2
MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined.
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 5
DANH MỤC BẢNG BIỂU 6
DANH MỤC HÌNH VẼ 7
MỞ ĐẦU 9
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ MƢA LŨ Ở MIỀN
TRUNG. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MƢA – DÕNG CHẢY VÀ PHƢƠNG
PHÁP SCS 14
1.1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VÀ MÔ HÌNH TOÁN PHỤC VỤ SỬ
DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN ĐẤT VÀ NƢỚC LƢU VỰC SÔNG 14
1.1.1. NGHIÊN CỨU, ÁP DỤNG MÔ HÌNH TOÁN ĐỂ TÍNH TOÁN VÀ
DỰ BÁO MƢA LŨ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở NƢỚC TA 14
1.1.2. NGHIÊN CỨU MƢA LŨ VÀ TÀI NGUYÊN NƢỚC TRÊN ĐỊA BÀN
NGHIÊN CỨU 17
1.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT LỚP MÔ HÌNH TOÁN MƢA - DÕNG CHẢY 19
1.2.1. MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC HỌC 26
1.2.2. PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ÁP DỤNG TRONG MÔ
HÌNH SÓNG ĐỘNG HỌC MỘT CHIỀU. 28
1.3. PHƢƠNG PHÁP SCS 39
1.3.1. GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP SCS 39
1.3.2. PHÁT TRIỂN SCS 41
CHƢƠNG 2. ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI MỘT SỐ
LƢU VỰC THƢỢNG NGUỒN MIỀN TRUNG TRONG MỐI LIÊN QUAN VỚI
QUÁ TRÌNH MƢA – DÕNG CHẢY 45
2.1. ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 45

TUYẾN TÍNH TRONG MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN SÓNG ĐỘNG
HỌC MỘT CHIỀU 77
3.1.4. THỰC NGHIỆM SỐ, ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH, ĐỘ CHÍNH XÁC
CỦA CÁC SƠ ĐỒ SỐ VÀ THUẬT TOÁN PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ
HỮU HẠN ÁP DỤNG CHO MÔ HÌNH SÓNG ĐỘNG HỌC MỘT CHIỀU 80
3.2. HIỆU CHỈNH PHƢƠNG PHÁP SCS, NÂNG CAO KHẢ NĂNG MÔ
PHỎNG LŨ TRÊN CÁC LƢU VỰC SÔNG NGÕI MIỀN TRUNG 83
3.2.1. SỬ DỤNG SCS NÂNG CAO KHẢ NĂNG MÔ PHỎNG LƢU VỰC . 83
3.2.2. NÂNG CAO KHẢ NĂNG MÔ PHỎNG CỦA PHƢƠNG PHÁP SCS 84
3.2.3. THỰC NGHIỆM SỐ CÔNG THỨC TÍNH ĐỘ SÂU TỔN THẤT BAN
ĐẦU TRÊN MỘT SỐ LƢU VỰC MIỀN TRUNG. 85
3.3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH MƢA - DÕNG CHẢY
ĐỐI VỚI MỘT SỐ LƢU VỰC SÔNG THƢỢNG NGUỒN MIỀN TRUNG 89
3.3.1. PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 90
3.3.2. XÂY DỰNG BỘ THÔNG SỐ 91
3.3.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 98
3.3.4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 99
3.3.5. NHẬN XÉT 103
CHƢƠNG 4. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH MƢA – DÕNG
CHẢY PHỤC VỤ DỰ BÁO LŨ VÀ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN NƢỚC,
ĐẤT TRÊN CÁC LƢU VỰC SÔNG THƢỢNG NGUỒN MIỀN TRUNG 107
4.1 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH MƢA – DÕNG CHẢY
PHỤC VỤ DỰ BÁO LŨ SÔNG TRÀ KHÖC – TRẠM SƠN GIANG 107
4.1.1. DỰ BÁO THỬ NGHIỆM MƢA GÂY LŨ TẠI LƢU VỰC SÔNG TRÀ
KHÖC–SƠN GIANG 109
4.1.2. DỰ BÁO LŨ 111
4.2. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH MƢA DÕNG CHẢY
PHỤC VỤ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN ĐẤT TRÊN LƢU VỰC 113
4.2.1. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG LỚP PHỦ
ĐẤT ĐÔ THỊ ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH LŨ 114
5
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
ACM I, II, III
Điều kiện ẩm khô, trung bình và ƣớt của đất
ANN
Mô hình mạng thần kinh nhân tạo (Artificial Neural Network)
ETA
Mô hình khí tƣợng bất thuỷ tĩnh châu Âu (ETA model)
FLOAT
Mô hình lan truyền chất ô nhiễm
GDP
Tổng giá trị sản phẩm trong nƣớc
GIBSI
Bộ mô hình tổng hợp của Canađa (Gestion Intộgrộe des Bassins versants à
l'aide d'un Systốme Informatisộ)
GIS
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System)
HMC
Trung tâm thuỷ văn Xô viết (Hydro-Metorology Centre)

