LỜI CẢM ƠN

Đồ án dự báo “Ứng dụng phương pháp mực nước tương ứng xây
dựng phương án dự báo tại trạm thủy văn Lục Nam và phương pháp đường
đơn vị để dự báo dòng chảy theo mưa” được thực hiện tại lớp LT10T khoa
khí tượng thủy văn và tài nguyên nước thuộc trường Đại học Tài nguyển và
môi trường Hà Nội tháng I năm 2013 dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy
giáo TS Nguyễn Viết Thi và thầy giáo Th.S Vũ Mạnh Cường. Nhóm tác giả
xin chân thành cảm ơn các thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn cho nhóm
trong suốt quá trình thực hiện đồ án.
Nhóm tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô trong khoa đã tạo
mọi điiều kiện cho nhóm thực hiện đồ án. Nhóm tác giả cũng xin bày tỏ lòng
biết ơn tới các anh chị trong lớp đã có những đóng góp quý báu giúp nhóm
hoàn thành đồ án.
Trong khuôn khổ đồ án do thời gian hạn chế, số liệu ngắn tài liệu
tham khảo còn ít, kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án còn nhiều thiếu sót. Vì
vậy nhóm tác giả mong tiếp tục nhận được những hướng dẫn, chỉ bảo của
các thầy và các ý kiến đóng góp của cá đồng nghiệp để nhóm tiếp tục bổ
sung hoàn thiện đồ án.
Việt Trì, ngày 30 tháng 01 năm2013
Nhóm sinh viên thực hiện

1


MỤC LỤC

Chương : MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề

2

4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phương trình tương quan
- Phương pháp đường đơn vị Sherman

Chương I

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG LỤC NAM

4


1.1. Điều kiện tự nhiên:
1.1.1. Vị trí địa lý:
Sông Lục Nam bắt nguồn từ núi Kham, cao 700 m thuộc miền Đình
Lập, tỉnh Lạng Sơn chảy qua 15 km đến địa hạt tỉnh Bắc Giang. Con sông
này đi qua các huyện Sơn Động, Lục Ngạn, Lục Nam, Yên Dũng dài 175 km
rồi nhập vào sông Thương cách Phả Lại 10 km, sau đó mới hợp với sông
Cầu thành sông Thái Bình.
1.1.2. Đặc điểm địa hình:
Lưu vực sông Lục Nam gồm phía đông dãy núi Bảo Đài cao
trung bình 100 – 200 m, có các đỉnh cao 300 – 700 m và phía bắc dãy núi
Yên Tử thuộc cánh cung Đông Triều, cao trung bình 400 - 1000m, có
đỉnh Yên Tử cao 1065 m, Am Váp cao 1094 m và Cao Xiêm là 1330 m.
Thung lũng sông Lục Nam khá thẳng, do phụ thuộc vào đường
đứt gãy kiến tạo trong hệ thống.
Thượng lưu sông Lục Nam từ nguồn tới Chũ (Lục Ngạn) dòng
sông hẹp, độ dốc lớn, uốn khúc lớn và rất dốc trong vòng 20km đầu, độ
dốc đáy sông tới 75‰, kết hợp với lượng mưa vùng này lắm khi đột
biến, nên hay sinh ra lũ lớn. Núi áp sát bờ sông, ghềnh thác liên tiếp và
nguy hiểm tàu thuyền không đi lại được. Sông chảy theo hướng bắc

sông Bò, sông Lê Ngạc, sông Chỉ Tác, sông Đan Hộ. Các chi lưu hữu ngạn
quan trọng là sông Căn, sông Gốm, sông Cỏ Mạt.
Đặc điểm chủ yếu của địa hình miền núi là chia cắt mạnh, phức tạp
chênh lệch về độ cao lớn. Nhiều vùng đất đai còn tốt, đặc biệt ở khu vực còn
rừng tự nhiên. Vùng đồi núi thấp có thể trồng được nhiều cây ăn quả, cây

