ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -˜o™ - LÊ THANH TRANG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG SO SÁNH ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN NAM VÀ FRASC ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC THÁC MƠ TP HỒ CHÍ MINH THÁNG 11 NĂM 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -˜o™ - LÊ THANH TRANG SO SÁNH ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN NAM VÀ FRASC ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC THÁC MƠ CHUYÊN NGÀNH : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ : 65.02.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ VĂN NGHỊ TP HỒ CHÍ MINH THÁNG 11 NĂM 2010 i Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường LỜI CẢM ƠN Em chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn TS Vũ Văn Nghị truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, dẫn tận tình hỗ trợ mơ hình tốn cho em suốt q trình học tập thực luận văn Chân thành cảm ơn thầy cô khoa môi trường trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Tp Hồ Chí Minh giúp em có kiến thức bổ ích năm học Khoa Môi trường - trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thân gia đình, bạn bè, đồng nghiệp Cơng ty Nước Mơi Trường Bình Minh – người ln bên cạnh, tận tình giúp đỡ, động viên tác giả suốt trình thực luận văn Ngoài ra, luận văn tác giả sử dụng số tư liệu thành nghiên cứu công bố nhiều cơng trình khác Rất mong nhận lượng thứ từ tác giả tài liệu tham khảo luận văn này, cho phép trích dẫn tài liệu Xin chân thành cảm ơn! Lê Thanh Trang Tp Hồ chí Minh Tháng 11 năm 2010 Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” ii Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Mơi Trường TĨM TẮT Nước tài nguyên cho sống xem nhân tố thiết yếu cho hệ sinh thái Trong năm gần đây, việc thiếu hụt nguồn nước ngày trở nên nghiên trọng trình phát triển kinh tế xã hội Nguyên nhân sâu xa bất cập công tác quản lý (khai thác mức, phá rừng, ô nhiễm…), đánh giá trữ lượng tài nguyên nước lưu vực Do đó, việc đánh giá tài nguyên nước lưu vực phục vụ cho phát triển kinh tế xã hội việc làm cấp bách Ngày với phát triển khoa học máy tính nhiều mơ hình tốn thủy văn đời mô tốt nguồn nước lưu vực sơng hai số mơ hình NAM FRASC Tuy nhiên, mơ hình tốn khơng phải lúc hay mơ hình thích hợp cho vùng nào; hay nói cách khác khơng có mơ hình mang tính chất tồn cầu Việc lựa chọn mơ hình ứng dụng cho điều kiện định vấn đề khó khăn chuyên gia thuỷ văn Do đó, luận văn này, tác giả so sánh ứng dụng hai mơ hình thủy văn NAM FRASC cho lưu vực Thác Mơ Dựa tiêu chí đánh hệ số thặng dư (Bias), hệ số hiệu mơ hình (R2), hệ số tương quan (r) Kết mô cho thấy, hai mô hình mơ tốt, lưu lượng tính tốn mơ hình phù hợp với số liệu thực đo cho lưu vực Thác Mơ Tuy nhiên, mơ hình FRASC đưa thông tin tài nguyên nước điểm lưu vực; đặc biệt, mơ hình FARSC từ kết mơ lũ với mơ hình cao độ số (DEM) xây dựng đồ ngập lụt Vì vậy, mơ hình FRASC xem cơng cụ hữu ích cho việc kiễm soát lũ quản lý tài nguyên nước tổng hợp cho lưu vực Thác Mơ Dựa vào kết mơ mơ hình FRASC, tác giả tính tốn tài ngun nước lưu vực Thác Mơ theo tần suất thiết kế (P = 5% năm nhiều nước; P = 50% năm nước trung bình; P = 90% năm nước) làm sở phục vụ phát