Mô hình hệ thống diễn toán dòng chảy của Mỹ (Streamflow Synthesis and
Reservoir Regulation)
SWAT
Mô hình mô phỏng dòng chảy mặt qua độ ẩm đất (Soil and Water Assessment
Tool)
SWMM
Mô hình diễn toán thuỷ lực (Storm Water Management Model)
TANK
Mô hình bể chứa của Nhật Bản
USDAL
Mô hình dòng chảy phân bố Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ
WMO
Tổ chức khí tƣợng thế giới (World Meteorological Organization)
X > PET, X<
PET
Mƣa vƣợt thấm và không vƣợt thấm
6

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Đặc điểm của các thông số trong mô hình thuỷ văn tất định 20
Bảng 1.2. Mục đích và đối tƣợng ứng dụng các mô hình thuỷ văn tất định 21
Bảng 2.1. Hiện trạng rừng năm 2000 lƣu vực sông Tả Trạch [14] 55
Bảng 2.2. Hiện trạng rừng năm 2000 lƣu vực sông Thu Bồn [14] 56
Bảng 2.3. Hiện trạng rừng năm 2000 lƣu vực sông Trà Khúc [14] 56
Bảng 2.4. Lớp phủ thực vật lƣu vực sông Vệ theo mức độ che phủ [14] 58
Bảng 3.1. Số trận lũ trên sông Vệ – An Chỉ qua các năm dùng để mô phỏng lũ 86
Bảng 3. 2. Kết quả đánh giá mô phỏng lũ theo mô hình sóng động học một chiều . 87

7

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phân loại các mô hình thuỷ văn tất định 21
Hình 1.2. Lƣu vực và lƣới phần tử hữu hạn tƣơng ứng. 32
Hình 1.3. Các biến số có tổn thất dòng chảy trong phƣơng pháp SCS 40
Hình 2.1. Vị trí các lƣu vực sông nghiên cứu 46
Hình 2.2. Địa hình lƣu vực sông Trà Khúc 49
Hình 2.3. Độ dốc lƣu vực sông Trà Khúc 50
Hình 2.4. Sử dụng đất lƣu vực sông Trà Khúc 54
Hình 2.5. Rừng lƣu vực sông Trà Khúc 57
Hình 2.6. Mạng lƣới sông lƣu vực sông Trà Khúc – trạm Sơn Giang 62
Hình 3.1. Kết quả mô phỏng ( a) v à đánh giá sai số (b) trận lũ từ ngày 25/11/1998
đến ngày 27/11/1998 88
Hình 3.2 So sánh hai phƣơng án (a) hiệu chỉnh SCS và (b) không hiệu chỉnh từ
ngày 19/10/2001 đến ngày 20/10/2001 89
Hình 3.3. Lƣới phần tử trên lƣu vực sông Tả Trạch – trạm Thƣợng Nhật 93
Hình 3.4. Lƣới phần tử trên lƣu vực sông Thu Bồn – trạm Nông Sơn 94
Hình 3.5. Lƣới phần tử trên lƣu vực sông Trà Khúc – trạm Sơn Giang 96
Hình 3.6 Lƣới phần tử trên lƣu vực sông Vệ – trạm An Chỉ 97
Hình 3.7. Sơ đồ khối của chƣơng trình tính theo mô hình KW-1D 98
Hình 3.8. Mô phỏng trận lũ từ 1h/18/-13h/23/XI/2002 s. Tả Trạch – Thƣợng Nhật 99
Hình 3.9 Kết quả mô phỏng lũ từ 6h/20/X - 6h/24/X/2001 s. Tả Trạch - Thƣợng
Nhật 100
Hình 3.10. Mô phỏng trận lũ từ 7h/28/X – 19h/30/X/2000 s. Thu Bồn – Nông Sơn
101
Hình 3.11. Mô phỏng trận lũ từ 7h/20/X – 19h/23/X/2001 s. Thu Bồn – Nông Sơn
101
Hình 3.12. Mô phỏng trận lũ từ 13h/20 - 24/XII/2000 s. Trà Khúc – Sơn Giang 101
Hình 3.13. Mô phỏng lũ từ 1h/ 19/XI - 19h/ 25/XI/1998 s, Trà Khúc - Sơn Giang
9