6


công nghiệp nh ư vải thiều, cam, chanh, na, hồng, đậu tương, chè...; chăn
nuôi các loại gia súc, gia cầm, thuỷ sản.
Đặc điểm chủ yếu của địa hình miền trung du là đất gò, đồi xen lẫn
đồng bằng rộng, hẹp tùy theo từng khu vực. Vùng trung du có khả năng
trồng nhiều loại cây lương thực, thực phẩm, cây ăn quả, cây công nghiệp,
chăn nuôi các loại gia súc, gia cầm, cá và nhiều loại thuỷ sản khác.
Hiện trên sông Lục Nam chưa có các công trình thuỷ lợi lớn. Chủ yếu
là các công trình thuỷ lợi nhỏ và các trạm bơm tạm lưu động theo mùa.
1.1. 3. Đặc điểm địa chất và khoáng sản:
Trong mối quan hệ nhân quả, các đặc điểm và quá trình địa chất, trực
tiếp hoặc gián tiếp đều có tác động đến quá trình phát triển của lòng sông.
Hầu hết khu vực sông nghiên cứu mới hình thành khoảng hơn 1000 năm
trước cho tới nay. Đây là khu vực có quá trình phát triển địa chất lâu dài và
mạnh mẽ thể hiện qua những mối tương tác tích cực giữa các nhân tố nội
sinh và ngoại sinh, khí hậu và phi khí hậu, giữa lục địa và biển. Căn cứ vào
tài liệu khảo sát ở khu vực ta thấy địa tầng đoạn sông chủ yếu gồm hai loại
sau đây:
+ Trầm tích lòng sông gồm các tầng cát thô có màu vàng nhạt, lớp
thực vật chưa phân hoá hết, phía trên có lớp phù sa nông, đường kính trung
bình hạt lòng sông d50=92mm.
+ Tầng bồi tích đồng bằng, tầng này hiện nay chủ yếu là bờ của dòng

Ngạn. Trên loại đất này còn rừng tự nhiên che phủ nên đất tương đối
tốt.
+ Đất feralit màu vàng, đỏ vàng thuộc vùng gò đồi, phát triển trên
8


đá phiến sét, phiến sa và biến chất, phân bố ở các huyện Sơn Động, Lục
Nam, Lục Ngạn. Loại đất này thường chua, khả năng giữ nước kém, tỉ
lệ sắt trong đất cao, nhưng giàu canxi…Đất gò đồi thấp thích hợp với
cây công nghiệp
+ Đất ferlít đỏ vàng biến đổi quá trình canh tác, đã bạc màu
nhưng có khả năng trồng được cây công nghiệp. Loại đất này phân bố
không thành vùng, mà rải rác xen kẽ với các ngọn đồi phiến thạch sét ở
các huyện Lục Nam, Sơn Động. Đất có độ mùn cao (2 ÷ 4%), đạm 2%, lân
0,08%, PH = 4 ÷ 4,1 là loại đất thích hợp với các cây lấy gỗ, cây công
nghiệp
+ Đất phù sa cổ phân bố ở phù sa Sơn Động, Yên Thế.
+ Đất chiêm trũng Glây. Loại đất này có nhiều sắt hàm lượng canxi manhê từ 5 ÷ 6 mg/100g đất. Thường trồng từ 1 ÷ 2 vụ lúa trong năm, độ PH
= 4 ÷ 4,5 bị chua và nghèo lân, kali có năng suất thấp, cần được cải tạo.
+ Đất bạc màu. Đất này có thành phần cơ giới nhẹ, nghèo mùn, kết
von dưới tầng đế cày, đôi khi gặp đá ong hoá, cây trồng cho năng suất thấp,
để cải tạo tốt cần cấp nước phù sa, bón phân hữu cơ, đa dạng hóa cây trồng.
Giữa thổ nhưỡng và thực vật có mối quan hệ chặt chẽ và phụ thuộc
thống nhất. Bên cạnh những tác động của chế độ nhiệt, ẩm thì thổ nhưỡng là
nhân tố có ảnh hưởng trực tiếp đến thực vật, tạo nên nhiều loại thực vật
phong phú và đa dạng.
1.1.5. Đặc điểm thảm phủ thực vật:
Khí hậu của khu vực có tính chất nhiệt đới nóng ẩm, mưa nhiều có
một mùa đông lạnh và mang tính chất đại dương rõ rệt do ảnh hưởng trực
tiếp của biển. Đây là điều kiện thuận lợi cho thực vật xanh tốt, sinh trưởng