triển bền vững kinh tế xã hội lưu vực Thác Mơ vùng hưởng lợi Từ khóa: mơ hình NAM, mơ hình FRASC, so sánh mơ hình, tài ngun nước Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” iii Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường ABSTRACT Water is an invaluable resource and is considered an essential factor for the ecosystem In recent years, the issue of inadequate water is becoming more and more important to the social and economic development process Deep causes are due to short of the management (overexploitation, deforestation, pollution ), assessment of water resources reserves of each basin… Therefore, the assessment of water resources of the catchment for socio-economic development is an imperative need now Nowadays along with the development of computer science, many mathematics hydrologic (hydrographic mathematical) models imitated pretty well water sources in watersheds, two of those are NAM and FRASC model However, mathematical models are not always correct or any model is also suitable for any region, or in other words there is not any model which does not have a global characteristic The choice of model for each application under certain conditions is a difficult problem for hydrology experts Consequently, in this thesis, the author compares the application the hydrological NAM and FRASC model for Thac Mo catchment Based on the evaluation criteria such as water balance error (Bias), Nash-Sutcliffe (R2) and Pearson correlation coefficient (r) demonstrate that both models imitated very well, the flow calculated by the model fit the data measured for Thac Mo basin However, the information on water resources at each point in the basin was given by FRASC model, especially; with the simulation results of FARSC model and digital elevation model (DEM), we can establish inundation maps So FRASC model can be viewed as a useful tool for flood control and integrated management water resource in Thac Mo basin Based on the simulation results of FRASC model, the authors calculated the water resources in the Thac Mo basin with design frequency (P = 5% wet year; P = 50% average water year, and P = 90% less water year); It will be the basis for the socio-economic sustainable development of Thac Mo catchment and beneficiaries areas Keywords: NAM model, FRASC model, model comparison, water resource Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” iv Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Tổng quan vấn đề nghiên cứu 2.1 Thế gới 2.2 Trong nước 2.3 Thảo luận mơ hình tốn nghiên cứu tài nguyên nước 2.4 Đánh giá nhận xét Mục tiêu, nội dung phương pháp nghiên cứu 3.1 Mục tiêu nghiên cứu 3.2 Phạm vi đối tượng nghiên cứu 3.3 Nội dung nghiên cứu 3.4 Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 4.1 Ý nghĩa khoa học 4.2 Ý nghĩa thực tiễn 10 CHƯƠNG 1: MÔ TẢ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 11 1.1 Đặc điểm tự nhiên 11 1.1.1 Vị trí địa lý 11 1.1.2 Địa hình 11 1.1.3 Thổ nhưỡng 12 1.1.4 Thảm thực vật 12 1.1.5 Hệ thống sông 12 1.1.6 Khí hậu 13 1.1.6.1 Nhiệt độ khơng khí 13 1.1.6.2 Độ ẩm 13 1.1.6.3 Số nắng 14 1.1.6.4 Gió 14 1.1.6.5 Bốc 15 1.1.6.6 Mưa 15 Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” v Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường 1.2 Nhận xét, đánh giá đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu 16 1.2.1 Thuận lợi 16 1.2.2 Khó khăn 17 1.3 Điều kiện kinh tế xã hội lưu vực 17 1.3.1 Đặc điểm dân số 17 1.3.2 Tình hình kinh tế khu vực 18 1.3.3 Phương hướng phát triển kinh tế xã hội theo giai đoạn phát triển 18 CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH THỦY VĂN 20 2.1 Tổng quan mơ hình thủy văn 20 2.2 Phân loại mơ hình thủy văn 21 2.2.1 Mơ hình tất định (Deterministic model) 22 2.2.2 Mơ hình ngẫu nhiên (Stochastic model) 23 2.3 Tiêu chuẩn lựa chọn mô hình 24 2.4 Tiêu chuẩn đánh giá mơ hình mơ 25 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN THỦY VĂN THÍCH HỢP CHO LƯU VỰC THÁC MƠ 27 3.1 Tổng quan 27 3.2 Mơ hình NAM 28 3.2.1 Khái quát mô hình NAM 28 3.2.2 Cấu trúc mơ hình 28 3.2.2.1 Bể tuyết (áp dụng cho vùng có tuyết) 30 3.2.2.2 Bể chứa mặt 30 3.2.2.3 Bể sát mặt bể tầng rễ 30 3.2.2.4 Bốc thoát 30 3.2.2.5 Dòng chảy mặt 30 3.2.2.6 Dòng chảy sát mặt 31 3.2.2.7 Bổ sung dòng chảy ngầm 31 3.2.2.8 Lượng ẩm đất 31 3.2.3 Hiệu chỉnh thông số mơ hình 32 3.2.4 Những điều kiện ban đầu 33 3.3 Mơ hình FRASC 33 3.3.1 Khái quát mô hình FRASC 33 3.3.2 Cấu trúc mơ hình FRASC 34 3.3.3 Cơ sở lý thuyết phương pháp tính 37 3.3.3.1 Bốc thoát nước 37 3.3.3.2 Hình thành dịng chảy 37 3.3.3.3 Sự phân chia thành phần dòng chảy ô lưới 41 Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” vi Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường 3.3.3.4 Tập trung dòng chảy 43 3.3.3.5 Diễn toán dịng chảy từ lưới đến lưới 44 3.3.4 Thảo luận thông số 45 3.3.4.1 Các thơng số bốc nước 46 3.3.4.2 Các thơng số hình thành dịng chảy 47 3.3.4.3 Các thông số phân chia dòng chảy 47 3.3.4.4 Các thơng số tập trung dịng chảy 48 3.4 Mơ hình hóa cho khu vực nghiên cứu 48 3.4.1 Sơ đồ mạng lưới hóa cho khu vực nghiên cứu 48 3.4.2 Tài liệu đầu vào 49 3.4.2.1 Tài liệu thảm thực vật (land cover) thông số liên quan đến thảm thực vật 49 3.4.2.2 Tài liệu mưa 51 3.4.2.3 Tài liệu bốc 52 3.4.2.4 Tài liệu lưu lượng 52 3.4.2.5 Dữ liệu GIS 52 3.5 Kết mô 55 3.5.1 Mơ hình NAM 56 3.5.2 Mơ hình FRASC 57 3.6 So sánh 59 3.7 Kết luận 63 CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC THÁC MƠ 64 4.1 Tổng quan 64 4.2 Kết mơ dịng chảy 65 4.3 Phân tích đánh giá kết tính tốn 65 4.3.1 Tính tốn đặc trưng dịng chảy 65 4.3.2 Dòng chảy năm 67 4.3.3 Dòng chảy theo mùa 68 4.3.4 Tính tốn dịng chảy năm, mùa thiết kế 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 77 Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” vii Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT DEM DHI GIS KCN KHCN KHTL KT-XH LVS MIKE BASIN NAM QHTL TB TCVN TV : : : : : : : : : : : : : : VKTTĐPN : XINANJIANG : FRASC : Mơ hình cao độ số Viện Thuỷ lực Đan Mạch Hệ thống thông tin địa lý Khu Công nghiệp Khoa học công nghệ Khoa học thủy lợi Kinh tế – xã hội Lưu vực sông Mô hình tính tốn cân nước (DHI) Mơ hình mưa rào - dòng chảy (DHI) Quy hoạch thủy lợi Trung bình Tiêu chuẩn Việt Nam Thủy văn Vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam Mơ hình thủy văn Mơ hình diễn tốn lũy tích dịng chảy lưu vực Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” 63 Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Mơi