Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 30-38

30
Xây dựng mô hình mưa – dòng chảy để khôi phục số liệu
dòng chảy tại An Khê trên lưu vực sông Ba
Nguyễn Tiền Giang*, Nguyễn Thị Hoan
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN,334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam
Nhận ngày 15 tháng 7 năm 2012
Tóm tắt. Bài báo này trình bày các bước xây dựng mô hình mô phỏng mưa – dòng chảy cho tiểu
lưu vực An Khê, thuộc lưu vực sông Ba dựa trên một mô hình nhận thức thông dụng (mô hình
NAM). Mô hình được viết bằng ngôn ngữ lập trình FORTRAN, được hiệu chỉnh, kiểm định, so
sánh kết quả tính toán với số liệu lưu lượng ngày thực đo và kết quả tính toán bằng mô hình MIKE
– NAM. Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định và so sánh cho thấy mô hình được thiết lập (NAM –
FORTRAN) mô phỏng tốt quá trình dòng chảy từ mưa cho tiểu lưu vực trên. Kết quả hiệu chỉnh
và kiểm định đạt 75,8% và 70.5% (theo chỉ tiêu Nash), đối với mô hình NAM – FORTRAN,
trong khi với cùng bộ thông số mô hình MIKE – NAM cho trị số Nash lần lượt là 70,8% và
68,6%. Có thể kết luận, với cùng một mô hình nhận thức, do cách xử lí mô hình toán và xây dựng
mô hình số khác nhau nên các kết quả mô phỏng là khác nhau. Mô hình xây dựng được cần được
tiếp tục áp dụng ở các lưu vực khác để khẳng định tính đúng đắn của nó.
Từ khóa: Mô phỏng, mô hình NAM, An Khê, sông Ba.
1. Giới thiệu


Lưu vực sông Ba là một trong 9 lưu vực
sông lớn của Việt Nam, gồm một dòng chảy
chính là Sông Ba và ba nhánh sông lớn: Iayun,
Krong Hnang, sông Hinh . Lưu vực có địa hình
bị chia cắt mạnh do sự chi phối của dãy Trường
Sơn. Đặc điểm khí hậu và thủy văn phức tạp
không giống nhau giữa các vùng. Trên lưu vực
có rất nhiều hồ chứa. Các trạm thủy văn đo lưu

ngẫu nhiên, người dùng có khả năng phân tích
độ nhạy và độ bất định của tham số, cũng như
đầu vào của mô hình.

Hình 1. Lưu vực sông Ba.
2. Tìm hiểu và xây dựng mô hình NAM
2.1. Các bước xây dựng mô hình mô phỏng
Tiến hành mô phỏng sử dụng mô hình toán
gồm các bước sau [3]
- Bước 1: Thiết lập và định nghĩa vấn đề
- Bước 2: Định nghĩa hệ thống
- Bước 3: Thiết lập mô hình nhận thức
- Bước 4: Thiết lập mô hình toán
- Bước 5: Xây dựng mô hình số
- Bước 6: Kiểm tra lỗi
- Bước 7: Xác định các thông số mô hình
- Bước 8: Kiểm định chất lượng mô hình
- Bước 9: Thiết kế, tiến hành thí nghiệm số
- Bước 10: Phân tích, diễn giải kết quả sau
khi áp dụng thử nghiệm
- Bước 11: Biên tập báo cáo
2.2. Sơ lược về mô hình NAM
Nam là chữ viết tắt của chữ Đan Mạch
“Nedbor – Afstromming – Model” [4], nghĩa là
mô hình mưa – dòng chảy. Mô hình NAM
thuộc loại mô hình thủy văn tất định – nhận
thức – gộp, được xây dựng vào khoảng năm
1982 tại khoa Thủy Văn Viện kỹ thuật thủy
động lực và thủy lực thuộc trường Đại học kỹ
thuật Đan Mạch. Mô hình đã được áp dụng

Trong đó: CQOF là hệ số dòng chảy mặt,
không có thứ nguyên, TOF là ngưỡng dưới của
dòng chảy tràn. Pn là phần thừa khi U

Umax
và Pn = U – Umax.
- Lượng nước ngầm cung cấp cho bể chứa
ngầm (G)
 
/ max
OF / max
1
0 / max
nn
L L TG
G P Q P khi L L TG
TG
G khi L L TG


  







(3)
- Diễn toán dòng chảy

t CK t CK
i
Q e e
Q e e





  


  


(6)
 
/ 12 / 12
1
IF F 1 Ff .
t CK t CK
i
QI e I e


  

(7)
Dòng chảy ngầm (BF) được diễn toán thông
qua một bể chứa tuyến tính với hằng số thời

Bảng 1. Bảng các thông của mô hình NAM

2.5. Mô hình số viết trên FORTRAN của mô
hình NAM
Mô hình toán trình bày ở mục trên được
chuyển đổi sang mô hình số sử dụng ngôn ngữ
lập trình FORTRAN. Ví dụ mã nguồn của mô
hình được thể hiện ở hình 4 và 5.
2.6. Xử lý dữ liệu đầu vào
Đầu tiên xác định trọng số mưa của ba trạm
để xét mức độ ảnh hưởng của các trạm bằng
phương pháp đa giác Thiessen (hình 6)

Hình 4. Phần code khai báo của mô hình.

