ĐẠI HOC Ql ỏ< : (ỈIA H \ NÒI
I KI C>N<; ĐAI IK K KHOA HỌC T ự NHIÊN
NGHIÊN ( I V M ổ PHÒNG Ql A TRÌNH MƯA -DÒNG (’HÃY
TRÊN MỘT SỐ LƯU v ự c SỔNG NGÒI MIỂN TRUNG
PHỤC VỤ SỨ DỤNG HỌP LÝ TÀI NGUYÊN Nước VÀ ĐẤT
MẢ sổ: QG-07-I5
CHÚ TRÌ »>Ể TÀI: TS. NGUYÊN THANH SƠN
CÁN HÒ THAM (ỉỈA: ( N. HVCH. NGỎ CHÍ TUẤN
( N. HVCH.CỎN<; THANH
THS. N< s. HOÀNỈỈ THANH VẤN
ĐAI HOC QUỖC GIA HẢ NỘi
ĨPUNG 1AM THON'fa ÚN ÍHU viện
" 0 0 0 6 0 0 0 0 0 ị Ậ _
HÀ NÒI - 2008
MỤC LỤC
GIẢI THÍCH CÁC CHÙ VIẾT TÁ T

.
5
danh Sá ch n h ũ n g n g uời t h a m g ia thụ c hiện đ ề t à i

6
danh m ụ c c á c bản g số l iệ u

7
DANH MỤC CÁC HÌNH

.

.
8

.

.

.
41
CHUỌNG2. ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TựNHiÊN VÀ KÍNH TỂ XẢ HỘI MỘT số
1.UJ v ụ t SÔNG NGÒI MỈỂN TRUNG TRONG Mối LIÊN QUAN VỚI QUÁ
TRINH MUA - DÒNG CH Ả Y 45
1. Điều kiện địa lý tự nhiên 45
2.1.1 17 trí (lịa lý 45
2.1.2 Địa hình
.
45
2.1.3. Địa chái, tho nhưỡng 50
2.1.4. Thảm thực vật 54
2 1.5. K hí hậu '

.
57
2.1.6. Mạiiỉi lưới rlmỷ vùn các lim vực SÔHỊỊ nghiên c ứ u 58
1.2. Điều kiện kinh tế xã hội 61
2.2.1. Thừa Thiên - H uế 61
2.2.2. QiuiniỊ N a m 62
2.2.3. Q uàng N gã i 63
ĩ.3. Đặc điểm mưa, dòng cháy và các hiện pháp phòng lũ
65
2
.
3

3.2. Hiệu chinh phương pháp scs, nâng cao khả nàng mõ phóng lũ trên các lưu
vực sóng ngòi miền trung 80
3.2.1. Sử dụng s c s nâniị cao khả năng mô phòng lưu vực
80
3.2.2. N á MỊ cao klui nâng m ỏ phòng (lia phương pháp s c s

82
3.2.3. Thực nghiệm số c ò tìii tliức tinh (lộ sán tốn thái han dầu trên một sò lưu
vực M iền Trung 83
3.3 Xây dựng mổ hình mô phỏng quá trình mưa - dòng cháy đối với một sô’ lưu
vực sõng thượng nguổn Miền Trung 87
3.3.1. Phán lích và x ử lý s ố liệu 87
3.3.2. Xáv dựng bộ thông sô ' 88
3 J .3 . Xây dựng m ó hình và chương trình lính toá n
94
3.3.4. Kết i/iui m ô phôtìỊị 95
3
.
3
.
5
. N hận x é t .
.

.
w
CHUƠNG4. ÚNG DỤNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH MƯA - DÒNG
CHẢY TRÊN CÁC l.uu v ụ t SÔNG MiỀN TRUNG PHỤC v ụ Dự BÁO LŨ VÀ
SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN NUỔC VÀ DAT



120
3
4 J .2- \ ê việc phục
VII
sứ (lụiiỊỉ hợp lý lài Iiguyèn ilãt 121
DANH MỤC CÁC CÒNG B ổ LIEN QUAN ĐEN KẸT QUẢ ĐỂ T À I 123
CÁC BÀI BÁO THỤC HIỆN TRONG KHUÔN KHO CỦA ĐỂ T À I

124
KẾT ỌUẢ ĐÀO TẠO CỦA ĐH TÀI
124
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 125
TÀI LIỆU THAM K H Ả O 127
PHU LỰC