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Miền Trung là nơi hứng chịu nhiều thiên tai lũ lụt vào loại bậc nhất ở nƣớc
ta. Đã có nhiều công trình nghiên cứu giải quyết vấn đề này nhằm góp phần giảm
nhẹ những hậu quả do thiên tai lũ lụt gây ra. Hƣớng tích cực nhất là nâng cao hiệu
quả của công tác cảnh báo và dự báo lũ, từ đó đề ra những biện pháp thích hợp để
phòng, tránh, trong đó đề cao vai trò của công tác quy hoạch sử dụng đất. Các
phƣơng pháp dự báo truyền thống trƣớc đây nhƣ phƣơng pháp lƣu lƣợng mực nƣớc
tƣơng ứng hay sử dụng các mô hình tƣơng quan và mô hình thông số tập trung đã
mang lại những hiệu quả tích cực. Việc diễn toán dòng chảy từ trạm thuỷ văn đầu
nguồn về hạ lƣu ở Trung tâm Dự báo Khí tƣợng Thuỷ văn Trung ƣơng khá chính
xác, đạt độ đảm bảo tƣơng đối tốt. Tuy nhiên, thực tế thƣờng gặp phải hai vấn đề
lớn làm cho công tác dự báo lũ vẫn chƣa đáp ứng đƣợc bài toán thực tiễn. Đó là: (1)
do các sông ở khu vực này thƣờng ngắn và dốc, thời gian tập trung nƣớc nhanh nên

4. Những đóng góp mới
1) Phân tích các mô hình toán mƣa – dòng chảy và luận giải việc xây dựng
một mô hình toán trên cơ sở mô hình sóng động học một chiều (KW - 1D), sử dụng
phƣơng pháp phần tử hữu hạn và phƣơng pháp SCS là thích hợp với các lƣu vực
sông vùng thƣợng nguồn ở Miền Trung.
2) Nâng cao tính ổn định và độ chính xác của mô hình KW - 1D qua sự
nghiên cứu và lựa chọn sơ đồ tính nhằm mô tả chính xác không gian, thời gian bằng
lý luận và thực nghiệm số kết hợp vận dụng, hiệu chỉnh phƣơng pháp SCS để tính
thấm, nâng cao khả năng mô phỏng các điều kiện mặt đệm các lƣu vực sông vùng
thƣợng nguồn ở Miền Trung
3) Xây dựng đƣợc một mô hình toán đủ khả năng dự báo lũ đồng thời là
công cụ tƣ vấn về việc sử dụng hợp lý tài nguyên nƣớc và đất trên các lƣu vực sông
Miền Trung, gồm:
a) Triển khai thành công lƣới các phần tử cho các lƣu vực sông tự nhiên và
11
bộ thông số của mô hình;
b) Xây dựng chƣơng trình tính và phần mềm để dự báo dòng chảy lũ từ mƣa
cũng nhƣ phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nƣớc và đất các lƣu vực sông;
c) Định lƣợng hóa ảnh hƣởng của lớp phủ đất đô thị và lớp phủ rừng đến sự
hình thành đỉnh và tổng lƣợng lũ qua các kịch bản sử dụng đất.
5. Luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1. Kết quả mô phỏng lũ trên một số lƣu vực sông thƣợng nguồn
Miền Trung với độ đảm bảo đạt từ khá đến tốt cho thấy việc lựa chọn và xây dựng
mô hình toán trên cơ sở mô hình sóng động học một chiều, phƣơng pháp phần tử
hữu hạn và phƣơng pháp SCS là thích hợp để mô phỏng quá trình mưa – dòng
chảy.
Luận điểm 2. Mô hình sóng động học một chiều, phƣơng pháp phần tử hữu

