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 PHỤC VỤ
VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ

CHUYÊN NGÀNH: THUỶ VĂN HỌC

TRẦN CẢNH TIÊU

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 PHỤC VỤ
VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN LƯU VỰC SÔNG CẢ

TRẦN CẢNH TIÊU
CHUYÊN NGÀNH

: THUỶ VĂN HỌC

MÃ SỐ

: 60440224

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, cô giáo, bạn bè đồng nghiệp và
người thân. Với kết quả nghiên cứu này tác giả xin gửi lời cảm ơn tới những
người đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua.
Tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo PGS.TS
Trần Duy Kiều đã trực tếp tận tnh hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu
thông tin khoa học cần thiết cho luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn Khoa Khí tượng Thuỷ văn, Trường Đại học Tài
nguyên và Môi trường Hà Nội, Đài KTTV khu vực Bắc Trung Bộ đã tạo điều
kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đơn vị liên quan đã
giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn.
TÁC GIẢ
Trần Cảnh Tiêu


MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Lý do lựa chọn đề tài...........................................................................................1
2. Mục têu và phạm vi nghiên cứu .........................................................................2
3. Phương pháp nghiên
cứu.....................................................................................2
4. Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tễn ...................................................................2
5. Kết cấu của luận văn ...........................................................................................3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................4

.............................................................................26
2.2 CƠ SỞ DỮ LIỆU ............................................................................................37
2.2.1 Mạng lưới trạm khí tượng thuỷ văn
.........................................................37
2.2.2 Hệ thống hồ chứa lớn trên lưu vực sông Cả ............................................39
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN THUỶ VĂN XÂY
DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO LŨ .......................................................................42
3.1 XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO ..........................................................42
3.1.1 Lựa chọn phương án dự
báo.....................................................................42
3.1.2 Thiết lập phương án dự báo lượng nước đến hồ Bản Vẽ
.........................43
3.2 SƠ ĐỒ VÀ THIẾT LẬP CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN .............................44
3.2.1 Sơ đồ mạng lưới sông suối và vị trí hồ chứa ...........................................44
3.2.2 Xác định các lưu vực bộ phận ..................................................................45
3.2.3 Thiết lập mô hình Mike Nam ...................................................................45
3.2.4 Thiết lập mô hình IFAS ...........................................................................47
3.3 HIỆU CHỈNH, KIÊM ĐỊNH MÔ HÌNH TÍNH TOÁN .................................48
3.3.1 Hiệu chỉnh, kiểm định bộ thông số mô hình MIKE-NAM ......................48
3.3.2 Hiệu chỉnh, kiểm định IFAS ....................................................................56
3.3.3 Tính lượng dòng chảy đến hồ Bản Vẽ .....................................................56
3.3.4 Tính lượng xả qua hồ chứa Bản Vẽ .........................................................59
3.3.5 Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình MIKE11 ................................................61
3.3.5.1. Thiết lập mô hình MIKE11 ..................................................................61
3.3.5.2. Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định bộ thông số .........................................63
3.4 DỰ BÁO THỬ NGHIỆM ...............................................................................65
3.4.1 Lựa chọn trận lũ dự báo ...........................................................................65
3.4.2 Dự báo dòng chảy đến hồ và vận hành điều tết hồ chứa Bản Vẽ ...........65



IFAS

Hệ thống phân tch, dự báo lũ tch hợp từ ảnh mây
vệ tnh (Integrated Flood Analysis System)

NXB

Nhà xuất bản

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long GIS

Hệ thống thông tin địa lý HC
Hiệu chỉnh
KĐ
nnk
H
UBND

Kiểm định
Nhiều người khác
Giờ
Uỷ ban nhân dân


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Nội dung

Bảng 3.18: Giá trị các đặc trưng Q đến hồ Bản Vẽ trận lũ 11-20/9/2016.................68
Bảng 3.19: Kết quả dự báo mực nước tại Nam Đàn từ 11-20/9/2016
......................68