145
4
(ỈIÁI THÍCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ACM ỉ. II. Ill
Điếu kiện am khô. trung bình và tnVt cùa đál
ANN
Mò hình mạng thán kinh nhân tạo (Artificial Neural Network)
ETA
Mõ hình khí lượng bát iliuý tĩnh châu Âu (ETA model)
FLOAT
Mõ hình lan truyền chát ò nhiềm
GDP Tổng giá trị sản phẩm trong nước
GIBS1 Bộ mõ hình tổng hợp cùa Canada (Oiestion Intégróc des Bassins versants à
I'aide d'un Système Inỉormatisé)

SSARR
Mỏ hình hệ thống diẻn toán dòng chày của Mỹ (Streamflow Synthesis and
Reservoir Regulation)
SWAT
Mò hình mô phỏng dòng chày mặt qua độ ám đất (Soil and Water Assessment
Tool)
SWMM
Mõ hình iliẻn toán thuý lực (Storm Water Management Model)
TANK
Mõ hình be chứa cùa Nhậl Bàn
USDAL
Mõ hình dòng cháy phân bỏ Bộ Nóng nghiệp Hoa Kỳ
WMO
Tổ chức khí tượng thè giới (World Meteorological Organization)
X > PUT.
x< PET
Mưa vượt thấm và không vượt thấm
DANH SÁCH n h í m ; ngư ờ i t h a m (ỉia t h ụ c h iện d ề tà i
1. TS. Nguyền Thanh Sơn, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Đụi học Quốc gia
Hà Nội. Chú trì dề tài
2. CN Ngỏ Chí Tuân. I lọc viên cao học, Trường ĐI I Khoa học Tự nhiên. ĐHQGHN
3. CN Còns Thanh. Học viên cao học. Trườn" ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN
4. ThS. Hoàng Thanh Vân. NCS. Trường ĐH Khoa học Tự nhiên. ĐHQGHN
5. CN Đoàn Mạnh Hùng. Viện Khoa học Khí tượng Thủy vãn và Môi trường
6. CN Phạm Còng Minh. HVCH. Trường Đi I Khoa học Tự nhiên. ĐHQGHN
6
DANH M ỤC CÁC BẢNC. s ỏ LIỆLI
iíinỉi I I Đạc điếm cùa các thõng số trong mó hình thuv van lất định

21


99
Bàng 4.1 Kết quá đánh giá sai sỏ dự báo lũ với sô liệu mưa từ mỏ hình RAMS 108
Bán 1» 4.2. Ảnh hướng cùa lớp phu đất đô thị đến dòng cháy qua 9 trận lũ trên sóng
Tá Trạch
..110
BàniỊ 4.3. Anh hưởng cua lớp phú đất đỏ thị đốn dòng cháy qua 9 trận lũ trên sòng
Thu Bổn

..7.

.

!

110
liáiiỊi 4.4. Ảnh hướng cùa lớp phũ đất đô thị đến dòng chảy qua 3 trận lũ trên sông
Trà K h úc

.


Báng 4.7 Anh hướng á m lớp phu đấl đô thị đến dòng cháy khi tăng diện lích rừng
qua 9 trận lũ trên lưu vực sông Tá Trạch - trạm Thượng Nhậl 116
Búng 4.8. Mực nước lũ 5% trẽn sõng Hương khi có hổ Dương Hoà (Tá Trạch) 117
Bảng 4.9. Các hổ chứa tham gia cắt lữ trên dòng chính sông Vu Gia - Thu Bổn 119
Báiix 4.10. Giám mực nước lũ trên sông Trà Khúc khi có các hổ chứa cắt lũ

119
7
DANH MỤC CÁC HÌNH
'ỉình 1.1. Phân loại các mõ hình ihuý ván tất định
21
'Hull 1.2. Lưu vực và lưới phán tử hữu hạn tương ứng 32
Hình / J . Các biên số có tổn ihấi dòng chay trong phương pháp s c s
40
Hình 2.1. Vị trí các lưu vực sons nghiên cứu 11551
46
Hình 2.2. Địa hình lưu vực sông Trà K húc 48
Hình 2.3. Độ dốc lưu vực sõng Trà Khúc 49
Hìnli 2.4. Sir dụng đát lưu vực sóng Trà Khúc 53
llìnli 2.5. Rừng lưu vực sông Trà Khúc 56
Hình 2.6. Mạng lưới sõng lưu vực sông Trà Khúc - trạm Sơn Giang

60
lỉìnli 3.1. Kết quá mô phòng ( a) V à đánh giá sai số (b) trận lũ từ ngày 25/11/1998
đến ngày 27/11/1998

.

