1
KẾT QUẢ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH NLRRM KHÔI PHỤC SỐ LIỆU
QUÁ TRÌNH DÒNG CHẢY CÁC LƯU VỰC SÔNG TỈNH QUẢNG TRỊ
Nguyễn Thị Nga & Nguyễn Thanh Sơn
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN
Tóm tắt. Tỉnh Quảng Trị có tổng diện tích tự nhiên là 4.746 km
2
với 4 hệ thống sông lớn: Bến Hải,
Thạch Hãn, một phần của hệ thống sông Ô Lâu và Sê Păng Hiêng. Số liệu mưa thực đo trong tỉnh khá
đầy đủ và đồng bộ (từ 1977 đến nay) nhưng số liệu dòng chảy thực đo trên các hệ thống sông lại rất
hạn chế. Toàn tỉnh chỉ có trạm thủy văn Gia Vòng trên sông Bến Hải (do Trung tâm KTTV Quốc gia
quản lý) đo dòng chảy liên tục từ 1977 đến nay và trạm thủy văn Rào Quán trên sông Rào Quán đo
dòng chảy 4 năm (1983-1985, 2004) phục vụ việc thiết kế xây dựng nhà máy thủy điện Rào Quán. Bởi
vậy, để có số liệu phục vụ công tác đánh giá tài nguyên nước tỉnh Quảng Trị, cần tìm cách khôi phục
số liệu quá trình dòng chảy từ số liệu quá trình mưa thực đo tại các trạm đo mưa trong tỉnh Quảng trị.
Phương pháp hữu hiệu nhất để giải quyết vấn đề này là phương pháp mô hình toán. Bài báo này công
bố kết quả ứng dụng mô hình NLRRM (Non-Linear Rainfall-Runoff Model) để khôi phục số liệu quá
trình dòng chảy 28 năm (1977-2004) cho các lưu vực sông từ số liệu quá trình mưa thực đo nhằm tạo
cơ sở dữ liệu cho việc đánh giá tài nguyên nước mặt tỉnh Quảng Trị.
1. Đặt vấn đề
Trên các sông suối của tỉnh Quảng Trị chỉ có hai trạm đo lưu lượng dòng chảy là Gia Vòng trên sông
Bến Hải và Rào Quán trên sông Rào Quán. Trạm Gia Vòng do Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia quản lý,
tiến hành đo liên tục lưu lượng và mực nước từ năm 1977 đến nay còn trạm Rào Quán chỉ đo lưu lượng và mực
nước trong 4 năm (1983-1985, 2004) để phục vụ việc thiết kế và xây dựng nhà máy thủy điện Rào Quán trên sông
Rào Quán. Trong khi đó, các trạm đo mưa trong phạm vi tỉnh tương đối nhiều và tiến hành đo tương đối đồng bộ
và liên tục từ năm 1977 đến nay. Bởi vậy, để có cơ sở dữ liệu đánh giá tài nguyên nước sông tỉnh Quảng Trị, cần
khôi phục quá trình dòng chảy trên các sông còn thiếu hoặc hoàn toàn không có tài liệu đo lưu lượng từ số liệu đo
mưa khá đầy đủ và đồng bộ trên các lưu vực sông trong tỉnh.
Có rất nhiều mô hình toán có thể sử dụng để khôi phục quá trình dòng chảy từ quá trình mưa. Báo cáo
này đã chọn sử dụng mô hình mưa - dòng chảy phi tuyến NLRRM (Non Linear Rainfall Runoff Model). Mô hình
này do Viện KTTV xây dựng, đã được kiểm nghiệm cho các lưu vực sông vừa và nhỏ, cho kết quả rất phù hợp

