Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 1
Lời mở đầu
Mô hình toán thuỷ văn hiện nay đang được ứng dụng rộng rãi trong các
lĩnh vực nghiên cứu thuỷ văn. Với sự bùng nổ của công nghệ thông tin và các
phương pháp tính toán trong những thập kỷ gần đây đã tạo nên sự phát triển
mạnh mẽ của các loại mô hình toán. Cấu trúc của mô hình phản ánh ngày càng
tiếp cận các quá trình đa dạng và phức tạp của thực tế. Các mô hình được sử
dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay đang ngày càng đáp ứng được các yêu cầu
đòi hỏi của các nhà thuỷ văn môi trường trong công tác tính toán thiết kế, quản
lý, quy hoạch việc sử dụng các nguồn tài nguyên nước.
Trong giai đoạn hiện nay vấn đề chất lượng nước được đề cập đến nhiều
hơn bao giê hết. Mối quan hệ giữa lượng và chất ngày càng được chú trọng.
Tuy nhiên việc vận dụng các mô hình để giải quyết hai bài toán trên còn có
nhiều hạn chế. Các nhà khoa học mong muốn tạo ra những chương trình đơn
giản, dễ sử dụng đồng thời mô phỏng và tính toán chính xác các quá trình thuỷ
văn, chế độ thuỷ lực của dòng nước trên toàn hệ thống sông nhằm tính toán thiết
kế, điều tiết dòng chảy để cung cấp nước cho các ngành sử dụng nước, hạn chế
và khắc phục các tác hại do lũ lụt gây nên, đồng thời có thể đánh giá và quản lý
được chất lượng dòng chảy trên các hệ thống sông.
Trước yêu cầu đòi hỏi đó các viện nghiên cứu về thuỷ văn, thuỷ lực và các
tổ chức khác ở Hà Lan đã cùng nhau hợp tác, nghiên cứu kết quả là họ đã xây
dựng nên mô hình DUFLOW.
I. Giới thiệu sơ lược về mô hình DUFLOW
1. Nguồn gốc.
Mô hình DUFLOW (DUTCH FLOW) là mô hình thuỷ lực của Hà Lan được
sử dụng để tính toán quá trình dòng chảy và chất lượng nước trên các hệ thống
sông. Mô hình có thể tính toán được quá trình dòng chảy qua các hệ thống công
trình như đập tràn, cống, ống Siphon, các trạm bơm, cũng như quá trình xâm
nhập mặn của nước biển, lan truyền các chất nhiễm bẩn trong dòng nước.
Mô hình DUFLOW được xây dựng bởi các chuyên gia của khoa công nghệ,
vệ sinh môi trường và quản lý tài nguyên nước cộng tác với khoa kỹ thuật xây

lưu giữ trong các file số liệu, chương trình sẽ sử dụng các file này để tính toán,
kết quả tính toán sẽ được ghi trong các file kết quả và được sử dụng trong quá
trình tính toán tiếp theo.

Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức -
39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V
ng dng mụ hỡnh DUFLOW tớnh toỏn dũng chy sụng Thu Bn - Vụ Gia 3
4 . Cỏc h phng trỡnh c bn.
a. Phng trỡnh dũng chy khụng n nh.
H phng trỡnh c bn tớnh toỏn cỏc c trng dũng chy l h phng
trỡnh Sanvenant:
Phng trỡnh liờn tc:
Phng trỡnh ng lc dng tng quỏt :
Trong ú:
T, x Bin thi gian v khụng gian trong bi toỏn mt chiu (s,m)
H(x,t) Cao trỡnh mc nc so vi mt chun ti v trớ x v thi im t (m)
V(x,t) Tc bỡnh quõn mt ct (m/s)
Q(x,t) Lu lng ti v trớ x v thigian t (m
3
/s)
R(x,H) Bỏn kớnh thu lc (m)
A(x,H) Din tớch mt ct t (m
2
)
b(x, H) Chiu rng mt nc (m)
B(x,H) Chiu rng ca mt ct ngang (m)
g Gia tc trng trng (m/s
2
)
c H s De Chộ zy (m