.



.
7
..
96
Hình 3.10. Mỏ phỏng trận iĩi từ 7h/28/X 19h/30/X/2000 Thu Bồn - Nông Sơn 96
Hình 3.11. Mõ phỏng trận lù tìr 7h/2()/X 19H/23/X/2001 Thu Bổn - Nông Sơn 97
Hình 3.12. Mô phỏng irận lũ từ 13H/20/ - 13h/24/X11/2000 Trà Khúc - Sơn Giang 97
Hình 3.13. M ô phỏng lũ từ lh/ 19/XI - 19h/ 25/XI/1998 s, Trà Khúc - Sơn Giang.,98
Hình 3.14. Mô phỏng trận lũ từ ngày 21/XI - 24/XI/1998 s. Vệ - An Chi 98
Hình 4.1. Lượng mưa tích luỹ 72 giờ dự báo được háng RAMS từ 16 đến
19/XI/2005 trên 9 tiếu lưu vực thuộc sòng Trà Khúc - trạm Sơn Giang

106
Hìnli 4.2. Kết quà dự háo lũ từ 7 giờ ngày 10/X đến 7h ngày 13/X năm 2005 sông
Trà Khúc - Sơn Giang 107
lỉìnli 4.3. Kết quá dự háo lũ từ 7 giờ ngày 16/XI đến 7h ngày 19/XI năm 2005 sông
Trà Khúc - Sưn G iang 107
Hình 4.4. Anh hướng cua lớp phú đất đỏ thị đến dòng cháy lũ trên sòng Tá Trạch
trận lũ từ 16h/2l đến 7H/23/X/2001

r.

.

Hìnli 4.10. Vị trí ho chứa cắt lù (dự kiến) trên các lưu vực sông nghiên cứu

118
9
\1() ĐẨl
Miền Trung là nưi hứng chịu nhiều thiên tai lũ lụt vào loại bậc nhất ở nước
a. Đã có nhiều cõng trình nghiên cứu giái quyết ván đề này nhằm góp phần giám
ìhẹ những hậu quá do thiên tai lũ lụt gây ra. Hướng tích cực nhất là nâng cao hiệu
|uá của công lác cánh báo và dự háo lũ. lừ đó đề ra những biện pháp thích hợp đế
ìhòng. tránh, trong dó dồ cao vai trò cua công tác quv hoạch sừ dụng đất. Các
ỉhirơng pháp dự háo truvén thốnc tnrớc đày như phương pháp lưu lượng mực nước
ương ứng hay sử dụng các mỏ hình tương quan và mô hình thòng số tập trung đã
nang lại những hiệu quá tích cực. Việc diễn toán dòng cháy từ trạm thuV vãn đầu
Iguón về hạ lưu ở Trung tâm Dự báo Khí tượng Thuỷ văn Trung ương khá chính
<ác. đạt độ đảm háo tương đối tốt. Tuy nhiên, thực tẽ thường gặp phải hai vấn để lớn
ùm cho công tác dự báo lũ vẫn chưa đáp ứng được bài toán thực tiền. Đó là: (1) do
.'ác sõng ở khu vực này thường ngán và dốc. thời gian tập trung nước nhanh nên việc
phát các hán tin dự háo dựa trên sò liệu quan trắc mưa và liru lượng tuyến trẽn
hường có thời gian dự kiến ngắn, không đú dê triển khui các biện pháp phòng
-hống thích hợp và (2) do chưa SƯ dụng các mỏ hình thông số dái, có khá năng diễn
oán dòng cháy lot hơn. Nhàm góp phẩn khấc phục các vấn đề nêu trẽn, tác giả thực
hiện "Nghiên cứu mô phòng quá trinh mưa - (ỉònỊị cháy trên một sỏ’ lưu vực sông
ngòi M iền Trung phục VII sử dụng hợp lý lủi ngu vén nước và (lất" nhằm góp phần
nâng cao chất lượng cõng tác cánh háo, dự báo dòng chảv lũ từ mưa. đổng thời phục
vụ quán lv tài nguyên nước và đất theo hướng điều tiết dòng chảy lưu vực. Mô hình
sóng dộng học một chiều phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp s c s - là
một mỏ hình thòng sô dái. sứ dụnii đầu vào là mưa dự báo từ các mô hình khí tượng
được sứ dụng đê mó phóng dòng cháy lũ nhám tãng độ chinh xác và thời gian dự
kiến của các dự háo lũ lại các trạm thuV văn đầu nguồn, làm cơ sở cho việc nâng cao
tính hiệu qua của côn'2 tác dự háo lũ trên toàn lưu vực.

DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN ĐẤT v à NUỚC LUU v ụ c s ô n g
1.1.1. Nghiên cứu, áp dụng mõ hình toán đế tính toán và dự báo mưa lũ trén
the giới và ờ nước ta
Ngày nay. trong tinh toán và dự háo lũ. đánh giá ánh hướng cua việc sử dụng,
khai thác bé mặt lưu vực. việc áp dụng mò hình toán thuý vãn để khôi phục và xứ lý
số liệu ngày càng rộng rãi. Đặc hiệt, đối với những vùng ít được nghiên cứu thì sứ
dụng mỏ hình toán còn được coi là công cụ duy nhấi. Cùng với việc phát triển kỳ
thuật tính toán kèl hợp áp dụng cõng nghệ thõng tin, the mạnh giái quyết hằng các
hài toán số trị và ứng dụng trong hoạt động tác nghiệp càng có vị thế nổi bật.
Trong lĩnli vưc (lự báo. ngoài các phương pháp tru vồn ihống trước đâv như
phưưng pháp Kalinhin - Miuliacỏp [31] phương pháp lính dòng cháy đoạn sông có
gia nhập khu giữa [32. 48, 53], mỏ hình HMC ị2, 21 ]. phương pháp đường đơn vị.
đường đắng thời [31. 58] cùng với việc sứ dụng các mô hình toán SSARR. TANK
[94], NAM [49, 93], ANN [30] được triển khai nghiên cứu và có những kết quá tót,
đạt độ chinh xác đáp ứng cho các yêu cầu quy hoạch, thiết kè.
Mõ hình toán SSARR của Cục Công binh Mỹ được khai thác sử dụng sớm
nhất ở nước ta. từ năm 1980. đầu liên trong lĩnh vực thuý vãn công trình và sau đó là
trong việc cánh báo, dự háo lũ ở đổng hãng châu thổ sông Cứu Long [8()|. Mỏ hình
SSARR cũng được Irion khai áp dụnti đế dự háo lũ cho hệ thốna sông Hổng và Thái
Bình ở đổng bằng Bác Bộ cho kết quá khá quan 126. 28, 351-
15
Mõ hình TANK có xuãl xứ lừ Nhật Bán. dược sứ dụng vào những nãm cuối
của ihập ký 80 the ky XX ớ Viẹi Nam. Sử đụng mó hình TANK khá đa dạng, nhưng
thành tựu cơ han nhất đạt đưực trong lình vực khôi phục và hổ sung số liệu, là tình
trạng hạn chê phổ hiến nhất khi nghiên cứu thuý vãn ờ nước ta. Mỏ hình đơn giàn,
có ý nghía vật lý trực quan, thích hợp vứi các sổng suối vừa và nhỏ [2. 93]. Gán đây
mõ hình còn được SƯ dụng hiệu quá khi liến hành dự háo hạn vừa các sòng chính ở
Băc Bõ [12. 13. 36. 72ị.
Mó hình MIKE 1 1 ra đời cách đày 20 nám ư Đan Mạch là một mỏ hình tổng
hợp ihông dụng nhấi trẽn ihẽ giới (có hơn 100 nước sử dụng) với các mó dun vé