Trong phương trình (2.6), ẩn cần tìm là x được tính lặp như sau:
(2.7)
Quá trình lặp được thực hiện sao cho điều kiện được thoả mãn.
Để diễn toán cho dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm, trong hệ phương trình (2.1) và (2.2), chỉ cần thay
thế các đặc trưng của dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm tương ứng:
Đối với dòng chảy mặt:
Đối với dòng chảy ngầm:
trong đó: và là lượng mưa sinh dòng chảy mặt và lượng mưa sinh dòng chảy ngầm; và
là dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm tại mặt cắt cửa ra; và là lượng trữ nước mặt và lượng
trữ nước ngầm; và là các thông số diễn toán dòng chảy mặt; và là các thông số diễn toán dòng
chảy ngầm.
Để diễn toán lượng mưa sinh dòng chảy trong phương trình (2.1), mô hình ứng dụng chỉ số mưa
như sau:
(2.8)
trong đó: là chỉ số mưa tại thời điểm t; là lượng mưa rơi trung bình trên lưu vực tại thời điểm t;
là thông số có ý nghĩa trọng số và:
. (2.9)
3
Phương trình (2.8) kết hợp với điều kiện (2.9) được biến đổi đưa về dạng truy hồi:
(2.10)
trong đó: là thông số và là hệ số dòng chảy tại thời điểm .
Biểu thức (2.11) cho thấy: với , khi lượng mưa , chỉ số sẽ giảm (do lượng
bốc hơi); ngược lại, nếu , chỉ số mưa có thể sẽ tăng.
Sau khi xác định được chỉ số mưa, lượng mưa sinh dòng chảy được tính thông qua hệ số dòng chảy được
xác định theo công thức kinh nghiệm sau:
(2.11)
trong đó: là thông số và .
Từ biểu thức (2.11) có thể thấy: Nếu ®¥ thì ® 1 (lượng mưa rơi bằng lượng mưa sinh
dòng chảy), nếu ® 0 thì ® 0 (không sinh dòng chảy). Điều này phù hợp với quy luật vật lý của sự
hình thành dòng chảy.

4
là các thông số ước tính lượng mưa sinh dòng chảy;
- K
1
, P
1
là các thông số diễn toán dòng chảy mặt;
- K
2
, P
2
là các thông số diễn toán dòng chảy ngầm.
Cấu trúc của mô hình được thể hiện trong hình 2.6. Các thông số của mô hình được xác định theo thuật
toán đơn hình, ứng dụng phương pháp Monte-Carlo. Chương trình tính được lập bằng ngôn ngữ FORTRAN.
Mức độ phù hợp giữa các kết quả tính toán và thực đo được đánh giá theo tiêu chuẩn đánh giá sai số của
Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO). Tiêu chuẩn này đánh giá độ hữu hiệu qua chỉ tiêu R
2
được xác định như
sau:
(2.16)
trong đó: và với: là lưu lượng thực đo, là lưu lượng tính
toán, là lưu lượng thực đo trung bình trong thời kỳ tính toán, là tổng số điểm quan hệ lưu lượng thực đo
và tính toán.
Tiêu chuẩn đánh giá như sau:
40 ¸ 65% : đạt
= 65 ¸ 85% : khá
IM(t)
a(t) a
N
(t)

để khôi phục số liệu quá trình dòng chảy tháng từ số liệu quá
trình mưa tháng cho các lưu vực này bằng mô hình NLRRM,
phải mượn bộ thông số tối ưu đã được hiệu chỉnh và kiểm
định của lưu vực sông Bến Hải-trạm Gia Vòng (lưu vực có
số liệu dòng chảy thực đo đầy đủ nhất) trên cơ sở thừa nhận
các lưu vực này có các điều kiện địa lý tự nhiên tương tự
nhau.
3.1. Hiệu chỉnh mô hình tìm bộ thông số tối ưu
TT Năm
Q
thmax
tính
Q
thmax
đo
s (%)
1 1979 58,4 57,5 1,56
2 1980 65,7 67,5 -2,71
3 1981 95,4 97,9 -2,54
4 1982 66,7 64,4 3,53
5 1983 84,2 84,3 -0,08
6 1984 49,2 50,4 -2,29
7 1985 68,9 70,1 -1,75
8 1986 35,4 35,0 1,05
9 1987 41,9 42,5 -1,32
Bảng 2.1. Sai số tương đối
giữa Q
thmax
tính
toán và thực đo

8 1997 27,0 26,8 0,63
9 1998 93,7 94,2 -0,58
10 1999 105,5 107,0 -1,38
11 2000 48,1 48,8 -1,47
Bảng 2.3. Sai số tương đối
giữa Q
thmax
tính
toán và thực đo
trong 4 năm kiểm nghiệm (1983-1985, 2004)
tại trạm Rào Quán
TT Năm
Q
maxtí
nh
Q
maxđ
o
s (%)
C
1
= 0,948; C
2
= 8,774; C
3
= 0,407; C
4
= 55,8;
P
1