Trường 3.7 Kết luận Hai mơ hình NAM FRASC dùng để hiệu chỉnh kiểm định cho lưu vực Thác Mơ vùng có lượng mưa dồi Nhìn chung, hai mơ hình mơ tốt, cân tổng lượng nước mô sai khác nhỏ ±10% hai thời kỳ hiệu chỉnh kiểm định mơ hình Trong tất trường hợp hệ số tương quan R2 đạt 0.8 cho thấy phù hợp dịng chảy tính tốn thực đo trạm khống chế lưu vực Theo kết mơ cho thấy rằng, mơ hình NAM mơ phần tốt so với FRASC thời kỳ hiệu chỉnh lài thấp FRASC thời kỳ kiểm định Tuy nhiên, khác biệt kết so sánh không lớn Đối với NAM kết mô cho biết lưu lượng cửa lưu vực Ngoài kết lưu lượng cửa lưu vực, mơ hình FRASC đưa thông tin tài nguyên nước điểm lưu vực; đặc biệt, mơ hình FARSC từ kết mơ lũ với mơ hình cao độ số (DEM) xây dựng đồ ngập lụt, đưa thông tin phân bố lớp dịng chảy vị trí lưu vực, tính tốn tài ngun nước vị trí phục vụ nhu cầu phát triển KT - XH Vì vậy, mơ hình FRASC xem cơng cụ hữu ích cho việc kiễm sốt lũ quản lý tài nguyên nước tổng hợp cho lưu vực Thác Mơ Từ nhận định trên, tác giả sử dụng mơ hình FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ chương nghiên cứu Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” 64 Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC LƯU VỰC THÁC MƠ 4.1 Tổng quan Nghiên cứu đánh giá tiềm nguồn nước nội dung vấn đề quản lý tổng hợp lưu vực sử dụng hợp lý tài nguyên nước lưu vực hay hệ thống sông Lượng nước chảy qua cửa lưu vực luôn thay đổi theo thời gian bao gồm (i) thay đổi hàng năm: năm nhiều nước, năm trung bình năm nước; (ii) thay đổi theo tính chu kỳ rõ ràng thể năm một: mùa lũ mùa kiệt Mặt khác yêu cầu sản xuất kế hoạch phát triển kinh tế xã hội, người ta quan tâm đến trữ lượng nguồn nước năm/mùa Vì vậy, nghiên cứu tính tốn dịng chảy sơng ngịi phục vụ cho cơng tác quy hoạch thiết kế cơng trình thủy lợi thường dùng thời đoạn năm/mùa để tính tốn Dịng chảy năm/mùa thiết kế đặc trưng quan trọng cần phải xác định quy hoạch, thiết kế hệ thống cơng trình thủy lợi, đặc biệt cơng trình hồ chứa nước Dịng chảy năm hay mùa thiết kế để hoạch định phương án quy hoạch quy mơ kích thước cơng trình Từ vấn đề đặt trên, chương học viên đánh giá tiềm nguồn nước phục vụ công tác quy hoạch tổng hợp lưu vực sử dụng hợp lý tài nguyên nước lưu vực thác Mơ bao gồm: (i) tính tốn đặc trưng dịng chảy; (ii) tính tốn dịng chảy năm; (iii) tính tốn dịng chảy theo mùa; (iv) tính tốn dịng chảy năm mùa tương ứng với tần suất thiết kế theo phương pháp thống kê tốn học Kết mơ tính tốn trình bày phần Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” 65 Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa h Môi Trường học ng chảy 4.2 Kết mơ dịng ch Từ kết so sánh đánh giá mơ h hình ứng dụng thích cho lưu vực Thác Mơ ng v chương 3, chương này, h viên sử dụng mơ hình FRASC để đánh giá học ng tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ theo không gian thời gian Với kết hiệu chỉnh mơ hình FRASC, dựa vào tài liệu đầu vào mưa, bốc hơi, u b thơng số mơ hình hiệ chỉnh, độ che phủ thực vật liệu GIS, dòng chảy ệu u GIS lưu vực Thác Mơ mô ph c Hình 4.1 thể kết mơ phỏ q trình ỏng dòng chảy ngày cho lưu vự Thác Mơ Lưu lượng dịng chảy trung bình tháng ực y c lưu vực trình bày chi ti phụ lục c tiết 1200 1000 800 600 400 200 