Lòng sông cấu tạo bằng đá sỏi, lượng cát bồi xói không đáng kể. Hai
bên bờ cấu tạo bằng đất phù sa pha cát. Do vậy cỏ mọc khá tốt và có nhiều
bãi ngô, mía và lúa.
Trạm cách Lục Đầu Giang khoảng 60 km về phía hạ lưu.
Do cấu tạo địa hình, địa chất và lớp thảm thực vật như vậy nên giữa
và cuối mùa lũ trạm bị ảnh hưởng vật do ứ nước hạ lưu từ lũ sông Hồng,
sông Thương và sông Cầu đổ lên.
Khi mực nước H < 2.8 m, việc đo lưu lượng ở tuyến cơ bản gặp khó
khăn do tốc độ dòng nước quá nhỏ, nên trạm phải chuyển lên đo lưu lượng ở
tuyến phụ. Tuyến này cách tuyến cơ bản 1.6 km về phía thượng lưu. Đoạn
sông từ tuyến phụ đến tuyến chính không có dòng chảy hợp lưu.
Về mùa cạn, lượng nước cung cấp cho sông nhỏ. Nguồn nước nhập
lưu không đáng kể. Mực nước trong sông ít thay đổi nên dòng chảy ổn định.
Thời gian xuất hiện trung bình của mùa cạn từ tháng XI đến tháng IV năm
sau.
Về mùa lũ; đầu mùa dòng chảy chịu ảnh hưởng lũ, giữa mùa dòng
chảy chịu ảnh hưởng vật do ứ nước hạ lưu lên từ sông Hồng, sông Thương
và sông Cầu và ảnh hưởng lũ lên xuống do lượng mưa tập trung vào lưu vực
trạm khống chế. Thường nhánh lũ lên của các con lũ gần đường ổn định hơn.
Phần nước thấp sườn xuống của lũ dần chuyển sang vật. Mùa lũ thời gian
xuất hiện trung bình từ tháng IV đến tháng X. Thời kỳ này dòng chảy chịu
ảnh hưởng lũ, vật xen kẽ các thời kỳ ổn định tạm thời.
Do lũ lớn chủ yếu từ sông Hồng đổ về hạ lưu và dâng đến trạm, độ
dốc đáy sông ở trạm và phía hạ lưu nhỏ nên có thời kỳ dòng chảy chịu ảnh
hưởng khá mạnh.
Tính chất của dòng chảy tuỳ theo địa hình lòng sông và các cấp mực
nước mà dòng chảy chính thay đổi.
11



