BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ
TRÊN LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN

CHUYÊN NGÀNH: THỦY VĂN HỌC

TRẦN VĂN ĐẠT

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ
TRÊN LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN

TRẦN VĂN ĐẠT CHUYÊN
NGÀNH: THỦY VĂN MÃ SỐ:
60440224
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS.TRƯƠNG VÂN ANH

HÀ NỘI, NĂM 2017


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

vực sông Vu Gia – Thu Bồn” được hoàn thành tại Khoa Khí tượng - Thủy văn và Tài
nguyên nước - Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường - Hà Nội, dưới sự hướng
dẫn của TS. Trương Vân Anh.
Em xin chân thành bày tỏ sự cảm ơn chân thành đến TS Trương Vân Anh –
người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện
và hoàn thành luận văn này. Em cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các
thầy, cô giáo trong khoa Khí tượng – Thủy văn cùng tập thể các thầy cô giáo trong
trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy và giúp
đỡ em trong quá trình em học tập tại trường.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến ban lãnh đạo Trạm thủy
văn Nam Định, Đài Khí tượng Thủy văn tỉnh Nam Định, Đài Khí tượng Thủy văn
tỉnh Ninh Bình, Đài Khí tượng Thủy văn Khu vực Đồng Bằng Bắc Bộ đã nhiệt tình
giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thời gian học tập và làm việc để tôi hoàn thành luận
văn này. Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn luôn động viên tôi trong
suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Tuy nhiên, do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn không
tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy rất mong nhận được sự góp ý của các Thầy, Cô
giáo, các chuyên gia và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2017

Trần Văn Đạt


3

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC……………………………………………………………………..…………

pháp
mực
...................................................................3
1.1.2.
Phương
pháp
thống
................................................................4

dự

báo

nước
kê

mưa

1.1.3.
Phương
pháp
hồi
..................................................................................4
1.1.4.
Phương
pháp
mô
...............................................................................4

lũ

.......................................................................................12

hình
nhưỡng


4

1.3.4.
vật...........................................................................................................12

Thực

1.3.5.
Mạng
lưới
suối........................................................................................13

sông

1.3.6. Đặc điểm Khí tượng Thủy văn........................................................................17
1.4. Một số trận lũ lớn trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn . .................................28


5

CHƯƠNG II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU..31
2.1.Phương pháp truyền thống
..................................................................................31
2.1.1. Phương pháp mực nước tương


Khóa: I

+ Cán bộ hướng dẫn: TS.Trương Vân Anh
+ Tên đề tài: “Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo lũ cho lưu vực sông Vu Gia
– Thu Bồn”.
+ Tóm tắt: Luận văn được thực hiện trong 79 trang ngoài phần mở đầu và kết luận
bao gồm ba chương chính:
Chương 1: Tổng quan nghiên cứu dự báo lũ và lưu vực sông Vu Gia – Thu
Bồn. Trong chương 1, tác giả trình bày tổng quan phương pháp và tình hình nghiên
cứu dự báo lũ ở Việt Nam và trên Thế Giới. Trong chương này cũng sơ lược tổng
quan về lưu vực nghiên cứu.
Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và cơ sở dữ liệu. Trong chương 2, tác
giả đã đưa ra phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn, các phương
án dự báo được áp dụng trên lưu vực và cơ sở dữ liệu sử dụng phục vụ tính toán
trong luận văn.
Chương 3: Xây dựng phương án dự báo lũ trên lưu vực sông Vu Gia – Thu
Bồn. Trong chương này, tác giả đã xây dựng được các phương án dự báo theo
phương pháp truyền thống và ứng dụng mô hình toán để dự báo lũ cho lưu vực
sông Vu Gia – Thu Bồn.