(2) SWAT dùng dự đoán ánh hướng cúa sir đụng đất đên dòng cháy và (3) PLOAT -
vé lan truyền chất ô nhiễm
Mô hình MIKEBASIN và MIKESHE [951 của Viện Thủy lực Đan Mạch là
một mô hình mổ phỏng nguổn nước lưu vực sông. Mô hình thuộc loại thông sỏ dải
và được phát triển từ các phương trình đạo hàm riêng mô tá các quá Irình vật lý diễn
ra trên lưu vực: tích nước, bốc thoát hơi nước, dòng cháy Iràn trên sườn dốc, trong
lòng dẫn. chuyên động của nước trong các tầng đất bão hoà và không bão hoà, tuyết
tan [ 105. 118. 139. 144. 116], Mô hình này có khá nàng đánh giá tác động của môi
trường đến dòng cháy, song do mức độ phức tạp của nó nên ứng dụng chưa được
rộng rãi. Trong khu vực châu Á hước đầu đã được sứ dụng ứ Thái Lan và Inđonexia.
Cùng với sự phát triên cua hệ thông tin địa lý. cõng nghệ GIS đang (fan chiếm
lình các ứng dụng irong việc nhận các thông tin từ bề mặt lưu vực (1. 33. 34. 87, 88]
góp phan thúc đẩy các cỏns trình nghiên cứu khai thác các lớp mỏ hình thuý động
lực 14, 24, 27. 44. 47, 57. 62. 65. 70]. Trong ứng dụng thực tiễn ở Việt Nam, nhiéu
mõ hình như SMART. USDAHL, HEC - RAS, SWMM. TOPMODEL, s c s (86,
88], đã được nghiên cứu. khai thác, vận dụng linh hoạt phù hợp với các điều kiện vé
số liệu. Việc liên kết. tổ hợp các phương pháp tính Ị6| có khá năng đem lại hiệu quả
cao trên cơ sớ lận dung đươc nhiéu ngu ổ II thõng tin mà khò nu một mô hình đơn lé
nào có thê khái quát được.
Các còng hố gán đày của các tác giá thuộc Viện Khoa học Khí tượng Thuý
17
ĐAI HỌC Q ló c GIA HA NỘI
ĨRUNG IA M IHONG ỈIN ỈHƯ viện
I CCCcCCCCC ụ
van và Mõi trường [1,3. II. 16. 18. 23. 68-73. w . 93. 94, 129 - 130], Trung tâm Dự
háo Khí tượng Thuý vãn Trung ương [12. 22, 28. 29. 37-39. 40. 67. 78], Trường Đại
học Khoa học Tự nhiên. Đại học Quốc gia Hà Nội và Trường Đại học Thuý lợi (41,
50, 53. 50-65. 1541 về việc khai thác, ứng dụng các mõ hình thúy vãn tổng hợp ngày
càng chứng tỏ sự quan tâm cùa các nhà nghiên cứu và các dự báo viên trong việc áp
dụng và khai thác hữu hiệu các mõ hình toán vào còng nghệ lính toán và dự báo lũ

Đình Thành. Đặng Thu Hiền [68] đã ứng dụntỉ mó hình mạng thần kinh nhàn tạo
(ANN) để tinh toán dự báo lũ cho các sòng Tà Trạch, Trà Khúc.Vệ và lũ quét trên
sõng Dinh. Trán Thanh Xuân. Hoàng Minh Tuyên [94 j đã sử dụng mỏ hình TANK
để tính toán lũ Iron sóng Tá Trạch. Bùi Đức Long áp dụng mô hình SSARR dé dự
háo lũ trên sông Trà Khúc [38ị và sông Cả [391- Nguyễn Vàn Lý [40] ứng dụng hàm
hồi quy nhiều biến dự háo đinh lù các sông lưu vực Nam Trung Bộ. Nguyễn Thanh
Sơn tiên hành nghiên cứu đặc điểm lũ tiêu mãn sông ngòi Bắc Trung Bộ [50] và mô
hình hoá lũ tiếu mãn sông ngòi Nam Trung Bộ [53]. Trấn Thục |69. 73]. Phạm Việt
Tiến [761 tiến hành dự báo và tính toán ngập lụt hệ thống sòng Thu Bổn - Vu Gia và
hạ du sòng Hương.
Một nhóm các lác giá tiên hành l ác nghiên cứu vé (lánh Ịịiá lùi nguyên nước
và (lất \'à cản hủni> Iiước lưu vực, từ đó đề xuất các giải pháp khai thác, sử dụng một
cách có hiệu quá nhất các nguồn tài nguyên này. Tiêu hiểu lũ các công trình của
Ngô Đình Tuân [83 - 85]. đã đánh giá tài nguyên nước, nhu cầu tưới và cân hằng
nước hệ thong các lưu vực ven biển Miền Trung. Trần Thanh Xuân và cộng sự đã
liến hành tính toán càn hằng nước cho tinh Quáng Nam. Nguyen Thanh Sơn đã đề
xuáì các giái pháp định hướng sir dụng nước lưu vực đám Trà () (Bình Định) [52] và
quy hoạch tổng thê tài nguvên nước tinh Quáng Trị đèn năm 2010 [63 -64ị. Trần
Thục. Huỳnh Thị Lan Hương đã tiên hành các tính toán đánh giá ánh hưởng của sự
thay đổi sứ dụng đất đến chế độ dòng cháy lưu vực Trà Khúc 17 1 ]. Đê bổ khuyết số
liệu còn thiếu vã thưa trôn khu vực nghiên cứu đã sứ dụng mõ hình NLRRM đế kéo
dài chuỗi dòng cháy từ tài liệu mưa 112^1: Nguyền Thị Nga. Nguyền Thanh Sơn [41]
áp dụng đẽ hổ khuyết số liệu dòng cháy cho các lưu vực sông tinh Quãng Trị, Lương
19
Tuan Anh. Evelina Harlsson, Karolina IVrsson 11301 dùng mô hình này đê phân tích
quan hệ mưa - dòng chảy Irên liru vực sõng Túy Loan.
Tuy dã có khá nhicu còng trình nghiên cứu trên địa bàn Mien Trung, nhưng
có thê nhộn thấy rãng phấn lớn các mõ hình dự háo đang được sử liụniỉ là các mô
hình có (hông số tập trung, thường chi diễn toán tốt từ trạm 1 hương nguổn về hạ lưu.
không xét đến sự hiên động theo không gian ciia các yếu tỏ mặt đệm và phụ thuộc

