và trường Đại Học Thủy Lợi tiến hành. Từ những kết quả nghiên cứu phối hợp này, quy

2

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

trình tạm thời vận hành hồ chứa Hòa Bình được ban hành (ngày 26/9/1991) và áp dụng đến hết năm 1996.

Quy hoạch lũ đồng bằng sông Hồng – Thái Bình – Viện quy hoạch thủy lợi. Từ năm 1994-1999 Viện quy hoạch thủy lợi đã tiến hành nghiên cứu tổng thể toàn bộ hệ thống sông Hồng – Thái Bình đặc biệt là lũ lụt. trong báo cáo tổng hợp PTS Nguyễn Trọng Sinh và Ths Vũ Hồng Châu đã đánh giá hiệu quả cẳt lũ theo thiết kế kỹ thuật (chống lũ 1971) của công trình Hòa Bình

II. Các phương pháp thường dùng ở Việt Nam

II.1 Mô hình HEC-RESSIM

Phần mềm mô phỏng hệ thống hồ chứa HEC-RESSIM được phát triển bởi trung tâm kỹ thuật thủy văn thuộc hiêph hội kỹ sư quân sự Mỹ (U.S. Army Corps of Engineers). Mô hình sơ khai được phát triển từ năm 1996 dưới dạng mô hình mô phỏng hệ thống hồ chứa (RSS). CHương trình này được hoàn thiện năm 1997 và là một phần của dự án hệ thống quản lý tài nguyên nước.

Từ năm 1998 đến 2001 chương trình được thiết kế và phát triển thành phiên bản HEC-RESSIM 1.0. Phiên bản đầu tiên của cộng đồng các nhóm quản lý điieeuf khiển nguồn nước như là một phần của phiên bản CWMS 1.0 được triển khai trong năm 2002. Phiên bản 2.0 và các tài liệu được phát hành tháng 9 năm 2003. Các thành phần bổ sung và nhiều các tính năng mới được bổ sung vào phiên bản 3.0 phát hành tháng 4 năm 2007.

Mô hình HEC-RESSIM bao gồm 3 môdun chính là

+ Mô hình lưu vực

+ Mạng lưới hồ chứa

+ Modun mô phỏng

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Mỗi môdun có những ứng dụng riêng và được kết hợp với nhau thông qua các menu, thanh công cụ và các đối tượng đồ họa trong mô hình

3

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mô hình lưu vực Thiết lạm mạng lưới sông Cấu trúc mạng lưới (hồ chứa, phân lưu, đê ..v…v) Các điểm cần tính toán

Mạng lưới hồ chứa Hồ chứa THông số bể Cửa ra Các phương án điều hành Đoạn sông Phân lưu Nút

Lựa chọn mạng lưới Thiết lập phương án điều hành Điều kiện ban đầu ChuỗivDữ liệu

Mô phỏng Bước thời gian

Hình 1.1: Sơ đồ mô hình HEC-RESSIM

II.2 Mô hình MIKE 11

MIKE 11là một gói phần mềm kỹ thuật chuyên môn để mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các vật thể nước khác.

MIKE 11 là công cụ lập mô hình động lực, một chiều và thân thiện với người sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giản và phức tạp. Với môi trường đặc biệt thân thiện với người sử dụng, linh hoạt và tốc độ, MIKE 11 cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Mô-đun mô hình thủy động lực (HD) là một phần trọng tâm của hệ thống lập mô hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô-đun bao gồm Dự báo lũ,

4

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Tải khuyếch tán, Chất lượng nước và các mô-đun vận chuyển bùn lắng không có cố kết. Mô-đun MIKE 11 HD giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo tính liên tục và động lượng (momentum), nghĩa là phương trình Saint Venant.

Các ứng dụng liên quan đến mô-đun MIKE 11 HD bao gồm:

- Dự báo lũ và vận hành hồ chứa

- Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ

- Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát bề mặt

- Thiết kế các hệ thống kênh dẫn

- Nghiên cứu sóng triều và dâng nước do mưa ở sông và cửa sông

Đặc trưng cơ bản của hệ thống lập mô hình MIKE 11 là cấu trúc mô-đun tổng hợp với nhiều loại mô-đun được thêm vào mỗi mô phỏng các hiện tượng liên quan đến hệ thống sông.

Ngoài các mô-đun HD đã mô tả ở trên, MIKE bao gồm các mô-đun bổ sung đối

với:

- Thủy văn

- Tải khuyếch tán

- Các mô hình cho nhiều vấn đề về Chất lượng nước

- Vận chuyển bùn cát có cố kết (có tính dính)

- Vận chuyển bùn cát không có cố kết (không có tính dính)

Đã từ lâu, MIKE 11 được biết đến như là một công cụ phần mềm có các tính năng giao diện tiên tiến và nhằm ứng dụng dễ dàng. Từ ban đầu, MIKE 11 được vận hành/ sử dụng thông qua hệ thống trình đơn tương tác (interactive menu system) hữu hiệu với các layout có hệ thống và các menu xếp dãy tuần tự. Ở mỗi bước trong cây trình đơn (menu tree), một hỗ trợ trực tuyến sẽ được cung cấp trong màn hình Help menu. Trong khuôn khổ này, phiên bản MIKE 11‘Classic’ (‘Cổ điển’)- phiên bản 3.20 đã được phát triển lên.

Thế hệ mới của MIKE 11 kết hợp các đặc tính và kinh nghiệm từ MIKE 11 ‘Classic’, giao diện người sử dụng dựa trên cơ sở các tính năng hữu hiệu trong Windows bao gồm các tiện ích chỉnh sửa sơ đồ (graphical editing facilities) và tăng tốc độ tính toán bằng cách tận dụng tối đa công nghệ 32- bit.

Về đầu vào/ chỉnh sửa, các đặc tính trong MIKE 11 bao gồm:

- nhập dữ liệu/ chỉnh sửa bản đồ

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

- nhiều dạng dữ liệu đầu vào/ chỉnh sửa mang tính mô phỏng

5

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

- tiện ích copy và dán (paste) để nhập (hoặc xuất) trực tiếp, ví dụ như từ các

chương trình trang bảng tính (spreadsheet programs)

- bảng số liệu tổng hợp (tabular) và cửa sổ sơ đồ (graphical windows)

- nhập dữ liệu về mạng sông và địa hình từ ASCII text files

- layout cho người sử dụng xác định cho tất cả các cửa sổ sơ đồ (màu sắc, cài

đặt font, đường, các dạng điểm vạch dấu marker, v.v...)

Về đầu ra, có các tính năng trình bày báo cáo tiên tiến, bao gồm:

- màu của bản đồ trong horizontal plan cho hệ thống dữ liệu và kết quả

- trình bày kết quả bằng hình động trong sơ đồ mặt ngang, dọc và chuỗi thời

gian

- thể hiện các kết quả bằng hình động đồng thời trình bày chuỗi thời gian mở

rộng

- tiện ích copy và dán (paste) để xuất các bảng kết quả hoặc trình bày bản đồ

vào các ứng dụng khác (trang bảng tính, word hoặc các dạng khác)

Mỗi ấn bản MIKE 11 mới đều có các mô-đun mới, các đặc tính mới và/ hoặc hiệu chỉnh đối với các vấn đề hoặc những điểm sai lệch được phát hiện từ các ấn bản trước đây. Bạn có thể tìm thấy phần mô tả các đặc tính mới v.v... trong một README file trong DHI CD-ROM.

II.3 Mô hình VRSARP

Trên cơ sở thừa kế và phát triển tư tưởng của mô hình SOGREAI, GS Nguyễn Như Khuê đã xây dựng thành công mô hình VRSAP (Việt Nam River System And Plain). Với công trình này, việc tính toán truyền lũ trên mạng sông phức tạp có sự tham của các công trình thủy lợi đã có thể ứng dụng được trong tính toán truyền lũ trong sông. Mô hình đã và đang được nhiều cơ quan, đơn vị ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam.

II.4 Các mô hình dự báo khác

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Một số tác giả khác ở trường Đại Học Thủy Lợi như GS Hà Văn Khối, cố PGS Đặng Văn Bảng đã phát triển một số các phần mềm dùng để điều hành hồ Hòa Bình và dự báo mực nước tại Hà Nội. Các phần mềm này chủ yếu là dự báo theo phương pháp xu thế tại các trạm và dùng phương pháp Muskinggum để diễn toán dòng chảy trong sông. Các phần mềm này đều chưa xét đến yếu tố mưa. Vì vậy khi có mưa lớn trực tiếp xảy ra ở phía hạ lưu hoặc mưa lớn trực tiếp xảy ra ở gần hồ chứa thì đều chưa dự báo được chính xác.

6

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chương II: Mô hình điều hành hồ chứa

I. Các kết quả nghiên cứu trước

Theo báo cáo “Quy hoạch lũ hệ thống sông Hồng – Thái Bình” của Viện Quy

hoạch Thủy Lợi thì hiệu quả cắt lũ theo thiết kế kỹ thuật (chống lũ năm 1971) của công trình hồ Hòa Bình như bảng sau

Bảng 2.1. Hiệu quả chống lũ của hồ Hòa Bình

Tai Sơn Tây Qmax = 37,800 m3/s

1945 1964 1968 1969 1971

Trị số tương ứng tại Hòa Bình

Lưu lương đỉnh lũ (m3/s) 23.100 31.800 15.800 20.500 14.800

Tần suất (P%) 0,2 0,02 6,0 0,5 8,0

Q cắt tại hồ (m3/s) 14.170 14.170 15.500 11.400 14.270

Qxa (m3/s) 8.930 17.630 300 9.100 630

Q Sơn Tây sau cắt lũ (m3/s) 23.630 23.630 24.400 26.400 23.600

Mực nước tại Hà Nội (m) 12,60 12,60 12,70 13,30 12,60

Theo kết quả tính toán trong báo cáo “quy hoạch phòng lũ hệ thống sông Hồng – sông Thái Bình” nếu xét khả năng đóng mở thực tế cửa xả đáy, thời gian đóng 1 cửa không ngắn hơn 4 giờ, thời gian mở 1 cửa không ngắn hơn 6h. Khi mực nước Hà Nội sắp vượt 11,5 m và giữ mực nước này đến khi hồ Hòa Bình vượt cao trình 100 m thì chuyển dần sang giữ mực nước Hà Nội không quá 12,5 m cho đến khi mực nước hồ Hòa Bình vượt 115 m thì chuyển sang giữ mực nước Hà Nội ở mức 13.0 – 13.3 m. Khi mực nước hồ vượt 115 m thì bắt đầu mở dần cửa xả đáy sao cho khi vượt mức 117 m thì mở hết toàn bộ cửa xả đáy, xả tràn và chuyển sang chống lũ công trình

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Theo phương thức cắt lũ như trên thì kết quả như sau

7

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 2.2. Hiệu quả cắt lũ theo phương thức cắt lũ của quy trình vận hành (cũ)

Dạng lũ

Mực nước bắt đầu cắt tại Hà Nội 11.0 m Mực nước bắt đầu cắt tại Hà Nội 11.5 m

H Hà Nội m Wcắt (tỷ m3) Q xả max (m3/s) H Hà Nội m Wcắt (tỷ m3) Q xả max (m3/s)

Lũ thực tế 8/1971

(a) 12.91 4.74 77000 12.74 4.67 8217

(b) 12.70 4.90 13000

Lũ 1971 dạng 1969

13.38 5.03 11700 13.18 4.76 11700

Thác Bà tham gia cắt lũ (a)

(b) 13.30 4.53 12000 13.14 4.60 11500

Lũ 1971 dạng 1945

12.99 4.60 11700 12.95 4.74 11700

Thác Bà không tham gia cắt lũ (a)

(b) 12.98 4.80 11500 13.10 4.75 12000

Bảng 2.3: Hiệu quả cắt lũ theo phương thức cắt lũ của quy trình vận hành (cũ)

Dạng lũ Mực nước bắt đầu cắt tại Hà Nội

11.0 m Mực nước bắt đầu cắt tại Hà Nội 11.5 m

(tỷ (tỷ

H Hà Nội m Wcắt m3) Q xả max (m3/s) H Hà Nội m Wcắt m3) Q xả max (m3/s)

thực

Lũ tế 1986

11.00 2.00 8300

Thác Bà không tham gia cắt lũ (a)

Lũ 0.01% Hòa Bình

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Thác Bà 15.19 5.63 27000

8

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

không tham gia cắt lũ (a)

Chi chú ( Kết quả tính toán của Viện Quy Hoạch Thủy Lợi)

(a) Cắt lũ theo mô hình thủy lực tài liệu địa hình lòng dẫn sông 1980 – 1990

(b) Cắt lũ theo mô hình SSARR – 8

II. Mô hình HEC-HMS

Mô hình toán thuỷ văn HEC-HMS (HEC- Hydrologic Modeling System) của

hiệp hội các kỹ sư quân sự Hoa Kỳ là thế hệ phần mềm kế tiếp về tính toán mưa-dòng chảy được thay thế cho mô hình Hec-1 bằng giao diện trong Window.

Mô hình có những cải tiến đáng kể so với Hec-1 cả về kỹ thuật tính toán và khoa học thuỷ văn. Mô hình bao gồm hầu hết các phương pháp tính dòng chảy lưu vực và diễn toán của mô hình Hec-1.

Nhiều phương pháp tính mới và quan trọng được đề cập đến trong mô hình HEC-HMS mà trong mô hình Hec-1 không đề cập đến: tính toán đường quá trình liên tục trong thời đoạn dài và tính toán dòng chảy phân bố dùng cách miêu tả theo các ô lưới của lưu vực. Việc tính toán liên tục có thể dùng một bể chứa đơn giản biểu thị độ ẩm của đất hay phức tạp hơn là mô hình 5 bể chứa bao gồm sự trữ nước tầng trên cùng, sự trữ nuớc trên bề mặt, trong lớp đất và trong hai tầng ngầm. Dòng chảy phân bố theo không gian có thể được tính toán theo sự chuyển đổi phân bố phi tuyến (Mod Clak) của mưa và thấm cơ bản.

Chương trình bao gồm giao diện đồ họa, các thành phần phân tích thuỷ văn, dự trữ số liệu, các công cụ quản lý và các bản ghi. Chương trình đã kết hợp các ngôn ngữ lập trình C, C++ và Fortran. Phương tiện tính toán và giao diện đồ họa được lập trình theo hướng đối tượng C++. Các thuật toán thuỷ văn được viết bằng Fortran và được tổ chức trong một thư viện Lib Hydro

Quản lý số liệu được trình bày dùng thư viện HEC-Lib. Mặc dù đã được kết hợp trong một chương trình nhưng vẫn có sự tách biệt rõ ràng giữa giao diện, công cụ tính toán và trữ số liệu.

Trong chương trình có thể sử dụng hệ thống đơn vị đo quốc tế, tất cả việc tính toán được trình bày theo đơn vị mét, số liệu đầu vào và kết quả tính ra có thể là đơn vị mét hay đơn vị của Anh/ Mỹ và được tự động chuyển khi cần thiết.

Mô hình toán thuỷ văn được thiết kế để tính toán quá trình mưa - dòng chảy của

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

hệ thống lưu vực.

9

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Các đuờng quá trình được xây dựng bởi chương trình được dùng trực tiếp hay được kết nối với các phần mềm khác để nghiên cứu theo các hướng khác như : tiêu đô thị, dự báo dòng chảy, tác động đô thị hoá trong tương lai, thiết kế đập tràn, giảm thiệt hại lũ và vận hành hệ thống.

Nét đặc trưng của chương trình là gắn kết hoàn chỉnh môi trường công việc bao gồm số liệu cơ bản, sử dụng số liệu vào, phương pháp tính toán và công cụ báo cáo kết quả. Giao diện đồ họa cho phép người sử dụng có thể làm việc giữa các phần khác nhau của chương trình một cách trực quan.

Chuỗi thời gian, chuỗi số liệu được trữ trong hệ thống trữ số liệu HEC-DSS. Số liệu mưa và số liệu lưu lượng có thể nhập trực tiếp vào chương trình hay có thể được trữ trong file DSS đã tạo ra từ trước, hoặc sử dụng một mô đun tiện ích DSS để người dùng có thể chủ động trong việc thiết lập dữ liệu đầu vào cho mô hình và quản lý các dữ liệu đó một cách nhanh hơn và gọn nhẹ hơn.

Một đặc điểm nổi bật của phần mềm HEC-HMS 3.1.1 mới là khả năng diễn toán và điều hành hồ chứa. Phần mềm có thể tính toán dòng chảy từ mưa sau đó diễn toán qua hồ chứa, và sau đó diễn toán qua đoạn sông. Hơn nữa với phiên bản mới này, tại các nút tính toán chúng ta có thể nhập quan hệ Q-H tại các nút, từ đó chúng ta có thể tham khảo trực tiếp mực nước tại các nút tính toán.

Hình 2.1. Quá trình dòng chảy đến và ra khỏi hồ

Phương trình cơ bản

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Dòng chảy ra khỏi hồ chứa có thể được tính toán theo phương pháp Modified Puls với giả thiết mực nước hồ coi như là nằm ngang. Mô hình được viết dưới dạng sau

10

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

OI −

=

S ∆ t ∆

O là dòng chảy ra khỏi hồ chứa trong thời đoạn ∆t

Vơi I là dòng chảy vào trung bình trong thời đoạn ∆t

∆S là sự thay đổi lượng trữ trong thời gian ∆t

I

S

S

t

t

t

t

t

1 +

1 +

−

=

I + 2

OO + t 2

− 1 + t ∆

Phương trình trên có thể viết lại dưới dạng sau

Với t là bước thời gian, It và It+1 là dòng chảy vào bắt đầu và cuối thời đoạn t, Ot và Ot+1 là dòng chảy vào bắt đầu và cuối thời đoạn t, St và St+1 là dung tích hồ lúc bắt đầu và cuối thời đoạn t

2

t

I

I

+

+

+

−

(

)

O t

t

t

O t

1 +

1 +

S 1 t + t ∆

S 2 t ∆

  

 = 

  

  

Phương trình này có thể viết lại như sau

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Mô hình hồ chứa này được kết hợp với các mô hình mưa dòng chảy khác. Khi nhập vào mô hình thì ta phải nhập các quan hệ lượng trữ - dòng chảy ra. quan hệ lượng trữ - dòng chảy ra (hoặc là quan hệ mực nước – lượng trữ - dòng chảy ra hay mực nước – diện tích – dòng chảy ra ) được xây dựng và cung cấp bởi các thông số hồ chứa, số cửa ra hoặc đập tràn tự do. Hình vẽ dưới đây mô phỏng một số quan hệ đơn giản.

11

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 2.2. Đường đặt tính hồ chứa

Chi tiết về phần mềm HEC-HMS ở các phụ lục kèm theo

III. Chế độ làm việc của hồ Hòa Bình, hồ Tuyên Quang, Hồ Thác Bà III.1. Các thông số chủ yếu của hồ Hòa Bình

(cid:131) Cao trình đỉnh đập: +123 m

(cid:131) Mực nước dâng bình thường: +115 m

(cid:131) Mực nước gia cường: +120 m

(cid:131) Sau khi nâng cao lõi đập: Mực nước gia cường: +122 m

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

(cid:131) Dung tích cưỡng bức (từ cao trình +115 m~ +120 m): 0,7 tỷ m3

12

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

(cid:131) Dung tích phòng lũ hạ du: 4,9 tỷ m3

(cid:131) Công trình xả lũ: 12 cửa xả đáy kích thước mỗi cửa: BxH = 10 x 6 m; ngưỡng tràn : +56 m; 6 cửa xả mặt kích thước mỗi cửa: BxH = 10x15 m; ngưỡng tràn: +102m

(cid:131) Công suất lắp máy : 1920 MW

(cid:131) III.2. Các thông số chủ yếu của hồ Tuyên Quang

(cid:131) Diện tích lưu vực F=14972 km2.

(cid:131) Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tần suất 0.02%: 2735 m3/s

(cid:131) Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tần suất 0.01%: 17258 m3/s

(cid:131) Mực nước gia cường ứng với lũ 0.01%: +123,89 m

(cid:131) Mực nước gia cường ứng với lũ 0.02%: +122,55 m

(cid:131) Mực nước dang bình thường MNDBT: +120,00 m

(cid:131) Mực nước trước lũ: +105,22 m

(cid:131) Mực nước chết: +90.00 m

(cid:131) Dung tích toàn bộ Wtb: 2260×106 m3

(cid:131) Dung tích hiệu dụng Vhd: 1699×106 m3

(cid:131) Dung tích điều tiết nhiều năm Vnn: 622×106 m3

(cid:131) Dung tích điều tiết năm Vn: 1070×106 m3

(cid:131) Dung tích chết Vc: 561×106 m3

(cid:131) Dung tích phòng lũ Vpl: (1000 ÷1500)×106 m3

(cid:131) Công suất lắp máy: 342 MW

(cid:131) Tràn xả mặt: cửa van cung kiểu tràn thực dụng:

o Cao trình ngưỡng tràn: 104.85 m

o Số lượng và kích thước cửa van n(BxH): 4(15×15,15) m

(cid:131) Tràn xả sâu:

o Cao trình ngưỡng lỗ:79 m

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

o Số lượng và kích thước lỗ xả sâu (BxH): 8(4.5×6.0) m

13

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 2.3: Quan hệ mực nước –dung tích hồ chứa hồ Tuyên Quang

14

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

III.3. Các thông số chủ yếu của hồ Thác Bà

Hình 2.4: Quan hệ mực nước –dung tích hồ chứa hồ Thác Bà

(cid:131) Cao trình đỉnh đập: +62 m

(cid:131) Cao trình mực nước gia cường: +59,3 m

(cid:131) Cao trình mực nước dâng bình thường: +58,0 m

(cid:131) Cao trình mực nước trước lũ: +56,5m

(cid:131) Dung tích phòng lũ hạ du: 0,450 tỷ m3

(cid:131) Dung tích chết 330 triệu m3

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

III.4 Chế độ làm việc của hệ thống hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà

15

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

III.4.1. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ sớm

1. Quy định về mực nước: cao trình mực nước trước lũ các hồ trong thời kỳ lũ sớm không được vượt quá quy định trong Bảng 5.1.