7

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BĐ

Báo động

DEM

Vu Gia – Thu Bồn
Thời gian chảy truyền
Độ lệch chuẩn


vii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Đặc trưng hình thái lưu vực hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn ................15
Bảng 1.2: Tổng số giờ nắng tháng trung bình nhiều năm tại trạm Đà Nẵng và Trạm
Trà My (Giờ) .............................................................................................................17
Bảng 1.3: Bảng nhiệt độ không khí bình quân tháng trung bình nhiều năm(0C) .....18
Bảng 1.4: Độ ẩm trung bình tháng bình quân nhiều năm (%) ..................................18
Bảng 1.5: lượng bốc hơi bình quân tháng trung bình nhiều năm
(mm)....................19
Bảng 1.6: Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm tại các trạm mưa
......................19
Bảng 1.7: Lưu lượng bình quân tháng trung bình nhiều năm tại Trạm Thành Mỹ và
Nông Sơn...................................................................................................................22
Bảng 1.8. Mức báo động lũ và đặc trưng đỉnh lũ ở Sông Vu Gia – Thu Bồn ..........24
Bảng 1.9. Thời gian và tốc độ truyền lũ trên sông Vu Gia – Thu Bồn (1980- 2010)
...................................................................................................................................25
Bảng 1.10: Trạm Khí tượng Thủy văn trên lưu vực sông Thu Bồn - Vu Gia...........27
Bảng 3.1. Danh sách các lưu vực bộ phận hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn ..........53
Bảng 3.2. Danh sách các trạm đo mưa được sử dụng trong mô hình NAM .............55
Bảng 3.3. Các thông số cần hiệu chỉnh và giới hạn ..................................................58
Bảng 3.4. Bộ thông số của mô hình NAM cho các nhập lưu....................................62
Bảng 3.5. Bộ thông số nhám tại các vị trí trên hệ thống sông ..................................67
Bảng 3.6: Mức hiệu quả hiệu chỉnh bộ thông số mô hình mô phỏng năm 2007
......68

Hình 3.7. Sơ đồ quá trình hiệu chỉnh bộ thông số MIKE NAM ...............................58
Hình 3.8. So sánh kết quả lưu lượng thực đo và tính toán trạm Nông Sơn năm 2007
...................................................................................................................................6
0
Hình 3.9. So sánh kết quả lưu lượng thực đo và tính toán trạm Thành Mỹ năm 200
...................................................................................................................................6
0
Hình 3.10. So sánh kết quả lưu lượng thực đo và tính toán trạm Nông Sơn năm
2009 ...........................................................................................................................6
1
Hình 3.11. So sánh kết quả lưu lượng thực đo và tính toán trạm Thành Mỹ............61
năm 2009
...................................................................................................................61
Hình 3.12. Sơ đồ mạng sông tính toán trong mô hình MIKE 11 – HD ....................64
Hình 3.13: Ghép nối MIKE-NAM và MIKE-HD .....................................................65


9

Hình 3.14. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Ái Nghĩa năm 2007 ...................68
Hình 3.15. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Giao Thủy năm 2007.................69
Hình 3.16. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Câu Lâu năm 2007 ....................69


10

Hình 3.17. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Cẩm Lệ năm 2007 .....................70
Hình 3.18. Kết quả kiểm định mực nước tại trạm Ái Nghĩa năm 2006 và 2009. ....71
Hình 3.19. Kết quả kiểm định mực nước tại trạm Giao Thủy năm 2006 và 2009. .72
Hình 3.20. Kết quả kiểm định mực nước tại trạm Câu Lâu năm 2006 và 2009 .......72

sẽ là cơ sở giúp lựa chọn phương án tốt dự báo phòng chống lũ hiệu quả cho
lưu vực cũng như là tài liệu tham khảo tốt cho các nhà hoạch định chính sách
và ra quyết định ở địa phương.