Mùa lũ từ tháng V- IX, chiếm trên 70% lượng nước cả năm.
1.3.3 Đặc trưng dòng chảy kiệt trên lưu vực sông Lục Nam:
Lưu vực sông Lục Nam có đặc điểm là dòng chảy mặt hình thành thuận lợi.
Điều đó là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến lưu lượng dòng chảy ngầm ít nhất
miền Bắc, khoảng 17 – 20% lượng dòng chảy cả năm. Môđun dòng chảy
tháng nhỏ nhất chỉ đạt 1.97 – 2.05 l/s/km2. Phía sông Cẩm Đàn dòng chảy 30
ngày liên tục nhỏ nhất chỉ đạt 1.72 l.s/km2.
1.3.4 Đặc trưng dòng chảy bùn cát trên lưu vực sông Lục Nam:
Độ đục bình quân năm tại Chũ là 330 g/m 3, đường kính hạt thường nhỏ và ít
thay đổi. Tại Chũ Dbq = 0,02-0,3 mm, môđun xâm thực lớn hơn so với sông
Cầu và sông Thương bình quân 200 tấn/km2/năm. Nước sông Lục Nam có
độ khoáng hoá bình quân thấp so với hai sông kia khoảng 100 mg/l. Nước
sông thuộc lớp hydrocacbonat nhóm canxi ion HCO 3 chiếm trên 90% tổng
lưu lượng các cation các ion Mg++, Na+, SO4--, K+, SO 4, CL đều có hàm
lượng thấp ít thay đổi. Nước sông Lục Nam có độ cứng : 0,5 - 1 me/l, pH
bình quân là 6,5; hàm lượng silic trong nước sông lớn hơn 10 mg/l. Tổng
lượng chất hoà tan bình quân năm của sông là 0,119.10 6 tấn tương đương
với môđun là 57 tấn/km2/năm. Nhìn chung chất lượng nước tự nhiên thuộc
loại tốt, phù hợp với yêu cầu sử dụng nước cho dân sinh và các ngành kinh
tế.
1.4. Đặc điểm khí hậu trên lưu vực sông Lục Nam:
1.4.1 Khái quát chung:
Do nằm ở vị trí đệm giữa khu vực núi Đông Bắc và đồng bằng
sông Hồng nên khí hậu lưu vực sông Lục Nam có tính đa dạng của chế
độ hoàn lưu gió mùa nhiệt đới. Mùa đông ít mưa, sương muối xuất hiện
13



Độ ẩm không khí tương đối trung bình nhiều năm của lưu vực vào
khoảng 84%. Độ ẩm tương đối lớn nhất xuất hiện vào các tháng mùa hè,
mùa xuân, nhất là các ngày có gió mùa Đông Bắc hoạt động mạnh gây mưa
lớn. Trong các tháng này độ ẩm tương đối thường cao hơn 86%. Độ ẩm thấp
nhất xảy ra vào các tháng mùa đông, đặc biệt vào những ngày gió Tây Nam
khô nóng hoạt động, trong thời kỳ này độ ẩm có thể nhỏ hơn 50%.
1.4.4 Chế độ nhiệt:
Lưu vực sông Lục Nam vừa chịu ảnh hưởng của gió mùa cực đới
Châu Á đồng thời do nằm sát bên bờ Thái Bình Dương nên lại chịu ảnh
hưởng thường xuyên mãnh liệt của khí hậu biển cả trong mùa hè và mùa
đông, có khí hậu ôn hoà hơn về mùa hạ so với các vùng nhiệt đới trong lục
địa, nhưng lại có mùa đông lạnh hơn.
Do chịu ảnh hưởng nhiều của gió mùa Đông Bắc trong mùa đông và
gió mùa Tây Nam trong mùa hạ nên thời gian ấm nóng trong phần lớn lưu
vực kéo dài từ 8 ÷ 9 tháng ( tháng III ÷ IX, có nhiệt độ trung bình tháng trên
20oC, tháng V ÷ IX có nhiệt độ cao hơn 25 oC ). Nhiệt độ thấp ở hầu khắp
trong lưu vực vào tháng XII ÷ II ( thấp nhất thường vào tháng I và đầu tháng
II ).
Nhiệt độ không khí bình quân nhiều năm là 22 - 23oC.
1.4.5 Bốc hơi:
Các tháng lạnh ẩm có lượng bốc hơi thấp, các tháng khô nóng lượng
bốc hơi cao hơn rõ rệt.
Do khu vực nắng khá nhiều nên lượng bốc hơi khá cao. Lượng bốc
hơi hàng năm trong lưu vực thuộc loại lớn nhất miền Bắc, 900 – 1164 mm,
15


và bốc hơi lớn nhất lên tới 1200 – 1300 mm. Bốc hơi mạnh nhất vào những
ngày gió Tây Nam khô nóng hoạt động. Các tháng mùa hè lên đến trên
80mm mỗi tháng, trái lại trong các tháng mùa mưa lượng bốc hơi chỉ dưới