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2007 Hình 4.1 Q trình lưu lư ưu lượng ngày mơ cửa Thác Mơ 1982 - 2007 198 4.3 Phân tích đánh giá k tính tốn kết Từ kết tính tốn mơ phỏ dịng chảy ngày mơ hình FRASC thời kỳ ỏng từ 1982 - 2007, dòng chảy tháng, năm mùa hàng năm trung bình nhiều năm y bình nhi cho lưu vực Thác Mơ xác đ c định 4.3.1 Tính tốn đặc trưng d c dòng chảy Từ tài liệu lưu lượng ngày t cửa vùng nghiên cứu thời kỳ 26 năm liên tục ng (1982- 2007), dòng chảy tháng, năm mùa hàng năm trung bình nhiều năm y bình nhi xác định Bảng 4.1 dư thể giá trị đại lượng biểu thị dòng chảy u th Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình th văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước ng thủy nguyê lưu vực Thác Mơ” 66 Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường tháng, năm mùa trung bình nhiều năm bao gồm: lưu lượng dịng chảy bình qn, tổng lượng dịng chảy, mơ đun dịng chảy, lớp dịng chảy hệ số dịng chảy Hình 3.3 biểu thị phân phối dịng chảy năm theo lưu lượng bình quân tháng nhiều năm cửa lưu vực Thác Mơ Bảng 4.1 Đặc trưng dịng chảy trung bình nhiều năm lưu vực nghiên cứu Các đặc trưng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng 10 Tháng 11 Tháng 12 Năm Mùa lũ Mùa kiệt Lưu Tổng lượng lượng Mô đun Q (m /s) W (10 m ) 36 20 11 10 31 93 172 267 298 270 128 66 117 227.0 194.3% 38 32.6% 96.4 53.6 29.5 26.8 83.0 249.1 460.7 715.1 798.2 723.2 342.8 176.8 3,755.1 3,040.0 81.0% 715.1 19.0% M (l/s-km2) 16.3 9.0 5.0 4.5 14.0 42.0 77.7 120.5 134.5 121.9 57.8 29.8 52.7 102.5 194.3% 17.2 32.6% Lớp dòng chảy Y (mm) 43.5 24.2 13.3 12.1 37.5 112.5 208.0 322.9 360.3 326.5 154.8 79.8 1695.3 1372.5 81.0% 322.9 19.0% Lượng mưa Hệ số dòng X (mm) chảy α 10.0 14.0 48.0 124.0 294.0 361.0 374.0 447.0 467.0 314.0 123.0 38.0 2614.0 2257.0 86.3% 357.0 13.7% 4.4 1.7 0.3 0.1 0.1 0.3 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.1 0.65 0.61 0.90 Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” 67 Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Mơi Trường Lưu lượng dịng chảy trung bình tháng lưu vực thác Mơ 350 Lưu lượng (m3/s) 300 250 200 150 100 50 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Otc Nov Dec Hình 4.2 Lưu lượng dịng chảy trung bình tháng lưu vực Thác Mơ 4.3.2 Dịng chảy năm Kết tính tốn lượng dịng chảy năm trung bình nhiều năm, hay gọi chuẩn dòng chảy năm, cho thấy đặc trưng dòng chảy như: lưu lượng Qo vào khoảng 117 m3/s, tổng lượng Wo = 3755.1 106 m3, mô đun dòng chảy Mo = 52.7 l/s-km2, lớp dòng chảy Yo = 1695.3 mm hệ số dòng chảy α = 0,65 140.0 120.0 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0 0.0 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 Hình 4.3 Diễn biến lưu lượng trung bình năm Thác Mơ thời kì 1982-2007 Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” 68 Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường Theo Atlas tài nguyên nước Việt Nam theo tài liệu nghiên cứu Viện KHTL Miền Nam[4] giá trị đặc trưng dòng chảy cho thấy tài nguyên nước mặt vùng nghiên cứu dồi cao nhiều trung bình nước, xét riêng lưu vực Đồng Nai Như kết luận tài nguyên nước mặt khu vực nghiên cứu có tiềm lớn đáp ứng yêu cầu cho phát triển kinh tế xã hội Dòng chảy hàng năm Thác Mơ biến đổi