phố Đà Nẵng. Giới hạn từ 14
0
54 đến 16
0
13 vĩ Bắc và 107
0
13 đến 108
0
44 kinh
Đông. Phía Bắc giáp Thừa Thiên - Huế, Phía Nam giáp Quảng Ngãi, phía Tây
giáp Kon Tum và nước cộng hoà dân chủ nhân dân Lào, phía Đông là biển
Đông. Diện tích tự nhiên của lưu vực là 10350 km
2
trên tổng diện tích của
Quảng Nam và Đà Nẵng là 11988 km
2
.
Địa hình lưu vực khá phức tạp, phần lớn là đồi núi. Đường chia nước qua các
đỉnh núi cao như đỉnh A Tuất 500m, đỉnh Mang 1708m, đỉnh Ba Na 1483m,
đỉnh Ngọc Lĩnh 2598m, đỉnh Hòn Ba 1358m, đỉnh Mòi Chóa 1362m. Lưu vực
được bao bọc bởi núi cao ở cả 3 phía với một độ dốc khá lớn tạo nên khả năng
tập trung nước nhanh khi có lũ. Dải đồng bằng hẹp xen kẽ với những ngọn đồi
bát úp là nơi nhận nước trực tiếp từ phần thượng lưu của lưu vực.
Hệ thống sông Thu Bồn gồm hai sông chính là Thu Bồn và Vụ Gia với tổng
chiều dài 402 km nhập lưu tại Giao Thuỷ (Duy Xuyên) với 19 sông nhánh cấp I,
3 nhánh phân lưu là sông Yên (Cẩm Lệ), sông Vĩnh Điện, sông Trường Giang ;
36 sông nhánh cấp II; 21 nhánh cấp III và 2 nhánh sông cấp IV.
Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức -
39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V
Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 5

Mùa lũ trên lưu vực kéo dài 3 tháng X-XII, mùa cạn kéo dài 9 tháng I-IX.
Trong đó tháng IX thực chất là tháng chuyển tiếp từ mùa cạn sang mùa lũ và
tháng I là tháng chuyển tiếp từ mùa lũ sang mùa cạn. Nếu phân tích chi tiết thời
gian xuất hiện và kết thúc mùa lũ, mùa cạn cho thấy mùa lũ trên sông Vụ Gia
xuất hiện sớm hơn 1 tuần (10 ngày) so với lưu vực sông Thu Bồn.
Lưu vực sông Vụ Gia, mùa lũ từ tuần thứ 3 tháng IX và kết thúc vào tuần thứ 1
tháng I.
Lưu vực sông Thu Bồn, mùa lũ từ tháng X và kết thúc vào tuần thứ 1 tháng I
Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức -
39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V
Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 6
Tốc độ dòng chảy lũ trên sông Vụ Gia bé hơn trên sông Thu Bồn tương ứng.
Tại Thành Mỹ (Vụ Gia), Vmaxmax = 2,95 m/s ; Vmax = 2,42 m/s , Vmaxmin
= 1,53m/s, Tại Nông Sơn (Thu Bồn) cho Vmaxmax = 3,74 m/s ; Vmax = 2,77
m/s ; Vmaxmin =2,14 m/s.
Tốc độ truyền lũ trên cả 2 nhánh sông Vụ Gia và Thu Bồn đều rất lớn. Trên
sông Thu Bồn có tốc độ lớn hơn sông Vụ Gia. Khi có lũ xuất hiện tại Sơn Tân
(Thu Bồn), trung bình chỉ khoảng 16 giê sau (nhanh nhất chỉ 11 giê) thì lũ đã về
đến cầu Câu Lâu cách Sơn Tân khoảng 70 km. Bên sông Vụ Gia, từ trạm thuỷ
văn Thành Mỹ đến trạm Cẩm Lệ dài khoảng 63 km, trung bình thời gian truyền
lũ là 23 giê, Ýt nhất là 15 giê.
Tốc độ truyền lũ giảm rất nhanh từ thượng lưu xuống hạ lưu. Vùng hạ lưu
sông Vu Gia từ Ái nghĩa đến Cẩm Lệ, tốc độ truyền lũ bé hơn nhiều so với đoạn
hạ lưu Thu Bồn từ Giao Thuỷ đến Câu Lâu. Các trận lũ xảy ra trong tháng IX
có biên độ không lớn vì tháng này thường xuất hiện một tình thế thời tiết đơn
độc như bão hay áp thấp nhiệt đới gây ra những trận mưa có cường độ lớn
những thời gian không dài trong khi khả năng thấm của đất rất lớn vì qua một
thời gian dài khô hạn.
Tháng X, tháng XI là hai tháng có mưa lớn nhất, lũ lớn nhất trong năm. Lúc
này hay bị tác động đồng thời của các hình thế thời tiết như bão, áp thấp với gió