Lượng mưa trung bình năm trong lưu vực có xu hướng tăng dần từ tây
sang đông: Lục Nam 1302 mm, Biển Động 1372 mm, Tuấn Đạo 1660 mm,
Sơn Động 1504 mm, Khuân Thần 1336 mm. Tâm mưa lớn nhất của lưu vực
ở vùng núi phía đông Sơn Động 1660 mm. Tại đay năm mưa nhiều đạt tới
2000 – 2034 mm. Ở Lục Ngạn là nơi ít mưa nhất 1078 mm và có năm chỉ
đạt 820 mm.
Lượng mưa 1 ngày lớn nhất tại Sơn Động đạt 140 – 160 mm, 3 ngày
lớn nhất 190 – 230 mm.
Tháng có lượng mưa ít nhất chỉ chiếm 1% lượng mưa cả năm.
1.4.8 Chế độ lũ:
Mùa lũ trên sông Lục Nam thường kéo dài từ tháng V và kết thúc vào
tháng IX.
Những trận lũ lớn nhất thường kéo dài trên 3 ngày với 1 đến 2 đỉnh.
1.5. Tình hình nghiên cứu khí tượng, thủy văn trên lưu vực sông Lục
Nam:
1.5.1. Hiện trạng công tác dự báo khí tượng, thủy văn:
Dự báo khí tượng thủy văn là một công tác rất quan trọng để giảm
thiếu tối đa nhưng thiệt hại do Thiên tai – một hiện tượng bất khả kháng gây ra.

17


Việt Nam là một trong số các nước trong khu vực chịu nhiều ảnh
hưởng của thiên tai. Trong những năm gần đây, Việt Nam bị ảnh hưởng
nặng nề bởi các dạng thiên tai như bão, mưa lớn, nước dâng do bão, lũ quét,
lũ…
Mặc dù nhiều năm đã trôi qua, kể cả khi tên các cơn bão như
Chanchu, Xangsane, Ketsana đã bị Ủy ban Bão loại khỏi danh sách tên bão,
nhiều người vẫn còn nhớ tới những thiệt hại khủng khiếp về người và của do
các cơn bão này gây ra không chỉ đối với Việt Nam, mà cả các nước khác

Hàng năm, trên lưu vực sông có khoảng 5,6 trận lũ lớn nhỏ. Tuy
nhiên, việc dự báo lũ vẫn chưa được thực hiện tốt. Đặc biệt, trận lũ lịch sử
cuối tháng 9 năm 2008 đã gây nhiều thiệt hại nghiêm trọng đến tính mạng,
tài sản của nhân dân ba huyện Sơn Động, Lục Ngạn, Lục Nam của tỉnh Bắc
Giang do chế độ dự báo chưa được kịp thời. Chính vì vậy, việc dự báo lũ
cần phải được chú trọng hơn.

19


Chương II
CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP MỰC NƯỚC TƯƠNG
ỨNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG ĐƠN VỊ SHERMAN
2.1.Phương pháp mực nước tương ứng.
2.1.1 Phương trình mực nước tương ứng viết cho đoạn sông không
nhánh
Giả sử mối quan hệ lưu lượng, mực nước tại mặt cắt trạm thủy văn có
dạng sau:
Q = ( a. H + b)n
(2.1)
Trong đó a, b là các hệ số hồi quy tuyến tính, n tham số đặc trưng cho
hình dạng của mặt cắt; đối với mỗi mặt cắt các tham số a, b và n thường
được xem là các hằng số, xác định bằng phương pháp thống kê từ số liệu
thực đo.
Thay (2.1) vào Phương trình Qd,t+τ = (1+α).Qtr, t (*)sẽ được mối quan
hệ mực nước tương ứng trạm trên và trạm dưới:
(a1. Hd,t+t + b1)n1 = (1+a).(a2. Htr,t + b2)n2
1
Hd,t+t = a
1


a2
n1
1
Hd,t+t = a .(1+a) n1 . Htr,t + (1 + α ) .b2 − b1
1
a1
b2

(2.2)