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình

Nội dung

Trang

Hình 1.1: Bản đồ lưu vực sông Cả ( Phần lãnh thổ Việt Nam) ................................12
Hình 1.2: Bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sông Cả (Lãnh thổ Việt Nam)[4] .................12
Hình 1.3: Tần suất (%) xuất hiện lũ lớn nhất trong năm (1961-2015) .....................21
Hình 1.4: Quá trình một số trận lũ lớn tại một số vị trí trên sông Cả .......................24
Hình 2.1: Sơ đồ mô phỏng mô hình NAM................................................................29
Hình 2.2 : Cấu trúc của IFAS ....................................................................................33
Hình 2.3: Sơ đồ mô hình bộ phận của IFAS .............................................................34
Hình 2.4: Bản đồ lưới sông và mạng lưới trạm KTTV trên lưu vực ........................39
Hình 3.1: Sơ đồ tnh toán, dự báo dòng chảy lũ trên sông Cả ..................................44
Hình 3.2: Sơ đồ mạng lưới sông suối và vị trí hồ chứa trên lưu vực sông Cả ..........45
Hình 3.3: Sơ đồ phân chia các lưu vực bộ phận .......................................................46
Hình 3.4: Sơ đồ lưu vực Bản Vẽ tính trong IFAS.....................................................48
Hình 3.5: Sơ đồ các bước hiệu chỉnh bộ thông số mô hình Nam .. Error! Bookmark
not defined.
Hình 3.6: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo và quan hệ Z~W51
Hình 3.7: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo ...........................52
Hình 3.8: So sánh quá trình lưu lượng giữa tính toán với thực đo ...........................53

cường độ các hiện tượng cực đoan trở nên phức tạp hơn. Ngoài các nguyên nhân
khách quan do thời tết, khí hậu, còn có những ảnh hưởng chủ quan khác như
sự phát triển của các công trình thủy lợi, giao thông tác động vào mặt đệm trên lưu
vực có thể làm cho vấn đề lũ lụt càng nghiêm trọng hơn.
Trên hệ thống sông Cả đã và đang xây dựng nhiều hồ chứa nước lớn như:
Bản Vẽ, Khe Bố, Chi Khê trên dòng chính sông Cả, Bản Mồng trên sông Hiếu, sông
Sào trên sông Sào (nhánh đổ vào sông Hiếu), Ngàn Trươi trên sông Ngàn Trươi.
Đây đều là các hồ chứa đa mục têu: phòng lũ, phát điện, cấp nước cho các ngành
kinh tế trên phần hạ lưu của lưu vực sông Cả.
Từ trước đến nay, công tác dự báo lũ trên lưu vực sông Cả đã được
quan tâm. Tuy nhiên, với dữ liệu khí tượng thuỷ văn thực đo trên lưu vực sông có
mạng lưới quan trắc thủy văn, lượng mưa như hiện nay thì việc tnh toán dự báo lũ
trên hệ hệ thống sông phần lớn dựa vào các phương pháp truyền thống như:
Tương quan mực nước, lưu lượng trạm trên trạm dưới; hồi quy tuyến tnh nhiều
biến… Các phương pháp truyền thống này tốn nhiều thời gian, hạn chế về thời
gian dự kiến do đó hiệu quả phục vụ còn chưa như mong muốn đặc biệt là phục vụ
vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông gặp nhiều khó khăn.
Giảm nhẹ thiệt hại do lũ lụt gây ra, tăng cường hiệu quả kinh tế - xã hội và
môi trường từ việc vận hành hệ thống hồ chứa lớn trên lưu vực là những mục têu
chính đặt ra cho chúng ta. Để đạt được mục tiêu đó thì vấn đề đặt ra là nghiên
cứu, phân tch các mô hình toán thuỷ văn áp dụng vào công tác dự báo lũ trên
sông Cả


2

nhằm phục vụ tốt, hiệu quả nhất quy trình vận hành liên hồ chứa là vần đề cấp
bách hiện nay. Vì vậy, đề tài “ Nghiên cứu xây dựng phương án dự báo lũ phục vụ
vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Cả” được lựa chọn làm luận
văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành thuỷ văn.


trọng giúp chính quyền địa phương ra các chính sách ứng phó với thiên tai lũ nhằm
giảm nhẹ các tác động của chúng.
5. Kết cấu của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, nội dung của luận văn
được cấu trúc theo 3 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và cơ sở dữ liệu
Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán thuỷ văn xây dựng phương án
dự báo lũ.
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục


4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LŨ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1.1 Tình hình lũ trên thế giới
Tình hình lũ trên thế giới và khu vực diễn ra rất phức tạp, điển hình ở một số
quốc gia như sau:
Tại Hà Lan, hai trận lũ lớn năm 1993, 1995 gây thiệt hại cho đất nước Hà Lan
hàng triệu USD[21].
Cơ quan thời tết quốc gia Mỹ đã gọi lũ lụt do bão Harvey-8/2017 gây ra là
“chưa có tền lệ”. Thống đốc bang Texas Greg Abbot ngày 27-8-2017 cho biết, 54
hạt của bang đã được tuyên bố là khu vực thảm họa[23].
Tại Bangladesh là quốc gia đối mặt với lũ, lụt thường xuyên, các trận lũ
thường làm ngập khoảng 25-30% diện tch cả nước, những trận lũ đặc biệt lớn làm
ngập tới 50-70% đất nước[21]