Bảng 2.4. Quy định về mực nước

Tên hồ Hòa Bình Tuyên Quang Thác Bà

98 105,2 56

Cao trình mực nước (m)

2. Quy định về chế độ vận hành

a) Hồ Hòa Bình:

- Từ ngày 01 tháng 7 nếu không cắt lũ, bắt đầu điều tiết để đưa dần mực nước hồ về mực nước trước lũ của thời kỳ lũ chính vụ, sao cho đến ngày 16 tháng 7 mực nước hồ nằm trong phạm vi quy định tại Bảng 6.1;

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt quá 10,5 m trong 24 giờ tới, được sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 98 m ÷ 102 m để cắt lũ, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá 10,5 m;

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt quá 11,5 m trong 24 giờ tới, được sử dụng tiếp dung tích hồ trong khoảng cao trình 102 m ÷ 105 m để cắt lũ, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá 11,5 m.

Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại trạm thuỷ văn Hà Nội xuống dưới mức 11 m, xả nước, đưa dần mực nước hồ về cao trình mực nước trước lũ thời kỳ lũ sớm.

b) Hồ Tuyên Quang: khi dự báo mực nước sông Lô tại thị xã Tuyên Quang vượt quá 26 m trong 24 giờ tới, được phép sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 105,2 m ÷ 113 m để cắt lũ, giữ mực nước sông Lô tại thị xã Tuyên Quang không vượt quá 27 m. Khi mực nước hồ đạt 113 m, được xả xuống hạ du lưu lượng bằng lưu lượng đến hồ. Sau đỉnh lũ, khi mực nước tại thị xã Tuyên Quang xuống dưới cao trình 26 m, xả nước, đưa mực nước hồ về cao trình 105,2 m.

c) Hồ Thác Bà: được sử dụng dung tích hồ trong khoảng cao trình 56 m ÷ 58 m để điều tiết lũ. Sau đỉnh lũ, xả nước, đưa mực nước hồ về mực nước trước lũ.

II.4.2. Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ chính vụ

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

1. Quy định về mực nước: cao trình mực nước trước lũ các hồ trong thời kỳ lũ chính vụ không được vượt quá quy định trong Bảng 6.1.

16

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Bảng 2.5. Quy định về mực nước trong thời kỳ lũ chính vụ

Tên hồ Hòa Bình Thác Bà

Tuyên Quang

90 ÷ 94 105,2 56

Cao trình mực nước (m)

2. Quy định về chế độ vận hành

a) Hồ Hòa Bình:

- Căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi Trường, nếu thấy khả năng xuất hiện lũ có chu kỳ lặp lại trên 100 năm tại Sơn Tây, khi chưa tham gia cắt lũ, phải nhanh chóng đưa mực nước hồ về cao trình 90 m;

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt 11,5 m trong 24 giờ tới, hồ Hoà Bình được sử dụng dung tích từ cao trình mực nước trước lũ đến cao trình mực nước 98 m để cắt lũ, giữ mức nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 11,50 m;

- Khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội đã vượt 11,5 m, dự báo trong 24 giờ tới lũ vẫn lên nhanh, tiếp tục cắt lũ, kết hợp với sự tham gia cắt lũ của các hồ Tuyên Quang và Thác Bà để giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,1 m, mực nước hồ không vượt quá cao trình 115 m;

- Khi dự báo mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt 13,1 m trong 24 giờ tới, hồ Hoà Bình tiếp tục phối hợp với các hồ Tuyên Quang và Thác Bà để cắt lũ, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,4 m, mực nước hồ không vượt quá cao trình 117 m.

Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội xuống dưới 11,50 m, xả nước, đưa mực nước hồ về mức quy định tại Bảng 6.1.

Sau ngày 16 tháng 8, căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu lũ chính vụ có khả năng kết thúc sớm, được Ban Chỉ đạo phòng, chống lụt bão Trung ương cho phép, dâng dần mực nước hồ nhưng không vượt quá cao trình 106 m.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

b) Hồ Tuyên Quang: căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi Trường, nếu không có khả năng xuất hiện lũ có chu kỳ lặp lại trên 100 năm tại Sơn Tây, vận hành hồ theo khoản 2 điểm b Điều 5.

17

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Trường hợp Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường nhận định có khả năng xuất hiện lũ có chu kỳ lặp lại trên 100 năm tại Sơn Tây, đưa hồ về cao trình mực nước trước lũ và vận hành như sau: khi dự báo trong 24 giờ tới mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt cao trình 12,0 m, mực nước hồ Hòa Bình vượt cao trình 102 m hoặc trong trường hợp mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt cao trình 12,8 m, hồ Tuyên Quang bắt đầu tham gia cắt lũ để cùng hồ Hoà Bình và hồ Thác Bà giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,4 m. Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội xuống dưới cao trình 12,0 m, xả nước, đưa mực nước hồ về mức quy định trong Bảng 6.1

Sau ngày 16 tháng 8, căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên Môi trường, nếu lũ chính vụ có khả năng kết thúc sớm, được Ban Chỉ đạo phòng, chống lụt bão Trung ương cho phép, dâng dần mực nước hồ lên cao trình 113 m.

c) Hồ Thác Bà: khi dự báo trong 24 giờ tới mực nước sông Hồng tại Hà Nội vượt cao trình 13,1 m, hồ Thác Bà bắt đầu tham gia cắt lũ để cùng hồ Hòa Bình và Tuyên Quang giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,4 m, mực nước hồ không vượt quá cao trình 58 m. Sau đỉnh lũ, khi mực nước sông Hồng tại Hà Nội xuống dưới cao trình 13,1 m, xả nước, đưa mực nước hồ về mức quy định trong Bảng 6.1

Sau ngày 16 tháng 8, căn cứ nhận định tình hình thời tiết của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu lũ chính vụ có khả năng kết thúc sớm, được Ban Chỉ đạo phòng, chống lụt bão Trung ương cho phép, dâng dần mực nước hồ lên cao trình mực nước dâng bình thường.

III.4.3 Điều tiết các hồ trong thời kỳ lũ muộn

1. Hồ Hòa Bình:

a) Căn cứ nhận định của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu mùa lũ có khả năng kết thúc sớm, hồ được phép tích dần lên cao trình mực nước dâng bình thường (+117 m);

b) Khi mực nước hồ đã ở cao trình 117 m, nếu xẩy ra lũ muộn, được xả xuống hạ du lưu lượng bằng lưu lượng đến, giữ mực nước hồ không vượt quá 117,3 m.

2. Hồ Tuyên Quang:

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

a) Căn cứ nhận định của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nếu mùa lũ có khả năng kết thúc sớm, hồ được phép tích dần lên cao trình mực nước dâng bình thường (+120 m);

18

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

b) Khi mực nước hồ đã ở cao trình 120 m, nếu xẩy ra lũ muộn, được xả xuống hạ du lưu lượng bằng lưu lượng đến, giữ mực nước hồ không vượt quá 120 m.

3. Hồ Thác Bà

Khi mực nước hồ đã ở cao trình 58 m, nếu xẩy ra lũ muộn, được xả xuống hạ du lưu lượng bằng lưu lượng đến, giữ mực nước hồ không vượt quá 58 m.

III.4.4. Vận hành đảm bảo an toàn công trình

1. Vận hành đảm bảo an toàn công trình thuỷ điện Hòa Bình.

Khi mực nước hồ Hòa Bình đã ở mức 117 m mà dự báo lũ sông Đà tiếp tục lên, mực nước hồ có thể vượt cao trình 117,3 m, bắt đầu chế độ vận hành đảm bảo an toàn công trình: mở dần hoặc mở liên tiếp các cửa xả sâu, xả mặt để khi mực nước hồ đạt cao trình 117,3 m, toàn bộ các cửa xả sâu, xả mặt, các cửa van cửa lấy nước đã được mở hết.

Việc mở các cửa xả phải tiến hành lần lượt để tổng lưu lượng xả xuống hạ du không được lớn hơn tổng lưu lượng đến hồ cộng trừ sai số lưu lượng xả của một cửa xả sâu.

2. Vận hành đảm bảo an toàn công trình thuỷ điện Tuyên Quang

Khi mực nước hồ Tuyên Quang đã ở mức 120 m mà dự báo lũ sông Gâm tiếp tục lên, mực nước hồ có thể vượt 120,5 m, bắt đầu chế độ vận hành đảm bảo an toàn công trình: mở dần hoặc mở liên tiếp các cửa xả sâu, xả mặt để khi mực nước hồ đạt cao trình 120,5 m, toàn bộ các cửa xả sâu, xả mặt và các cửa van cửa lấy nước đã được mở hết.

Việc mở các cửa xả phải tiến hành lần lượt để tổng lưu lượng xả xuống hạ du không được lớn hơn tổng của lưu lượng đến hồ cộng trừ sai số lưu lượng xả của một cửa xả sâu.

3. Vận hành đảm bảo an toàn công trình Thác Bà

Khi mực nước hồ Thác Bà đã ở mức 58 m mà dự báo lũ sông Chảy tiếp tục lên, mực nước hồ có thể vượt 59,6 m, bắt đầu chế độ vận hành đảm bảo an toàn công trình, mở dần các cửa đập tràn, các cửa van cửa lấy nước để khi mực nước hồ đạt cao trình 59,6 m, toàn bộ các cửa xả của tràn và các cửa van cửa lấy nước đã được mở hết.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Việc mở các cửa xả phải tiến hành lần lượt để tổng lưu lượng xả xuống hạ du không được lớn hơn lưu lượng đến hồ.

19

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chương III: Kết nối dự báo mưa lũ trung hạn với điều hành hệ thống hồ chứa phòng lũ đồng bằng s. Hồng - Thái Bình

I. Phân chia lưu vực

Mô hình điều hành hồ chứa trên hệ thống sông Hồng – sông Thái Bình trong

nghiên cứu này sử dụng phần mềm HEC-HMS.

Lưu vực sông Hồng sông Thái Bình tình đến Hà Nội được chia ra làm nhiều lưu vực nhỏ có diện tích từ 3000 đến 10000 km2. Trên sông Đà, phần lưu vực phía trên hồ Hòa Bình được chia làm 7 lưu vực bao gồm các lưu vực Man Yến, Trung Ái Kiều, Lý Tiến Độ, Nậm Giàng, Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình. Trên sông Thao có 7 lưu vực tính đến trạm Yên Bái gồm các lưu vực Đại Đồng, Thủy Cầu, Ma Mốc, Hoàng Mao, Lao Cai, Bảo Hà, Yên Bái. Trên sông Chảy tính đến hồ Thác Bà có các lưu vực Lạc Khước và Thác Bà. Trên sông Gâm tính đến hồ Tuyên Quang có 3 lưu vực gồm Thượng Qua, Bảo Lạc và Na Hang. Trên sông Lô có các lưu vực Long Đảng, Ma Phật La, Bắc Quang. Ngoài ra còn nhiều các phụ lưu khác như Việt Trì nằm dưới trạm Yên Bái và phía dưới hồ Hòa Bình, Tuyên Quang nằm dưới trạm Tuyên Quang, Chiêm Hóa nằm phía dưới hồ Tuyên Quang. Các thông số của các lưu vực cụ thể ở bảng sau:

Bảng 3.1: Các lưu vực phụ

Diện tích (km2) TT Lưu vực

1 Bac Quang 3645

2 Bao Ha 3305

3 Bao Lac 4694

4 Chiem Hoa 1488

5 Dai Dong 9111

6 Hoa Binh 6936

7 Hoang Mao 4164

8 Lac Khuoc 4364

9 Lai Chau 9081

10 Lao Cai 6089

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

11 Long Dang 3984

20

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

12 Ly Tien Do 9714

13 Ma Lat Pha 3824

14 Ma Moc 9329

15 Man Yen 5084

16 Na Hang 4239

17 Nam Giang Basin 6361

18 Son La 6262

19 Thac Ba 2238

20 Thuong Qua 4572

21 Thuy Cau Basin 8991

22 Trung Ai Kieu Basin 7295

23 Tuyen Quang 3345

24 Viet Tri 4835

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

24 Yen Bai 3439

21

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.1: Sơ đồ mô phỏng lưu vực sông Hồng đến Hà Nội

II. Kết nối dữ liệu từ dữ liệu mưa vào chương trình dự báo dòng

chảy

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Dữ liệu để dự báo được nhận hàng ngày qua mạng Internet vào lúc 9h00. Các dữ liệu mưa và mực nước định dạng dưới dang text, dữ liệu lưu lượng vào, ra khỏi hồ dưới dạng bảng Excel.

22

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.2: Thư mục chứa số liệu khí tượng thủy văn

Hàng ngày chúng tôi nhận dữ liệu mưa khí tượng, mưa thủy văn, mực nước của các trạm khí tượng thủy văn trên cả nước. Mỗi một trạm có dữ liệu trên một file riêng và tên file được ký hiệu bằng mã trạm

Để hỗ trợ phần mềm HEC-HMS, chúng tôi đã xây dựng thêm một chương trình để hỗ trợ đọc các dạng File dữ liệu và ghi vào dưới dạng cơ sở dữ liệu DSS của phần mềm HEC. Từ cơ sở dữ liệu này có thể sử dụng liên thông với các phần mềm HEC khác nhau.

Hình 3.3: Menu dự báo thủy văn

Chương trình gồm 1 menu Dự báo thủy văn với các mục “lọc dữ liệu” là lọc dữ

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

liệu từ các file dữ liệu dưới dạng text về dạng file dữ liệu DSS

23

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.4: Cửa sổ lọc dữ liệu

Chúng ta chọn tên thư mục chứa các file mưa và mực nước, ở mục thứ hai chọn thời gian bắt đầu lọc dữ liệu. Ở mục lượng mưa ngày dự kiến là lượng mưa ngày dự kiến cho hai ngày tiếp theo. Lượng mưa này dựa trên bản tin dự báo thời tiết được báo cáo hàng ngày do trung tâm dự báo quốc gia gửi hàng ngày.

Chương trình sẽ tự động định dạng DSS như sau:

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 3.5: Kết quả lọc dữ liệu

24

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Từ menu của DSS Add-ins, chúng ta chọn menu Store (cid:206) Regular Time Series

Hình 3. 6: Menu ghi kết quả

Tại hộp hội thoại Store Regular Interval Time Series Data ta chọn bảng cần lưu

trữ vào File DSS sau đó chọn OK

Hình 3. 7: Hộp hội thoại ghi kết quả

Do định dạng của file lưu lượng vào hồ Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang khác các file khác nên chúng tôi để những phần này ở định dạng riêng, Tuy nhiên về cơ bản định dạng file DSS thì vẫn giống nhau. Phần mưa của các trạm mưa bên Trung Quốc cũng ở file có định dạng riêng nên cũng nằm ở một sheet riêng.

III. Sử dụng công nghệ dự báo trung hạn bằng HEC-HMS

Toàn bộ mạng lưới sông Hồng từ thượng lưu phía Trung Quốc cho đến trạm Hà Nội đã được chúng tôi xây dựng trong mô hình HEC-HMS. Khi nhận số liệu đo đạc từ Văn phòng thường trực của ban chỉ đạo PCLBTW chúng tôi tiến hành làm công tác dự báo tác nghiệp theo các bước sau:

Bước 1: Nhập số liệu

Sau khi nhận số liệu từ Văn phòng thường trực của ban chỉ đạo PCLBTW

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

chúng tôi kiểm tra các loại số liệu đã đầy đủ cho công tác dự báo hay chưa? Nếu số liệu đã đầy đủ thì chúng tôi bắt đầu tiến hành nhập số liệu.

25

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Danh sách các trạm mưa và trạm mực nước cần phải lọc dữ liệu được liệt kê ở

Sheet “Stations”. Nếu cần thêm bớt trạm nào chúng ta chỉ cần thêm bớt các trạm ở danh sách này

Hình 3.8: Danh sách các trạm khí tượng – thủy văn

Từ menu của chương trình “Du bao TV” (cid:206) chọn menu “Loc du lieu” chương

trình sẽ hiện ra hộp hội thoại sau:

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 3.9: Menu lọc dữ liệu

26

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hộp tên thư mục chứa các file mưa, mực nước cho phép chúng ta chọn thư mục

đường dẫn đến các file số liệu mưa và mực nước.

Ở mục thứ hai chọn thời gian bắt đầu lọc dữ liệu. Ở mục lượng mưa ngày dự

kiến là lượng mưa ngày dự kiến cho hai ngày tiếp theo. Nếu chúng ta không muốn chương trình dự báo mưa cho các ngày tiếp theo thì chúng ta bỏ lựa chọn ở mục dự báo mưa. Sau khi điền đầy đủ các thông số thì chọn Ok để chương trình bắt đầu lọc dữ liệu.

Chương trình sẽ tự động định dạng DSS như sau:

Hình 3.10: kết quả lọc dữ liệu

Chương trình này chỉ lọc dữ liệu mưa và mực nước của các trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Hồng phần lãnh thổ Việt Nam. Lưu lượng, mực nước của các hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà được gửi dưới dạng riêng nên chúng ta nhập ở phần riêng. Để nhập lưu lượng vào ra, mực nước của các hồ này ta chọn menu “Du bao TV” (cid:206) “Luu luong”

Lượng mưa của các trạm thủy văn Trung Quốc gồm Trung Ái Kiều, Lý Tiến

Độ, Nguyên Giang, Mạn Hảo có lượng mưa thực đo 6 giờ và cũng nhập ở sheet riêng. Để nhập các lượng mưa này ta chọn menu “Du bao TV” (cid:206) “Mua Trung Quoc”

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Bước 2: Ghi số liệu ra dạng file *.DSS

27

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Chương trình HEC-DSS Data Exchange Add-in laf 1 phần mở rộng của HEC- DSS được viết cho excel. Để hiện thị phần này từ Excel ta chọn menu Tool (cid:206) Add- ins và tích vào ô HEC-DSS MS Excel Data Exchange

Hình 3.11: Tải chương trình DSS

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Để ghi số liệu ra dạng file *.DSS, đầu tiên ta phải mở file DSS đã có. Từ menu file của chương trình HEC-DSS MS Excel Data Exchange ta chọn File (cid:206) Open. Hộp hội thoại Open file sẽ hiện ra cho phép ta chọn file DSS mà ta cần ghi số liệu vào.

28

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.12: Mở File DSS

Các số liệu cần ghi vào file DSS hàng ngày bao gồm Mưa bên Việt Nam, Mực

nước, Mưa bên Trung Quốc, Lưu lượng vào, ra khỏi hồ.

Để ghi số liệu, từ menu của DSS Add-ins, chúng ta chọn menu Store (cid:206)

Regular Time Series

Tại hộp hội thoại Store Regular Interval Time Series Data ta chọn bảng cần lưu

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

trữ vào File DSS sau đó chọn OK

29

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.13: Ghi lại dữ liệu

Bước 3: Điều chỉnh các thông số ban đầu

Các thông số ban đầu của ngày dự báo thường là các thông số dòng chảy ban

đầu, mực nước hồ ban đầu, thấm ban đầu. Chúng ta phải kiểm tra và chỉnh sửa lại các thông số này cho phù hợp

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 3.14: Dòng chảy ban đầu

30

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.15: Thông số hồ Hòa Bình

Ngày bắt đầu và kết thúc dự báo cũng phải chỉnh lại cho phù hợp. Thông thường ngày bắt đầu được chọn trước 3 ngày so với ngày hiện tại phát bản tin dự báo, ngày kết thúc thường được chọn từ 1 đến 3 ngày là thời gian dự kiến. Sau khi chọn thời gian chạy và hoàn tất các bước thì chúng ta chạy chương trình để làm dự báo

Bước 4: Chạy chương trình và kiểm tra kết quả dự báo

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Hình 3.16:Thử nghiệm công nghệ dự báo lũ trung hạn cho mùa lũ 2007

31

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

III. Tính toán dòng chảy từ mưa

Hình 3.17: Dòng chảy vào hồ Hòa Bình tính toán và thực đo năm 2003

Kết quả tính toán dòng chảy vào Hồ chứa Hòa Bình từ 25/06/2003 đến 08/08/2006 cho thấy đỉnh dòng chảy tính toán và thực đo phù hợp nhau cả về đỉnh lẫn dạng lũ. Sai số dự báo chỉ số Nash đạt Nash=0.77.

Hình 3.18: Đường quá trình dự báo và thực đo dòng chảy vào hồ Hoà Bình từ 16/7 đến 12/9/2007

Do có phần lớn diện tích nằm bên Trung Quốc nên dòng chảy vào hồ Hòa Bình

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

bị ảnh hưởng nhiều từ lượng mưa bên Trung Quốc. Trong khi đó số liệu đo đạc mưa bên Trung Quốc chủ yếu là mưa 12 giờ nên việc tính toán dòng chảy vào hồ cũng sai

32

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

số nhiều hơn. Kết quả dự báo mực năm 2007 tại Hòa Bình từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007 cho thấy: Lưu lượng tính toán và lưu lượng dòng chảy vào hồ mà chúng tôi nhận được từ Văn phòng Ban chỉ đạo PCLBTW tương đối phù hợp nhau. Với kết quả này có thể chấp nhận được trong dự báo.

Hình 3.19: Đường quá trình dự báo và thực đo dòng chảy vào hồ Tuyên Quang từ 18/7 đến 10/9/2007

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Kết quả dự báo tại Tuyên Quang từ 18/07 cho đến tháng 9 năm 2007 cho thấy dòng chảy vào hồ tính toán bằng mô hình HEC-HMS phù hợp với dòng chảy vào hồ mà chúng tôi nhận được từ Văn phòng Ban Chỉ huy PCLBTW. Đỉnh dòng chảy đạt lúc 17h00 ngày 27/07/2007 còn đỉnh dòng chảy thực tế là 2207.67 m3/s lúc 09h00 ngày 27/07/2007. Sai số về đỉnh là 27.6%. Nhưng nhìn chung về dạng dòng chảy là phù hợp.