cách tương đối Theo liệt tài liệu dòng chảy thời kỳ nghiên cứu từ 1982 đến 2007, lưu lượng trung bình năm lớn đạt 124 m3/s (năm 2000) năm kiệt 85.6 m3/s (năm 1995) với khoảng lệch quân phương khoảng 13.54 m3/s (tương đương 13% so với giá trị lưu lượng trung bình nhiều năm) 4.3.3 Dòng chảy theo mùa Theo thống kê đại lượng đặc trưng dòng chảy, mùa lũ tháng kết thúc vào tháng 11 tức chậm so với mùa mưa tháng (5 – 10) 300.0 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 0.0 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 Hình 4.4 Diễn biến lưu lượng trung bình mùa lũ Thác Mơ thời kì 1982-2007 Theo tính tốn lượng dịng chảy mùa lũ kéo dài tháng chiếm tới 81% tổng lượng nguồn nước năm Như so sánh với lượng mưa, khả điều tiết tự nhiên lưu vực đạt có 6% Tháng có lượng dòng chảy lớn tháng Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” 69 Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường với trị số lưu lượng 298 m3/s (cao 255% so với trị số trung bình năm) Quy luật dịng chảy phân bố khơng dẫn đến tình trạng hạn thủy văn vào tháng đầu năm, đặc biệt tháng mà lưu lượng dịng chảy bình qn có 10 – 11 m3/s (tức khoảng – 9% so với trị số trung bình năm), sơng suối nhỏ đầu nguồn khơng có nước tháng Do đó, nhà quy hoạch, quản lý sử dụng tài nguyên nước mặt lưu vực cần có biện pháp điều phối nguồn nước hợp lý Diến biến lượng dòng chảy mùa lũ hàng năm biến đổi cách tương đối diễn biến lượng dòng chảy năm, theo liệt tài dòng chảy thời kỳ nghiên cứu 19822007 lưu lượng mùa lũ lớn 260.5 m3/s (năm 1999) năm kiệt 147.7 m3/s (năm 2003) với trị số trung bình nhiều năm 212.7 m3/s khoảng lệch quân phương 29.2 m3/s (tương đương 13.7% so với giá trị lưu lượng mùa lũ trung bình nhiều năm) 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 Hình 4.5 Diễn biến lưu lượng trung bình mùa kiệt Thác Mơ thời kì 1982-2007 Lượng dịng chảy mùa kiệt biến đổi tương đối lớn, theo liệt tài liệu dòng chảy thời kỳ nghiên cứu 1982 – 2007 lưu lượng dòng chảy mùa kiệt lớn 77.1 m3/s (năm 1999) năm kiệt có 9.6 m3/s (năm 1983) với trị số trung bình Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” 70 Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường nhiều năm 31.7 m3/s mà khoảng lệch quân phương lên đến 15.4 m3/s (tương đương 48.7% so với giá trị lưu lượng mùa kiệt trung bình nhiều năm) 4.3.4 Tính tốn dịng chảy năm, mùa thiết kế Dòng chảy năm/mùa thiết kế đặc trưng quan trọng cần phải xác định quy hoạch, thiết kế hệ thống cơng trình thủy lợi, đặc biệt cơng trình hồ chứa Dịng chảy năm/mùa thiết kế hoạch định phương án quy hoạch quy mơ kích thước cơng trình Vì dịng chảy năm/mùa thiết kế dòng chảy năm/mùa tương ứng với tần suất thiết kế nên xác định theo phương pháp thống kê toán học Các tần suất thiết kế đưa cho công tác quy hoạch sử dụng tài nguyên nước tiêu chí phát triển kinh tế xã hội khác sau: P = 5% - năm nhiều nước để đánh giá quy hoạch sử dụng nguồn nước đảm bảo đồng thời cho tất hộ dùng nước toàn lưu vực; P = 50% - năm nước trung bình để đánh giá tổng quan tiềm nguồn nước; P = 90% - năm nước đánh giá mức đảm bảo cấp nước thiết yếu ví dụ cấp nước cho dân sinh Các tần suất thiết kế tính cho tốn quy hoạch sử dụng nguồn nước tổng thể; cịn cơng trình ngành cụ thể tần suất