8.2. Tài liệu từ các đề tài do tác giả là thành viên tham gia chính: 1) “ Nghiên
cứu vận dụng mô hình thuỷ động lực, mƣa - dòng chảy phục vụ tính toán và dự báo
dòng chảy lũ” (Viện KTTV, 2004); 2) “Xây dựng công nghệ dự báo lũ bằng mô
hình số thời hạn 3 ngày cho khu vực Trung Bộ Việt Nam” (QGTĐ. 04.04, 2006).
8.3. Các tài liệu: (i) khí tƣợng thủy văn là số liệu trích lũ và mƣa từ năm
1998 – 2005 đƣợc cung cấp bởi Trung tâm Tƣ liệu và Trung tâm Dự báo Khí tƣợng
Thủy văn Trung ƣơng; (ii) tài liệu mặt đệm là các bản đồ số về địa hình, mạng lƣới
sông, đất, sử dụng đất và thảm thực vật năm 1999 các lƣu vực sông lấy từ Atlas
Việt Nam, Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trƣờng [155] và (iii) các báo cáo chiến
lƣợc phát triển kinh tế xã hội các tỉnh.
9. Cấu trúc luận án
Luận án có 4 chƣơng cùng với mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục:
Chƣơng 1: Tổng quan các nghiên cứu về mƣa lũ ở miền trung và cơ sở lý
thuyết mô hình mƣa – dòng chảy và phƣơng pháp SCS
13
Chƣơng 2: Điều kiện địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội một số lƣu vực thƣợng
nguồn Miền Trung trong mối liên quan với quá trình mƣa – dòng chảy.
Chƣơng 3: Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình mƣa - dòng chảy bằng mô
hình sóng động học một chiều, phƣơng pháp phần tử hữu hạn và phƣơng pháp SCS.
Chƣơng 4: Ứng dụng mô hình mô phỏng quá trình mƣa – dòng chảy phục vụ
dự báo lũ và sử dụng hợp lý tài nguyên nƣớc, đất trên các lƣu vực sông thƣợng
nguồn Miền Trung
Luận án đƣợc hoàn thành tại trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học
Quóc gia Hà Nội, tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau
đại học, Phòng Khoa học Công nghệ trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Ban Khoa
học Công nghệ Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện về thời gian, kinh phí hỗ
trợ qua các đề tài. Trong quá trình thực hiện, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các

đƣờng đẳng thời [31, 58] cùng với việc sử dụng các mô hình toán SSARR, TANK
[94], NAM [49, 93], ANN [30] đƣợc triển khai nghiên cứu và có những kết quả tốt,
đạt độ chính xác đáp ứng cho các yêu cầu quy hoạch, thiết kế.
Mô hình toán SSARR của Cục Công binh Mỹ đƣợc khai thác sử dụng sớm
15
nhất ở nƣớc ta, từ năm 1968, đầu tiên trong lĩnh vực thuỷ văn công trình và sau đó
là trong việc cảnh báo, dự báo lũ ở đồng bằng châu thổ sông Cửu Long [80]. Mô
hình SSARR cũng đƣợc triển khai áp dụng để dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng và
Thái Bình ở đồng bằng Bắc Bộ cho kết quả khả quan [26, 28, 35].
Mô hình TANK có xuất xứ từ Nhật Bản, đƣợc sử dụng vào những năm cuối
của thập kỷ 80 thế kỷ XX ở Việt Nam. Sử dụng mô hình TANK khá đa dạng, nhƣng
thành tựu cơ bản nhất đạt đƣợc trong lĩnh vực khôi phục và bổ sung số liệu, là tình
trạng hạn chế phổ biến nhất khi nghiên cứu thuỷ văn ở nƣớc ta. Mô hình đơn giản,
có ý nghĩa vật lý trực quan, thích hợp với các sông suối vừa và nhỏ [2, 93]. Gần đây
mô hình còn đƣợc sử dụng hiệu quả khi tiến hành dự báo hạn vừa các sông chính ở
Bắc Bộ [12, 13, 36, 72].
Mô hình MIKE 11 ra đời cách đây 20 năm ở Đan Mạch là một mô hình tổng
hợp thông dụng nhất trên thế giới (có hơn 100 nƣớc sử dụng) với các mô đun về
thủy lực, phân tán chất lƣợng nƣớc, chuyển tải bùn cát, mô phỏng mƣa dòng chảy
(mô hình NAM), mô hình sinh thái, dự báo lũ, vỡ đập … đã bắt đầu đƣợc nghiên
cứu và triển khai áp dụng. Các mô hình phát triển ở mức độ cao hơn nhƣ MIKE 21,
MIKE FLOOD để mô phỏng dòng chảy 2 chiều cũng đƣợc nghiên cứu, vận dụng.
Các mô hình toán có xuất xứ trong nƣớc hiện nay rất ít, có thể kể ra một vài
mô hình tiêu biểu nhƣ HYDROGIS của Nguyễn Hữu Nhân [43], KOD của Nguyễn
Ân Niên [46, 47] và VRSAP của Nguyễn Nhƣ Khuê.
Ngày nay, khi thế giới đang đứng trƣớc sự khủng hoảng về nƣớc (cả lƣợng
và chất) trƣớc sức ép về gia tăng dân số và các hoạt động kinh tế, bài toán quy