33

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.20: Đường quá trình dự báo dòng chảy vào hồ Thác Bà từ 18/7 đến 10/9/2007

Bảng 3.2: Kết quả đánh giá sai số dự báo từ mô hình HEC

Trạm EI gian số RMSE S/σ Thời trễ (giờ)

0.31 1687.25 0.83 76 Sai đỉnh (%) 9.67

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Tuyên Hồ Hoà Bình Hồ Quang 0.10 354.63 0.95 10 24.93

34

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.21: Tỏng hợp kết quả

IV. Điều hành hệ thống hồ chứa Hòa Bình năm 2003 khi chưa có hồ

Tuyên Quang

Mực nước trạm Sơn Tây tính toán và thực đo năm 2003

14

Tính Toán Thực đo

12

10

8

)

(

m H

6

4

2

0

1

27 53 79 105 131 157 183 209 235 261 287 313 339 365 391 417 443 469 495 521

Thứ tự

Hình 3.22: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tại Sơn Tây từ 7h 25/06 đến 08/08/2003

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Kết quả tính toán dự báo tại trạm Sơn Tây từ 25/06 đến 08/08/2003 cho kết quả tính toán phù hợp với kết quả thực đo. Kết quả dự báo tại các trạm khác cũng phù hợp. Đỉnh dòng chảy tính toán phù hợp với đỉnh dòng chảy thực đo. Năm 2003 chưa có sự điều tiết lũ của hồ Tuyên Quang nên kết quả dự báo chính xác, đường mực nước dự báo tại các trạm dưới hạ lưu tương đối ổn định, ít bị biến động nhiều.

35

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

V. Điều hành hệ thống hồ chứa hòa bình và Tuyên Quang năm 2006

Mực nước trạm Tuyên Quang tính toán và thực đo năm 2006

29

27

25

23

)

(

m H

Tinh Toan Thuc do

21

19

17

15

1

15 29 43 57 71 85 99 113 127 141 155 169 183 197 211 225 239 253

Thứ tự

Hình 3.23: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tại Sơn Tây từ 7h 15/07 đến 06/08 năm 2006

Kết quả dự báo tại trạm Tuyên Quang từ 15/07 đến 06/08 năm 2006 cho kết quả chính xác với sai số dự báo Nash = 0.94. Tuy nhiên phần đỉnh lũ chênh lệch nhau khá nhiều do mực nước tại trạm Tuyên Quang rất khó dự báo

Mực nước trạm Sơn Tây tính toán và thực đo năm 2006

16

Tính Toán Thực đo

14

12

10

)

(

8

m H

6

4

2

0

1

15 29 43 57 71 85 99 113 127 141 155 169 183 197 211 225 239 253

Thứ tự

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

36

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.24: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tại Sơn Tây từ 7h ngày 15/07 đến 7h ngày 06/08 năm 2006

Kết quả dự báo mực năm 2007 tại Sơn Tây từ 7h ngày 15/07 đến 7h ngày 06/08 năm 2006 cho thấy: Mực nước tính toán và thực đo phù hợp nhau cả về đỉnh lẫn về dạng dòng chảy, chỉ số Nash Sơn Tây = 0.91 . Với kết quả này có thể chấp nhận được trong sai số dự báo (thường chỉ số Nash trên 0.7)

VI. Điều hành hệ thống hồ chứa hòa bình và Tuyên Quang năm

2007

Quan hệ số cửa - mực nước - lưu lượng xả hồ Hòa Bình

124

119

114

109

)

m

104

( Z

99

94

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

89

84

0

5000

10000

15000

20000

25000

Lưu lượng xả (m3/s)

Hình 3.25: Đường quá trình lưu lượng đến hồ Hòa Bình và lưu lượng xả ra khỏi hồ từ 20/07/07 – 24/08/07

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Để tính toán điều hành thì người dự báo cần biết hôm sau nên mở mấy cửa xả tương ứng với lưu lượng ra khỏi hồ là bao nhiêu. Để xác định lưu lượng ra khỏi hồ chứa thì dựa vào quan hệ mực nước hồ - số cửa mở và lưu lượng xả.

37

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Hình 3.26: Lưu lượng vào hồ Hòa Bình dự báo và thực đo từ 07:00 h 26Jul2007 đến 07:00 h 06Aug2007

Thông thường ở mực nước hồ cao trình 90 m, lưu lượng 1 cửa xả đáy tại hồ Hòa Bình là 1200 m3/s còn ở cao trình 100 m là 1475 m3/s. Lưu lượng qua tuốc bin phụ thuộc vào số tổ máy hoạt động của nhà máy điện. Lưu lượng qua 8 tổ máy tại Hòa Bình hiện nay khoảng 2330 m3/s.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm dùng mô hình HEC-HMS dự báo mực nước cho Hà Nội và điều hành cho hệ thống hồ chứa Hòa Bình – Tuyên Quang – Thác Bà từ 15/07 đến 15/09/2007. Trong năm nay cũng chưa có trận lũ nào lớn vượt báo động cấp 1 tại Hà Nội. Hồ Hòa Bình mở nhiều nhất là 5 cửa xả đáy vào 11h ngày 28/07 khi lưu lượng vào hồ lớn hơn 10.000 m3/s và mực nước hồ > 95 m, sau đó lại đóng vào lúc 9h ngày 02/08. Vào lúc 11h ngày 05/08 Hồ Hòa Bình lại mở cửa xả đáy số 5 cho đến 11 giờ ngày 07/08/2007. Năm 2007 với sự hoạt động của Hồ Tuyên Quang thì công tác dự báo phức tạp hơn so với các năm khác.Diễn biến dòng chảy trên sông Lô vốn đã rất phức tạp cộng với hoạt động của Hồ Tuyên Quang đang trong giai đoạn vận hành thử nghiệm chưa theo quy trình làm công tác dự báo gặp nhiều khó khăn hơn và độ chính xác cũng thấp hơn. Tuy nhiên sau một thời gian làm công tác dự báo, chúng tôi nhận thấy mô hình HEC-HMS cho kết quả khả quan và đáng tin cậy. Dưới đây là kết quả dự báo và vận hành hệ thống hồ chứa trong năm 2007.

38

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mực nước tính toán và thực đo tại Sơn Tây năm 2007

14

12

10

8

)

(

m H

Tinh Toan Thuc do

6

4

2

0

1

33 65 97 129 161 193 225 257 289 321 353 385 417 449 481 513 545 577 609

Thứ tự

Hình 3.27: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tại Sơn Tây từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007

Kết quả dự báo mực năm 2007 tại Sơn Tây từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

12/09/2007 cho thấy: Mực nước tính toán và thực đo phù hợp nhau cả về đỉnh lẫn về dạng dòng chảy, chỉ số Nash Sơn Tây = 0.98. Chỉ tiêu chất lượng S/σ=1.53. Sai số đỉnh là 0.5%. Với kết quả này có thể chấp nhận được trong sai số dự báo (tb hường chỉ số Nash trên 0.7)

39

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Mực nước tại Hà Nội tính toán và thực đo năm 2007

12

10

8

)

(

6

m H

Tinh Toan Thuc do

4

2

0

1

33 65 97 129 161 193 225 257 289 321 353 385 417 449 481 513 545 577 609

Thứ tự

Hình 3.28: đường quá trình mực nước tính toán và thực đo năm 2007 tạiHà Nội từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007

Do trạm Hà Nội nằm xa dưới hạ lưu hồ Hòa Bình so với trạm Sơn Tây nên mực nước tại Hà Nội ít bị ảnh hưởng việc xả lũ của hồ Hòa Bình hơn so với trạm Sơn Tây. Chính vì vậy, chúng ta có thể thấy trên đồ thị quá trình mực nước của Hà Nội có ít các đỉnh nhỏ nhấp nhô hơn so với trạm Sơn Tây. Kết quả dự báo mực nước tại Hà Nội cũng chính xác hơn so với trạm Sơn Tây. Trên đồ thị ta thấy mực nước tính toán và dự báo rất phù hợp nhau cả về đỉnh lẫn dạng mực nước. Chỉ số Nash dự báo tại trạm Hà Nội = 0.94.

Bảng 3.3: thống kê sai số dự báo tại trạm Sơn Tây và Hà Nội

Trạm EI RMSE S/b T gian trễ (giờ) Sai số đỉnh (%)

Sơn Tây 0.98 Hà Nội 0.93 0.41 0.46 0.15 0.26 4 16 0.51 2.01

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Do có phần lớn diện tích nằm bên Trung Quốc nên dòng chảy vào hồ Hòa Bình bị ảnh hưởng nhiều từ lượng mưa bên Trung Quốc. Trong khi đó số liệu đo đạc mưa bên Trung Quốc chủ yếu là mưa 12 giờ nên việc tính toán dòng chảy vào hồ cũng sai số nhiều hơn. Kết quả dự báo mực năm 2007 tại Hòa Bình từ 7h ngày 21/07 đến 07h ngày 12/09/2007 cho thấy: Lưu lượng tính toán và lưu lượng dòng chảy vào hồ mà

40

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

chúng tôi nhận được từ VPCLB tương đối phù hợp nhau chỉ số Nash = 0.79. Với kết quả này có thể chấp nhận được trong sai số dự báo (thường chỉ số Nash trên 0.7)

41

Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình

Kết luận

Nhìn chung các kết quả tính toán và thực đo tại các trạm trên lưu vực sông Hồng khá phù hợp. Các trạm ở phía dưới hạ lưu như trạm Sơn Tây, trạm Hà Nội đường tính toán và thực đo rất sát nhau. Còn ở các trạm như Phù Ninh, Tuyên Quang là các trạm miền núi, quan hệ vòng dây Q-H rộng nên kết quả tính toán và thực đo không thực sự trùng khít nhau (Do quan hệ Q-H là quan hệ vòng dây trong khi quan hệ Q-H đưa và mô hình chỉ là đường cong trơn).

Qua một thời gian làm dự báo và điều hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Hồng – sông Thái Bình, chúng tôi nhận thấy mô hình HEC-HMS cho kết quả rất tốt. Các kết quả dự báo tại các trạm đều cho kết quả cao như tại Sơn Tây năm 2007 Nash=0.89, năm 2006 Nash=0.91, năm 2003 Nash=0.92. Kết quả dự báo lưu lượng vào hồ Hòa Bình cũng khá chính xác Năm 2003 Nash = 0.77, năm 2007 Nash = 0.79. Nhìn chung các kết quả dự báo đều phù hợp nhau cả về đỉnh lẫn về lượng.

Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

Với các kết quả nghiên cứu ban đầu mà chúng tôi đã đạt được, Chúng tôi hy vọng rằng sang các năm tiếp theo, đề tài sẽ tiếp mở rộng nghiên cứu để có thể ứng dụng thực tế tốt hơn nữa.

42

ITALIAN MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS DGPCC - Directorate for Cultural Cooperation

UNIVERSITY OF BRESCIA DICATA - Department of Civil Engineering, Architecture, Land and Environment, Brescia (Italy)

STUDY OF A HYDROGEOLOGICAL SYSTEM TO ASSIST FLOOD CONTROL IN THE RED RIVER DELTA

PROJECT COORDINATOR: PROF. ING. ROBERTO RANZI, PhD

AUTHORS: Ranzi R.1, B. Bacchi1, S. Barontini1, G. Grossi1, L. A. Ngo1, O. Drofa2, A. Buzzi2, P. Malguzzi2

1University of Brescia-DICATA, Brescia (Italy) 2CNR-ISAC, Bologna (Italy) BRESCIA, FEBRUARY 2007

Table of Contents Acknowledgments................................................................................................................................3 PART I – Floods in the Red River basin .............................................................................................4 Introduction..........................................................................................................................................4 Project objectives and methods........................................................................................................4 The flood simulation chain ..............................................................................................................4 The Song Hong (Red River) basin.......................................................................................................7 Physiographic data of the Red River: the Digital Elevation Model (DEM) ..................................11 The river network...........................................................................................................................14 SCS-CN Parameter determination .................................................................................................16 Raingauge and hydrometric stations. .............................................................................................19

PART II - Meteorological simulations of events of heavy rain and flooding in the Red River basin using the BOLAM numerical model..................................................................................................31 1. Introduction....................................................................................................................................31 2. Input grid data from global models................................................................................................31 2.1. Initial and boundary conditions from NCEP analyses and forecasts ......................................31 2.2. Initial and boundary conditions from ECMWF reanalyses, operational analyses and forecasts ........................................................................................................................................................32 3. Description of the BOLAM model ................................................................................................33 4. Results of the BOLAM simulations over the Red River basin ......................................................36 4.1. The event of 1971 ...................................................................................................................38 4.2. The event of 1996 ...................................................................................................................44 4.3. The event of 2000 ...................................................................................................................50 4.4. The event of 2002 ...................................................................................................................56 5. Conclusions....................................................................................................................................66 PART III - Verification of meteorological and hydrological simulations of floods.........................68 The distributed DIMOS-Hong hydrological model ...........................................................................68 The flood routing component of the hydrological model ..............................................................69 Results of the simulations ..............................................................................................................72 Conclusions........................................................................................................................................77 References..........................................................................................................................................78 Annexes..............................................................................................................................................82 A Hydrometic stations ...................................................................................................................82 B Raingauge stations......................................................................................................................85

2

Acknowledgments This research was funded by the Italian Ministry of Foreign Affairs, Directorate for Cultural Cooperation within the Executive programme of Scientific and Technological cooperation between Italy and Vietnam (2006-2008). Funds were granted also by the University of Brescia, the Italian Ministry of Foreign Affairs-DGCS-Directorate for Development Cooperation, and the Vietnam Water Resources University of Hanoi within a project funded by the Vietnamese Government. Prof. Vu Minh Cat, project coordinator for the Water Resources University, Prof. Le Van Nghinh and MSc Hoang Thanh Tung, of the same University, are gratefully acknowledged for their valuable scientific cooperation. Without their support this research could not have been carried out.

3

PART I – Floods in the Red River basin Introduction This report summarises the results of the research project carried out at the University of Brescia in the year 2006 within the Executive programme of Scientific and Technological cooperation between Italy and Vietnam (2006-2008) signed by representatives of the Italian and Vietnamese Governments. Partner of the University of Brescia was the Vietnam Water Resources University which contributed with its teaching and research staff. Their scientific expertise and the knowledge of the hydrology of the Red River was of key importance for the soundness of the research project. Scientists more directly involved in this projects were Prof. Ranzi Roberto, Prof. Baldassare Bacchi, Dr. Stefano Barontini, Dr. Giovanna Grossi, and two Vietnamese PhD students Ngo Le An and Le Thanh Hung, at the University of Brescia. At CNR-ISAC of Bologna Dr. Oxana Drofa, Dr. Andrea Buzzi and Dr. Piero Malguzzi contributed about the meteorological simulation of four severe floods in the Red River area. For the Water Resources University the staff more directly involved were Prof. Vu Minh Cat, Prof. Le Van Nghinh and Hoang Thanh Tung. Ms. Do Le Thuy from the National Center for Hydro Meteorological Forecast (NCHMF) of Hanoi also contributed to the project concerning meteorological aspects of floods in Vietnam.

The results achieved by this project were presented last 15.12.2006 in a Scientific Workshop held at the Water Resources University in Hanoi at the presence of a delegation of the Embassy of Italy in Hanoi and of the Vietnamese Ministries of Science and Technology and of Agriculture and Rural Development and were appreciated by the participants. Project objectives and methods The project objectives can be summarised in the following:

• Extend the warning time of flood forecasts in the Red River to 3-5 days • Test the capability of mesoscale meteorological models for Quantitative Precipitation

•

Forecasts in tropical regions Improve the accuracy of flood forecasts using coupled mesoscale meteorological and distributed hydrological models

To achieve results in this direction meteorological and hydrological aspects of some heavy flood events occurred in the year 1971, 1996, 2000 and 2002 were investigated. The orography, soil type, land use, river network of the Red River basin were studied after field surveys, GIS and topographic maps of the Vietnamese and Chinese part of the basin, as described in Part I of this report. In Part II the results of the meteorological simulation of four major floods are described, together with the set-up of the meteorological simulation chain. In Part III results about the verification of the meteorological simulated fields together with the results of the hydrological simulation are reported. The flood simulation chain To extend the warning time of floods, it is today recognised (Pappenberger at al., 2005, Bartholmes and Todini, 2005) that, at least for midsize catchments, with area between 1’000 and 10’000 km2 and, even more, for larger basins mesoscale meteorological models (MMM) have been improving in the recent years their accuracy for predicting precipitation up to 2-3 days ahead. Starting with the very end of the last century several international research projects, as the Mesoscale Alpine Programme (Bougeault et al., 2001), investigated potentials and limitations of coupled use of mesoscale meteorological models and hydrological models in predicting river floods. As a demonstration such modelling chains were quite successfully tested also in real time

4

(Ranzi et al., 2003, 2007; Benoit et al., 2003). Since that period Quantitative Precipitation Forecasts are widely used as precipitation forcing data to hydrological models. Although problems still exists in predicting precipitation in small catchments (Chancibault et al., 2006) and when convection is the dominant mechanism of precipitation (Malguzzi et al., 2006), considering the response time of large basins, with size up to 100’000 km2 or more, as the Red River, it is reasonable to investigate the possibility to extend up to 5 days the flood warning time for this basin also, which threatens villages and big towns, infrastructures and agricultural areas along its river channels and in the heavily populated Red River Delta. Based on that experience the flood forecasting chain set up for the Red River basin is structured as in Figure 1. The ECMWF Global Circulation Model (GCM) provides initial and boundary conditions to the BOLAM hydrostatic Mesoscale Meteorological Model (MMM). This model is implemented at two resolution, the coarser one (Δx ~ 18 km) providing atmospheric fields every three hours which are used as initial and boundary condition for the high resolution (Δx ~ 8 km) model set-up, in a self-nesting procedure (Figure 2). More details are provided in Part II of this report.

GCM:ECMWF ERA40/TL511L60 deterministic analysis & forecast GCM:ECMWF ERA40/TL511L60 deterministic analysis & forecast Initial Conditions Initial Conditions

BOLAM ‘father’ 0.17°~ 19 km BOLAM ‘father’ 0.17°~ 19 km

Boundary Conditions Boundary Conditions

13 Aug 13 Aug

15 Aug 15 Aug

14 Aug 14 Aug

Spin-up Spin-up 12 GMT 12 Aug. 1971 12 GMT 12 Aug. 1971

BOLAM ‘son’ Δx =0.077°∼8 km BOLAM ‘son’ Δx =0.077°∼8 km

Period of accumulation of 1h precipitation Period of accumulation of 1h precipitation

DIMOS-Hong flood model DIMOS-Hong flood model Δx=1000 m Δx=1000 m

The deterministic The deterministic GCM-MMM-Hydrological GCM-MMM-Hydrological model chain model chain

14 Aug. 00 GMT Period of flood forecast 14 Aug. 00 GMT Period of flood forecast

Figure 1 – The meteorological and hydrological flood modelling chain (see the text for the description).

5

Scheme of BOLAM simulation strategy for the 4 selected flood case studies Scheme of BOLAM simulation strategy for the 4 selected flood case studies

full line segments indicate full line segments indicate the BOLAM-father simulations the BOLAM-father simulations (each lasting 72 hours) (each lasting 72 hours)

dashed line segments dashed line segments (below the full line segments) (below the full line segments) indicate the BOLAM-son simulations indicate the BOLAM-son simulations (of 48 hours each) (of 48 hours each)

vertical arrows connect father vertical arrows connect father simulations with the corresponding simulations with the corresponding son simulations son simulations

Figure 2 – The meteorological and hydrological flood modelling chain (see the text for the description). The hourly precipitation fields predicted by BOLAM provide the precipitation forcing to the hydrological distributed DIMOS-Hong model (DIstributed hydrological MOdel for the Song Hong), as will be described in Part III.

6

The Song Hong (Red River) basin The Red river system is the largest one in the north of Vietnam stretching from 20.00°N to 25.30°N and 100°E to 106°E. It is bounded with China in the North, separates from the central Vietnam river systems by Truong Son mountain ranges. The mainstream is 1175 km long and flows in the NW to SE direction to the Gulf on Tonkin in the South China Sea (Ngo Dinh Tuan, 2005; Tran Tuat et al., 1987). The total catchment size is 169,000 km2 and about 51% of the total area is in Vietnam, the rest in China (Figure 3). After entering the China-Vietnam border in Lao Cai where the drained area is 41000 km², the main river flows through 12 provinces of Vietnam.

Figure 3 – Virtual satellite overview of the Red River region. Streams are superimposed.

7

107°

108°

102°

103°

106°

101°

104°

105°

100°

26°

(

25°

C I N A

24°

23°

23°

Bao Lac

Ha Giang

Bac Me

1

Muong Te

Bac Quang

Tam Duong

Chî R·

Sin Ho

Lao Cai Tµ Thµng

Chî §ån

Vinh Tuy

Bao Ha

NÆm P«

Chiem Hoa

Lai Chau

Ham Yen

22°

22°

Thanh S¬n

Quynh Nhai

Tuyen Quang

NOTA

Thac Ba

Yen Bai

Nam Chien

Bacino del fiume Da

Phu Ninh Phu Tho

Ta Bu Son La

Viet Tri

Cß Nßi

Son Tay

V¹n Yªn

21°

21°

Bacino del fiume Thao

Hμ Néi

Th¸c Méc

H o a B i n h H o a B i n h

Bacino del fiume Lo

L

A

O

Fiume

S

Il confini nazionali

20°

20°

108°

107°

102°

103°

104°

105°

106°

Figure 4 – The Red River basin. Red circles represent raingauge stations, Green triangles hydrometric stations.

The highest peaks are of 2,000 to 3,000 m at the boundary with China, lowering to the Vietnam and more or less at sea level at the river mouths flowing to the sea. Mountain and midland is about 60% with mean altitude of 500m. The geological history of the catchment can be briefly represented as following: the main river is located on a tectonic fault in which some parts are elevated to form mountains and midland, meanwhile others are lowered to form plain.

Three main tributaries in Red River system are Thao, Da and Lo rivers (Figure 4). The Da River has a catchment area of 52’600 km2 and the river length is about 980 km, some 45% thereof in China and 55% in Vietnam. The Lo River has the catchment area of 39’000 km2 of which 22’748 km2 is in Vietnam. The length of the Lo River is 470 km. The Red River raises at 1776 m height in mountain region of Yunnan Province, China, flows to Vietnam at Lao Cai and pours into the East Sea at Ba Lat. The length in Vietnam is 556 km and the mean value of bed slope is 0.0013. The river channel width in its upstream part is rather narrow, with an average of 40m to 60m in winter and its bottom of about 100 m above mean sea level, while mountains with the height of around 2,000m reaching to the river bank. The middle reach has slope less than 0.01 and river width up to 300m - 400m (Figure 5), including floodplain areas, with bank elevation of 25m from Lao Cai to Viet Tri.