mc hình thuý động lực học có cơ sớ lý thuyết chặt chẽ nhất và có khá năng đánh giá
tác động cùa lưu vực quy mò nhó đến dòng chày. Tuy nhiên, việc chia lưu vực thành
các lưới nhỏ hơn hoặc hung 1 k n r đã tạo ra cho mó hình rất nhiéu thông số (Bảng
1.1) và số liệu đầu vào chi tiết, rất khó đáp ứng kể cả với các lưu vực thực nghiệm.
Bàng 1.1. Đặc diem cùa các thong số trong mò hình thuv vãn lát định
Loại mò hình
Số liệu, kết quá linh và
các biến trung gian
Đặc diêm cùa các thòng
số của mô hình
1 Mò hình phàn phối dải theo
CÌC đ ơ n v ị d iệ n t íc h n h ỏ
U(x, y. I, 0 K(x, y,z)
2 Mò hình phân phối dải theo
tiỉU v ù n g th u ý v ă n
Ư„(t)
K.I
3 Mỏ hình thõng số lập trung
Ư,(t)
K,
i: Ký hiệu tiểu vùng thúy văn
j: Ký hiệu các tầng (tang mặt. láng Iigẩm )
Nguồn: Lương Tuấn Anh /2/
H ình ỉ.ỉ . Phàn loại các mô hình tliu.v vãn tát dinh
21
Việc ứng dụng các mõ hình nhận thức thõng sò dái theo lie’ll vùng thuý vãn
sẽ giám dược nhiéu thõng sổ và có khá náng đánh giá được tác dộng của lưu vực quy
mó trung hình đen dõng cháy. Tuy nhiên, các mõ hình loại này còn ít được phổ hiến
rộng rãi và việc ứng dụng chúng đòi hói sự kết hợp với các phương tiện kỹ thuật vù
cóng nghệ tiên liến có các chức nãng xử lý bàn đồ vù các thòng tin viễn thám [45.

3 Đánh giá lác động của sự biến đổi
trong sử dụng đát quy mô nhỏ den
dòng chày, xói mòn lưu vực
1 ngày.
1 -6 giờ
Mô hình phân phối dải theo lưới
tính (thuỷ động lực học)
4 Dự báo hạn vừa, nhất là thời kỳ hạn
hán
1 tháng,
1 tu ấ n
Mô hình Ihỏng số lập trung
hoặc thông sò dái
5
Ngoại suy chuỗi dòng chảy
1 ngày
I luẩn
Mõ hình thông sò tập trung
hoặc thòng sò dài
6 Xây dựng chiến lược phòng lũ. thiết
kế hổ chứa, hộ thống hổ chứíi
1 ngày,
1 -6 giờ
Mô hình thòng số dải theo tiểu
vùng thuý ván
7
Tinh toán dòng cháy lũ thiết kế
1 ngày,
1-6 giờ
Mó hình thông số tập irung