lòng dẫn, chuyển động của nƣớc trong các tầng đất bão hoà và không bão hoà, tuyết
tan [105, 118, 139, 144, 116]. Mô hình này có khả năng đánh giá tác động của môi
trƣờng đến dòng chảy, song do mức độ phức tạp của nó nên ứng dụng chƣa đƣợc
rộng rãi. Trong khu vực châu Á bƣớc đầu đã đƣợc sử dụng ở Thái Lan và
Inđonexia.
Cùng với sự phát triển của hệ thông tin địa lý, công nghệ GIS đang dần
chiếm lĩnh các ứng dụng trong việc nhận các thông tin từ bề mặt lƣu vực [1, 33, 34,
87, 88] góp phần thúc đẩy các công trình nghiên cứu khai thác các lớp mô hình thuỷ
17
động lực [4, 24, 27, 44, 47, 57, 62, 65, 70]. Trong ứng dụng thực tiễn ở Việt Nam,
nhiều mô hình nhƣ SMART, USDAHL, HEC – RAS, SWMM, TOPMODEL, SCS
[86, 88], đã đƣợc nghiên cứu, khai thác, vận dụng linh hoạt phù hợp với các điều
kiện về số liệu. Việc liên kết, tổ hợp các phƣơng pháp tính [6] có khả năng đem lại
hiệu quả cao trên cơ sở tận dụng đƣợc nhiều nguồn thông tin mà không một mô
hình đơn lẻ nào có thể khái quát đƣợc.
Các công bố gần đây của các tác giả thuộc Viện Khoa học Khí tƣợng Thuỷ
văn và Môi trƣờng [1, 3, 11, 16, 18, 23, 68-73, 90, 93, 94, 129 - 130], Trung tâm Dự
báo Khí tƣợng Thuỷ văn Trung ƣơng [12, 22, 28, 29, 37-39, 40, 67, 78], Trƣờng
Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội và Trƣờng Đại học Thuỷ lợi
[41, 50, 53, 50-65, 154] về việc khai thác, ứng dụng các mô hình thủy văn tổng hợp
ngày càng chứng tỏ sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và các dự báo viên trong
việc áp dụng và khai thác hữu hiệu các mô hình toán vào công nghệ tính toán và dự
báo lũ cũng nhƣ phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên đất và nƣớc trên các lƣu vực
sông.
1.1.2. Nghiên cứu mƣa lũ và tài nguyên nƣớc trên địa bàn nghiên cứu
Miền Trung là vùng có chế độ khí hậu khắc nghiệt, là vùng chuyển tiếp giữa
hai miền khí hậu Bắc - Nam [42, 79], là nơi hứng chịu nhiều thiên tai: bão, áp thấp