8

Figure 5. The Red River upstream the Pho Lu bridge (Photo: Ranzi)

In the flood season water overflows into the mainland and many sandbars are formed in the river bed. Downstream part starts at Viet Tri and runs through the plain where flow is restricted under the dike system. The main river is branched off to create 8 river mouths, but 3 impounded. Forest degraded suddenly from 42% in 1942 to 31% in 1987 and continuously lowering due to wars, reclamation etc. The climate of the basin is tropical to subtropical. It is dominated by the monsoon wind of East Asia, the northeast monsoon in winter and the southwest monsoon in summer. The basin is located next to sub-humid tropical region of South East Asia. Since the topography is divided emphatically by ranges of mountain and climate regime is affected by many pressure systems, rainfall in the basin varies strongly in space. Only 10 percent of the rain falls from November to March, the dry season in the basin. May to September is the rainy season, during which rainfall is 15 times that of the dry season. In the Delta region, effects of typhoon are more directly from June to October, especially in July and August with maximum wind speed of 50 m/s near the coastline and the amount of precipitation during storms is usually about 200 - 300 mm/day.

9

Figure 6 – Terraced crops and tropical forest in the Sapa area, close to Lao Cai (Foto: Ranzi).

Flood situation: the causes of big floods in the Red River Delta are monsoons and weather phenomena such as fronts, tornadoes, storms, tropical storms, influence of remote storm. The combination of monsoons and weather turbulences causes heavy rain over the basins of Da, Lo and Thao River. These, in turn, cause extreme floods in the Red River Basin. Therefore, caused extreme floods bring about the failure of dike, the erosion of riverbanks, the destruction of bank protection works, and the deposition of sediment at unwanted locations including the irrigation canals (NCHMF, 2001; Le Van Anh, 2000). During the 20th century, there have been over 20 major breaches in the dike system. In Hanoi, Alarm Level 2 (10.50m) was exceeded on 78 occasions in the period of 1902 to 1993, and Alarm Level 3 (11.50m) was exceeded on 27 occasions with the maximum water level of 14.7 to 14.8m being caused by the August 1971 flood that was almost leading to the failure of bike but water level fell to 14.13m and the casualty of dike failure did not happen. (It is noted that the above maximum water levels of 14.7m to 14.8m are ones under the original state of dyke without dyke breaching). During the past 100 years, there had been some extreme floods in the Red River, of which the August 1971 flood had been of a peak discharge of 37,800m3/s at Son Tay, of about 25,000 m3/s at Hanoi, maximum water level at Hanoi was 14.13 m (with flood control facilities) and about 14.7 to 14.8 m (under the original state). Flooding has caused many damages to the human and property affecting critically on the human life and eco-environment (Cat et al., 2004).

10

Table 1 - Flood season and other flow characteristics

Flood season

Annual maximum discharge (m3/s)

Station

Area (km2)

%*

%* Time

Mean annual discharge (m3/s) Mean Maximum Time

51’800 41’000 48’000 144’000

Lai Chau Ta Bu Hoa Binh Lao Cai Yen Bai Son Tay Hanoi Thuong Cat Ham Yen Ghenh Ga Vu Quang

1111 1526 1690 547 753 3531 2656 893 376 776 1039

6971 9962 10178 3364 5115 16695 11843 4493 2808 5058 5040

13000 22700 24800 8430 10100 34200 22200 9000 5700 11700 14000

Maximum monthly discharge Mean discharge (m3/s) 2923 21.9 4044 22.1 4450 21.9 1373 20.9 1736 19.2 8587 20.2 6311 19.8 2321 21.7 901 20.0 1857 19.9 2346 18.8

Jul 77.7 Jul 77.5 76.9 Jul 71.2 Aug 71.2 Aug 74.1 Aug 72.9 Aug 78.1 Aug Jul 74.0 66.7 Jul 63.2 Aug

Mean discharge (m3/s) 2071 2837 3117 935 1286 6280 4648 1674 668 1552 1969

Jun – Oct Jun – Oct Jun – Oct Jun – Oct Jun – Oct Jun – Oct Jun – Oct Jun – Oct Jun – Oct Jun – Sep Jun – Sep

Physiographic data of the Red River: the Digital Elevation Model (DEM) In order to apply the distributed hydrological model DIMOS-Hong for the prediction of the runoff in the Red River basin, the following physiografic data were needed: • Digital elevation model (DEM) of the basin area; • River network paths and hortonian hierarchy of the channels of the watershed; • SCS-CN parameter map; • Position of the raingauge stations. To retrieve these data, the following resources were analyzed:

11

• Global DEM GTOPO30, provided by the USGS-EROS, in a raster format, lat-long coordinate

system, with 30”x30” grid resolution (resource: http://edc.usgs.gov/products/elevation/gtopo30/gtopo30.html );

• Asia Pacific Region geological map, provided by the USGS-CRERT, in a vector format,

Lambert conformal conical projection (resource: http://pubs.usgs.gov/of/1997/ofr-97-470/OF97- 470F/index.html#TOC and Steinshourer et al.)

• Global Land Cover Characterisation map, version 2.0, provided by the USGS-EROS, in a vector format, Lambert azimuthal equal area projection (resource: http://edcsns17.cr.usgs.gov/glcc/ )

In the following the operation performed on these resources will be briefly recalled.

12

Figure 7.Red River basin area (Source: GTOPO30)

13

The Digital Elevation Model domain (see Figure 7) had the following attributes file format : IDRISI Raster A.1 file title : Window from e100n40 c: 0 r: 1545 to c: 1064 r: 2494 data type : integer file type : binary columns : 1065 rows : 950 ref. system : latlong ref. units : deg unit dist. : 1.0000000 min. X : 100.0041667 max. X : 108.8791667 min. Y : 19.2041666 max. Y : 27.1208333 pos'n error : unknown resolution : unknown min. value : -9999 max. value : 5301 display min : -800 display max : 5301 value units : unspecified value error : unknown flag value : 0 flag def'n : none legend cats : 0 lineage : This file was created by the WINDOW module with the command line: lineage : d:\awork\dida\tesisti\an\dem- prof\e100n40.rst*d:\awork\dida\tesisti\an\dem- prof\redriverdem.rst*1*0*1545*1064*2494*0 lineage : This file was created by the CONVERT module with the command line: lineage : d:\awork\dida\tesisti\an\dem- prof\redriverdem.rst*d:\awork\dida\tesisti\an\dem-prof\redriverdem.rst*I*1*1*2 lineage : This file was created by the CONVERT module with the command line: lineage : d:\awork\songhong\from\redriverdem.rst*d:\awork\songhong\from\redriverdem.rst*I* 1*2*2 The river network The DEM was processed in order to determine the Hortonian order and the basin boundaries. The boundaries were then compared with those available on the Vietnamese Atlas GIS (MOST, 1999) and other digital sources, and the map was therefore locally corrected in some points in order to get the best agreement in terms of shape and area drained by the principal hydrometric stations. By comparing the river network extracted from the USGS 1 km DEM with the boundaries extracted from the 90 m satellite-derived http://srtm.csi.cgiar.org/ DEM and maps of both the Chinese (1:250’000) and Vietnamese (1:50’000 and 1:250’000) part of the Song Hong a few points on the 1 km DEM which needed to be corrected were pointed out. For instance at the cell 465,265 the DEM seems to need to be lowered to smooth a ‘false pass’. Instead a ‘pass’needs to be created at the row 396,275; 655,578 up to 650, 582 (close to the real outlet 670,579). In the following Figure 8 the calculated Hortonian order are represented joint to the catchment boundaries, as a result of this process.

14

Figure 8. Hortonian orders of the Red River basin area; in white the Lo, Thao-Hong and Da basin boundaries are represented. Black circles represent the major hydrometric stations in Vietnam.

file format : IDRISI Raster A.1 file title : data type : integer file type : binary columns : 934 rows : 886 ref. system : utm-48n ref. units : m unit dist. : 1.0000000 min. X : -25850.0000000 max. X : 908150.0000000 min. Y : 2123550.0000000 max. Y : 3009550.0000000 min. value : 0 max. value : 9 lineage : This file was created by the OVERLAY module with the command line: lineage : 2*d:\documenti\a_lavoro\2006_mae_redriver\redriver\ts_m99_1kmbil_dep.rst*d:\docu menti\a_lavoro\2006_mae_redriver\redriver\ts_flagm99_1kmbil.rst*d:\documenti\a_l avoro\2006_mae_redriver\redriver\TS_dep_verif.rst lineage : This file was created by the CONVERT module with the command line: lineage : d:\awork\dida\tesisti\an\dem- prof\thao_sông_fiume_rosso\rrmso.rst*d:\awork\dida\tesisti\an\dem- prof\thao_sông_fiume_rosso\rrmso.rst*I*1*2*2

15

SCS-CN Parameter determination The determination of the SCS-CN parameter, made during the DIMOSHong data pre-processing, is mainly based on a cross comparison between two soil descriptors (USDA, 1986): the soil infiltration class and the soil land cover characteristics. Therefore the USGS land cover and geological map were analysed and reclassed according to the USDA classification of permeability and land use classes for the determination of the CN parameter. In Figure 9 the land cover map is represented. The different colours keep in evidence quite a different land cover characterisation between the hydrographic left- and right-hand of the catchement, with prevailing shrubland, cropland and grassland mosaic, mixed forest on the left-hand, and evergreen broadleaf forest and mixed forest on the right-hand. In the following Figure 10 instead, the USGS geological map was reclassed keeping into account of the texture of the soil forming rocks, which was assumed to affect the infiltration capacity of the overlying soil. In accordance to the main soil-formin rock groups propsed by Zonn (1986), the rocks were reclassed into four main classes: massive rock of ignic origin, as granites and metamorfosed granites, massive rock of sedimentary origin, as compact sedimentary rocks and metamorfosed ones, porous rock as sandstones and carbonatic sedimentary rocks with karst phoenomena, and loose (quaternary) rock. In order to perform this operation the information provided by the USGS resources were enriched with other bigger-scale resources and geological sketches (Leloup et al. 1995, Lacassin et al. 1998, Roger et al. 2000). After field surveys (Figure 11) and the experience of Vietnamese researchers the cross-tabulation of permeability and land use classes was performed to obtain the soil storage capacity, S. Table 2 – Geological classes and corresponding USDA SCS-CN permeability class.

USDA Code Category

D D C

Map Code 1 2 3

B

4

A D C A

Water Massive rock (granite and metamorphosed granite) Massive rock (compact sedimentary and metamorfosed compact sedimentary) Porous rock (sandstone and carbonatic sedimentary with karst phoenomena) Loose rock Massive and Crystalline rock (volcanic or intrusive, USGS) Sedimentary and Metamorfic rock (USGS) Loose rock (quaternary, USGS)

5 12 13 15

16

Figure 9. Land cover reclassification of the USGS resources according to USDA (1986)

17

Figure 10. Texture classification of the soil-forming rock in the Red River basin area

18

Figure 11. Typical land use in the cultivated areas of the mountain part of the red river: terraced crops over impervious soils in the Lao Cai province (Photo: Ranzi).

Raingauge and hydrometric stations. In the Figure 12 the position of the raingauge stations available for the 2002 flood event is reported. As it can be seen the density of the investigated raingauges is higher in the Southern part of the basin, than in the Northern one. In China data for only a few stations are available at the present and this poses some limitations on the accuracy of both the hydrological model simulations and the verification of the rainfall fields simulated by the meteorological model. Raingauge data are both from automatic and mechanical stations with hourly records and from climatological stations with 6 hour or 12 hours manual recording time (Figure 13). Readings are conducted at 1, 7, 13, and 19 local time (Bangkok and Hanoi time), corresponding to GMT (UTC) + 7 hours. UTM 32 n coordinates are reported in the Annexes, together with those of the hydrometric stations.

19

Figure 12. Position and name of the raingauge stations with data available for the 2002 flood.

20

Figure 13. The raingauge at the Lao Cai hydrometeorological station (Photo: Ranzi).

21

a)

b)

Figure 14. The hydrometetric station at Hoa Binh (Photo: Ranzi and Barontini).

22

Table 3 – Annual maxima of peak discharge at the Son Tay station.

Year

h (cm)

Q (m3/s) observed

Q (m3/s) estimated

14060

14060

1960

1311

15580

15580

1961

1344

12497

12497

1962

1273

13160

13160

1963

1234

20870

20870

1964

1372

10465

10465

1965

1195

20257

20257

1966

1401

17706

17706

1967

1341

17719

0

1968

1464

21672

0

1969

1556

17223

0

1970

1452

34302

34302

1971

1629

14649

14649

1972

1287

14654

0

1973

1388

12396

12396

1974

1286

12692

12692

1975

1303

15632

15632

1976

1376

16470

16470

1977

1393

18528

18528

1978

1414

16384

16384

1979

1442

22073

0

1980

1565

16356

16356

1981

1379

14204

14204

1982

1390

17223

0

1983

1452

11613

11613

1984

1333

17512

0

1985

1459

19235

0

1986

1500

13480

13480

1987

1308

9996

9996

1988

1236

9957

9957

1989

1205

17247

17247

1990

1469

17269

17269

1991

1417

14201

14201

1992

1398

10868

10868

1993

1252

14511

14511

1994

1345

17484

17484

1995

1433

19813

19813

1996

1509

15269

15269

1997

1381

15732

15732

1998

1396

14850

14850

1999

1375

16476

16476

2000

1412

15774

15774

2001

1397

21000

2002

10300

2003

14800

2004

23

Table 4 – Statistics of annual maxima of peak discharge at the Son Tay station. Gumbel (EV1) T- quantiles corresponding to return period T.

Flood statistics Mean (m3/s) Standard dev. (m3/s) CV (-) Skew (-) alfa m-3 s u (m3/s) T return period (years)

5 10 20 50 100

16092 4185 0.26 1.805 0.00031 14209 QT (m3/s) 19091 21533 23876 26908 29181

Maximum Annual peak flood Song Hong@Son Tay

40000

Hoa Binh

35000

30000

) s /

25000

3

m

20000

15000

( k a e p Q

10000

5000

0

0 6 9 1

2 6 9 1

4 6 9 1

6 6 9 1

8 6 9 1

0 7 9 1

2 7 9 1

4 7 9 1

6 7 9 1

8 7 9 1

0 8 9 1

2 8 9 1

4 8 9 1

6 8 9 1

8 8 9 1

0 9 9 1

2 9 9 1

4 9 9 1

6 9 9 1

8 9 9 1

0 0 0 2

2 0 0 2

Year

Figure 15. The time series of annual maxima of peak flows of the Song Hong at Son Tay. The red arrows indicated the four events selected for the simulations.

24

Most of the hydrometric stations have mechanical float-type gauges in stilling wells with horizontal drum paper recorders (Figure 14) or manual readings conducted at 1, 7, 13, and 19 local time, as rainfall data . Flow data are available for several stations (Figure 16) and statistics on flood volumes (Table 1) and peaks (Table 3 and Table 4) can be estimated. It has to be underlined that the sample of annual maxima of peak flow characteristics cannot be considered homogeneous. In fact after the mid 80s the Hoa Binh reservoirs was in operation and with its huge storage capacity it reduced flood peaks on the Da river. Hower, the data were useful to select four major flood events we simulated with the meteorological BOLAM and the hydrological DIMOS-Hong model. By comparing Table 3, Table 4 and Table 5 it can be assessed that the flood in August 1966, July 2000 and August 2002 had a return period close to 5 years, while the 1971 floods for the Song Hong at Son Say station had a return period higher than 100 years.

Table 5 – Maximum flows during the four selected floods.

Date

Q max m3/s

Son Tay

Da@Hoa Binh

Lo@Vu Quang

34’302 19’813 17’300 21’000 (19’200)

14’150 13’210 9’538 -

Thao(Hong) @Yen Bai 13’402 8’467 3’506 4’870

14’020 6’591 6’465 6’084

22 August 1971 21 August 1996 5 July 2000 17 August 2002

25

a)

S ong Hong a t S on Ta y (169'000 km²)

25000

20000

15000

s / ³

m

10000

5000

01/07/96

31/07/96

30/08/96

29/09/96

0 01/06/96

b)

S o ng Ho ng at S o n Tay (169'000 km²)

0

30000

20

25000

40

60

20000

80

s / ³

100

15000

m

120

10000

140

160

5000

180

200

0

6 9 - o g a - 1

6 9 - o g a - 2

6 9 - o g a - 3

6 9 - o g a - 4

6 9 - o g a - 5

6 9 - o g a - 6

6 9 - o g a - 7

6 9 - o g a - 8

6 9 - o g a - 9

6 9 - o g a - 0 1

6 9 - o g a - 1 1

6 9 - o g a - 2 1

6 9 - o g a - 3 1

6 9 - o g a - 4 1

6 9 - o g a - 5 1

6 9 - o g a - 6 1

6 9 - o g a - 7 1

6 9 - o g a - 8 1

6 9 - o g a - 9 1

6 9 - o g a - 0 2

6 9 - o g a - 1 2

6 9 - o g a - 2 2

6 9 - o g a - 3 2

6 9 - o g a - 4 2

6 9 - o g a - 5 2

6 9 - o g a - 6 2

6 9 - o g a - 7 2

6 9 - o g a - 8 2

6 9 - o g a - 9 2

6 9 - o g a - 0 3

6 9 - o g a - 1 3

26

c)

Hydro g raph in Lo riv e r (2000)

Q(m3/s ) 7000

6000

5000

HaGiang

VinhTuy

4000

TuyenQuang

ChiemHoa

3000

HamYen

VuQuang

2000

1000

0

0 0 0 2 / 7 0 / 1 0

0 0 0 2 / 7 0 / 3 0

0 0 0 2 / 7 0 / 5 0

0 0 0 2 / 7 0 / 7 0

0 0 0 2 / 7 0 / 9 0

0 0 0 2 / 7 0 / 1 1

0 0 0 2 / 7 0 / 3 1

0 0 0 2 / 7 0 / 5 1

0 0 0 2 / 7 0 / 7 1

0 0 0 2 / 7 0 / 9 1

0 0 0 2 / 7 0 / 1 2

0 0 0 2 / 7 0 / 3 2

0 0 0 2 / 7 0 / 5 2

0 0 0 2 / 7 0 / 7 2

0 0 0 2 / 7 0 / 9 2

0 0 0 2 / 7 0 / 1 3

d)

Q(m3/s )

Hydro g raph in Thao riv e r (2000)

4000

3500

3000

2500

La oCa i

Ye n Ba i

2000

Ba oHa

1500

1000

500

0

0 0 0 2 / 7 0 / 1 0

0 0 0 2 / 7 0 / 3 0

0 0 0 2 / 7 0 / 5 0

0 0 0 2 / 7 0 / 7 0

0 0 0 2 / 7 0 / 9 0

0 0 0 2 / 7 0 / 1 1

0 0 0 2 / 7 0 / 3 1

0 0 0 2 / 7 0 / 5 1

0 0 0 2 / 7 0 / 7 1

0 0 0 2 / 7 0 / 9 1

0 0 0 2 / 7 0 / 1 2

0 0 0 2 / 7 0 / 3 2

0 0 0 2 / 7 0 / 5 2

0 0 0 2 / 7 0 / 7 2

0 0 0 2 / 7 0 / 9 2

0 0 0 2 / 7 0 / 1 3

27

e)

Q(m 3/s )

Hy dro g raph in Da riv e r (2000)

10000

9000

MuongTe

8000

7000

Ba nC ung Na mGia ng

6000

La iC ha u

5000

QuynhNha i

4000

3000

Ta Bu Hoa Binh

2000

1000

0

0 0 0 2 / 7 0 / 1 0

0 0 0 2 / 7 0 / 3 0

0 0 0 2 / 7 0 / 5 0

0 0 0 2 / 7 0 / 7 0

0 0 0 2 / 7 0 / 9 0

0 0 0 2 / 7 0 / 1 1

0 0 0 2 / 7 0 / 3 1

0 0 0 2 / 7 0 / 5 1

0 0 0 2 / 7 0 / 7 1

0 0 0 2 / 7 0 / 9 1

0 0 0 2 / 7 0 / 1 2

0 0 0 2 / 7 0 / 3 2

0 0 0 2 / 7 0 / 5 2

0 0 0 2 / 7 0 / 7 2

0 0 0 2 / 7 0 / 9 2

0 0 0 2 / 7 0 / 1 3

f)

Hydrographs in the Song Hong

Q (m³/s)

35000

30000

SonTay VuQuang

25000

Yen Bai HoaBinh

20000

15000

10000

5000

0

0 0 0 2 - 7 - 1

0 0 0 2 - 7 - 2

0 0 0 2 - 7 - 3

0 0 0 2 - 7 - 4

0 0 0 2 - 7 - 5

0 0 0 2 - 7 - 6

0 0 0 2 - 7 - 7

0 0 0 2 - 7 - 8

0 0 0 2 - 7 - 9

0 0 0 2 - 8 - 1

0 0 0 2 - 7 - 0 1

0 0 0 2 - 7 - 1 1

0 0 0 2 - 7 - 2 1

0 0 0 2 - 7 - 3 1

0 0 0 2 - 7 - 4 1

0 0 0 2 - 7 - 5 1

0 0 0 2 - 7 - 6 1

0 0 0 2 - 7 - 7 1

0 0 0 2 - 7 - 8 1

0 0 0 2 - 7 - 9 1

0 0 0 2 - 7 - 0 2

0 0 0 2 - 7 - 1 2

0 0 0 2 - 7 - 2 2

0 0 0 2 - 7 - 3 2

0 0 0 2 - 7 - 4 2

0 0 0 2 - 7 - 5 2

0 0 0 2 - 7 - 6 2

0 0 0 2 - 7 - 7 2

0 0 0 2 - 7 - 8 2

0 0 0 2 - 7 - 9 2

0 0 0 2 - 7 - 0 3

0 0 0 2 - 7 - 1 3

28

g)

Hydro g raph in Lo rive r (2002)