hợp nhất, tuy nhiên tùy theo từng mô hình mà có những điều kiện, yêu cầu nhất
định về thông tn, số liệu về lưu vực (khí tượng, thủy văn, mặt đệm, sông ngòi, địa
hình,…).
- Hệ thống cảnh báo lũ toàn cầu (Global Flood Alert System, GFAS) và
mạng lưới lũ quốc tế (Internatonal Flood Network, IFNet), sử dụng số liệu mưa bề
mặt cùng các số liệu ước lượng mưa từ vệ tnh để cảnh báo khả năng hay xác suất
xảy ra lũ trên các sông lớn trên toàn cầu khi lượng mưa đã rơi vượt ngưỡng giới
hạn mưa hiệu quả sinh lũ được xác định trước cho từng lưu vực. Tuy nhiên, hệ
thống này chưa tnh tới điều kiện mặt đệm lưu vực, ảnh hưởng của địa hình, tnh
trạng ẩm, hiện trạng lũ của lưu vực nên độ chính xác không cao, chỉ có tính cảnh
báo xác suất khả năng xảy ra lũ trên lưu vực sông lớn.
- Hệ thống phân tch dự báo lũ tch hợp sử dụng số liệu mưa vệ tnh
(Integrated Flood Analysis System) của Viện Nghiên cứu Công chính Nhật Bản
(Public Works Research Insttute, PWRI). Hệ thống này có sử dụng số liệu ước
lượng mưa từ vệ tnh hoặc mưa bề mặt làm số liệu đầu vào; phân tch, tnh
toán dòng chảy trên cơ sở mô hình thủy văn thông số phân phối PWRI, có khả
năng tự thiết lập mô hình tính toán dòng chảy trên cơ sở số liệu GIS, viễn thám
như địa hình, sử dụng đất, loại đất, thảm thực vật…; hiển thị các kết quả ở dạng đồ
thị, bảng biểu hay bản đồ. Hệ thống này đã được chuyển giao, đào tạo miễn phí
cho các nước đang phát triển ở châu Á triển khai áp dụng cho các lưu vực sông
khác nhau[9];


6

- Mô hình thủy văn phân phối dựa trên quỹ nước và năng lượng (Water and
Energy Budget-based Distributed Hydrological Model, WEB-DHM) của Đại học
ToKyo mô phỏng đối với dòng chảy sông Hồng năm 2006 trong khuôn khổ nghiên
cứu của Chương trình Chu trình nước châu Á (Asia Water Cycle Initiatve, AWCI),
dựa trên số liệu viễn thám và số liệu mưa bề mặt, nhưng chưa có yếu tố dự báo.

chưa đánh giá hết được và phải mất thời gian dài mới khôi phục được. Tổng thiệt
hại do lũ gây ra ở khu vực ĐBSCL trong năm 2000 ước tnh khoảng 4.626 tỉ
đồng[19].
Từ đêm ngày 30 tháng 10 năm 2008, tại miền Bắc và các tỉnh Bắc miền Trung
một trận mưa lớn kỷ lục trong hơn 100 năm gần đây đã xảy ra và kéo dài trong
nhiều ngày. Đợt mưa lớn vượt quá mọi dự báo và trái mùa này đã gây ra một
trận lụt lịch sử ở Hà Nội; cùng lúc đó, những trận mưa lớn trên các tỉnh miền Bắc và
Bắc Trung bộ đã gây ra lũ lụt trên diện rộng, làm nhiều người chết, gây thiệt hại vật
chất đáng kể. Đối với riêng thủ đô Hà Nội đã gánh chịu nhiều thiệt hại: ngập trên
diện rộng; giao thông hỗn loạn, nhiều xe cộ ngập nước; nhiều người chết; thị
trường hàng hóa sốt giá; nhiều cơ sở ngừng hoạt động; đê phía bắc có nguy cơ vỡ,
tràn đe dọa Hà Nội; nguy cơ bệnh tật bùng phát cao; ước tnh thiệt hại trên 3000
tỷ đồng[22].
Tại Quảng Ninh, đợt mưa dài trong 2 ngày 26 và 27/7/2015 là đợt mưa lớn
nhất trong vòng 40 năm qua (có nơi lượng mưa gần 600 mm) đã gây nên trận lũ lụt
nghiêm trọng trên địa bàn Tỉnh, đồng thời gặp lúc triều cường nên mức độ ảnh
hưởng là rất lớn. Trận mưa làm 3 người thiệt mạng; 2.200 hộ dân, trường học,
bệnh xá bị ngập lụt, có nơi ngập sâu 2 mét, ngập úng hơn 70 ha hoa màu[25].
Gần đây nhất, mưa lớn xảy ra trong đêm 2/8 kéo dài đến sáng 3/8/2017 gây
lũ lớn tại Yên Bái và Sơn La làm 28 người chết và mất tch [24].
Mấy chục năm gần đây suốt dải ven biển miền Trung đã xảy ra những trận lũ
lớn như: trận lũ năm 1978 trên hệ thống sông Cả; lũ năm 1993 trên sông Ba, sông
Gianh; lũ năm 2002 trên sông La… Đặc biệt các trận lũ lớn xảy ra trên diện rộng
như năm 1999 từ các sông của Quảng Trị, Thừa Thiên Huế đến Quảng Ngãi, hay lũ
lớn năm 2010 xảy ra từ các sông Nghệ An đến Quảng Trị; lũ tháng VI/2011- lũ lịch
sử trên sông Nậm Mộ (thượng nguồn sông Cả).
Tháng IX/2002 trên hệ thống sông Cả đã xuất hiện lũ đặc biệt lớn, mực nước
lũ tại nhiều nơi lên rất cao: tại Hoà Duyệt 11,47 m xuất hiện lúc 1h ngày 22/9/2002
cao hơn mức BĐ 3 là 1,77 m (thấp hơn lũ lịch sử năm 1960: 0,97 m).