Hình 5. Phần code tính toán các thành phần
dòng chảy của mô hình.
N.T. Giang, N.T. Hoan / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 30-38

34

Hình 6. Phân chia tiểu lưu vực và chia trọng số của
các trạm mưa bằng phương pháp đa giác Thiesses.
Sau đó kiểm tra các dữ liệu đầu vào, các file
dữ liệu đầu được format thành các file input của
mô hình dưới dang txt theo định dạng chương
trình mở file trong FORTRAN.
2.7. Hiệu chỉnh kiểm định mô hình
Tiến hành hiệu chỉnh 9 thông số trong bảng
1. Các bước tiến hành hiệu chỉnh mô hình

i
N
tt td
i
N
td td
i
QQ
CR
QQ








(11)
Trong đó: CR3 là chỉ tiêu Nash – Sutcliffe
sử dụng để đánh giá khả năng mô phỏng đường
quá trình của dòng chảy.
Hiệu chỉnh mô hình
Sử dụng số liệu ngày trong giai đoạn 1997 –
2000 để hiệu chỉnh mô hình.

Hình 7. Kết quả chạy hiệu chỉnh mô hình MIKE -
NAM tại trạm An Khê giai đoạn 1997 – 2000.
N.T. Giang, N.T. Hoan / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 30-38
35

800
900
1000
1/1/1997
4/1/1997
7/1/1997
10/1/1997
1/1/1998
4/1/1998
7/1/1998
10/1/1998
1/1/1999
4/1/1999
7/1/1999
10/1/1999
1/1/2000
4/1/2000
7/1/2000
10/1/2000
Thời gian (ngày)
(m3/s)
Q_Tính toán
Mặt
Sát mặt
Ngầm

Biểu đồ thể hiện đường quá trình lưu lượng tính toán và lưu lượng thực đo
tại trạm An Khê giai đoạn 1997 - 2000
0
200

hình NAM (Fortran) tại trạm An Khê giai đoạn 1997 - 2000
0
200
400
600
800
1000
1200
1/1/1997
4/1/1997
7/1/1997
10/1/1997
1/1/1998
4/1/1998
7/1/1998
10/1/1998
1/1/1999
4/1/1999
7/1/1999
10/1/1999
1/1/2000
4/1/2000
7/1/2000
10/1/2000
Thời gian (ngày)
Q (m3/s)
Q_NAM (MIKE NAM)
Q_Thực đo
Q_NAM (Fortran)


4/1/2005
7/1/2005
10/1/2005
Thời gian (ngày)
(m3/s)
Q_Tính toán
Mặt
Sát mặt
Ngầm

Biểu đồ thể hiện đường quá trình lưu lượng tính toán và lưu lượng thực đo
tại trạm An Khê giai đoạn 2002 - 2005
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1/1/2002
4/1/2002
7/1/2002
10/1/2002
1/1/2003
4/1/2003
7/1/2003

800.00
900.00
1000.00
1/1/2002
4/1/2002
7/1/2002
10/1/2002
1/1/2003
4/1/2003
7/1/2003
10/1/2003
1/1/2004
4/1/2004
7/1/2004
10/1/2004
1/1/2005
4/1/2005
7/1/2005
10/1/2005
Thời gian (ngày)
Q (m3/s)
Q_NAM (MIKE NAM)
Q_Thực đo
Q_NAM (Fortran)

Hình 12. So sánh kết quả hiệu chỉnh giữa NAM -
FORTRAN và MIKE – NAM tại trạm An Khê
giai đoạn 2002 -2005.
N.T. Giang, N.T. Hoan / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28, Số 3S (2012) 30-38
37

toán giữa hai mô hình là giống nhau nhưng khi
chuyển sang mô hình số thì có sự khác nhau do
trình tự tính toán các thành phần dòng chảy
trong hai mô hình NAM – FORTRAN và
MIKE – NAM là khác nhau.
+ Đồng thời, việc xử lý khi xảy ra trường
hợp L > Lmax là không tường minh trong cơ sở
lý thuyết của MIKE – NAM. Có thể có một số
trường hợp xử lý sau: i) Ta ép giá trị L = Lmax,
ii) Lượng thừa ẩm tầng sát mặt sẽ cung cấp cho
lớp sát mặt, iii) Lượng này cung cấp cho tầng
nước ngầm hoặc iv) Cung cấp cho bốc hơi vào
thời kì kiệt
- Cần tiếp tục thực hiện áp dụng mô hình
này và so sánh với mô hình MIKE – NAM cho
nhiều lưu vực khác nhau để khẳng định tính
đúng đắn của mô hình.
- Đưa thêm các chỉ tiêu đánh giá vào mô
hình để có cái nhìn tốt hơn về khả năng mô
phỏng các đặc trưng của lưu vực như đỉnh,
chân, cần bằng nước
Lời cảm ơn
Các tác giả trân trọng cảm ơn các đóng góp
quý báu của các đồng nghiệp bộ môn Thủy văn,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN
để bài báo hoàn thiện hơn về mặt nội dung.
Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Hữu Khải, Nguyễn Thanh Sơn (2003),
Mô hình toán thủy văn, NXB Đại học Quốc gia
Hà Nội.

the same set of parameters of MIKE – NAM model, those figure are 70,8% and 68,6%. It could be
concluded that, with the same conceptual model, because of treating mathematical model and
developing digital model in different ways, simulated results were different. And the developed model
need to be employed for other basin to confirm its appropriate.
Keywords: Simulation, NAM model, An Khe, Ba river.