Q(m3/s ) 7000

6000

Ha Gia ng

5000

VinhTuy

Tuye nQua ng

4000

Chie mHoa

Ha mYe n

3000

VuQua ng

2000

1000

0

2 0 0 2 / 1 0 / 8 0

2 0 0 2 / 2 0 / 8 0

2 0 0 2 / 4 0 / 8 0

2 0 0 2 / 6 0 / 8 0

2 0 0 2 / 8 0 / 8 0

2 0 0 2 / 9 0 / 8 0

2 0 0 2 / 1 1 / 8 0

2 0 0 2 / 8 0 / 3 1

2 0 0 2 / 8 0 / 5 1

2 0 0 2 / 8 0 / 6 1

2 0 0 2 / 8 0 / 8 1

2 0 0 2 / 8 0 / 0 2

2 0 0 2 / 8 0 / 2 2

2 0 0 2 / 8 0 / 3 2

2 0 0 2 / 8 0 / 5 2

2 0 0 2 / 8 0 / 7 2

2 0 0 2 / 8 0 / 9 2

2 0 0 2 / 8 0 / 0 3

h)

Hydro g raph in Thao rive r (2002)

Q(m3/s ) 6000

5000

4000

LaoC ai

3000

YenBai

BaoHa

2000

1000

0

2 0 0 2 / 1 0 / 8 0

2 0 0 2 / 2 0 / 8 0

2 0 0 2 / 4 0 / 8 0

2 0 0 2 / 5 0 / 8 0

2 0 0 2 / 8 0 / 8 0

2 0 0 2 / 8 0 / 8 0

2 0 0 2 / 0 1 / 8 0

2 0 0 2 / 1 1 / 8 0

2 0 0 2 / 8 0 / 3 1

2 0 0 2 / 8 0 / 4 1

2 0 0 2 / 8 0 / 6 1

2 0 0 2 / 8 0 / 7 1

2 0 0 2 / 8 0 / 9 1

2 0 0 2 / 8 0 / 0 2

2 0 0 2 / 8 0 / 2 2

2 0 0 2 / 8 0 / 3 2

2 0 0 2 / 8 0 / 5 2

2 0 0 2 / 8 0 / 6 2

2 0 0 2 / 8 0 / 8 2

2 0 0 2 / 8 0 / 9 2

2 0 0 2 / 8 0 / 1 3

29

i)

Hydro g raph in Da rive r (2002)

Q(m3/s ) 14000

12000

10000

MuongTe

8000

Ba nCung

Na mGia ng

6000

La iCha u

QuynhNha i

4000

Ta Bu

2000

0

2 0 0 2 / 1 0 / 8 0

2 0 0 2 / 2 0 / 8 0

2 0 0 2 / 4 0 / 8 0

2 0 0 2 / 5 0 / 8 0

2 0 0 2 / 8 0 / 8 0

2 0 0 2 / 8 0 / 8 0

2 0 0 2 / 0 1 / 8 0

2 0 0 2 / 1 1 / 8 0

2 0 0 2 / 8 0 / 3 1

2 0 0 2 / 8 0 / 4 1

2 0 0 2 / 8 0 / 6 1

2 0 0 2 / 8 0 / 7 1

2 0 0 2 / 8 0 / 9 1

2 0 0 2 / 8 0 / 0 2

2 0 0 2 / 8 0 / 2 2

2 0 0 2 / 8 0 / 3 2

2 0 0 2 / 8 0 / 5 2

2 0 0 2 / 8 0 / 6 2

2 0 0 2 / 8 0 / 8 2

2 0 0 2 / 8 0 / 9 2

2 0 0 2 / 8 0 / 1 3

j)

Q (m³/s)

Hydrographs in the Song Hong

35000

SonTay

30000

VuQuang

25000

YenBai TaBu

20000

15000

10000

5000

0

1- 8- 02

2- 8- 02

3- 8- 02

4- 8- 02

5- 8- 02

6- 8- 02

7- 8- 02

8- 8- 02

9- 8- 02

10- 8- 02

11- 8- 02

12- 8- 02

13- 8- 02

14- 8- 02

15- 8- 02

16- 8- 02

17- 8- 02

18- 8- 02

19- 8- 02

20- 8- 02

21- 8- 02

22- 8- 02

23- 8- 02

24- 8- 02

25- 8- 02

26- 8- 02

27- 8- 02

28- 8- 02

29- 8- 02

30- 8- 02

31- 8- 02

1- 9- 02

Figure 16. Hydrographs at several streamflow stations during the four floods selected for the simulation.

30

PART II - Meteorological simulations of events of heavy rain and flooding in the Red River basin using the BOLAM numerical model

1. Introduction The present report illustrates the results obtained in the framework of the project "Study of a hydro- meteorological system to assist food control in the Red River delta". In particular, the results derived from hindcasts (that is, simulations made with a meteorological forecast model but using past data, forecasts or analyses) are presented here. Precipitation fields and other meteorological fields of interest have been dynamical reconstructed starting from global grid data produced by meteorological centres as the European Centre for Medium range Forecasts (ECMWF, UK) and NCEP (National Center for Environmental Prediction, USA). The report presents case studies based on ECMWF data. They assure the most reliable time consistency (case studies span a period of more than 30 years), using either global reanalysis (ERA-40), or operational high resolution analyses. However, the same procedure can be applied to NCEP data: the tools for retrieving and processing both ECMW and NCEP data are provided. Moreover, since one objective of the project is to made the modelling system, based on the BOLAM model developed at ISAC available to the Vietnamese partners, the procedures to obtain real time forecasts are also provided in this framework, along with the technical guidance to emulate, in actual forecast mode, the simulation done for the historical case studies. In Sect. 2, the characteristics of the grid input data used to initialized the BOLAM model, either the NCEP data (sub-sect. 2.1) or the ECMWF data (sub-sect. 2.2) are described. Such input datasets are available in grib format. The datasets need to be converted and interpolated to the BOLAM grid (pre-processing). Additional input data are global datasets of soil, vegetation and topography. In Sec. 3, the main characteristics of the meteorological model BOLAM are schematically described (the technical and practical information on the model details is out of the scope of the present report). The results of model evaluation, verification and intercomparison are also indicated and the relevant literature is referenced. Sect. 4 is devoted to the description of the case studies and of the results obtained from the simulations made with different model resolutions. The selection of the case studies was made preliminarily in cooperation with the project partners. For cases of heavy rain and flooding of the Red River delta in Vietnam, occurred in the years 1971, 1996, 2000, 2001, were chosen. For each case, the period of interest for the simulations was identified (see Sect. 4). The general strategy adopted (area, grid, model parameters etc.) is presented at the beginning of Sect. 4, while a subsection is devoted to describe each of the four events, from the point of view of the synoptic situation and of the model simulated precipitation. The verification of the simulated precipitation fields with the available observations over Vietnam and China will be provided by the DICATA (University of Brescia), in cooperation with the Vietnamese partners of the project. 2. Input grid data from global models

2.1. Initial and boundary conditions from NCEP analyses and forecasts

31

Real time NCEP grid data (analysis and global forecasts) are available in grib format from the WEB, updated every 6 hours, as output of the GFS (Global Forecasting System) global model. The grib data files can be retrieved from three different datasets: 1. 0.5x0.5 degree resolution data (geopotential height, temperature, relative humidity, wind components), on 47 constant pressure levels (between 10 and 1000 hPa); soil moisture and soil temperature at 4 soil layers; surface geopotential, skin temperature, snow depth and land-sea mask. All data are updated every 3 hours, from the GFS global forecasts. 2. As above, but at 1.0x1.0 deg. Resolution and for 26 pressure levels. 3. 1.25x1.25 deg. resolution data, on the "octant" grid (a special NCAR grid on the sphere), with a reduced number of vertical levels (12 levels between 1000 and 70 hPa), without soil information, every 6 hours. Documentation concerning the above datasets released by NCEP/NOAA can be found at: nomad3.ncep.noaa.gov/ncep_data/index.html The availability in real time is not strictly guaranteed, since the service is considered experimental and for research purposes only. Global (i.e. without pre-cutting a specific area – see below) GFS data at 1.0 deg resolution can be retrieved regularly, but at the expenses of a relatively long download time (but depending on the connection speed). Two different pre-processing programs have been prepared in order to construct the BOLAM input fields (both for initial and lateral boundary conditions), starting from the above GFS data (one for datasets 1 and 2, the other for the dataset 3) and interpolating from the constant pressure levels (22 levels are used at present for the BOLAM input) to the hybrid BOLAM levels. Suitable interpolations and variable transformations are computed also for surface and soil data. In case the dataset 3 is used, the surface and soil parameters are obtained from ECMWF data at the same resolution (real time data are not available from the WEB). The grib library of ECMWF is used to de-grib such data (see also sub-sect. 2.2). The pre-processing program makes use also of global datasets (USGS topography, at 0.9 km res; soil type FAO dataset, at 8 km res.; vegetation/land use dataset, 0.9 km res.) to define the model topography, soil type and use, vegetation, roughness, land-sea mask and other parameters needed to initialize the BOLAM model. Scripts (for Linux) are available for downloading the GFS dataset on a regular basis. For high resolution data (datasets no. 1 and no. 2 above), in order to speed up the download process, the procedure allows to retrieve only the data from a selected geographical area, using a special server facility. 2.2. Initial and boundary conditions from ECMWF reanalyses, operational analyses and forecasts Real time ECMWF grid data (analyses and global forecasts) are directly available only to the national Meteorological Services of the ECMWF Member States. Member State research institutes can have access to archive analyses and forecasts. Analysis fields can be chosen between those computed for daily operations (operational analyses) or those obtained from the ERA (ECMWF Re- Analysis) project. In the latter case the horizontal resolution is limited to 1.25°x1.25° lat.-lon. In the case of operational analyses and forecasts, the resolution depends on the version of the operational global model used at ECMWF at the specific time. In 2006, the nominal resolution is of the order of 25-30 km. Fields are typically available every 6 hours (3 hours for special projects).

32

The initial and lateral boundary conditions for the case studies presented below have been obtained from the ECMWF archives, by retrieving the 6-hourly analyses available at 0.5°x0.5° resolution. Hybrid model level data have been directly interpolated on the limited area BOLAM grid, using a pre-processing program, similar in principle to that for the GFS data, but interpolating from the hybrid ECMWF to the hybrid BOLAM levels directly, in order to avoid un-necessary interpolations using pressure levels. Snow cover, sea surface temperature, and soil temperature and wetness at four soil layers have been derived also from the ECMWF analyses. A specific pre-processing program has been written in order to prepare the BOLAM input fields (both for initial and lateral boundary conditions), starting from ECMWF data, that include surface and deep soil information. The grib library of ECMWF (GRIBEX 3.00) is used to de-grib the data. 3. Description of the BOLAM model The BOLAM model is a limited-area, primitive equation, terrain-following coordinate, hydrostatic meteorological model. It was developed starting in the early 1990’s at ISAC (formerly FISBAT) in Bologna (BOLAM stands for Bologna Limited Area Model: Buzzi et al, 1994). A detailed description of the dynamics and numerical schemes of the model can be found in abovementioned paper and in subsequent papers as, for example, Malguzzi and Tartaglione (1999) and Buzzi and Foschini (2000). The model was continuously developed and updated over the last years. The main prognostic variables are the wind components u and v, the potential temperature θ, the surface pressure ps, the specific humidity q. The water cycle for stratiform precipitation is described by means of five additional prognostic variables: cloud ice, cloud water, rain, snow, graupel. The microphysical processes are treated with a simplified approach, suitable for non-convection resolving mesoscale models and similar to that proposed by Schultz (1995). The fall of hydrometeors is computed by means of a conservative-diffusive backward-upstream integration scheme. Deep convection is parameterized using the Kain–Fritsch (Kain and Fritsch, 1990) convective scheme, recently updated on the basis of the revision proposed by Kain (2004). The model prognostic variables are distributed in the vertical on a non regular Lorenz grid, with higher resolution prescribed in the boundary layer near the lower surface. The horizontal discretization is based on a (staggered) Arakawa C grid, in geographical coordinates (latitude- longitude). The equator can be rotated in latitude in order to minimize the grid anisotropy. An original and economical second-order forward-backward advection scheme (FBAS, Malguzzi e Tartaglione, 1999) is implemented. It can be used together or in alternative with other advection schemes, like the semi-lagrangian scheme (used for the microphysical variables) and the accurate, but computationally more expensive, Weighted Average Flux scheme (WAF – Billet and Toro, 1997). The latter scheme, being non dispersive, allows using much smaller horizontal diffusion coefficients than the FBAS scheme. The most recent version of BOLAM uses a hybrid vertical coordinate system, in which the terrain- following sigma coordinate (a pure sigma coordinate type σ = p/ps was used before) gradually tends to a pressure coordinate with increasing height above the ground, and with the relaxing factor being prescribed as a function of the maximum orography height present in the domain. The pressure p on the hybrid surfaces σ is defined as:

p (σ) = σ p0 - (p0 - ps) σ α

33

where σ = 1 at the surface, p0 is a reference pressure level (typically 1000 hPa) and ps is the pressure at the surface. The parameter α can vary between 1 (pure sigma coordinate) and about 3, but lower values may be necessary in case of very high topography, like for instance the Himalaya. The temporal integration scheme is split-explicit, forward-backward for the gravity modes. The horizontal diffusion scheme is of the fourth order for all the prognostic variables, except for ps. Local and vertically integrated divergence is diffused to control internal and external gravity wave modes. The lateral boundary conditions are applied on a number (typically eight) of grid point rows, using a relaxation scheme (Lehemann, 1993) that efficiently absorbs wave energy, reducing spurious reflection by the boundaries. The surface layer and the planetary boundary layer are modelled accordingly to the similarity theory (Monin and Obukhov, 1955). The mixing length (ML) based turbulence closure model, widely used to compute the PBL (Planetary Boundary Layer) fluxes for atmospheric modelling, is applied to model the turbulent vertical diffusion of momentum, heat and moisture. The turbulence closure can be either of order 1, in which turbulence is assumed to be stationary and completely determined by the local variables, or of order 1.5, in which the turbulent kinetic energy (TKE) is predicted. The order 1 model uses the Blackadar (1962) mixing length definition that applies to the neutral boundary layer. To take into account buoyancy effects for a stratified PBL, the Blackadar ML is used together with stability functions that depend on the Richardson number. Louis (1979) proposed a method of deriving such stability functions from the similarity theory. Different definitions of the stability functions were then proposed in the literature (Beljaars, 1995). In BOLAM a modified set of the Louis functions is used (Zampieri et al, 2005). The order 1 model assumes stationarity and locality of turbulence. In order to overcome these limitations, the so called E-l model is introduced in BOLAM (Zampieri et al, 2005), as an alternative to the order 1 closure model of Louis (1979) type. The use of TKE allows to define a physical parameterization of the ML formulation for the stable case that avoids the use of the stability functions, while for the unstable case a modified version of the non-local mixing length of Bougeault and Lacarrere (1989) is applied. The roughness length is computed depending on vegetation and sub-grid orography variance. Over the sea, a Charnock roughness is introduced, which takes into account the wave height as a function of the surface wind speed. The sea surface temperature is computed with a force-restore method depending on latent and sensible heat fluxes, by assuming the presence of a mixed layer of constant depth. Three different soil models are optionally available in BOLAM. All of them typically use 4 layers, with depths (from a few cm to more than 1 m) increasing moving downward. The simplest soil model does not include explicit vegetation effects and is based on a simple thermal and water balance at the surface and within the soil layers, assuming a uniform soil type. The other two models include computation of surface balances, heat and water vertical transfer, vegetation effects at the surface (evapo-transpiration, interception of precipitation, etc.) and in the soil (extraction of water by roots), taking into account different soil types and physical parameter. The most sophisticated model (Drofa et al, 2003) includes also water freezing and melting processes in the soil, based on the model of the Hydro-meteorological Centre of Russia (Pressman, 1994). This model is based on the use of entropy and water conservation concept. The approach is particularly useful for the representation of energy and mass conservation at water phase transition. The model applies an original method for taking into account partial freezing/melting of a soil layer using the entropy shock concept and a special entropy shock evolution equation. The implicit-splitting method is applied for numerical solution. The evolution of surface water (ponds) and snow layers is considered as well, with a simple prescription of the runoff.

34

BOLAM has the capability to perform one-way nested simulations. A first simulation is performed with a coarse grid interval and then the output of this coarse simulation is used as initial and boundary conditions on a subsequent run with finer grid resolution. The one way procedure has the advantage that the vertical resolution and the orography can be set independently in the coarse and fine resolution run. The highest suitable resolution is limited by the hydrostatic approximation and by the parameterization of convection: it is typically around 6-8 km. For higher resolution meteorological simulations, non hydrostatic models (like for example MOLOCH, recently developed at ISAC) become necessary. The BOLAM postprocessing is applied in order to derive surface parameters (as, for example, mean sea level pressure, accumulated precipitation, temperature at 2 m, wind at 10 m, heat and momentum fluxes, minimum and maximum temperature, etc.) and atmospheric variables (as, for example, temperature, potential and equivalent potential temperature, potential vorticity, relative humidity, etc.) over standard constant pressure surfaces and over vertical cross-sections. Interfaces to graphics libraries as NCAR-Graphics and PGPLOT are available. Moreover, postprocessing interfaces have been constructed to provide input to the four-dimensional scientific visualisation program VIS5D+ and for the RTTOV library, used to compute equivalent satellite radiances from the model output fields. The BOLAM model was tested and favourably compared with many other mesoscale limited area models, in the course of the Comparison of Mesoscale Prediction and Research Experiments (COMPARE) multi-annual project organized by the World Meteorological Organisation (WMO). Model inter-comparison was conducted on a case of mid-latitude explosive cyclogenesis (Compare I: Gyakum et al, 1996), on a well documented case of flow over orography in the presence of lee waves and wakes (Compare II: Georgelin et al, 2000), and, finally, on a case of explosive development of a tropical cyclone ("super-typhoon") over the Pacific (Compare III: Nagata et al, 2001). In the first comparison exercise, the cumulative BOLAM model score of performance turned out to be the second among 14 different limited area models (Gyakum et al, 1996). In the second, devoted to much smaller scales characterizing the flow past steep orography, BOLAM was the best model over 13 mesoscale models regarding what the organizers considered the most stringent test, i.e. the formation of a mesoscale low level vortex in the lee of the Pyrenees (Georgelin et al, 2000). In the third exercise, BOLAM performed as the best over 12 models in simulating both the intensity and the precipitation field of the predicted typhoon growth and evolution. The BOLAM model also gave the best performance in simulating precipitation fields in the Alpine area in the context of the RAPHAEL project (Bacchi and Ranzi, 2000; Richard et al, 2003). It also performed among the best models during the MAP (Mesoscale Alpine Programme) field phase (Bougeault et al, 2001; Richard et al, 2006). The BOLAM model is used operationally at various Italian national agencies and regional meteorological services (see, for example, Corazza et al, 2003; Chessa et al, 2004) and by the National Observatory of Athens in Greece (Lagouvardos et al, 2003; Lagouvardos and Kotroni, 2006). BOLAM has been used for various research purposes and studies, including case studies of heavy precipitation (see, for example, Buzzi et al, 1994; Buzzi et al, 1998; Buzzi and Foschini, 2000; Buzzi et al, 2003; Malguzzi et al, 2006) and idealized studies, using a channel version of the model grid (Miglietta and Buzzi, 2004). Recently, a chemical and aerosol transport model BOLCHEM has been developed at ISAC, starting from the BOLAM dynamical core (see ginevra.bo.isac.cnr.it/turbdiff/?qq=projects:bolchem ).

35

4. Results of the BOLAM simulations over the Red River basin The BOLAM model can be used in various configurations of the parameters determining the numerical solution and the physical parameterizations. In the present project the model has been used with the following physical schemes: bulk microphysical parameterization of clouds and precipitation; humid convection parameterization; E-l type turbulent closure for vertical diffusion and boundary layer processes; implementation of the ECMWF model for radiation transfer; Pressman scheme for describing soil and vegetation processes. The WAF scheme for advection of dynamic and thermodynamic variables and the semi-Lagrangian scheme for advection of microphysical quantities have been applied. In the present project, for simulation of precipitation in the Red River catchment basin, the BOLAM model has been applied at a relatively high spatial resolution, using a horizontal grid distance of 8 km. However, initial and boundary conditions are available from global models (see Sect. 2), at a much lower spatial resolution (of the order of 50 km) and with a temporal interval of 6 hours. In order to provide the high resolution simulations with more suitable boundary data, a dynamical downscaling chain has been organized: global analysis data, after undergoing a pre-processing procedure, have been used as initial and boundary conditions for simulations at a low spatial resolution (about 19 km), intermediate between the analyses resolution and the inner grid resolution. The coarse model integrations are conventionally named “BOLAM-father” runs. Output data obtained from the BOLAM-father simulations have been used, by applying a suitable interpolation procedure called “nesting”, as initial and boundary conditions for simulations at high spatial resolution. Such model simulations are conventionally indicated as the “BOLAM-son” runs. In the BOLAM-father configuration, the following parameters for the numerical solution have been used: rotated geographical system with the coordinate origin set at 21.3°N and 102.5°E; horizontal grid distance of 0.17° (about 19 km in both latitudinal and longitudinal directions); 38 hybrid levels in the vertical; basic time step of 150 s; output data storage every 3 hours; duration of each continuous run of 72 hours. The domain of the BOLAM-father runs is depicted in Figure 17. In the BOLAM-son configuration, the following parameters have been used: same rotated geographical system as for BOLAM-father; horizontal grid distance of 0.077° (about 8 km); 40 hybrid levels; time step of 72 s; output data storage every 1 hour; duration of each continuous run of 48 hours. The domain of the BOLAM-son runs is shown in Figure 18. With the BOLAM-father and BOLAM-son configurations described above, a series of simulations for a set of case-studies of flooding episodes in Red River basin, occurred in 1971, 1996, 2000 and 2002, have been performed. For each of the listed case-studies, objective analysis and forecast data from global model ECMWF have been obtained from the MARS archive of ECMWF; the initial and boundary conditions for the BOLAM-father has been produced by applying the pre-processing procedure; a series of BOLAM-father simulations have been executed; initial and boundary conditions for BOLAM-son runs have been prepared by applying the nesting procedure, and, finally, the BOLAM-son simulations have been performed. Each individual simulation, either father- or son-type, has been post-processed in order to derive meteorological parameters and variables at the surface and at prescribed standard pressure levels.

36

Figure 17. BOLAM-father domain and orography.

Figure 18. BOLAM-son domain and orography.

The run strategy has been designed in order to completely cover the entire period (many days) defining the duration of each of the case-studies with BOLAM-son simulation segments. It is necessary to note that BOLAM-father experiments have been performed so that simulated periods overlapped each other and had 24 hours time shift. Figure 19 shows the details of both the father and son runs for each episode. It should be noted that not all the father runs correspond to son runs. The father simulations have been organized also with the purpose of revealing the quality of the

37

forecasts, in particular precipitation forecasts, as a function of forecast duration, i.e. to assess the quality of the meteorological parameters forecast for the first, second and third day of each simulation.

Figure 19. Scheme of BOLAM simulation strategy for the selected case studies: full line segments indicate the BOLAM-father simulations (each lasting 72 hours); dashed line segments (below the full line segments) indicate the BOLAM-son simulations (of 48 hours each); vertical arrows connect father simulations with the corresponding son simulations. 4.1. The event of 1971 In the year 1971 the period of abundant monsoonal precipitation and associated flood fell in the middle of August. The precipitation peak, in the period from 13 August to 20 August, is covered by the BOLAM numerical simulations (Figure 19). This period was characterized by the presence of a steady monsoonal stream observed in the middle troposphere, which is shown by the analysis data of wind on the 700 hPa surface (Figure 20). During all the considered period, on the 700 hPa

38

surface, the south-westerly to westerly monsoon flow from the Indian Ocean to Southeast Asia was observed, along with some local deviations associated with flow around the orographic system of the Himalayas and other flow disturbances, as described below. Especially in the second part of the period considered, the airflow was characterized by convergence of western and eastern branches of the monsoonal flow above the Indo-Chinese peninsula. In several days a cyclonic circulation is evident over north Vietnam and south-eastern China. In Figure 20 (a and b), an open trough is present, while a closed vortex, migrating from east to west, appears in Figure 20, f and moves toward the Himalayas, gradually weakening. a)

b)

c)

d)

39

e)

f)

g)

h)

Figure 20. Wind fields at 700 hPa, derived from the 00:00 UTC ECMWF analyses, interpolated to the BOLAM-father grid, for the following dates: a) 13/08/1971; b) 14/08/1971; c) 15/08/1971; d) 16/08/1971; e) 17/08/1971; f) 18/08/1971; g) 19/08/1971; h) 20/08/1971. For a more detailed description of a typical meteorological situation during the specified period, the investigation of some meteorological parameters according to the analysis at 00:00 UTC (07:00 local time) on August, 14th, 1971 is presented below (Figure 21). At the ground surface the baric field is characterised by small gradients (Figure 21, a); above the land surface the wind is weak, while over the sea surface the wind field (Figure 21, b) repeats the typical structure of a monsoonal stream in middle troposphere; near-surface temperature field (Figure 21, c) has the structure conditioned by orography of the region, with southerly branches extending west and east of the Indo-Chinese peninsula. The temperature field mainly exhibits the orographic gradient, with values around 28 °C over the sea and of about 24 °C over the low plains. The relative humidity field (Figure 21, d) is homogeneous and close to saturation. In the middle-low troposphere (700 hPa), the geopotential field (Figure 21, e) presents the typical low over the highest orography (but this level

40

is partly under the surface), while the temperature field (Figure 21, f) is rather homogeneous. The relative humidity field (Figure 21, g) is characterised by a zone of almost saturated values above land in the region of stream convergence and by a zone of lower values above the sea. In the upper troposphere, at the 300 hPa level, the wind field (Figure 21, h) shows the upper compensating monsoonal branch directed from north-east to south-west. a)

b)

c)

d)

41

e)

f)

g)

h)

Figure 21. Meteorological parameters at 00:00 UTC of 14/08/1971, derived from the 00:00 UTC ECMWF analyses, interpolated to the BOLAM-father grid : a) mean sea level pressure; b) wind at 10 m above the surface; c) temperature at 2 m above the surface; d) relative humidity at 2 m above the surface; e) geopotential at 700 hPa; f) temperature at 700 hPa; g) relative humidity at 700 hPa; h) wind at 300 hPa. Simulations have been performed for the considered period with BOLAM model in both “father” and “son” configurations, as described above (see Figure 19). The analysis of the results allows to assess that the model realistically reproduces the circulation regime and the associated physical fields. In the following, only the results concerning precipitation fields as simulated by BOLAM- son are presented in detail, since this meteorological parameter is the most important for the hydrological forecasts. Figure 22 shows the fields of precipitation accumulated during subsequent 24 hour periods (beginning at 00:00 UTC). One can see in this figure that the precipitation fields are characterised by a great space and time variability, apparently connected with the manifestation of local convective instability, on the background of more general rising motion associated with the monsoon, the orographic uplift and also to the synoptic-scale and mesoscale disturbances in the

42

mean circulation. As a result, accumulated precipitation fields present large scale patterns co- existing with high local variability, with spots with very small values and spots with the maximum values up to 200 mm/24 hour. The verification of the accumulated precipitation fields will be done separately, in the context of this project, using the available observations collected over Vietnam and China. Nevertheless, it seems possible to anticipate that the model realistically reproduces the general qualitative character of the heavy precipitation typical for the monsoonal circulation in the geographical region considered. a)

b)

c)

d)

43

e)

f)

Figure 22. Fields of precipitation accumulated during 24 hour periods (each beginning at 00:00 UTC), as simulated by the BOLAM-son model for different days of the period considered: a) 14/08/1971; b) 15/08/1971; c) 16/08/1971; d) 17/08/1971; e) 18/08/1971; f) 19/08/1971. 4.2. The event of 1996 For the simulation of the monsoonal precipitation and the related flooding event of the Red River in 1996, numerical simulations with the BOLAM model have been performed during the period ranging from 13 to 20 August. The organization of the experiments performed is shown in Figure 19. The analysis of the wind field in the middle-low troposphere (Figure 23) allows to make the following observations. The circulation pattern during the period considered is more complex than that characterizing a mean monsoon circulation. At the beginning of the period (Figure 23, a and b), in the southern part of the examined region, a rather steady south-westerly flow is observed, while in the central and north-eastern parts, the prevailing flow is north-easterly. These two main streams are associated with the presence of a local cyclonic circulation over the China sea (Figure 23, a to c). The vortex persists while moving slowly to the east until August 16 (Figure 23, d). At a later stage, the local cyclonic system weaken and moves to the west (Figure 23, e to h). In connection with this evolution, a reorganization of the circulation takes place in the region, so that the branch of the monsoonal flow from the Indian Ocean amplifies, and, above the Indochinese peninsula, convergence of western (Indian Ocean) and eastern (Pacific Ocean) branches of the monsoon is observed. As in the event of 1971, but to a larger extent, the circulation seems to deviate from the typical monsoon flow and the presence of an unsteady mid-tropospheric vortex appears to be a key feature of the meteorological evolution in the period considered.

44

a)

b)

c)

d)

45

f)

e)

g)

h)

Figure 23. As in figure 20, but for the following dates: a) 13/08/1996; b) 14/08/1996; c) 15/08/1996; d) 16/08/1996; e) 17/08/1996; f) 18/08/1996; g) 19/08/1996; h) 20/08/1996.

46

a)

b)

c)

d)

47

e)

f)

g)

h)

Figure 24. Meteorological fields as in figure 21, but at 00:00 UTC of 14/08/1996.

For a more detailed analysis of the synoptic conditions of the considered period, the analysis of some meteorological parameters at 00:00 UTC (07:00 local time) of 14/08/1996 (Figure 24) is presented below. In the baric field at sea level (Figure 24, a), a weak depression over the Red River delta and the Gulf of Tonkin is observed. The presence of this depression is associated with a maximum in the surface wind speed (Figure 24, b). Fields of surface temperature and relative humidity (Figure 24, c and d) are determined by the orography of the region and have typical values for the given period. At 700 hPa, the geopotential field shows a minimum co-located above the surface depression (Figure 24, e), while the associated cyclonic circulation is shown in Figure 23, b. The temperature field is rather homogeneous (Figure 24, f) and relative humidity (Figure 24, g) has zones of increased values connected with low level convergence and uplift. The wind field in the upper troposphere (Figure 24, h) has a complex structure: in the northern part of the region a westerly flow, perturbed by waves apparently connected with mid-latitude disturbances, is observed, while in the southern part a compensating monsoonal flow from eastern and north-eastern directions is present.

48

a)

b)

c)

d)

49

e)

f)

Figure 25. As in figure 22, but for the following days: a) 14/08/1996; b) 15/08/1996; c) 16/08/1996; d) 17/08/1996; e) 18/08/1996; f) 19/08/1996. As for the previous event, the BOLAM-father and BOLAM-son models have been used to simulate the meteorological evolution of the considered period described above. Only the accumulated precipitation fields simulated by BOLAM-son (Figure 25) are presented and briefly discussed here. The most intense precipitation periods and areas (see for example Figure 25, c and d) appear to be connected with the presence of the cyclonic vortex mentioned above. In this event the precipitation fields are more organized than in a typical monsoonal regime: zones of precipitation peaks, exceeding 150 mm in one day (see Figure 25, all panels) are more extensive and coherent, so that it is possible to trace their evolution in time. 4.3. The event of 2000 In the year 2000, the period of heaviest monsoonal precipitation and flood coincided with in second half of July. The numerical simulations have covered the interval from 18 to 25 July (Figure 19). In the considered area, the simulated period has been characterized in this case by a circulation regime rather typical of the monsoon period, as it can be observed in the analysis of wind field in the middle-low troposphere (Figure 26). The evolution of the wind indicate a slow varying monsoon flow. The westerly to south-westerly flow exhibits maximum speeds to the west of Indochinese peninsula, over the Bay of Bengal, and over eastern China. However, also in this case the monsoonal flows is perturbed by the presence of a weak cyclonic circulation which affects the Red River basin, more evident in the middle of the period (Figure 26, c and d), weakening at a later stage (Figure 26, f to h).

50

a)

b)

c)

d)

51

e)

f)

g)

h)

Figure 26. As in figure 20, but for the following dates: a) 18/07/2000; b) 19/07/2000; c) 20/07/2000; d) 21/07/2000; e) 22/07/2000; f) 23/07/2000; g) 24/07/2000; h) 25/07/2000. Some meteorological parameters, derived from the ECMWF analysis, at 00:00 of 21 July 2000 (taken as representative of the considered period), are presented in Figure 27. The mean sea level pressure (Figure 27, a) is rather homogeneous, although a weak trough extends from the Himalayas to the Gulf of Tonkin. The surface wind (Figure 27, b) is characterized by the monsoon branch over the Indian Ocean and by a southerly branch over the Pacific Ocean. The near surface air temperature (Figure 27, c) presents values similar to the other events. The field of surface air relative humidity (Figure 27, d) is rather homogeneous. At the 700 hPa level, the fields presented in Figure 27 do not depart strongly from the climatology of the period. In the upper troposphere, at 300 hPa, the wind field (Figure 27, h) exhibits an area of cyclonic shear separating the westerly flow to the north from the easterly to north-easterly compensating monsoon upper branch in the south.

52

a)

b)

c)

d)

53

e)

f)

g)

h)

Figure 27. Meteorological fields as in figure 21, but at 00:00 UTC of 21/07/2000. Figure 28 shows the daily accumulated precipitation fields obtained from the BOLAM-son runs. The high time and space heterogeneity found in the previous events is present also in this case. However, areas of intense precipitation appear only in a belt extended mainly in the zonal direction, in the north-western part of the Red River catchment (see, in particular, Figure 28, b, c, and d).

54

a)

b)

c)

d)

55

e)

f)

Figure 28. As in figure 22, but for the following days: a) 19/07/2000; b) 20/07/2000; c) 21/07/2000; d) 22/07/2000; e) 23/07/2000; f) 24/07/2000. 4.4. The event of 2002 In 2002 the period of heavy monsoonal precipitation in the catchment-basin of the Red River was observed in August and lasted for a rather long time. The peak of flooding activity took place in the period from 9 to 19 August. Therefore, this period has been chosen for performing the numerical simulations with BOLAM, as shown in Figure 19. At 700 hPa level, at the beginning of the period (Figure 29, a and b), on the Indochinese peninsula an intense westerly monsoonal flow was observed. At the same time, in the north-east of the region considered, a north-easterly flow, apparently originated in the mid latitude circulation, was present. The convergence of the two flows branches occurred on the background of a weak cyclonic circulation which appeared near the domain centre, over the Red River basin. During the following days (10-12 August, Figure 29, c to e), the north-easterly flow gradually weakened and disappeared. At the same time, a reinforcement of a south-westerly current covering the western part of the Indochinese peninsula was observed. In the following days, (13-19 August, Figure 29, f to j), this climatological monsoon regime was disturbed by the formation and the rapid development of a tropical storm entering the model domain in the south-eastern part of the area. The cyclonic vortex then intensified and moved from south- east to north-west, affecting the Tonkin Gulf with its north-easterly flow (Figure 29, k and l). Simultaneously, a significant intensification of the monsoonal flow, but from a north-westerly rather than westerly direction, took place above the Indochinese peninsula. Its intensity peak was observed between 17 and 19 August (Figure 29, j to l). Thus, during the second part of the examined period, the monsoonal regime circulation was strongly disturbed by the presence of a tropical cyclonic vortex. As a whole, the given period was characterized by the presence of a complex circulation pattern.

56

a)

b)

c)

d)

57

e)

f)

g)

h)

i)

j)

58

k)

l)

Figure 29. As in figure 20, but for the following dates: a) 08/08/2002; b) 09/08/2002; c) 10/08/2002; d) 11/08/2002; e) 12/08/2002; f) 13/08/2002; g) 14/08/2002; h) 15/08/2002; i) 16/08/2002; j) 17/08/2002; k) 18/08/2002; l) 19/08/2002. A day with the most typical regime for the monsoon circulation, namely August 10, has been chosen for a more detailed description (Figure 30), although it may not be considered as representative of the different circulation patterns observed during this event. The mean sea level pressure (Figure 30, a) was characterized by the presence of a weak trough in the domain centre, stretching from a depression of orographic origin. The surface wind at this time (Figure 30, b) is representative of a rather intense monsoon flow. The air temperature and relative humidity fields (Figure 30, c and d) have typical values for the given region and period. a)

b)

59

d)

c)

e)

f)

60

g)

h)

Figure 30. Meteorological fields as in figure 21, but at 00:00 UTC of 10/08/2002.

At the 700 hPa level, the geopotential (Figure 30, e) shows a weak trough similar to that observed in the mean sea level pressure. The corresponding wind field is shown in Figure 29, c, and is typical for the monsoonal circulation. As in the previous cases, the temperature field (Figure 30, f) is quite homogeneous, while relative humidity (Figure 30, g) presents almost saturated areas in the central and north-eastern parts of the domain. In the upper troposphere, a north-easterly flow (Figure 30, h) is observed over most of the region, with a divergence area is visible over the northern Vietnam. In the northern part of the domain, an intense westerly flow is observed. The analysis of accumulated precipitation for all days of simulation is presented below. For this event, in order to verify and compare the precipitation fields obtained with different model resolutions, the precipitation fields simulated both by BOLAM-father and BOLAM-son are shown below, in the left and right panels, respectively, of Figure 31. a1)

a2)

61

b2)

b1)

c1)

c2)

62

d2)

d1)

e1)

e2)

63

f2)

f1)

g1)

g2)

64

h2)

h1)

i1)

i2)

65

j1)

j2)

Figure 31. Fields of precipitation accumulated during 24 hour periods (each beginning at 00:00 UTC), as simulated by the BOLAM-father (left column) and the BOLAM-son (right column), for different days of the period considered: a1), a2) 09/08/2002; b1), b2) 10/08/2002; c1), c2) 11/08/2002; d1), d2) 12/08/2002; e1), e2) 13/08/2002; f1), f2) 14/08/2002; g1), g2) 15/08/2002; h1), h2) 16/08/2002; i1), i2) 17/08/2002; j1), j2) 18/08/2002. Precipitation fields, simulated both by BOLAM-father and BOLAM-son, are characterized by significant time and spatial variability, the latter being more pronounced in the case of higher resolution (BOLAM-son model). A general comparative analysis of fields, obtained at different resolutions, yields to the following indications. The precipitation fields obtained with a lower resolution have local maxima with values lower by about 20-30% than the corresponding fields obtained with a higher resolution model. The spatial organization of precipitation is more evident for the BOLAM-father model. The BOLAM-son has reproduced a more detailed structure of precipitation fields. This structure is characterized by large heterogeneity and in space and in time. These features are particularly evident during the period with the most typical monsoonal circulation, between 10 and 12 August (Figure 31, b2 to d2), when precipitation occupies a large area affecting part of the Red River basin. On the other side, during the presence of the tropical cyclone in the region, precipitation fields assume a different structure. In the cyclone area, a rather extensive and homogeneous zone characterized by increased values of accumulated precipitation is observed. This is especially appreciable in the fields simulated by BOLAM-son (Figure 31, h2). However it must be remarked that both models confined the precipitation originated by the cyclone on a rather limited territory. 5. Conclusions The present report documents the implementation of the meteorological model BOLAM for simulating events of severe flooding in the Red River delta in Vietnam. After providing a general overview of the BOLAM model capability and of the input data necessary to run the model either in hindcast on in forecast mode, the study has focused on the simulation of four different cases of historical flood, all of them occurred in the monsoon season (July and August).

66

An analysis of the case studied, considering both the ECMWF grid analysis values and the model output fields, indicated that in most of the events considered the climatological monsoon circulation was perturbed by the occurrence of cyclonic vortexes or troughs affecting, directly or indirectly, the areas of heaviest precipitation. In some cases such vortexes appeared to be generated within - or at the northern border of - the monsoon flow. In other cases they were originated as tropical cyclones entering the region from the east. The model precipitation outputs, especially those computed at the highest spatial resolution (8 km) by applying a self-nesting technique, have been provided as input to the hydrological model employed in this project. A verification of the model precipitation fields is in progress, using both raingauge observations in the area and the results of the hydrological model discharges, to be compared with observed discharges of the Red River. The model realistically reproduces the character of the heavy precipitation typical for the monsoonal circulation in the geographical region considered here.

67

PART III - Verification of meteorological and hydrological simulations of floods The distributed DIMOS-Hong hydrological model The hydrological flood model adopted, of the conceptual and distributed type, is a development of a first version implemented by La Barbera (1990) and by Mancini (1990). The model is basically built by two components. The first is the soil model that aims at describing in a relatively simple mathematical scheme the complex physical processes that include the interception of rainfall by vegetation, the storage in surface ponds and the partitioning of the resulting rainfall volume into infiltration and runoff. The choice of the class of model, of the ‘infiltration excess’ or of the ‘saturation excess’ type was based on the quality of the data available and the experience gained in the simulation of floods in several catchments in Italy and Switzerland (Ranzi et al., 2002, 2003, 2007; Bacchi et al., 2003). The model adopted to compute the runoff production was the Curve Number method deeply investigated by the Soil Conservation Service (see, for instance, U.S.D.A., 1986) that assumes the runoff volumes, P, to be proportional to the rainfall volumes, I, exceeding an Initial abstraction threshold, Ia, through a factor. This factor is the ratio of the accumulated infiltration, F, to a storage capacity, S.

for

otherwise

=P

I

>

(1)

)I-(I a

,0;I a

F S

P

(2)

,

a ++

Together with the continuity equation that, for I>Ia states that IF=I the cumulated runoff volume becomes to be non-linearly related to the excess rainfall volume (I-Ia).

2

(3)

P =

) ( I - I a I - I + S a

The non-linearity tends to disappear asymptotically, for flood events with rainfall volumes exceeding the soil storage capacity S, the key model’s parameter. Some authors (see Beven, 2000 for a critical review) consider the SCS-CN method similar to an infiltration excess procedure, if a spatially variable but time constant infiltration capacity is assumed in the catchment. However, because the threshold effects that are peculiar of infiltration excess models disappear in the Curve Number procedure, as soon as the initial abstraction volumes are saturated, it is more obvious to consider it as a saturation excess model as several other authors do. The storage capacity was set for each cell of the digital representation of the catchment, with a size of 1 km2. A permeability class A-B-C-D, with A indicating pervious soils and D the most impervious ones was assigned by keeping the relative order of permeability provided by the geological maps. Less subjective was the assignment of the land use class, the second information needed to estimate the soil storage, S. Extensive experiments conducted worldwide enabled to produce quite a detailed cross-reference table between land use classes, soil permeability and storage capacity. These tables are, likely, one of the key reasons of the wide diffusion of the SCS method in the hydrological practice. More physically based methods, instead, are more difficult to be applied over large basins because of a lack of information on physical soil parameters in relation to different land use practices.

68

,

(4)

(5)

.

(6)

c q

q

c

= ⋅

−

+

(

)

u

e

The flood routing component of the hydrological model The second model’s component aims at reproducing the routing mechanisms of the overland flow and of the channel flow. Detailed experiments on natural surfaces conducted by Emmet (1970) enable to compute a rating curve for the overland flow of the type q = a.yb where q [m2 s-1] is the surface runoff rate per unit width, y [m] the depth of the sheet of water over the slopes, a and b parameters depending on the type of flow, the surface roughness and the slope. For turbulent flow b=5/3, while b=3 for laminar flow, the parameter a depending on the slope and roughness for turbulent flow, the slope and viscosity for laminar flow. There is evidence that shallow overland flow cannot be easily interpreted in terms of hydraulic relationships that are widely used for other open channel flows. These differences regard both friction laws and processes related to sediment inception and transport (Pilotti and Menduni, 2001). The presence of local disturbances, as gravels, roots, vegetation, the formation of localised erosional patterns producing rills, and preferential paths is such that the parameters of expression (4) change widely from experiment to experiment. The experiments by Emmet (1970) indicated that the higher the slope, the smaller was the exponent b, on average. In particular, for the highest slopes of the natural plots selected in those experiments the value of b was not far from one. For the site BL-2, with a slope of 0.332 a value of b=1 and of a=0.032 can be estimated from the graphs in the original report (page A37). These values are quite appealing because the linearity of the runoff rate vs. the water depth enables to represent the overland flow as a linear reservoir. Its time constant, being the average residence time of the water over the slope can be estimated as one half of the time of concentration of runoff. Assuming a kinematic flow over the surface, the time of concentration [s] needed for a pulse of net rainfall p [ms-1] to reach the slope bottom, of length L [m] is, assuming equation (4) Tc = [L.p(1-b).a-1]1/b For the ‘linear’ model we adopted the parameter a becomes the average velocity of the overland flow and its magnitude, of 0.03 ms-1 is quite reasonable. It has to be noted, however, that when the departure from the sheet flow is marked and erosion rills do form over the slopes, the flow tends to concentrate over a narrower width, the water depth to increase, and so its velocity. It is then expected that during floods the average overland flow velocity is higher than 0.03 ms-1. The length of the overland flow was taken to be the length of one cell. Surface runoff is routed through the cells of the lateral slopes, such that downslope cells receive higher water volumes in input and tend to saturate more rapidly than upstream cell, thus reproducing to some extent the topographic ‘saturation effect’ mechanism that is the core idea of the topographic model by Beven and Kirby (1979). As soon as the overland flow reaches the channel, the flood is routed according to a Muskingum- Cunge scheme. This is based on the Muskingum scheme with the time constant parameter, K, derived from the hydraulic characteristics of the channel and the routed discharge, Q. Starting from the kinematic one-dimensional flow equation Q ∂ t ∂

Q ∂ s ∂

69

j

j

1 +

1 +

+

.