tại trạm Gia Vòng thời kỳ (1990-2000)
Hình 2.3. Đường quá trình dòng chảy thực đo và tình toán theo mô hình NLRRM
tại trạm Rào quán trong 4 năm (1983-1985, 2004)
Hình 2.2. Đường quá trình dòng chảy thực đo và tình toán theo mô hình NLRRM
tại trạm Gia Vòng thời kỳ (1990-2000)
9
Sanh).
Kết quả kiểm nghiệm và đánh giá độ hữu hiệu của mô hình cho hai trạm cho thấy: đường quá trình dòng
chảy tháng tính toán từ mô hình NLRMM với bộ thông số đã tối ưu rất phù hợp với đường quá trình dòng chảy
thực đo (hình 2.2 và 2.3). Sai số tương đối giữa lưu lượng bình quân tháng lớn nhất (Q
thmax
) tính toán và thực đo
của tất cả 11 năm tại Gia Vòng trong khoảng từ 0,32% đến 2,76% (bảng 2.2) còn của 4 năm tại trạm Rào Quán
trong khoảng từ 0,46% đến 3,34% (bảng 2.3). Độ hữu hiệu R
2
của mô hình với bộ thông số đã tối ưu khi kiểm
nghiệm đối với trạm Gia Vòng là 99,94% còn đối với trạm Rào Quán thời kỳ 3 năm (1983-1985) là 99,93% và
năm 2004 là 99,86%. Theo tiêu chuẩn của WMO, mô hình được đánh giá vào loại tốt đối với cả hai trạm.
Các kết quả kiểm nghiệm mô hình NLRMM với bộ thông số đã tối ưu được cho trạm Gia Vòng trên sông
Bến Hải trên đã cho thấy: bộ thông số mô hình này cho kết quả tốt và ổn định không chỉ cho trạm Gia Vòng trên
sông Bến Hải mà cho cả trạm Rào Quán trên sông Rào Quán nên có thể ứng dụng để khôi phục số liệu quá trình
dòng chảy tháng cho các lưu vực không có số liệu thực đo trên địa bàn tỉnh Quảng Trị và số liệu quá trình dòng
chảy tháng các năm không đo đạc của trạm Rào Quán trên sông Rào Quán từ số liệu quá trình mưa với độ tin cậy
cao.
Các kết quả kiểm nghiệm mô hình NLRMM với bộ thông số đã tối ưu được cho trạm Gia Vòng trên sông
Bến Hải trên đã cho thấy: bộ thông số mô hình này cho kết quả tốt và ổn định không chỉ cho trạm Gia Vòng trên
sông Bến Hải mà cho cả trạm Rào Quán trên sông Rào Quán nên có thể ứng dụng để khôi phục số liệu quá trình
dòng chảy tháng cho các lưu vực không có số liệu thực đo trên địa bàn tỉnh Quảng Trị và số liệu quá trình dòng
chảy tháng các năm không đo đạc của trạm Rào Quán trên sông Rào Quán từ số liệu quá trình mưa với độ tin cậy
cao.

Bảng 2.4. Trạm mưa và trọng số của các trạm
mưa
đã lựa chọn cho từng lưu vực
sông
TT Lưu vực sông -
trạm
Trạm mưa Trọn
g số
1
Bến Hải -
Bến Thiềng
Gia Vòng 1,05
2
Thạch Hãn -
Đông Hà
Đông Hà 1,15
3
Thạch Hãn -
Thạch Hãn
Khe Sanh 1,5
Thạch Hãn 0,5
4
Thác Mã - Hải
Trường
Thạch Hãn 1,05
5
Rào Quán - Rào
Quán
Khe Sanh 1,4
6

cơ sở dữ liệu và đánh giá đặc điểm khí tượng thủy văn phục phát triển kinh tế xã hội tỉnh Quảng trị”. Hà Nội,
2002.
RESULTS OF APPLYING NON LINEAR RAINFALL RUNOFF MODEL TO RECOVER FLOW
PROCESS DATA OF RIVER BASINS IN QUANG TRI PROVINCE
Nguyen Thi Nga & Nguyen Thanh Son
College of Science, VNU
Quang Tri province has area of 4746 kilometers with 4 big river basins: Ben Hai, Thach Han, a part of O
Lau and Se Pang Hieng river systems. Measured rainfall data in the province are enough and sinchronous (from
1977 to now) but measured flow data on river systems are very limited. The province has only Gia Vong station
on Ben Hai river that measures flow discharge from 1977 to now and Rao Quan station on Rao Quan river that
measures flow discharge but only within 4 years (1983-1985, 2004) to service design and build Rao Quan
hydroelectricity works. Therefore, it is necessary to find a method to recover data of flow process from measured
rainfall data at rainfall measured stations in Quang Tri province. The best effective method to solve this problem
is mathematic model method. This sciential article announced results of applying Non Linear Rainfall Runoff
Model to recover flow data of river basins within 28 years (1977-2004) from measured rainfall data in order to
format data base for estimation water resources of Quang Tri province.
Địa chỉ tác giả:
Nguyễn Thị Nga
Khoa Khí tượng Thủy văn & Hải dương học
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN
Điện thoại:
NR: 04 5531161
DĐ: 0912283761