bị ngập hỏng 1.416 ha; 400 ha cây ăn quả bị ảnh hưởng; 300 gốc đào bị úng
hỏng; hơn 12 tấn lương thực bị ướt hỏng; 99.032 con gia cầm bị chết, cuốn trôi;


9

869 con trâu bò, 399 con lợn bị chết, cuốn trôi; 337 ha hồ nuôi thủy sản bị ngập; 16
cây vó trục bị trôi[14].
1.1.4 Tổng quan về mô hình tính toán lũ ở Việt Nam
Trong dự báo thuỷ văn, nhiều nghiên cứu hiện nay đã sử dụng số liệu dự
báo mưa số trị như các phương án dự báo lũ, hạn vừa bằng mô hình TANK; dự
báo dòng chảy 5 ngày đến các hồ chứa lớn trên sông Đà, sông Lô bằng mô hình
MIKE11; mô hình DIMOSOP (Ý) hoặc bước đầu sử dụng GIS, viễn thám, mô hình
MARINE trong dự báo lũ sông Đà; dự báo quá trình lũ hệ thống sông Thu Bồn - Vu
Gia bằng mô hình WETSPA, HECRAS; Mô hình MARINE cho lưu vực sông Đà,…đã áp
dụng thử số liệu ước lượng mưa vệ tnh từ ảnh mây tnh quá trình lũ đến Tạ Bú và
Hòa Bình.
Một số kết quả điển hình về nghiên cứu dự báo lũ phục vụ vận hành hệ
thống hồ chứa có thể kể đến như sau:
Tô Thúy Nga [8] Nghiên cứu thiết lập chương trình tnh toán mô phỏng lũ từ
việc tch hợp ba mô hình: mô hình mưa dòng chảy, mô hình vận hành hồ chứa và
diễn toán lũ trên sông cho thương lưu sông Vu Gia-Thu Bồn phục vụ dự báo lũ với
thời gian dự kiến 3-5 ngày làm cơ sở cho việc xác định chế độ vận hành hồ chứa
theo thời gian thực. Kết quả cho thấy có thể hạ thấp mực nước hồ để đón lũ
xuống dưới mực nước đón lũ đã qui định từ đó sẽ nâng cao được hiệu quả cắt
giảm lũ cho hạ du mà vẫn đảm bảo an toàn cho các hồ chứa thủy điện,
Đoàn Thị Vân [11] Nghiên cứu đã xây dựng mô hình mô phỏng lũ từ việc
tch hợp mô hình MIKE-NAM, MIKE11 diễn toán lũ cho lưu vực sông Vu Gia-Thu
Bồn phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa.
Vũ Đức Long và nnk (2014) [6] nghiên cứu xây dựng công nghệ cảnh báo, dự

thống IFAS “Nghiên cứu xây dựng hệ thống phân tch lũ lụt tch hợp từ ảnh mây vệ
tnh cảnh báo lũ cho vùng thượng nguồn sông Ba, tỉnh Gia Lai”, do Nguyễn Hoàng
Tâm làm chủ nhiệm đề tài. Kết quả của đề tài đã có được phương án dự báo và
các bản tn cảnh báo, dự báo lũ cho vùng thượng nguồn sông Ba, tỉnh Gia Lai [9].
1.1.5. Hạn chế của phương pháp dự báo lũ hiện nay
Trên lưu vực sông Cả, hiện nay Đài KTTV khu vực Bắc Trung Bộ đã nghiên
cứu và sử dụng các phương pháp dự báo như: Mực nước tương ứng, tương quan
nhiều biến. Các phương pháp này hiện vẫn đang được sử dụng với kết quả
nằm trong phạm vi cho phép, tuy nhiên những phương pháp này còn nhiều hạn
chế như: