Chủ đề: Nghiên cứu ứng dụng mô hình số thủy văn đánh giá lượng bổ cập cho nước dưới đất; áp dụng cho hạ lưu sông Đồng Nai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT<br /> <br /> MÔN HỌC<br /> CÔNG NGHỆ 3S<br /> Chủ đề: “Nghiên cứu ứng dụng mô hình số thủy văn đánh giá lượng bổ<br /> cập cho nước dưới đất; áp dụng cho hạ lưu sông Đồng Nai”<br /> <br /> GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN<br /> <br /> THỰC HIỆN<br /> <br /> PGS.TS. Nguyễn Trường Xuân<br /> <br /> Học viên: Mai Phú Lực<br /> Lớp: Cao học ĐCTV - K31<br /> <br /> Hà Nội, tháng 06/2016<br /> <br /> 1<br /> <br /> MỤC LỤC<br /> Trang<br /> MỤC LỤC ....................................................................................................................... 2<br /> MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 3<br /> CHƯƠNG I. TỔNG QUAN MÔ HÌNH WETSPASS ....................................................4<br /> I.1. Lịch sử phát triển...................................................................................................4<br /> I.2. Tổng quan về mô hình WetSpass ..........................................................................4<br /> CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH WETSPASS .......................................7<br /> II.1. Cấu trúc của mô hình WetSpass ..........................................................................7<br /> II.2. Tính toán cân bằng nước tại một ô lưới ............................................................... 7<br /> II.2.1. Vùng có thảm thực vật ..................................................................................8<br /> II.2.2. Vùng đất trống ............................................................................................ 10<br /> II.2.3. Vùng nước mặt ............................................................................................ 10<br /> II.2.4. Vùng không thấm ........................................................................................ 11<br /> II.3. Dữ liệu đầu vào và kết quả của mô hình WetSpass ...........................................12<br /> II.3.1. Dữ liệu đầu vào của WetSpass ...................................................................12<br /> II.3.2. Kết quả của mô hình WetSpass ...................................................................12<br /> II.4. Cấu trúc các bảng đầu vào của WetSpass .......................................................... 13<br /> II.4.1. Bảng thông số loại đất ................................................................................13<br /> II.4.2. Bảng hệ số dòng chảy mặt ..........................................................................15<br /> II.4.3. Bảng thông số sử dụng đất. ........................................................................21<br /> CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH WETSPASS ĐÁNH GIÁ LƯỢNG BỔ CẬP<br /> CHO NƯỚC DƯỚI ĐẤT Ở TỈNH ĐỒNG NAI .......................................................... 23<br /> III.1. Xây dựng các lớp bản đồ cho mô hình WetSpass ............................................23<br /> III.1.1. Bản đồ lượng bốc hơi ................................................................................27<br /> III.1.2. Bản đồ gió..................................................................................................27<br /> III.1.3. Bản đồ mực nước ngầm .............................................................................28<br /> III.1.4. Bản đồ mưa ................................................................................................ 28<br /> III.1.5. Bản đồ sử dụng đất .................................................................................... 29<br /> III.1.6. Bản đồ nhiệt độ trung bình ........................................................................30<br /> III.1.7. Bản đồ độ dốc ............................................................................................ 31<br /> III.1.8. Bản đồ thổ nhưỡng .................................................................................... 32<br /> III.1.9. Bản đồ địa hình ......................................................................................... 33<br /> III.2. Kết quả tính toán năm 2012..............................................................................34<br /> KẾT LUẬN ................................................................................................................... 35<br /> <br /> 2<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> Mục tiêu của chủ đề này gồm: tổng quan về mô hình WetSpass, cơ sở lý thuyết mô<br /> hình WetSpass, ứng dụng mô hình WetSpass đánh giá lượng bổ cập cho NDĐ ở tỉnh<br /> Đồng Nai.<br /> Nội dung của báo cáo này gồm 03 chương chính không kể phần mở đầu và kết<br /> luận:<br /> - Chương I – Tổng quan về mô hình WetSpass<br /> - Chương II – Cơ sở lý thuyết mô hình WetSpass<br /> - Chương III – Ứng dụng mô hình WetSpass đánh giá lượng bổ cập cho NDĐ ở<br /> tỉnh Đồng Nai.<br /> Chủ đề tiến hành thu thập tổng hợp các tài liệu liên quan đến phương pháp mô hình<br /> số thủy văn. Các tài liệu thu thập là kết quả của các nghiên cứu đã có trong vùng kết hợp<br /> với các thông tin mới được nghiên cứu.<br /> <br /> 3<br /> <br /> CHƯƠNG I.<br /> TỔNG QUAN MÔ HÌNH WETSPASS<br /> I.1. Lịch sử phát triển<br /> Mô hình WetSpass được hoàn thiện bởi bởi Batelaan và De Smedt, Đại học Vijre<br /> vào năm 2001. Đây là một mô hình cân bằng nước trạng thái ổn định theo không gian,<br /> được phát triển dựa trên một mô hình khác có tên là WetSpa (mô hình thủy văn phân<br /> phối dựa trên quy luật tự nhiên dùng để dự báo trao đổi nước và nhiệt giữa đất, thảm<br /> phủ thực vật, khí quyển trong phạm vi một vùng, một lưu vực).<br /> Asefa (1998) tích hợp WetSpass với GIS ARC/INFO trong môi trường phát triển<br /> mở (ODE) trên máy trạm UNIX. Giao diện đồ họa cho người dùng đã được phát triển<br /> nhằm tạo thuận lợi cho việc khai thác mô hình thông qua việc sử dụng OSF/Motif và C.<br /> Giao diện cho phép số liệu đầu vào và ra của mô hình có thể được tạo ra, lưu trữ và thể<br /> hiện trong ARC/INFO-ODE.<br /> Gebremeskel (2012) mở rộng giao diện WetSpass bằng cách thêm MODFLOW<br /> vào GIS ARC/INFO ODE. Ngoài ra, giao diện này có khả năng liên kết giữa hai mô<br /> hình bằng cách cho phép sử dụng kết quả của mô hình WetSpass làm đầu vào mô hình<br /> MODFLOW. Giao diện cũng có thể chuyển đổi các số liệu đầu ra dạng ASCII của mô<br /> hình MODFLOW vào trong lưới sử dụng chức năng ASCIIGRID của ARC/INFO, và<br /> thể hiện kết quả bằng đồ thị.<br /> Sau đó, phiên bản nâng cấp của WetSpass và MODFLOW được tích hợp trong<br /> ArcView bởi Kassa (2001). Tác giả đã ứng dụng AVENUE, ngôn ngữ lập trình của<br /> ArcView, để thiết lập giao diện cho hai mô hình. Giao diện này được thiết kế đặc biệt<br /> để tạo thuận lợi và tự động hóa quá trình xử lý để xây dựng các tập số liệu đầu vào của<br /> mô hình cũng như để xem và hiệu chỉnh các kết quả của mô hình.<br /> I.2. Tổng quan về mô hình WetSpass<br /> Mô hình sử dụng số liệu khí hậu trung bình dài hạn cùng với các bản đồ độ cao, sử<br /> dụng đất và bản đồ đất để mô phỏng sự phân bố không gian của dòng chảy mặt, độ bốc<br /> hơi và lượng bổ cập cho nước dưới đất của một vùng.<br /> Mô hình này được tích hợp và nhúng trong GIS ArcView (phiên bản 3.x) dưới<br /> dạng là mô hình mảnh (raster), được viết bằng Avenue, các thông số như việc sử dụng<br /> đất liên quan tới loại đất được liên kết với mô hình dưới dạng các bảng thuộc tính. Điều<br /> này cho phép dễ dàng định nghĩa các loại đất và sử dụng đất mới cũng như trong việc<br /> thay đổi giá trị của các thông số.<br /> Mô hình này chứa các biến không gian như: sự phân bố của đất, thảm phủ, độ<br /> dốc…Hình 1 đưa ra sơ đồ đồ cân bằng nước tại một ô lưới. Tổng lượng cân bằng nước<br /> cho mỗi ô được phân tích ra, phụ thuộc vào cân bằng nước giữa các phần đất trống, thực<br /> vật, ao hồ và đất không thấm. Sự không đồng nhất của các yếu tố đầu vào theo không<br /> 4<br /> <br /> gian sẽ phụ thuộc vào độ phân giải của ô lưới. Các quá trình trong mỗi một ô lưới được<br /> sắp xếp theo từng lớp. Điều này có nghĩa là sau khi mưa rơi trên lưu vực, tiếp sau đó sẽ<br /> diễn ra các quá trình như hình vẽ.<br /> <br /> Hình 1: Một ô lưới giả thiết trong WetSpass<br /> Mục đích chính của WetSpass là thiết lập được sự liên kết giữa mô hình thủy văn<br /> WetSpass và mô hình nước dưới đất MODFLOW (phiên bản 2000). Mô hình này chạy<br /> lần lượt nối tiếp với mô hình kia cùng với sự trao đổi số liệu đầu vào liên tục. Vì vậy,<br /> đầu ra của kết quả chạy mô hình MODFLOW, chiều sâu mực nước dưới đất, được sử<br /> dụng như đầu vào để chạy mô hình WetSpass và đầu ra của mô hình WetSpass, lượng<br /> bổ cập được dùng như đầu vào cho mô hình MODFLOW để tính toán chiều sâu mực<br /> nước dưới đất.<br /> Tuy nhiên, trong dự án này lại sự dùng mô hình nước dưới đất GMS. Hơn nữa,<br /> WetSpass vẫn chưa có khả năng liên kết với một mô hình nước dưới đất nào khác ngoài<br /> MODFLOW-2000. Nhóm nghiên cứu sẽ phát triển một công cụ để liên kết giữa 2 mô<br /> hình WetSpass và mô hình nước dưới đất. Trước mắt, việc liên kết này sẽ thực hiện thủ<br /> công: chạy WetSpass trước và dùng kết quả của mô hình WetSpass để bổ sung bộ dữ<br /> liệu đầu vào cho mô hình nước dưới đất. Sau khi chạy mô hình nước dưới đất, kết quả<br /> về độ sâu mực nước ngầm sẽ được đưa vào để chạy WetSpass cho bước thời gian tiếp<br /> theo.<br /> Vì lý do đó, trong báo cáo này, nhóm nghiên cứu chỉ tập trung vào trình bày những<br /> nội dung trong việc ứng dụng khai thác mô hình WetSpass, bao gồm:<br /> - Cơ sở lý thuyết của mô hình: cấu trúc của mô hình, các giả thuyết, các phương<br /> trình cân bằng nước,…<br /> - Dữ liệu đầu vào của mô hình: các lớp dữ liệu đầu vào gồm yếu tố khí hậu, lớp<br /> 5<br /> <br />