biến phức tạp, nhiều đoạn sông bị xói lở nghiêm trọng. Nhất là các đoạn chảy
qua các xã thuộc huyện Điện Bàn kẹp giữa đường sắt Bắc Nam và quốc lé I,
thượng hạ lưu cầu Câu Lâu (bờ hữu), vùng thị xã Hội An hàng năm bị lở mạnh
gây mất ổn định đời sông nhân dân trong vùng.
5. Tình hình diễn biến và thiệt hại do lũ lụt trên hệ thống sông Thu Bồn
Những năm gần đây, các đoạn sông thuộc xã Diên Hồng, Điện Quang (Điện
Bàn), Thanh Chiến, Điện Phương (sát đường sắt), thượng hạ lưu cầu Câu Lâu,
cồn đầu xã Cẩm Nam, bê Nam Ngạn, Cẩm Thanh , bê Duy Xuyên đang tiếp
tục bị lở mạnh. Đó là chưa kể nhiều trận lũ quét xảy ra có tính thường xuyên
hàng năm trên các sông nhánh nhất là trên sông Lâu, sông Ly Ly, Quế Sơn v.v
Thiệt hại hàng năm do lũ và sạt lở là rất lớn: hàng chục người chết và mất
tích, hàng trăm ngàn nhà bị ngập lụt, trôi, hàng trăm hộ dân phải di dời , công
trình thuỷ lợi, giao thông với hàng ngàn km kênh mương, cầu cống, đường sá bị
hư háng Thiệt hại ước tính năm 1990 khoảng 200 tỷ đồng, 1996 là 220 tỷ đồng
và năm 1998 còn lớn hơn rất nhiều.
Tác động của sự biến đổi khí hậu toàn cầu đối với dòng chảy lũ trong vùng
ngày một tăng. Xét những chuỗi quan trắc Qmax của các sông Mã, Cả, Gianh,
Kiến Giang có số liệu hơn 35 năm cho lưu lượng đỉnh lũ tăng hàng năm
khoảng 1,00-2,00% (sông có F < ( 10.000 km2 ) và 0,5-1,0% (sông có 10.000 <
F < 50.000 km2). Mực nước biển dâng trung bình hàng năm tại Hội An khoảng
2mm/năm. ảnh hưởng của hiện tương Elnino và Lanina đối với lũ sông Miền
Trung thể hiện bằng những trận lũ kép nhiều đỉnh duy trì thời gian lũ ở mực
nước cao rất dài ngày gây ra xói lở càng thêm trầm trọng.
Ngoài 2 tác động trên, lũ lụt và sạt lở của các sông ven biển Miền Trung là
do:
Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức -
39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V
Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia 8
- Mưa lớn do nhiều cơn bão xảy ra liên tiếp kéo dài trong nhiều ngày.
Lượng mưa trung bình mỗi cơn bão đạt từ 600-800 mm, nhiều điểm còn vượt

 Tài liệu mặt cắt ngang các sông Thu Bồn, S.Vĩnh Điện, S. Hàn, S. Vu Gia.
 Tài liệu về mực nước các trạm đo trên các sông
 Tài liệu về lưu lượng lũ của các trạm đo trên sông.
 Tài liệu về mực nước triều vùng cửa sông.
Quá trình mô phỏng:
Do hạn chế về tài liệu và thời gian nghiên cứu nên báo cáo này chỉ xin trình
bày về ứng dụng mô hình DUFLOW để tính toán dòng chảy lũ cho hệ thống
sông Thu Bồn.
1. Đầu vào
Nhập tên các nót, các mặt cắt tính toán cùng với toạ độ của các nót từ đó ta
có thể sơ đồ được mạng lưới hệ thống sông. Vào các giá trị đặc trưng của dòng
chảy như mực nước, chiều rộng dòng chảy, chiều rộng mặt cắt sông, cao trình
đáy sông, độ nhám lòng sông, các giá trị biên (tài liệu về mực nước lũ Hlũ, Qlũ,
quan hệ Q~H, tài liệu về mưa), các điều kiện ban đầu (mực nước H, Lưu lượng
Q). Đối với hệ thống sông Thu Bồn thì tài liệu biên trên ta lấy các giá trị lưu
lượng đo đạc được của trạm Thành Mỹ và trạm Nông Sơn trên các sông Vụ Gia,
Thu Bồn. Các biên dưới ta lấy các giá trị mực nước triều tại các cửa sông như
cửa Đại, cửa sông Hàn, cửa sông Trường Giang. Các tài liệu này được ghi trong
file *.NET ; *.BEG ; *.BND.
2. Quá trình tính toán
Dùa vào các dữ liệu ghi trong các file đầu vào ở trên, mô hình sẽ thực hiện
quá trình tính toán tại các vị trí khác nhau trong các bước thời gian khác nhau.
Trong quá trình tính toán, chương trình có thể bị dừng nếu dữ liệu đưa vào chưa
Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức -
39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V
Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia
10
chính xác, và phù hợp với format. Trong trường hợp đó mô hình sẽ thông báo lỗi
và sẽ chỉ ra các biện pháp để giải quyết các lỗi đó.
Ta có thể điều chỉnh được bước thời gian tính toán, có thể lùa chọn công thức