(ANN) để tính toán dự báo lũ cho các sông Tả Trạch, Trà Khúc,Vệ và lũ quét trên
sông Dinh. Trần Thanh Xuân, Hoàng Minh Tuyển [94] đã sử dụng mô hình TANK
để tính toán lũ trên sông Tả Trạch. Bùi Đức Long áp dụng mô hình SSARR để dự
báo lũ trên sông Trà Khúc [38] và sông Cả [39]. Nguyễn Văn Lý [40] ứng dụng
hàm hồi quy nhiều biến dự báo đỉnh lũ các sông lƣu vực Nam Trung Bộ. Nguyễn
Thanh Sơn tiến hành nghiên cứu đặc điểm lũ tiểu mãn sông ngòi Bắc Trung Bộ [50]
và mô hình hoá lũ tiểu mãn sông ngòi Nam Trung Bộ [53]. Trần Thục [69, 73],
Phạm Việt Tiến [76] tiến hành dự báo và tính toán ngập lụt hệ thống sông Thu Bồn
– Vu Gia và hạ du sông Hƣơng.
Một nhóm các tác giả tiến hành các nghiên cứu về đánh giá tài nguyên nước
và đất và cân bằng nước lưu vực, từ đó đề xuất các giải pháp khai thác, sử dụng một
cách có hiệu quả nhất các nguồn tài nguyên này. Tiêu biểu là các công trình của
19
Ngô Đình Tuấn [83 - 85], đã đánh giá tài nguyên nƣớc, nhu cầu tƣới và cân bằng
nƣớc hệ thống các lƣu vực ven biển Miền Trung. Trần Thanh Xuân và cộng sự đã
tiến hành tính toán cân bằng nƣớc cho tỉnh Quảng Nam. Nguyễn Thanh Sơn đã đề
xuất các giải pháp định hƣớng sử dụng nƣớc lƣu vực đầm Trà Ổ (Bình Định) [52]
và quy hoạch tổng thể tài nguyên nƣớc tỉnh Quảng Trị đến năm 2010 [63 -64]. Trần
Thục, Huỳnh Thị Lan Hƣơng đã tiến hành các tính toán đánh giá ảnh hƣởng của sự
thay đổi sử dụng đất đến chế độ dòng chảy lƣu vực Trà Khúc [71]. Để bổ khuyết số
liệu còn thiếu và thƣa trên khu vực nghiên cứu đã sử dụng mô hình NLRRM để kéo
dài chuỗi dòng chảy từ tài liệu mƣa [129]: Nguyễn Thị Nga, Nguyễn Thanh Sơn
[41] áp dụng để bổ khuyết số liệu dòng chảy cho các lƣu vực sông tỉnh Quảng Trị,
Lƣơng Tuấn Anh, Evelina Harlsson, Karolina Persson [130] dùng mô hình này để
phân tích quan hệ mƣa - dòng chảy trên lƣu vực sông Túy Loan.
Tuy đã có khá nhiều công trình nghiên cứu trên địa bàn Miền Trung, nhƣng
có thể nhận thấy rằng phần lớn các mô hình dự báo đang đƣợc sử dụng là các mô

Dựa trên cấu trúc vật lý, các mô hình tất định mô phỏng quá trình mƣa -
dòng chảy đƣợc phân loại thành các mô hình thuỷ động lực học, mô hình nhận thức
và mô hình hộp đen (Hình 1.1). Phụ thuộc vào sự xấp xỉ không gian, các mô hình
thuỷ văn tất định đƣợc chia thành các mô hình thông số phân phối dải và các mô
hình thông số tập trung. Theo Lƣơng Tuấn Anh [2], khi khảo sát các mô hình thuỷ
văn tất định, mô hình thuỷ động lực học có cơ sở lý thuyết chặt chẽ nhất và có khả
năng đánh giá tác động của lƣu vực quy mô nhỏ đến dòng chảy. Tuy nhiên, việc
chia lƣu vực thành các lƣới nhỏ hơn hoặc bằng 1 km
2
đã tạo ra cho mô hình rất
nhiều thông số (Bảng 1.1) và số liệu đầu vào chi tiết, rất khó đáp ứng kể cả với các
lƣu vực thực nghiệm.
Bảng 1.1. Đặc điểm của các thông số trong mô hình thuỷ văn tất định
Loại mô hình
Số liệu, kết quả tính và
các biến trung gian
Đặc điểm của các thông
số của mô hình
1. Mô hình phân phối dải theo
các đơn vị diện tích nhỏ
U(x, y, z, t)
K(x, y, z)
2. Mô hình phân phối dải theo
tiểu vùng thuỷ văn
U
ij
(t)
K
ij


diện tích nhỏ
(l-ới tính km
2
)
Phân phối theo đơn vị
diện tích lớn
(tiểu vùng thuỷ văn)