2

2. Mục têu của đề tài
Xây dựng các phương án dự báo lũ trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn từ
đó đánh giá lựa chọn được phương án dự báo lũ thích hợp góp phần giảm thiểu
thiệt hại do lũ gây ra trên lưu vực.
3. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu: Dòng chảy lũ trên hệ thống sông Vu Gia – Thu
Bồn.
* Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn (điểm dự báo thử
nghiệm tại trạm Ái Nghĩa và Giao Thủy).
* Các phương pháp nghiên cứu chính trong luận văn sử dụng gồm:
- Phương pháp phân tích thống kê: Thu thập, xử lý số liệu
- Phương pháp kế thừa: Tham khảo và kế thừa các tài liệu, số liệu, kết quả,
các hồ sơ báo cáo, hội thảo có liên quan đã được nghiên cứu trước đây của các tác
giả, cơ quan và tổ chức.
- Phương pháp mô hình toán: Sử dụng mô hình toán thủy văn, thủy lực để
dự báo lũ cho lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn.
- Công cụ - công nghệ GIS
- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo, xin ý kiến, kinh nghiệm của các
chuyên gia trong các lĩnh vực cần nghiên cứu, đồng thời kế thừa được những
thành quả đạt được.
4. Bố cục của luận văn
Luận văn có mở đầu, 3 chương, kết luận - kiến nghị và tài liệu tham khảo:
Mở đầu

những khối nước lớn (khác với sóng do gió tạo nên), độ dốc của lũ nhỏ, chiều cao
và chiều dài biến đổi chậm theo chiều dài sông. Do đó sóng lũ trong sông được
xem là trạng thái chuyển động không ổn định biến đổi chậm. Như vậy khi biết
được các đặc trưng sóng lũ ở các trạm trên có thể tính sóng lũ ở trạm dưới sau
một thời gian chảy truyền, tức là có thể dự báo được mực nước, lưu lượng tại
thời điểm mà sóng lũ chuyển qua.


1.1.2. Phương pháp thống kê mưa - đỉnh lũ
Phương pháp này dựa trên việc xây dựng các quan hệ giữa tổng lượng mưa
lưu vực với đỉnh lũ hoặc biên độ lũ tại vị trí cảnh báo, có xét đến các nhân tố ảnh
hưởng như thời gian mưa, cường độ mưa, mực nước chân lũ, tổng lượng lũ tuyến
trên, lượng gia nhập khu giữa. Nhược điểm của phương pháp là thời gian dự kiến
ngắn, thường chỉ 6 đến 24 giờ.
Nhiều phương pháp đã và đang được sử dụng để cảnh báo đỉnh lũ trên hệ
thống sông như:
+ Phương pháp cảnh báo mực nước đỉnh lũ tại các vị trí dự báo khi có lũ lớn.
+ Phương pháp tương tự dựa trên sự phân biệt hình thế thời tiết tương
tự, mưa ở lưu vực tương tự, nguyên nhân gây lũ để phân tích, cảnh báo lũ...
1.1.3. Phương pháp hồi quy bội
Phương pháp này được xây dựng trên cơ sở của phương hồi quy bội kết
hợp với thuật toán lọc từng bước. Đây là một trong những phương pháp được ứng
dụng rộng rãi trong tính toán, dự báo khí tượng thuỷ văn. Ưu điểm của phương
pháp này
là đơn giản, dễ sử dụng và cho kết quả đáp ứng được yêu cầu.
m

Yi = bo+ bi X ij  U i
j 1


MH ngẫu nhiên + tất định

Mô hình nhận thức

Mô hình thông số tập trung

Mô hình thông số phân bố

Hình 1.1. Phân loại mô hình toán thủy văn
Sau nhiều năm phát triển và ứng dụng các mô hình thủy văn, trong những
năm gần đây các mô hình tính toán thủy văn có sử dụng hệ thống thông tin địa lý
GIS tỏ ra có nhiều ưu điểm vượt trội. Các mô hình thủy văn kết nối với các mô hình
thủy lực 1, 2 chiều sẽ là công cụ mạnh trong tính toán dự báo quá trình lan
truyền lũ.