điều kiện đế sinh dòng chày ngầm. Lý luận vé sự hình ihành dòng chảy này đã nói
rõ điều kiện hình thành dòng chảy ờ táng đất thoáng khí có cấu tạo đổng nhất nhưng
không giải thích được cơ chè hình thành dòng cháy ờ táng đất thoáng khí khỏng
đồng nhất và tiins mặt có cường độ thiím lớn.
Năm 1949. trong chuyên kháo "(V s à /ý thuyết ilòng chciv mưa rào" A. N.
Bephanhi Ị 163 ị đã đưa ra lý thuyết vé sự hình thành dòng cháy sườn dốc. Trong đó,
dòng cháy sườn dốc được chia ra 4 dạng: dòng vượt thấm, với cường độ mưa lớn hơn
cường độ thâm: dòng cháy bão hoà khi lương mưa rơi vượt quá khá năng chứa thấm;
trong một sò đicu kiện thổ nhưỡng và cấu trúc đất đá nhất định còn hình thành dòng
23
cháy sát m ạt và chày tron Sỉ lãm : clãt chi. (lien ra theo hai c ơ chẽ là dòng chày bão hoà
và dòng chay không bão hoa. Dòng chày bão hoù thường xáy ra ờ vùng đù ấm
(X>PET) xuấl hiện theo táng đát như sau:
- Dòng chay mặt xuất hiện ớ láng mặt cua sườn dỏc.
- Dòng cháy sát mật (xuất hiện sau dòna chày mật và trước dòng chày ngám)
hình thành trong tầng đất từ hề mạt lưu vực đến táng ít thấm tương đối (đất tầng này
chú yếu là đất mùn. tơi xốp), táng đất này còn gọi là táng rẻ cày hoạt động.
- Dòng chày ngầm hình thành từ mặt ít thấm tương đối đèn tầng không thấm.
Dòng cháy vượt thấm (dòng cháy không bão hoà) thường xuất hiện ờ vùng
thiếu ẩm hoặc hụt ấm từng thời kỳ (X<PET). Khi có cường độ mưa lớn, khả năng
thấm kém dòng cháy chí còn hai ihành phần chính là dòng cháy mật và dòng chảy
ngầm. Dòng cháy vượt thấm còn xuất hiện ờ các nơi đù ấm. nhưng có két cấu thố
nhưỡng tầng mật là tầng ít thấm tương đối. Như vậy. theo A. N. Bephanhi, dòng
cháy sườn dóc có cân trúc ba hìII ạ (lòi với cơ c h ế hão hoà và hai tầng (lõi với c ơ ch ế
vượt thấm. Lý thuyết Bephanhi khá hoàn chinh về phương diện lý luận. Các nghiên
cứu và thực nghiệm của ông và cộng sự [163] trên các hãi thực nghiệm chuẩn đã
chứng tò điều đó. tuV nhiên vào thời diêm còng hố. việc thu thập các dừ liệu quan
trắc trên các mạng lưới khí tượng thủy vãn chưa thô đáp ứng de triển khai ứng dụng.
Các lý luận hiện nay vé cơ chế hình thành dòng chảy thường bỏ qua ảnh
hướng cùa địa hình và kết cấu đất [2|. và đó chính là nhược điếm của chúng.