1

a2
n1
1
Đặt: b = a .(1+a) n1 và g = (1 + α ) .b2 − b1
1
a1
b2

Vì a1, a2, b1, b2 và n1 là các hằng số nên β, γ cũng là các hằng số. Thay

β, γ vào biểu thức (2.2) thu được phương trình mực nước tương ứng viết cho
đoạn sông không có nhánh lớn:
Hd,t+t = b.Htr,t + g
( 2.3)
So sánh (*) và (2.3) cho thấy ở đoạn sông không có nhánh lớn quan hệ
mực nước tương ứng và lưu lượng tương ứng đều là tuyến tính, nhưng quan


lũ tương ứng của trạm trên và trạm dưới sẽ là thời gian truyền lũ τ của đoạn
sông.
2 . Phương pháp đánh giá sai số
Đánh giá sai số dự báo cần đảm bảo tính khách quan ngay cả khi dự
báo cùng yếu tố nhưng theo các phương pháp khác nhau hay một phương

21


pháp sử dụng dự báo các yếu tố thuỷ văn khác nhau. Để đảm bảo yêu cầu
trên người ta dùng phương pháp thống kê toán học.
a, Đánh giá sai số dự báo yếu tố
Trị số dự báo được gọi là đạt yêu cầu, nếu sai số dự báo yếu tố nhỏ
hơn sai số cho phép. Trong thống kê, người ta lấy sai số cho phép bằng
0.674 khoảng lệch quân phương của đại lượng dự báo hay khoảng lệch quân
phương của trị số thay đổi yếu tố dự báo trong thời gian dự kiến:
∆cf =0.674σ∆

(2.1)

Trong đó:
∆cf : Là sai số cho phép
σ∆

: Là khoảng lệch quân phương của trị số thay đổi yếu tố dự

báo
trong thời gian dự kiến
n



∆yo : Trị bình quân của các giá trị biến đổi của đại lượng dự báo trong
thời gian dự kiến:
n

∆yo =

∑∆y

i

1

n

n

=

22

∑∆y

thiennhien

1

n



n

2

=

1

n

∑ ( ∆y )

2

db

1

(2.3)

n

Trường hợp số lần dự báo (n) ít thì:
n

S=

∑(y

db

S
η = 1−  
σ 

2

(2.5)

Khi quan hệ dự báo là quan hệ hàm thì S = 0 và η = 1 điều đó cho
thấy sự thay đổi của yếu tố dự báo được xác định bởi các nhân tố dự báo.
Khi S = σ và η = 0 thì nhân tố dự báo không ảnh hưởng đến yếu tố dự báo.
Chất lượng của phương án dự báo còn được xác định bằng tỷ số giữa
số lần dự báo đạt trên tổng số lần dự báo.
Gọi m: số lần dự báo đạt
N: tổng số lần dự báo
P(%): mức bảo đảm của phương án dự báo

P=

m
× 100
n

(%)

Chỉ tiêu đánh giá phương án dự báo được quy định như sau:
Bảng 1.1. Chỉ tiêu đánh giá phương án dự báo
Độ chính xác của
phương án



Không đạt

> 0.8

< 0.6

< 60

2.2.Phương pháp đường đơn vị Sherman
Phương pháp này do Sherman đưa ra năm 1932.
Định nghĩa: Đường đơn vị là đường quá trình lũ xảy ra do lượng mưa
hiệu quả một đơn vị (y0= 10mm hoặc 1 inch) phân bố đều trên lưu vực kéo
dài trong một đơn vị thời gian gây ra.
24


Đường đơn vị của Sherman được xây dựng trên 3 giả thiết sau:
- Chiều rộng đáy đường đơn vị do các trận mưa cùng thời đoạn như
nhau gây ra thì bằng nhau.
- Nếu thời gian mưa bằng nhau, nhưng lượng mưa khác nhau thì tung
độ đường quá trình dòng chảy ở mặt cắt khống chế tỉ lệ thuận với lượng mưa
hiệu quả:
qi ( X − P ) i
yi
=
=
qi* ( X − P ) *i
y i*
*


yi

∑y
j =1

.u i +1− j

(4.17)

0

Với i = 1, 2,..., (n+m-1) thời đoạn.
2.2.1. Cách xây dựng đường đơn vị

25