1.2. Tổng quan nghiên cứu, mô hình phục vụ công tác dự báo lũ ở Việt Nam và
Thế Giới
1.2.1. Một số nghiên cứu, mô hình phục vụ công tác dự báo lũ ở Thế Giới
Trên thế giới việc nghiên cứu, áp dụng các mô hình thủy văn, thủy lực cho
các mục đích trên đã được sử dụng khá phổ biến, nhiều mô hình đã được xây
dựng và áp dụng cho dự báo hồ chứa, dự báo lũ cho hệ thống sông, cho công tác
quy hoạch phòng lũ. Một số mô hình đã được ứng dụng thực tế trong công tác mô
phỏng và dự báo dòng chảy cho các lưu vực sông có thể được liệt kê ra như sau:
Viện Thủy lực Đan Mạch (Danish Hydraulics Institute, DHI) xây dựng phần
mềm dự báo lũ bao gồm: Mô hình NAM tính toán và dự báo dòng chảy từ mưa, mô
hình MIKE 11 tính toán thủy lực, dự báo dòng chảy trong sông và cảnh báo ngập
lụt. Phần mềm này đã được áp dụng rất rộng rãi và rất thành công ở nhiều nước
trên thế giới. Trong khu vực Châu Á, mô hình đã được áp dụng để dự báo lũ lưu
vực sông MunChi và Songkla ở Thái Lan, lưu vực sông ở Bangladesh, và Indonesia.

Năm 2006, Xiang-Yang Li, K.W.Chau, Chun-Tian Cheng, Y.S. Li sử dụng hệ
thống cảnh báo trên Web cho vùng Shuangpai ở Trung Quốc (WFFS). Dự báo lũ
truyền thống và vận hành các hồ chứa ở Trung Quốc trên cơ sở tính toán thủy văn
thông qua chương trình tính trên máy tính. WFFS mang lại ý nghĩa thuận tiện hơn
cho người dự báo lũ và điều khiển, cho phép phân bố thời gian thực trong phạm vi
rộng, cảnh báo lũ tại các vị trí khác nhau theo không gian và thời gian. WFFS đã
phát triển ngôn ngữ Java và ứng dụng trong khu vực Shuangpai với kết quả tốt.
Ngoài ra, một số mô hình nhận thức TANK, NAM, MERINA, WETSPA…
cũng được ứng dụng trong công tác dự báo lũ.
1.2.2. Một số nghiên cứu, mô hình phục vụ công tác dự báo lũ ở Việt Nam
Một số mô hình thủy lực đã được áp dụng có hiệu quả để diễn toán
dòng chảy và dự báo lũ trong hệ thống sông ở nước ta. Mô hình VRSAP đã được áp
dụng cho việc tính toán dòng chảy lũ và dòng chảy mùa cạn cho vùng đồng
bằng; Mô hình SAL và mô hình KOD đã có những đóng góp đáng kể trong việc tính
toán lũ và xâm nhập mặn đồng bằng cửa sông. Mô hình DHM đã được áp dụng
thành công


trong tính toán nguy cơ ngập lụt hạ lưu lưu vực Thu Bồn - Vũ Gia, và nghiên cứu
thủy lực hạ lưu sông Hồng trong trường hợp giả sử vỡ đập Hoà Bình, Sơn La v.v.
Năm 2006, Đoàn Xuân Thủy, Hà Ngọc Hiến, Nguyễn Văn Điệp, Ngô
Huy Cẩn và cộng sự, Sử dụng bộ chương trình IMECH_1D được phát triển bởi
Viện Cơ học với các mô đun tính toán điều tiết hồ tự động và dự báo mực nước hạ
du, tính toán điều tiết lũ phục vụ quy trình vận hành liên hồ cho hệ thống
sông Hồng – Thái Bình.
Năm 2010, Đặng Thanh Mai [15] (Trung tâm Khí tượng Thủy văn quốc
gia.). Nghiên cứu ứng dụng mô hình WETSPA và HECRAS mô phỏng, dự báo quá
trình lũ trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn.
Năm 2011, Nguyễn Lan Châu và Bùi đình Lập đã sử dụng các mô hình mưa
rào dòng chảy TANK và diễn toán Muskingum - Cunge dự báo dòng chảy thượng