+

+

+

=

)1

( qC 4

QC 2 i

QC 3 i

QC 1 i

j u

j e

j 1 + 1 +

j 1 +

where (qe-qu) represents the lateral flux per unit length of the channel sides, and c the celerity of the wave, by using a finite difference scheme for the derivatives in space and in time, the runoff at the spatial node i+1 and the time step j+1 can be represented in a way that is similar to the standard Muskingum scheme: (7) Q q − i The coefficients C1, C2 e C3 are the same as those of the Muskingum method

,

(8a)

C

=

1

(8b)

,

C

=

2

,

(8c)

C

=

3

2 X Kt Δ − ( ) Kt 12 X Δ+ − 2 Kt X Δ + ( ) 12 X Kt − Δ+ ( ) 12 X Kt − Δ− ) ( 12 X Kt − Δ+

and C4 that has the dimension of a length, is given by

.

(8d)

C

=

4

2 X

Kt

−

tc Δ ) Δ+

( 12

By estimating the time constant K of the Muskingum method equal to the time needed for the wave, with celerity c, to route through the distance Δs, K=Δs/c, the coefficients C1, C2, C3 e C4 of the Muskingum method correspond to those of the kinematic model (7). The dimensionless parameter X, that controls the way the flood is damped downstream, can be estimated by imposing that the numerical diffusivity Dn, introduced by the finite difference scheme adopted in (7)

,

(9)

X

sc Δ=

−

Dn

1 2

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

(10)

.

D

q

c

−

+

=

+

( c q

)

h

u

e

is the same of the hydraulic diffusivity Dh in the linear convection-diffusion wave propagation model Q ∂ t ∂

2 Q ∂ s ∂

Q ∂ s ∂

In this way also the damping of the flood downstream the channel can be reproduced. Considering that the hydraulic diffusivity can be estimated as

,

(11)

D

≈

h

2

Q iB

f

where B is the channel width and if its slope, the parameter X can also be computed as a function of the flow and of the channel geometry, as

.

(12)

X

1

=

−

1 2

Q scbi Δ f

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

Stability and accuracy of the numerical scheme are ensured when the computational time step is limited according to

70

(13)

the channel geometry on

2KX ≤ Δτ ≤ 2K(1-X) . The left side condition corresponds to the criterion C1≥0 generally recommended to obtain accurate solution of the scheme (see also Ponce and Theurer, 1982 for a discussion on accuracy conditions). The right side limitation derives from stability conditions. To avoid the numerical scheme to diverge, and the simulated flood wave to unrealistically amplify downstream, the numerical diffusivity Dn should remain positive and from equation (9) this condition holds if, and only if, X ≤ 1/2 or, correspondingly, 1≤2(1-X). The numerical dispersion reduces as the Courant number Cu=cΔt /Δs=Δt/K is small and, possibly, close to 1 as generally recommended for the linear scheme. Orlandini and Rosso (1996) showed that for higher values of Cu, for instance for Cu>3 numerical fluctuations occur in the the scheme (7) and (8) adopted to solve the nonlinear case of the kinematic flow equation adopted to simulate overland flow. As a result of these theoretical and empirical evidences the upper limit value Cu=1 is taken and the right hand side of the condition (13) holds. The key parameter, K, can be estimated on the basis of the current discharge and celerity. Ponce and Yevjevich (1978) on the basis of numerical simulations of a flood propagation over a 322 km long river suggested to compute the celerity on the basis of a weighted mean of the current discharge computed at the previous space node, and the current node at the previous time step. The mass conservation was verified with a high degree of precision. The same assumption was adopted by Orlandini and Rosso (1998) who represented the basis of geomorphological laws. This scheme is particularly suitable for real time applications, when the discharge is not known in advance. Ranzi et al. (2000), for instance, applied the (7) to (13) numerical scheme with the celerity and the diffusivity computed on the basis of the current j to forecast a flood in a river of the western Italian Alps and verified that the scheme discharge Qi was conservative with less than a 1% error. In the case of the Song Hong River, instead, where the discharge was known in advance, a constant celerity estimated on the basis of a reference discharge Qref was adopted. Whichever is the scheme adopted to estimate the celerity and the time constant K, the stability condition (13) is verified at each time step. Time steps of the order of 1200 s were adopted, by considering that the average speed of the flow was, during floods, about 1-2 m/s, and Δs was 1000 m, for straight channels between computational nodes. Subsurface flow was then added with the simplified scheme of a linear reservoir that is filled by a fraction (typically 0.4÷0.6) of the infiltration volume and is drained to the outlet cell by a time constant which is estimated from the recession curve of the hydrograph. Its value was set to 6 days.

71

Results of the simulations In the following the results of the verification of both the meteorological and the hydrological simulations are summarised in graphical form. For each of the four events the daily precipitation forecast 24 to 48 hours ahead is reported versus the observed one. In the top right panel the same data are reported and compared on the time axis. Cumulated values of the high resolution simulations are reported as well. Flood hydrographs simulated using the observed precipitation as forcing are reported on the bottom panels. In these simulations the observed rainfall (upside-down) represents the average value over the whole basin closed at the Son Tay station. The same areal averages are computed for the low resolution BOLAM simulation with 24 to 48 hours forecast range. For this precipitation forcing the hydrograph at the Son Tay outlet is reported. Unfortunately no information about the effects of reservoirs and major lakes was available for this project.

1971

BOLAM high resolution daily precipitation (14-19 Aug 1971)

BOLAM high resolution +24-48 h daily precipitation

400

0

100

)

350

25

)

m m

80

m m

300

50

( n o

250

75

)

i t

i

60

m m

200

100

i

150

125

a t i p c e r p y

l

40

l i

100

150

( t s a c e r o F

a D

y = 0.6783x R2 = -1.597

50

175

( n o i t a t i p c e r p d e t a u m u C

RAINGAUGES BOLAM RAINGAUGES BOLAM

20

0

200

0

20

40

60

80

100

0

1 7 9 1 . 8 . 8 1

1 7 9 1 . 8 . 9 1

1 7 9 1 . 8 . 4 1

1 7 9 1 . 8 . 5 1

1 7 9 1 . 8 . 6 1

1 7 9 1 . 8 . 7 1

Date

Observed (mm)

Song Hong August 1971 flood, neutral reservoirs, groundwater

50000

0

45000

5

40000

RAINFALL

35000

BOLAM LR +24h

10

SonTay

) s /

30000

3

Son Tay-C

m

BOLAM LR + 24-48 h

25000

15

VuQuang

P r e c i p i t a t i o n (

Vu Quang-C

i

/

20000

( e g r a h c s D

YenBai

m m 6 h )

Yen Bai-C

20

15000

HoaBinh

Hoa Binh DW

10000

25

5000

0

30

1 7 - g u A - 1 1

1 7 - g u A - 4 1

1 7 - g u A - 7 1

1 7 - g u A - 0 2

1 7 - g u A - 3 2

1 7 - g u A - 6 2

Figure 32. Simulated precipitation and hydrographs for the 1971 flood.

72

So some working hypotheses were adopted, assuming that reservoirs did not have any influence for the 1971 flood: major reservoirs were not constructed yet, at that time and lakes had a neutral effect. For the other three events it was assumed, instead, that reservoirs acted as sinks of the simulated inflow. Bolam forecasts were quite in agreement with the observed precipitation for the 1971 and 1996 events. Resulting flood hydrographs were simulated even better than using the observed precipitation, thus indicating the potential of quantitative precipitation predictions.

1996

BOLAM high resolution daily precipitation (14-19 Aug 1996)

BOLAM high resolution +24-48 h daily precipitation

100

)

)

m m

80

m m

)

i

60

m m

i

( n o i t a t i p c e r p y

l

40

l i

( t s a c e r o F

a D

y = 1.096x R2 = 0.7329

( n o i t a t i p c e r p d e t a u m u C

RAINGAUGES BOLAM RAINGAUGES BOLAM

20

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250

500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

0

20

40

60

80

100

0

6 9 9 1 . 8 . 8 1

6 9 9 1 . 8 . 9 1

6 9 9 1 . 8 . 4 1

6 9 9 1 . 8 . 5 1

6 9 9 1 . 8 . 6 1

6 9 9 1 . 8 . 7 1

Date

Observed (mm)

Song Hong August 1996 flood, sink reservoirs, groundwater

40000

0

RAINFALL

5

35000

BOLAM LR +24-48h

10

SonTay

30000

Son Tay-C

15

BOLAM LR +24-48h

25000

20

) s / 3

m

VuQuang

20000

25

Vu Quang-C

P r e c i p i t a t i o n (

YenBai

30

( e g r a h c s i D

15000

m m / 6 h )

Yen Bai-C

35

TaBu

10000

40

Ta Bu-C

5000

HoaBinh

45

0

50

6 9 - g u A - 1

6 9 - g u A - 2

6 9 - g u A - 3

6 9 - g u A - 4

6 9 - g u A - 5

6 9 - g u A - 6

6 9 - g u A - 7

6 9 - g u A - 8

6 9 - g u A - 9

6 9 - g u A - 0 1

6 9 - g u A - 1 1

6 9 - g u A - 2 1

6 9 - g u A - 3 1

6 9 - g u A - 4 1

6 9 - g u A - 5 1

6 9 - g u A - 6 1

6 9 - g u A - 7 1

6 9 - g u A - 8 1

6 9 - g u A - 9 1

6 9 - g u A - 0 2

6 9 - g u A - 1 2

6 9 - g u A - 2 2

6 9 - g u A - 3 2

6 9 - g u A - 4 2

6 9 - g u A - 5 2

6 9 - g u A - 6 2

6 9 - g u A - 7 2

6 9 - g u A - 8 2

6 9 - g u A - 9 2

6 9 - g u A - 0 3

6 9 - g u A - 1 3

Figure 33. Simulated precipitation and hydrographs for the 1996 flood.

73

For the July 2000 flood both the high resolution and low resolution BOLAM forecast overestimated the observed areal precipitation. However the resulting flood hydrographs is simulated quite well, while the raingauge-forces hydrological model underestimates the observed hydrograph. It has to be stressed, however that the assumption of a ‘pure sink’ effect of reservoirs is likely to damp the simulated flood more heavily than in the real conditions. Also the August 2002 flood was overestimated by a factor of two by the BOLAM model and resulting flood hydrographs overestimate the observed ones which are quite well reproduced, instead, using the observed precipitation. It is encouraging to observe that for all the events the timing of the forecast precipitation is reproduced satisfactorily.

2000

BOLAM high resolution daily precipitation (19-24 Aug 2002)

BOLAM high resolution +24-48 h daily precipitation

400

0

100

)

350

25

)

m m

80

m m

300

50

y = 1.5877x

250

75

)

i

60

m m

200

100

i

150

125

( n o i t a t i p c e r p y

l

40

l i

100

150

( t s a c e r o F

a D

50

175

( n o i t a t i p c e r p d e t a u m u C

RAINGAUGES BOLAM RAINGAUGES BOLAM

20

0

200

0

20

40

60

80

100

0

0 0 0 2 . 7 . 3 2

0 0 0 2 . 7 . 4 2

0 0 0 2 . 7 . 9 1

0 0 0 2 . 7 . 0 2

0 0 0 2 . 7 . 1 2

0 0 0 2 . 7 . 2 2

Date

Observed (mm)

Q (m³/s)

Song Hong July 2000 flood, no reservoirs, groundwater

0

35000

RAINFALL

5

30000

RAINFALL BOLAM LR +24-48h SonTay

Son Tay-C

10

25000

P

i

Son Tay-BOLAM LR +24-48h VuQuang

15

20000

Vu Quang-C

r e c p i t a t i o n (

20

15000

Yen Bai Yen Bai-C

m m

/ 6 h )

25

10000

TaBu Ta Bu-C

HoaBinh

30

5000

35

0

0 0 - l u J - 1 0

0 0 - l u J - 2 0

0 0 - l u J - 3 0

0 0 - l u J - 4 0

0 0 - l u J - 5 0

0 0 - l u J - 6 0

0 0 - l u J - 7 0

0 0 - l u J - 8 0

0 0 - l u J - 9 0

0 0 - l u J - 0 1

0 0 - l u J - 1 1

0 0 - l u J - 2 1

0 0 - l u J - 3 1

0 0 - l u J - 4 1

0 0 - l u J - 5 1

0 0 - l u J - 6 1

0 0 - l u J - 7 1

0 0 - l u J - 8 1

0 0 - l u J - 9 1

0 0 - l u J - 0 2

0 0 - l u J - 1 2

0 0 - l u J - 2 2

0 0 - l u J - 3 2

0 0 - l u J - 4 2

0 0 - l u J - 5 2

0 0 - l u J - 6 2

0 0 - l u J - 7 2

0 0 - l u J - 8 2

0 0 - l u J - 9 2

0 0 - l u J - 0 3

0 0 - l u J - 1 3

Figure 34. Simulated precipitation and hydrographs for the 2000 flood.

74

2002

BOLAM high resolution daily precipitation (9-18 Aug 2002)

BOLAM high resolution +24-48 h daily precipitation

100

)

m m

(

)

80

n o

m m

i t

(

a

)

t i

n o

i t

i

a

t i

60

m m

i

p c e r p

p c e r p

y

d e

l i

t

l

a D

40

( t s a c e r o F

a u m u C

RAINGAUGES BOLAM RAINGAUGES BOLAM

20

500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250

y = 2.0898x R2 = 0.5086

2 0 0 2

2 0 0 2

2 0 0 2

2 0 0 2

2 0 0 2

2 0 0 2

2 0 0 2

2 0 0 2

2 0 0 2

2 0 0 2

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

0

0

20

40

60

80

100

8 . 6 1

8 . 7 1

8 . 8 1

8 . 9 1

8 . 0 1

8 . 1 1

8 . 2 1

8 . 3 1

8 . 4 1

8 . 5 1

Date

Observed (mm)

75

Song Hong August 2002 flood, sink reservoirs, groundwater

0

40000

RAINFALL

BOLAM LR +48-72h

5

35000

SonTay

Son Tay-R

10

30000

VuQuang

/

Vu Quang-R

/

15

25000

) s 3

YenBai

m

) h 6 m m

Yen Bai-R

20

20000

TaBu

i

i

Ta Bu-R

25

15000

( e g r a h c s D

( n o i t a t i p c e r P

30

10000

35

5000

40

0

2 0 - g u A - 1

2 0 - g u A - 2

2 0 - g u A - 3

2 0 - g u A - 4

2 0 - g u A - 6

2 0 - g u A - 7

2 0 - g u A - 8

2 0 - g u A - 9

2 0 - g u A - 1 1

2 0 - g u A - 2 1

2 0 - g u A - 3 1

2 0 - g u A - 4 1

2 0 - g u A - 6 1

2 0 - g u A - 7 1

2 0 - g u A - 8 1

2 0 - g u A - 9 1

2 0 - g u A - 1 2

2 0 - g u A - 2 2

2 0 - g u A - 3 2

2 0 - g u A - 4 2

2 0 - g u A - 6 2

2 0 - g u A - 7 2

2 0 - g u A - 8 2

2 0 - g u A - 9 2

2 0 - g u A - 1 3

Song Hong August 2002 flood, sink reservoirs, groundwater

40000

0

35000

5

OBSERVED RAINFALL

30000

10

BOLAM LR +24-48h

SonTay

25000

15

Son Tay-R

) s /

3

Son Tay-BOLAM

m

VuQuang

20000

20

P r e c i p i t a t i o n (

Vu Quang-BOLAM

YenBai

/

( e g r a h c s i D

15000

25

Yen Bai-BOLAM

m m 6 h )

TaBu

Ta Bu-BOLAM

10000

30

5000

35

0

40

2 0 - g u A - 1

2 0 - g u A - 2

2 0 - g u A - 3

2 0 - g u A - 4

2 0 - g u A - 5

2 0 - g u A - 6

2 0 - g u A - 7

2 0 - g u A - 8

2 0 - g u A - 9

2 0 - g u A - 0 1

2 0 - g u A - 1 1

2 0 - g u A - 2 1

2 0 - g u A - 3 1

2 0 - g u A - 4 1

2 0 - g u A - 5 1

2 0 - g u A - 6 1

2 0 - g u A - 7 1

2 0 - g u A - 8 1

2 0 - g u A - 9 1

2 0 - g u A - 0 2

2 0 - g u A - 1 2

2 0 - g u A - 2 2

2 0 - g u A - 3 2

2 0 - g u A - 4 2

2 0 - g u A - 5 2

2 0 - g u A - 6 2

Figure 35. Simulated precipitation and hydrographs for the 1971 flood.

76

Conclusions

The simulation of four major floods occurred since 1971 using the mesoscale hydrostatic meteorological model BOLAM show a relatively good timing of precipitation forecasts and an agreement on the areal precipitation for the 1971 and 1996 events. The July 2000 and August 2002 floods, instead were overestimated, but a reasonably satisfactory agreement on flood forecast up to three to five days in advance for most of the investigated events was achieved. It has to be recognised, however that the basin-averaged observed precipitation is not properly represented because of a coarse raingauge network for the Chinese part of the basin. No data are available for China in the 1971 and 1966 events.

Flood hydrographs simulated by the DIMOS-Hong hydrological model are good in timing of the concentration and recession limb. Peak flows are overestimated especially for the 1996 event. Several uncertainties affect the accuracy of the flood forecast. The effect of reservoirs cannot be assessed precisely, with the available information. Progresses on this side are expected after further data collection. Also the subsurface component of the hydrographs can be represented by a more detailed model. Considering that no parameter calibration was conducted neither for the meteorological nor for the hydrological model some improvements can be expected after further verification, to be conducted together with the project partners.

The results achieved in this research, once the river basin characteristics, especially soil and land use data, will be set up more in detail, keeping into account the time of concentration of the basin (3 to 5 days), indicate that the BOLAM-DIMOSHong model chain can provide additional information useful to assist medium term flood forecasting and control for the Red River, thus enabling non structural methods for flood hazard prevention.

77

References Bacchi, B. And R. Ranzi, Hydrological and meteorological aspects of floods in the Alps: an

overview, Hydrol. Earth System Sci., 7(6), 784-798, 2003.

Bacchi, B., and R. Ranzi Eds., 2000: RAPHAEL – Runoff and Atmospheric Processes for Flood Hazard Forecasting and Control. Final Report. EC, Directorate General XII, Programme Env. and Climate 1994-1998, Bruxelles.

Barontini, S., A. Clerici, R. Ranzi And B. Bacchi, Saturated Hydraulic Conductivity And Water Retention Relationships For Alpine Mountain Soils, in: De Jong C., D. N. Collins e R. Ranzi (editors), Climate and Hydrology of Mountain Areas, ISBN: 0-470-85814-1, 101-122, J. Wiley & Sons, 2005.

Bartholmes, J. and E. Todini, (2005): Coupling meteorological and hydrological models for flood

forecasting, Hydrol. Earth System Sci. 9(4), 333-346.

Beljaars, A. C. M., 1995: The impact of some aspects of the boundary layer scheme in the ECMWF model. ECMWF Seminar proceedings on Parameterization of Subgrid Scale Physical Processes. Reading, UK.

Benoit R., Kouwen N., Yu W., Chamberland S. and P. Pellerin, 2003: Hydrometeorological aspects of the real-time ultrafine forecast support during the Special Observing Period of the MAP, Hydrol. Earth System Sci. 7(6), 877-889.

Beven, K., 2000. Rainfall-runoff modelling, The Primer, J. Wiley and Sons. Beven, K., and Kirkby, M.J., 1979. A physically-based variable contributing area model of basin

hydrology, Hydrol. Sci. Bull., 24, 43-69.

Billet, S. and Toro, E. F., 1997: On WAF-type schemes for multidimensional hyperbolic conservation

laws, J. Comput. Phys., 130, 1–24.

Blackadar, A. K., 1962: The Vertical Distribution of Wind and Turbulent Exchange in a Neutral

Atmosphere, J. Geophys. Res., 67, 3095–3102.

Bougeault P. , P. Binder, A. Buzzi, R. Dirks, R. Houze, J. Kuettner, R. B. Smith, R. Steinacker, and H. Volkert, 2001: The MAP Special Observing Period. Bulletin of the American Meteorological Society , 82, 433-462.

Bougeault, P. and Lacarrere, P., 1989: Parameterization of orography-induced turbulence in a meso-

betascale model. Mon. Wea. Rev., 117, 1872–1890.

Bougeault, P., P. Binder, A. Buzzi, R. Dirks, J. Kuettner, R. Houze, R.B. Smith, R. Steinacker, H. Volkert, 2001: The MAP Special Observing Period. Bull. Am. Meteor. Soc., 82, 433-462. Buzzi, A., and L. Foschini, 2000: Mesoscale meteorological features associated with heavy

precipitation in the southern Alpine region. Meteorol. Atmos. Phys., 72, 131-146.

Buzzi, A., M. D'Isidoro, S. Davolio, 2003: A case study of an orographic cyclone south of the Alps

during the MAP SOP. Quart. J. Roy. Meteor. Soc. 129, 1795-1818.

Buzzi, A., M. Fantini, P. Malguzzi and F. Nerozzi, 1994: Validation of a limited area model in cases of Mediterranean cyclogenesis: surface fields and precipitation scores. Meteorol. Atmos. Phys., 53, 137-153.

Buzzi, A., N. Tartaglione and P. Malguzzi, 1998: Numerical simulations of the 1994 Piedmont flood:

Role of orography and moist processes. Mon. Wea. Rev., 126, 2369-2383.