thiết kế phải lấy từ TCXDVN-285-2002 Phân phối tài nguyên nước mặt theo tháng để tính tốn cân nước lưu vực theo kịch khác thu phóng từ mơ hình phân phối nước mặt tháng trung bình nhiều năm theo tỉ lệ K: K= Qp Qtb Trong Qp lưu lượng với tần suất P Qtb lưu lượng trung bình nhiều năm Dưới kết tính tốn dịng chảy năm/mùa theo số tần suất thiết kế cho lưu vực Thác Mơ Tổng hợp kết phân phối xác suất thống kê lưu lượng dòng chảy năm dòng chảy mùa (mùa lũ mùa kiệt) lưu vực nghiên cứu trình bày chi tiết phụ lục đính kèm Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” 71 Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Mơi Trường Bảng 4.2 Lưu lượng dịng chảy TB năm Thác Mơ theo tần suất thiết kế Tần suất P= 5% 50% 90% Biến chuẩn hóa y= 1.64 0.00 -1.28 Giá trị lưu lượng TB năm Q (m3/s)= 712 555 432 Bảng 4.3 Lưu lượng dòng chảy TB mùa lũ Thác Mơ theo tần suất thiết kế Tần suất P= 5% 50% 90% Biến chuẩn hóa y= 1.64 0.00 -1.28 Giá trị lưu lượng mùa lũ Q (m3/s)= 1291 1022 812 Bảng 4.4 Lưu lượng dòng chảy TB mùa kiệt Thác Mơ theo tần suất thiết kế Tần suất P= Biến chuẩn hóa y= Giá trị lưu lượng mùa kiệt 5% Q (m /s)= 90% 1.64 50% 0.00 -1.28 348 221 121 Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” 72 Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Ngày với phát triển máy tính phương pháp tính, nhiều mơ hình thủy văn xây dựng Tuy nhiên, trình bày nghiên cứu, khơng có mơ hình phổ biến thích hợp giải vấn đề thủy văn cho lưu vực có điều kiện khí hậu khác Việc chọn lựa mơ hình cho tình khác vấn đề khó khăn chuyên gia thủy văn - Luận văn tiến hành so sánh ứng dụng hai mô hình thủy văn NAM FRASC để tìm mơ hình thích hợp giải tốn thủy văn cho lưu vực Thác Mơ Kết hai mơ hình mô tốt cho lưu vực Thác Mơ với hệ số BIAS < 5%, R2 > 0.8 r > 0.9 cho hai thời kỳ hiệu chỉnh kiểm định mơ hình - Trên sở tiêu chuẩn đánh giá mơ u cầu thông tin nguồn nước cần thiết cho hộ sử dụng nước khai thác mạnh mẽ vùng nghiên cứu, FRASC lựa chọn mô dịng chảy ngày cho lưu vực nghiên cứu theo khơng gian thời gian, cụ thể chuỗi tài liệu 26 năm (1982 - 2007) với độ phân giải 30’ - Bằng phương pháp phân tích thống kê, tiềm nguồn nước lưu vực Thác Mơ đánh giá Ví dụ vị trí cửa lưu vực đặc trưng dịng chảy trung bình nhiều năm như: lưu lượng Q= 117 m3/s; tổng lượng W = 3755.1 m3; môđun M = 52.7 l/s-km2; lớp dòng chảy Y = 1695.3 mm; hệ số dòng chảy α = 0.65; thêm vào dịng chảy năm thủy văn thiết kế khác nhau: P5% - năm nhiều nước, P50% - năm trung bình P90% - năm nước; Kết ứng dụng mơ hình FRASC độ tin cậy cao, sở khoa học hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” 73 Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường Kiến nghị Kết nghiên cứu luận văn đạt kết tốt cơng cụ hữu ích quản lý tổng hợp quản lý sử dụng hiệu tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ Tuy nhiên, Luận văn đề xuất số nghiên cứu mở rộng nhằm đạt đến mục tiêu quản lý, khai thác sử dụng hiệu tài nguyên nước theo lưu vực Thác Mơ sau: - Thu thập, đánh giá biến đổi thảm thực vật ảnh hưởng tới q trình hình thành dịng chảy; - Mơ dòng chảy lũ (thời đoạn ngắn) tác động nó; - Nghiên cứu mở rộng sang các lãnh vực mơ hình mơ chất lượng nước, phân tích kinh tế tài nguyên nước phục vụ cho việc phát triển bền