Năm 2013, Đặng Thanh Mai, Vũ Đức Long[14], đã trình bày các kết quả xây
dựng công nghệ giám sát, cảnh báo, dự báo lũ, ngập lụt và điều tiết hồ chứa cho hệ
thống sông Ba dựa trên việc tích hợp các mô hình thủy văn, thủy lực và điều tiết
hồ. Trong đó, mô hình NAM được dùng mô phỏng dòng chảy từ mưa làm đầu vào
cho mô hình thủy lực và mô hình điều tiết hồ chứa trên toàn lưu vực. Mô hình
MIKE
11- GIS dùng các kết quả của các mô hình NAM và điều tiết hồ để mô phỏng dòng
chảy và ngập lụt vùng hạ lưu hệ thống sông. Các mô hình được thiết lập, kiểm định
và thử nghiệm với kết quả đạt được khá tốt cho phép sử dụng bộ mô hình để tính
toán dự báo và điều tiết hồ chứa cho lưu vực sông Ba trong điều kiện tác nghiệp.
Năm 2014, Vũ Đức Long [17], đã “Nghiên cứu xây dựng công nghệ cảnh báo,
dự báo lũ và cảnh báo ngập lụt cho các sông chính ở Quảng Bình, Quảng Trị” nhằm
mục tiêu xây dựng được công nghệ cảnh báo, dự báo lũ và cảnh báo ngập lụt vùng
hạ lưu sông cho các sông Gianh, sông Kiến Giang, sông Bến Hải, sông Thạch Hãn,
cảnh báo lũ trước 24-48 giờ, dự báo quá trình lũ và cảnh báo ngập lụt trước
12-24 giờ. Dựa trên phương pháp thống kê, nhận dạng, phân tích chuỗi số liệu của
các trạm khí tượng thủy văn để xây dựng các phương trình tương quan mưa - mực
nước, mô hình NAM mô phỏng dự báo dòng chảy từ mưa. Dựa trên sự kết hợp
các


mô hình thủy văn, thủy lực của bộ mô hình MIKE, mô hình điều tiết hồ chứa với số
liệu đầu vào từ 2 nguồn số liệu đo đạc truyền thống, số liệu từ trạm đo tự động
và các sản phẩm dự báo từ các mô hình số trị. Phần mềm được xây dựng nhằm hỗ
trợ các chuyên gia dự báo thủy văn trong việc tác nghiệp dự báo lũ. Công nghệ
được chạy thử nghiệm trong mùa lũ năm 2013 cho thấy kết quả dự báo khá tốt và
đáp ứng được các yêu cầu sử dụng trong nghiệp vụ.
1.3. Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn
1.3.1. Vị trí địa lý
Hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn là một trong 9 hệ thống sông lớn ở nước ta,

Bắc - Nam cho nên độ dốc địa hình thấp dần theo hướng Bắc - Nam bắt đầu từ địa
phận bắc huyện Trà My đến giáp phía Tây huyện Duy Xuyên. Đây là nơi hợp lưu
của các sông nhánh tương đối lớn của dòng chính sông Thu Bồn như các sông:
Tranh, Trường, Tiên, Lân, Ngọn Thu Bồn, Khe Diên, Khe Le.
Vùng đồng bằng tương đối bằng phẳng, ít biến đổi. Đồng bằng Quảng Nam
là một trong những dải đồng bằng lớn ở miền Trung với diện tích 1450 km2, bao
gồm địa phận các huyện: Đại Lộc, Duy Xuyên, Điện Bàn, Thăng Bình, thành phố Hội
An, thành phố Tam Kỳ và huyện Hoà Vang (thành phố Đà Nẵng). Đồng bằng tập
trung chủ yếu là phía Đông lưu vực hình thành từ tích tụ phù sa cổ, trầm tích và