Chancibault, K., Anquetin, S., Ducrocq, V., Saulnier, G.M., 2006 : Hydrological evaluation of high- resolution precipitation forecasts of the Gard flash-flood event (8-9) September 2002, Quart. Journal Royal Meteorol. Soc. 617B, 1091-1117.

Chessa, P.A, G. Ficca, M. Marrocu and R. Buizza, 2004: Application of a limited-area short-range ensemble forecast system to a case of heavy rainfall in the mediterranean region. Wea. Forecasting, 19, 566-581.

Corazza, M., A. Buzzi, D. Sacchetti, E. Trovatore, C. F. Ratto, 2003: Simulating extreme

precipitation with a mesoscale forecast model. Meteorol. Atmos. Phys., 83, 131-143.

78

Drofa, O., P.Malguzzi, G. Fioravanti, A. Buzzi, 2003: Modelling of the thermal and water exchange in the vegetated soil and interaction with the atmosphere. Proceeding of the conference of "Associazione Italiana di Agrometeorologia" (Italian Agrometeorological Association) 2003, Bologna May 29-30 2003. (in Italian)

Emmett, W., W., 1970. The hydraulics of overland flow on hillslopes, Geological Survey

Professional Paper 662-A.

Georgelin, M., P. Bougeault, T. Black, N. Brzovic, A. Buzzi, J. Calvo, V. Cassé, M. Desgagné, R. El- Khatib, J. F. Geleyn, T. Holt, S.-Y. Hong, T. Kato, J. Katzfey, K. Kurihara, B. Lacroix, F. Lalaurette, Y. Lemaitre, J. Mailhot, D. Majewski, P. Malguzzi, V. Masson, J. Mcgregor, E. Minguzzi, T. Paccagnella and C. Wilson, 2000: The second COMPARE exercise: a model intercomparison using a case of a typical mesoscale orographic flow, the PYREX IOP3. Q. J. Roy. Meteor. Soc., 126, 991-1030.

Gyakum, J.R., M. Carrera, D.-L. Zhang, S. Miller, J. Caveen, R. Benoit, T. Black, A. Buzzi, C. Chouinard, M. Fantini, C. Folloni, J.J. Katzfei, Y.-H. Kuo, F. Lalaurette, S. Low-Nam, J. Mailhot, P. Malguzzi, J.M. McGregor, M. Nakamura, G. Tripoli and C. Wilson., 1996: A regional model intercomparison using a case of explosive oceanic cyclogenesis. Wea. Forecasting, 11, 521-543.

Horton,R.E., 1938. The interpretation and application of runoff plot experiments with reference to

soil erosion problem , J. Soil Sci. Soc. Am. 56,275-370.

Hydrology Earth System Sciences (HESS), 7(6), 799-811. Kain, J. S. and Fritsch, J. M., 1990: A one-dimensional entraining/detraining plume model and its

application in convective parameterization. J. Atmos. Sci., 47, 2784–2802.

Kain, J.S., 2004: The Kain-Fritsch convective parametrization: an update. J. App. Meteorol., 43,

170-181.

La Barbera., P., 1990. Problemi di preannuncio di eventi estremi: modelli geomorfo-climatici: meccanica del debris-flow, Rapporto 1988 -Linea 3 del CNR-GNDCI, Genova, 11 pp. Lacassin R, Leloup PH, Trinh PT, Tapponnier P, Unconformity of red sandstones in north Vietnam: field evidence for Indosinian orogeny in northern Indocina?, Terra Nova, 10:106-11, 1998 Lagouvardos, K., and V. Kotroni, 2005: Improvement of high-resolution weather forecasts through humidity adjustment, based on satellite data. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 131, 2695-2712. Lagouvardos, K., V. Kotroni, A. Koussis, C. Feidas, A. Buzzi, P. Malguzzi, 2003: The meteorological model BOLAM at the National Observatory of Athens: Assessment of two-year operational use. J. Appl. Meteor., 42, 1667-1678.

Le Bac Huynh, “Mô hình tính toán và dự báo lũ sông Hồng” “Mathematical modelling and flood

forecasting in Red River”, Journal of Hydro – Meteorology, 5 - 2001

Le Van Anh, “Lũ lụt ở đồng bằng Bắc Bộ trong những thập kỷ vừa qua” “Floods in delta of North

Vietnam in recent decades”, Journal of Hydro – Meteorology, 7 – 2000.

Leheman, R., 1993: On the choice of relaxation coefficients for Davies’ lateral boundary scheme for

regional weather prediction models. Meteorol. Atmos. Phys., 52, 1-14.

Leloup PH, Lacassin R, Tapponier P, Schärer U, Zhong D, Xiaohan L, Liangshang Z, Shaocheng J, Trinh PT, The Ailao Shan-Red River shear zone (Yunnan, China), Tertiary trasnform boundary of Indochina, Tectonophysics, 251:3-84, 1995

Louis, J. F., 1979: A parametric model of the vertical eddy fluxes in the atmosphere. Boundary-Layer

Meteorol., 17, 18–202.

Malguzzi, P., and N. Tartaglione, 1999: An economical second order advection scheme for explicit

numerical weather prediction. Quart. J. Roy. Met. Soc., 125, 2291-2303.

Malguzzi, P., Grossi, G., Buzzi, A., Ranzi, R. and Buizza, R., 2006: The 1966 ‘century’ flood in Italy: a meteorological and hydrological revisitation, J. Geophys Res., 111, D24106, doi:10.1029/2006JD007111.

79

Mancini, M., La modellazione della risposta idrologica: effetti della variabilità spaziale e della scala di rappresentazione del fenomeno di assorbimento, Tesi di Dottorato, Politecnico di Milano, 1990.

Miglietta, M.M., and A. Buzzi, 2004: A numerical study of moist stratified flow regimes over

isolated topography. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 130, 1749-1770. Ministry of Science and Technology of Vietnam (MOST), Atlas Vietnam, 1999. Mlawer, E.J., S.J. Taubman, P.D. Brown, M.J. Iacono, and S.A. Clough, 1997: Radiative transfer for inhomogeneous atmospheres: RRTM, a validated correlated-k model for the longwave. J. Geophys. Res., 102D, 16, 663-16, 682.

Monin, A. S. and Obukhov, A., 1955: Basic laws of turbulence mixing in the surface layer of the

atmosphere. Trudy Geophys. Inst. AN SSSR, 24, 163–187.

Morcrette, J.-J., 1991: Radiation and cloud radiative properties in the ECMWF operational

weather forecast model. J. Geophys. Res., 96D, 9121-9132.

Nagata, M., L. Leslie, H. Kamahori, R. Nomura, H. Mino, Y. Kurihara, E. Rogers, R. L. Elsberry, B. K. Basu, A. Buzzi, J. Calvo, M. Desgagne, M. D'Isidoro, S.-Y. Hong, J. Katzfey, D. Majewski, P. Malguzzi, J. McGregor, A. Murata, J. Nachamkin, M. Roch, C. Wilson, 2001: A Mesoscale Model Intercomparison: A Case of Explosive Development of a Tropical Cyclone (COMPARE III). J. Meteorol. Soc. Japan, 79, 999-1033.

NCHMF-National Centre for Hydro-meteorological Forecasting, “Đánh giá các hình thế thời tiết sinh lũ lớn phục vụ dự báo và cảnh báo trước khả năng có lũ lớn, lũ cực hạn trên hệ thống sông Hồng – Thái Bình”, “Assessment of the shapes of climate causing big flood to improve the extreme flood warning and long-term forecasting in Red – Thai Binh river system”, State Project, 2001

Ngo Dinh Tuan et al, Report on Current status of the water resources of Vietnam, ADB TA 3528-

VIE Project, 2005

Orlandini, S. and Rosso, R., 1996, Diffusion wave modelling of distributed catchment dynamics, J.

Hydrol. Eng., ASCE, 1(3), 103-113.

Pappenberger, F., Beven, K.J., Hunter, N.M., Bates, P.D., Gouweleeuw, B.T., Thielen, J., de Roo, A.P.J., 2005: cascading model uncertainty from medium range weather forecasts (10 days) through a rainfall-runoff model to flood inundation predictions within the European Flood Forecasting System (EFFS), Hydrol. Earth System Sci. 9(4), 381-393.

Philip, J.R., 1958. The theory of infiltration, 7. Soil Sci., 85, 333-337. Pilotti, M., and Menduni, G., 2001. Beginning of sediment transport of incoherent grains in shallow

shear flows, J. Hydraulic Res., IAHR, 39, 115-124.

Ponce, V.M., and Theurer, F.D., 1982, Accuracy criteria in diffucion routing, J. Hydraul. Div.,

ASCE, 112(8), 747-757.

Pressman D.YA., 1994. Chislennaja model' gidrotermicheskikh processov v pochve kak chast' skhemy mezomasshtabnogo prognoza (A numerical model of hydrothermal processes in soil as a part of a mesoscale weather forecast scheme). − Meteorologija i gidrologija (Meteorology and Hydrology), No.11, 62-75, in Russian.

Ranzi, R., B. Bacchi and G. Grossi, Runoff measurements and hydrological modelling for the estimation of rainfall volumes in an alpine basin, Quart. Journal Royal Meteorol. Soc., Vol. 129 Part B, n. 588, 653-672, 2003.

Ranzi, R., M. Bochicchio And B. Bacchi, Effects on floods of recent afforestation and urbanisation

in the Mella River (Italian Alps), Hydrol. Earth System Sci., 6(2), 239-265, 2002.

Ranzi, R., M. Zappa and B. Bacchi, Hydrological aspects of the Mesoscale Alpine Programme: findings from field experiments and simulations, Quart. Journal Royal Meteorol. Soc., 2007 (in press).

Richard, E, Buzzi, A. and Zaengl, G., 2007: Quantitative precipitation forecasting in mountainous regions: The push ahead obtained by the Mesoscale Alpine Programme (MAP). Quarterly J. Royal Meteorol Soc, (in press).

80

Richard, E., A. Buzzi and G. Zängl, 2006: Quantitative precipitation forecasting in mountainous regions: The push ahead obtained by the Mesoscale Alpine Programme (MAP). Submitted to Quart. J. Roy. Meteorol. Soc.

Richard., E., S. Cosma, R. Benoit, P. Binder, A. Buzzi and P. Kaufmann, 2003: Intercomparison of

mesoscale meteorological models for precipitation forecasting.

Roger F, Leloup PH, Jolivet M, Lacassin R, Trinh PT, Brunel M, Seward D, Long and complex thermal hystory fo the Song Chay metamorphic dome (Northern Vietnam) by multi-system geochronology, Tectonophysics, 321:449-466, 2000.

Schultz, P., 1995: An explicit cloud physics parameterization for operational numerical weather

prediction. Mon. Wea. Rev., 123, 3331–3343.

Steinshouer DW, Qiang J, McCabe PJ, Ryder RT, Maps Showing Geology, Oil and Gas Fields, and Geologic Provinces of the Asia Pacific Region, USGS-CRERT Open-File Report 97-470F, on website http://pubs.usgs.gov/of/1997/ofr-97-470/OF97-470F/index.html#TOC

Tran Tuat, Tran Thanh Xuan, Nguyen Duc Nhat, “Sông ngòi Việt Nam” “Hydrogeography of rivers

in Vietnam”, Science and Technology Publishing House, Hanoi, 1987

Trinh Quang Hoa, “Quy hoạch phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng” “Assessment of the

Planning of Flood Control for the Red River Delta”, State Project, 2001

USDA-NRCS-CED, Urban Hydrology for Small Watershed, TR-55, 1986 USGS-EROS,

GTOPO30,

Global

DEM

on

website

http://edc.usgs.gov/products/elevation/gtopo30/gtopo30.html

USGS-EROS,

Land

Cover

Characterisation,

V.2.0,

on

website

Global http://edcsns17.cr.usgs.gov/glcc/

Vu Minh Cat, Le Van Nghinh, Ngo Le An, “Lũ sông Hồng và dự báo lũ tại Hà Nội” “Red River Flood and its forecasting at Hanoi Station”, Workshop on Natural environment, sustainable protection and conservation: Italy – Vietnam cooperation perspectives, 2004

Zampieri, M., P. Malguzzi and A. Buzzi, 2005: Sensitivity of quantitative precipitation forecasts to boundary layer parameterization: a flash flood case study in theWestern Mediterranean. Natural Hazard Earth System Sci., 5, 603-612.

Zonn SV, Tropical and Subtropical Soil Science, MIR, Moscow, 1986

81

Annexes A Hydrometic stations Vector Layer Name : HYDROMETRICSTATIONS SONG HONG Vector Layer Type : Text Reference System : utm-48n Reference Units : m Unit Distance : 1 ID/Value Type : Integer Number of Features : 20 Feature Number : 1 ID or Value : 1 Coordinates (X,Y) : 538406.773606 2304165.419501 Caption : Hoa Binh Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 2 ID or Value : 2 Coordinates (X,Y) : 528750.119081 2415066.099773 Caption : Lo@Tuyen Quang Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 3 ID or Value : 3 Coordinates (X,Y) : 528750.119081 2367652.040816 Caption : Thao@Phu Tho Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 4 ID or Value : 4 Coordinates (X,Y) : 559329.525077 2339525.056689 Caption : Hong@Son Tay Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 5 ID or Value : 5 Coordinates (X,Y) : 593932.537125 2321845.238095 Caption : Hong@Ha Noi Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 6 ID or Value : 6 Coordinates (X,Y) : 485777.848246 2400058.526536 Caption : Thao@Yen Bai

82

Style : 1 Rotation : 135 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 7 ID or Value : 7 Coordinates (X,Y) : 393458.118225 2488970.771270 Caption : Thao@Lao Cai Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 8 ID or Value : 8 Coordinates (X,Y) : 538650.0 2471050.0 Caption : @Na Hang Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 9 ID or Value : 9 Coordinates (X,Y) : 537650.0 2516050.0 Caption : @Bac Me Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 10 ID or Value : 10 Coordinates (X,Y) : 528650.0 2439050.0 Caption : @Chiam Hoa Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 11 ID or Value : 11 Coordinates (X,Y) : 497650.0 2521050.0 Caption : @Ha Giang Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 12 ID or Value : 12 Coordinates (X,Y) : 488650.0 2464050. Caption : @Vinh Tuy Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 13 ID or Value : 13 Coordinates (X,Y) : 505650.0 2441050.0 Caption : @Ham Yen

83

Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 14 ID or Value : 14 Coordinates (X,Y) : 502650.0 2406050.0 Caption : @Thac Ba Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 15 ID or Value : 15 Coordinates (X,Y) : 526650.0 2389050.0 Caption : Lo@Vu Quang Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 16 ID or Value : 16 Coordinates (X,Y) : 545650.0 2348050.0 Caption : Lo@Viet Tri Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 17 ID or Value : 17 Coordinates (X,Y) : 251650.0 2490050. Caption : @Muong Te Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 18 ID or Value : 18 Coordinates (X,Y) : 337650. 2441050.0 Caption : @Lai Chau Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 19 ID or Value : 19 Coordinates (X,Y) : 377650. 2409050.0 Caption : Ban Cung Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 20 ID or Value : 20 Coordinates (X,Y) : 407650.0 2371050.0

84

Caption : @Ta Bu Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 B Raingauge stations Vector Layer Name : RAINGAUGE2002_NEW Vector Layer Type : Text Reference System : utm-48n Reference Units : m Unit Distance : 1 ID/Value Type : Integer Number of Features : 55 Feature Number : 1 ID or Value : 1 Coordinates (X,Y) : 246111.861024 2503560.609169 Caption : PacMa (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 2 ID or Value : 2 Coordinates (X,Y) : 276922.865923 2476864.291886 Caption : MuongTe (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 3 ID or Value : 3 Coordinates (X,Y) : 343896.812438 2479735.319627 Caption : TamDuong (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 4 ID or Value : 4 Coordinates (X,Y) : 318030.142797 2468943.745566 Caption : SinHo (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 5 ID or Value : 5 Coordinates (X,Y) : 330826.878313 2538934.820948 Caption : PaTan (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5

85

Feature Number : 6 ID or Value : 6 Coordinates (X,Y) : 310213.133802 2461654.108360 Caption : NamGiang (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 7 ID or Value : 7 Coordinates (X,Y) : 250671.524285 2445874.703232 Caption : NamPo (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 8 ID or Value : 8 Coordinates (X,Y) : 322619.741693 2419058.871879 Caption : NamMuc (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 9 ID or Value : 9 Coordinates (X,Y) : 357520.433906 2468531.428294 Caption : BinhLu (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 10 ID or Value : 10 Coordinates (X,Y) : 293455.589500 2428640.562858 Caption : ThanUyen (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 11 ID or Value : 11 Coordinates (X,Y) : 401845.524521 2418372.058035 Caption : MuCangChai (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 12 ID or Value : 12 Coordinates (X,Y) : 378006.139758 2408942.543343 Caption : BanCung (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5

86

Feature Number : 13 ID or Value : 13 Coordinates (X,Y) : 365385.189403 2383580.652019 Caption : MuongSai (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 14 ID or Value : 14 Coordinates (X,Y) : 384187.268058 2357604.975870 Caption : SonLa (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 15 ID or Value : 15 Coordinates (X,Y) : 408674.662886 2346749.833177 Caption : MaiSon (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 16 ID or Value : 16 Coordinates (X,Y) : 309106.849250 2441364.149187 Caption : LaiChauKT (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 17 ID or Value : 17 Coordinates (X,Y) : 401761.134113 2370699.230224 Caption : TaBu (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 18 ID or Value : 18 Coordinates (X,Y) : 461956.387635 2349860.368061 Caption : PhuYen (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 19 ID or Value : 19 Coordinates (X,Y) : 475040.454556 2311099.095244 Caption : BanChieng (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5

87

Feature Number : 20 ID or Value : 20 Coordinates (X,Y) : 497918.393197 2297800.095404 Caption : Km46 (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 21 ID or Value : 21 Coordinates (X,Y) : 487507.887193 2294484.510224 Caption : Km22 (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 22 ID or Value : 22 Coordinates (X,Y) : 534685.207253 2301893.731259 Caption : HoaBinh (Da) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 23 ID or Value : 23 Coordinates (X,Y) : 496921.492658 2523594.353791 Caption : HaGiangTV (Lo) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 24 ID or Value : 24 Coordinates (X,Y) : 486285.982463 2488177.765843 Caption : BacQuang (Lo) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 25 ID or Value : 25 Coordinates (X,Y) : 487980.203141 2462348.356480 Caption : VinhTuy (Lo) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 26 ID or Value : 26 Coordinates (X,Y) : 503439.081022 2440206.448316 Caption : HamYen (Lo) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5

88

Feature Number : 27 ID or Value : 27 Coordinates (X,Y) : 509217.895657 2552378.637513 Caption : YenMinh (Lo) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 28 ID or Value : 28 Coordinates (X,Y) : 568347.240114 2538139.860863 Caption : BaoLac (Lo) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 29 ID or Value : 29 Coordinates (X,Y) : 537758.743329 2469768.959716 Caption : NaHang (Lo) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 30 ID or Value : 30 Coordinates (X,Y) : 575455.612816 2482821.445468 Caption : ChoRa (Lo) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 31 ID or Value : 31 Coordinates (X,Y) : 527499.828507 2447609.331576 Caption : ChiemHoa (Lo) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 32 ID or Value : 32 Coordinates (X,Y) : 443321.251134 2458757.002464 Caption : PhoRang (Lo) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 33 ID or Value : 33 Coordinates (X,Y) : 456996.064315 2434730.364285 Caption : BaoYen (Lo) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5

89

Feature Number : 34 ID or Value : 34 Coordinates (X,Y) : 501723.548632 2403311.279488 Caption : ThacBa (Lo) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 35 ID or Value : 35 Coordinates (X,Y) : 520670.628940 2412548.181447 Caption : TuyenQuang (Lo) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 36 ID or Value : 36 Coordinates (X,Y) : 526745.698590 2384886.476064 Caption : VuQuang (Lo) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 37 ID or Value : 37 Coordinates (X,Y) : 391997.850005 2488550.400129 Caption : LaoCaiTV (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 38 ID or Value : 38 Coordinates (X,Y) : 417467.782871 2441898.492622 Caption : VanBan (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 39 ID or Value : 39 Coordinates (X,Y) : 431265.682024 2451425.708399 Caption : BaoHa (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 40 ID or Value : 40 Coordinates (X,Y) : 448359.002853 2423687.298627 Caption : NgoiHut (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5

90

Feature Number : 41 ID or Value : 41 Coordinates (X,Y) : 463830.478463 2414420.579870 Caption : NgoiThia (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 42 ID or Value : 42 Coordinates (X,Y) : 449965.068584 2386786.610300 Caption : VanChan (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 43 ID or Value : 43 Coordinates (X,Y) : 484486.292922 2401474.003323 Caption : YenBaiTV (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 44 ID or Value : 44 Coordinates (X,Y) : 505190.650696 2340594.114532 Caption : MinhDai (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 45 ID or Value : 45 Coordinates (X,Y) : 525944.583844 2346147.542873 Caption : ThanhSon (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 46 ID or Value : 46 Coordinates (X,Y) : 541483.460597 2357247.321066 Caption : VietTri (Hong) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 47 ID or Value : 47 Coordinates (X,Y) : 551918.609027 2336985.810130 Caption : SonTay (Hong) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5

91

Feature Number : 48 ID or Value : 48 Coordinates (X,Y) : 581403.755836 2324191.786069 Caption : HaNoi (Hong) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 49 ID or Value : 49 Coordinates (X,Y) : 118973.986320 2481795.147218 Caption : China1 (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 50 ID or Value : 50 Coordinates (X,Y) : 214624.179598 2469760.407742 Caption : China2 (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 51 ID or Value : 51 Coordinates (X,Y) : 128517.094095 2771103.327426 Caption : China3 (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 52 ID or Value : 52 Coordinates (X,Y) : 149958.398905 2818239.933728 Caption : China4 (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 53 ID or Value : 53 Coordinates (X,Y) : 238607.410840 2768553.944520 Caption : China5 (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5 Feature Number : 54 ID or Value : 54 Coordinates (X,Y) : 431385.909656 2766227.189437 Caption : China6 (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5

92

Feature Number : 55 ID or Value : 55 Coordinates (X,Y) : 327826.469462 2545613.655934 Caption : China7 (Thao) Style : 1 Rotation : 90 Justification X : 0 Justification Y : 0.5

93