Bồn là tương đối tốt. Các giá trị tính toán như mực nước, lưu lượng, vận tốc tại
Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức -
39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V
Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia
11
các vị trí trên sông đều đạt được kết quả chính xác so với tài liệu thực đo của
trận lũ trên sông năm 1998.
IV.Những nhận xét về việc ứng dụng mô hình DUFLOW
Mô hình DUFLOW có thể mô phỏng được quá trình dòng chảy trong sông,
tính toán được các giá trị thuỷ lực của dòng chảy. Mô hình có thể tính toán được
chế độ dòng chảy ở vùng cửa sông ven biển, tính toán được quá trình xâm nhập
mặn của nước biển vào sông, đồng thời tình toán được quá trình chảy của dòng
nước qua hệ thống các công trình thuỷ lợi như chảy qua đập tràn, chảy qua các
đường ống, cống, ống siphon, quá trình bơm xả của các trạm bơm Hơn thế nữa
mô hình có thể tính toán được quá trình truyền chất trong sông, tính toán được
nồng độ và hàm lượng các chất nhiễm bẩn, các chỉ tiêu sinh hoá của nước như
chỉ số BOD, DO, nồng độ NH
4
, NO
3
, tổng lượng chất rắn hoà tan Điều đó
cho thấy khả năng ứng dụng của mô hình rất lớn, phạm vi ứng dụng của mô hình
rất rộng rãi.
Kết quả của tính toán của mô hình có thể được sử dụng làm sở để tính toán
thiết kế các hệ thống công trình thuỷ lợi, và quản lý và quy hoạch các nguồn tài
nguyên nước. Từ tài liệu quan trắc nhiều năm của một lưu vực nghiên cứu nào
đó, ta tính toán được quá trình dòng chảy với tần suất thiết kế tương ứng, với các
tài liệu đo đạc địa hình, địa chất của lưu vực nghiên cứu dùa vào mô hình
DUFLOW ta có thể tính toán được quá trình dòng chảy lũ theo thời gian tại các
vị trí khác nhau trên sông. Nếu có các tài liệu về nồng độ cũng như hàm lượng

khác. Em kính mong các thầy cô tạo điều kiện để em có thể nghiên cứu hoàn
thành được tốt hơn.
Nhờ sự giúp đỡ, chỉ bảo và hướng đẫn tận tình của thầy giáo, TS Vò Minh
Cát cộng với sự nỗ lực của bản thân, đề tài nghiên cứu khoa học này đã hoàn
thành. Qua đây cho phép em xin gửi lời cám ơn tới các thầy cô giáo những
người dã chỉ dạy, khuyến khích, và hướng dẫn cho em, cám ơn những người
bạn đã ủng hộ, động viên, và khích lệ về nhiều mặt giúp em có thể hoàn
thành bản báo cáo khoa học này.
Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức -
39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V
Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia
13
CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Các tài liệu đo đạc trên hệ thống sông Thu Bồn - Vô Gia.
2. Tài liệu về đặc điểm, điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế của lưu
vực nghiên cứu.
3. Tài liệu về chế độ triều ở vùng cửa sông (Cửa Đại).
4. Tài liệu hướng dẫn sử dụng chương trình DUFLOW.
5. Giáo trình Thuỷ Văn Thiết Kế.
6. Giáo trình Mô Hình Toán Thuỷ Văn.
7. Giáo trình Môi Trường và con người.
Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức -
39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V
Ứng dựng mô hình DUFLOW tính toán dòng chảy sông Thu Bồn - Vô Gia
14
Phụ lục
Nghiên cứu khoa học sinh viên Nguyễn Hoàng Đức -
39V NguyÔn Hoµng §øc - 39V