Hỡnh 1.1. Phõn loi cỏc mụ hỡnh thu vn tt nh
Vic ng dng cỏc mụ hỡnh nhn thc thụng s di theo tiu vựng thu vn
s gim c nhiu thụng s v cú kh nng ỏnh giỏ c tỏc ng ca lu vc
quy mụ trung bỡnh n dũng chy. Tuy nhiờn, cỏc mụ hỡnh loi ny cũn ớt c ph
bin rng rói v vic ng dng chỳng ũi hi s kt hp vi cỏc phng tin k
thut v cụng ngh tiờn tin cú cỏc chc nng x lý bn v cỏc thụng tin vin
thỏm [45, 108, 136, 151], nh h thng thụng tin a lý (GIS). Trong cỏc mụ hỡnh
tt nh, cỏc mụ hỡnh thụng s tp trung cú ớt thụng s, d s dng v c ng
dng rng rói. Cỏc mụ hỡnh n gin nh cỏc quan h thc nghim, mụ hỡnh ng
n v ó v s cũn chng t c tớnh hiu qu trong tớnh toỏn, d bỏo dũng chy
v cú khỏ nhiu mụ hỡnh thu vn la chn v ỏp dng trong thc t. Tuy nhiờn,
theo A. Becker [103], vic la chn tng mụ hỡnh ph thuc vo mc ớch, i
tng, tỡnh hỡnh s liu v cỏc iu kin t nhiờn ca lónh th nghiờn cu (Bng
1.2)
Bng 1.2. Mc ớch v i tng ng dng cỏc mụ hỡnh thu vn tt nh
STT
Mc ớch i tng ng dng mụ
Bc
Xp x khụng gian

hỏn
1 thỏng,
1 tun
Mụ hỡnh thụng s tp trung
hoc thụng s di
5
Ngoi suy chui dũng chy
1 ngy
1 tun
Mụ hỡnh thụng s tp trung
hoc thụng s di
6
Xõy dng chin lc phũng l, thit
k h cha, h thng h cha
1 ngy,
1-6 gi
Mụ hỡnh thụng s di theo tiu
vựng thu vn
7
Tớnh toỏn dũng chy l thit k
1 ngy,
1-6 gi
Mụ hỡnh thụng s tp trung
hoc thụng s di
8
Phõn tớch tỏc nghip, d bỏo ngn
hn
1-6 gi,
1 ngy
Mụ hỡnh thụng s tp trung

Bephanhi [163] đã đ-a ra lý thuyết về sự hình thành dòng chảy s-ờn dốc. Trong đó,
dòng chảy s-ờn dốc đ-ợc chia ra 4 dạng: dòng v-ợt thấm, với c-ờng độ m-a lớn hơn
c-ờng độ thấm; dòng chảy bão hoà khi l-ợng m-a rơi v-ợt quá khả năng chứa thấm;
trong một số điều kiện thổ nh-ỡng và cấu trúc đất đá nhất định còn hình thành dòng
chảy sát mặt và chảy trong tầng đất đá, diễn ra theo hai cơ chế là dòng chảy bão hoà
và dòng chảy không bão hoà. Dòng chảy bão hoà th-ờng xảy ra ở vùng đủ ẩm
(X>PET) xuất hiện theo tầng đất nh- sau:
- Dòng chảy mặt xuất hiện ở tầng mặt của s-ờn dốc.
- Dòng chảy sát mặt (xuất hiện sau dòng chảy mặt và tr-ớc dòng chảy ngầm)
hình thành trong tầng đất từ bề mặt l-u vực đến tầng ít thấm t-ơng đối (đất tầng này
chủ yếu là đất mùn, tơi xốp), tầng đất này còn gọi là tầng rễ cây hoạt động.
- Dòng chảy ngầm hình thành từ mặt ít thấm t-ơng đối đến tầng không thấm.
Dòng chảy v-ợt thấm (dòng chảy không bão hoà) th-ờng xuất hiện ở vùng
thiếu ẩm hoặc hụt ẩm từng thời kỳ (X<PET). Khi có c-ờng độ m-a lớn, khả năng
thấm kém dòng chảy chỉ còn hai thành phần chính là dòng chảy mặt và dòng chảy
ngầm. Dòng chảy v-ợt thấm còn xuất hiện ở các nơi đủ ẩm, nh-ng có kết cấu thổ
24
nh-ỡng tầng mặt là tầng ít thấm t-ơng đối. Nh- vậy, theo A. N. Bephanhi, dòng
chảy s-ờn dốc có cấu trúc ba tầng đối với cơ chế bão hoà và hai tầng đối với cơ chế
v-ợt thấm. Lý thuyết Bephanhi khá hoàn chỉnh về ph-ơng diện lý luận. Các nghiên
cứu và thực nghiệm của ông và cộng sự [163] trên các bãi thực nghiệm chuẩn đã
chứng tỏ điều đó, tuy nhiên vào thời điểm công bố, việc thu thập các dữ liệu quan
trắc trên các mạng l-ới khí t-ợng thủy văn ch-a thể đáp ứng để triển khai ứng dụng.
Các lý luận hiện nay về cơ chế hình thành dòng chảy th-ờng bỏ qua ảnh
h-ởng của địa hình và kết cấu đất [2], và đó chính là nh-ợc điểm của chúng.
Việc ứng dụng các lý thuyết về cơ chế hình thành dòng chảy để mô hình hoá
các quá trình thuỷ văn cũng rất đa dạng. Nhiều tác giả chỉ mô phỏng dòng chảy mặt