các nguồn sò liệu đa dạng một cách nhanh chóng đã mờ ra một giai đoạn mới trong
việc ứng dụng các mõ hình thúy động lực học.
Đối với các sóng suối vừa và nhỏ ở Miền Trung, nằm ớ vùng đủ ẩm. do địa
hình dốc, táng đất xốp. mùn mỏng, rừng bị suy giám, khi có mưa với cường độ lớn.
đất bị xói mòn nen dòng cháy tập trung nhanh chú yếu do tác dụng của trọng lực (độ
dốc) nên việc mỏ phúng dòng cháy mật hãng cách ghép dòng cháy mặt và dòng
chày sát mặt trong nhicu trường hợp là có thế chấp nhận.
Sir dụng cách tiếp cận mỏ hình hoá để diễn toán dòng cháy tại mặt cát cửa ra
25
của lưti vực phụ thuộc vào độ chính xác của việc xác định mưa hiệu quà và xác định
các thông số điều khiên cùa hệ Ihòng (lưu vực), lại phụ thuộc rất nhiều vào nhận
thức vé các điều kiện địa lý tự nhiên và cách mó phỏng cua người sir dụng mô hình.
Tiêp cận mỏ hình hoá đối với các hài toán thuý vãn thường nhàm tới hai mục đích:
I . Kháo sát hiện trạng hãng các bộ sô liệu mưa. dòng chày và mật đệm để
xác định bộ thông sò tối ưu. mô phỏng chính xác nhất quá trình dòng chảy, phục vụ
các tính toán thiết kế và dự háo.
2. Trên cư sớ mô hình được chọn, tác động đến lưu vực tạo ra bộ thông sỏ
hiệu quá nhất cho mục đích khai thác, sứ dụng hợp lv tài nguyên nước và đất.
Từ các phân tích trên, lựa chon m ô hình thủy (ỈỘIIIỊ lực học thông sô phản bò
là có tinh kliii thi dẻ iỊÌái quyết các bài toán đã tiặí ra.
1.2.1. Mỏ hình thủy động lực học
Mõ hình thuý động lực học dựa trên cơ sớ xấp xí chi tiết không gian và tích
phân số trị các phương trình đạo hàm riêng, mò ta các quá trình vật lý diễn ra trên
lưu vực như phương ninh háo toàn và chuyển động của chất lỏng. Đối với các mô
hình thuỷ động lực học, mó phỏng quá trình hình thành dòng chảy sông được chia
làm hai giai đoạn: cháy trên sườn dốc và trong lòng dẫn 1163, 164].
Khi xây dựng các mó hình động lực học hai chiéu mô phóng dòng chảy sườn
dốc, một giú thuyết thường được chấp nhận là chuyển động của nước trên bề mặt lưu
vực xảy ra dưới dạng lứp mỏng liên tục [164, 166, 167]. Các kết quả khảo sát thực
địa [ 168] cho thấy, dòng cháy mặt liên tục chí quan sát được trong khoáng thời gian

ll f~v
trong đó: U .Y - vận tóc được trung hình hoá theo trục 0: ứng với trục O.K. Oy tương
ứng; /ỉ - độ sâu lớp dòng cháy; .y„x. s„y - độ dóc sườn dốc theo trục ()x, tìy tương ứng;
T„y- ứng suất theo hướng ().\ và Ov: R - cường độ mưa; / - cường độ thấm; A- vận
tốc hạt mưa.
Theo các số liệu phân tích và thực nghiệm (169]. các thành phán của hệ
phương trình chuyến động (] .2) có trị số xấp xi trong khoáng sau:
ÔU
„ Ẽ Ỉ
V * L
õlì
M —
u
— ( R - D
gSf
ổ(AR)
ÔI õx õy
ũx h õx
10'
10'•
10"
10 1
104 10' 107
Từ hàng trên thấv ràng, thành phẩn ° — nhó hơn nhiéu so với các thành
õx
phần khác, có thê bỏ qua và phương trình động lực 2 chiều có dạng:
dh ô{Uh) <9(17/) ôh , ôh , ÔU ,. ôh , d v fv
— +- + - = — + Li — + h —— + V — + h —~ = (/? - /)
ÔI õx ry ôt ôx ôx ộ ' õy
õ lĩ rrĐU ',ŨU ôh _ / \ tữ


n
Khi đỏ: Q - lưu lượng đòng chảy sườn dốc hoặc trong sông: í/ - lưựng mưa sinh dòng
cháy đối với dòng cháy sườn dóc và lượng nhập lưu khu giữa đối với lòng dẫn; A -
mặt cát ướt dòng chủv sườn dốc hay lòng dẫn;
s
- độ dốc sườn dốc hoặc lòng sóng.
Phương trình sóng động học ( 1.6) được giai hang phương pháp sai phân đã có
thế áp dụng vào tính toán thực tế. Tuy nhiên, thực chất các kết quả tính toán mới chí
ờ mức độ thực nghiệm số chưa có khá nâng ứng dụng phổ biến. Từ các lặp luận đã
nêu trẽn, xét về phương diện toán học và vật lý, có thê áp dụng mô hình sóng động
học một chiêu, phươHiỉ pháp phân lử hữu hạn d ế m ô phỏng quá trình tập trung nước
trẽn sườn dốc và trong sông
1.2.2. Phương pháp phán lử hữu hạn áp dụng trong IĨ1Ô hình sóng động học
một chiều.
Khi phân tích các mõ hình, với các điều kiện tự nhiên được mò phỏng có độ
dài không tương xứng thì phương pháp mô hình số được sir dụng [112. 128]. Các
phương trình đạo hàm riêng của các mỏ hình toán được xấp xi nhờ sử dụng phương
pháp sai phân hữu hạn hoặc phần tử hữu hạn. Nhờ sứ dụng các xấp xỉ này, các hiên
28