tc theo khụng gian v thi gian kt hp vi mỏy tớnh hin i cho kh nng x lý
cỏc ngun s liu a dng mt cỏch nhanh chúng ó m ra mt giai on mi trong
vic ng dng cỏc mụ hỡnh thy ng lc hc.
i vi cỏc sụng sui va v nh Min Trung, nm vựng m, do a
hỡnh dc, tng t xp, mựn mng, rng b suy gim, khi cú ma vi cng ln,
t b xúi mũn nờn dũng chy tp trung nhanh ch yu do tỏc dng ca trng lc
( dc) nờn vic mụ phng dũng chy mt bng cỏch ghộp dũng chy mt v dũng
chy sỏt mt trong nhiu trng hp l cú th chp nhn.
S dng cỏch tip cn mụ hỡnh hoỏ din toỏn dũng chy ti mt ct ca ra
ca lu vc ph thuc vo chớnh xỏc ca vic xỏc nh ma hiu qu v xỏc nh
cỏc thụng s iu khin ca h thng (lu vc), li ph thuc rt nhiu vo nhn
thc v cỏc iu kin a lý t nhiờn v cỏch mụ phng ca ngi s dng mụ hỡnh.
Tip cn mụ hỡnh hoỏ i vi cỏc bi toỏn thu vn thng nhm ti hai mc ớch:
1. Kho sỏt hin trng bng cỏc b s liu ma, dũng chy v mt m
xỏc nh b thụng s ti u, mụ phng chớnh xỏc nht quỏ trỡnh dũng chy, phc v
cỏc tớnh toỏn thit k v d bỏo.
2. Trờn c s mụ hỡnh c chn, tỏc ng n lu vc to ra b thụng s
hiu qu nht cho mc ớch khai thỏc, s dng hp lý ti nguyờn nc v t.
T cỏc phõn tớch trờn, la chn mụ hỡnh thy ng lc hc thụng s phõn b
l cú tớnh kh thi gii quyt cỏc bi toỏn ó t ra trong lun ỏn ny.
26
1.2.1. Mô hình thủy động lực học
Mô hình thuỷ động lực học dựa trên cơ sở xấp xỉ chi tiết không gian và tích
phân số trị các phƣơng trình đạo hàm riêng, mô tả các quá trình vật lý diễn ra trên
lƣu vực nhƣ phƣơng trình bảo toàn và chuyển động của chất lỏng. Đối với các mô
hình thuỷ động lực học, mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy sông đƣợc chia
làm hai giai đoạn: chảy trên sƣờn dốc và trong lòng dẫn [163, 164].

 ,,
(1.1)
- Phƣơng trình chuyển động
 
 
x
R
h
U
IR
gh
T
Sg
x
h
g
y
U
V
x
U
U
t
U
ox
ox





Sg
y
h
g
y
V
V
x
V
U
t
V
oy
oy