vững kinh tế xã hội lưu vực Thác Mơ Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” 74 Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Hải Âu (2009), Nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn thích hợp hỗ trợ quản lý sử dụng hiệu tài nguyên nước lưu vực sông Bé, Luận văn thạc sỹ môi trường – Viện Tài ngun Mơi trường; [2] Đồn Văn Cánh (2001-2004), Nghiên cứu xây dựng sở khoa học đề xuất giải pháp bảo vệ sử dụng hợp lý tài nguyên nước vùng Tây Nguyên, Đề tài cấp Nhà nước KC.08.05, Trường Đại học Mỏ - Địa chất; [3] Đỗ Đức Dũng nnk (2006), Đánh giá tài nguyên nước mặt lưu vực sông Lá Buông, Viện Quy hoạch Thủy Lợi Miền Nam; [4] Đỗ Tiến Lanh (2007 – 2010), Quản lý tổng hợp lưu vực sử dụng hợp lý tài nguyên nước hệ thống sông Đồng Nai, Đề tài cấp nhà nước KC.08.18/06-10 Viện Khoa học Thuỷ lợi Miền Nam; [5] Vũ Văn Nghị (2003), Bốc thoát nước – Phương pháp xác định tính tốn lượng bốc thực tế cho lưu vực sông Bé, tuyển tập Khoa học Công nghệ năm 2003, Viện KHTL Miền Nam; [6] Lê Văn Nghinh, Bùi Cơng Quang, Hồng Thanh Tùng (2006), Giáo trình cao học Thuỷ lợi Mơ hình tốn thuỷ văn, NXB Xây dựng – Hà Nội; [7] Nguyễn Hữu Khải – Nguyễn Thanh Sơn (2003), Mơ hình tốn thuỷ văn – nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội; [8] Lâm Minh Triết (1999 - 2000), Xây dựng số sở khoa học phục vụ cho việc quản lý thống tổng hợp môi trường nước lưu vực sông Đồng Nai, Đề tài cấp nhà nước KHCN.07.17, Viện Môi trường Tài nguyên [9] Nguyễn Quang Trung (2001-2004), Nghiên cứu xây dựng mơ hình quản lý tổng hợp tài ngun môi trường lưu vực sông Đà, Đề tài cấp Nhà nước KC.08.04, Viện Khoa học Thủy lợi; [10] Mô hình DELTA sơng Mekong – Ban thư ký uỷ ban sơng Mekong, 1980; [11] Giáo trình thuỷ văn cơng trình (2008), trường Đại học Thuỷ lợi; [12] Trung tân Khí tượng Thuỷ văn quốc gia (2008), Khái quát đặc điểm khí tượng thuỷ văn tài liệu khí tượng thuỷ văn lưu vực sông Đồng Nai Hà Nội; Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” 75 Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường [13] Viện QHTL Miền Nam (2006), Rà soát quy hoạch thuỷ lợi phục vụ phát triển kinh tế xã hội đảm bảo quốc phòng an ninh vùng kinh tế trọng điểm phía Nam – Báo cáo tổng hợp, Tp Hồ Chí Minh; [14] Viện QHTL Miền Nam (2004), Rà soát quy hoạch thuỷ lợi tỉnh Bình Phước đến năm 2010 – Báo cáo tổng hợp; [15] Viện KHTL Miền Nam (2004), Nghiên cứu sử dụng tổng hợp nguồn nước hồ Dầu Tiếng có bổ sung từ hồ Phước Hoà Tp HCM; [16] Viện KHTL Miền Nam (2006), Nghiên cứu giải pháp khoa học cơng nghệ nhằm sử dụng có hiệu nguồn nước mặt nước ngầm vùng khan nước phục vụ trồng vật nuôi Tây Nguyên; Tiếng Anh [17] ASHIM DAS GUPTA, Application of MIKE BASIN for water management strategies in a watershed, JHA Manoj K; [18] DHI Water & Environment MIKE 11 Horsholm, Denmark, 2004a; [19] Beven, K.J and Kirkby, M.J., A physically based variable contributing area model of basin hydrology, Hydrological Sciences Bulletin, 1979, 24: 43-69; [20] Crawford, N H and Linsley, R S., Digital simulation in hydrology: The Stanford Watershed Model IV, Technical Report No 39, Stanford University, Palo Alto, California: Department of Civil Engineering, 1966; [21] Expert Meeting on Economics in Water Management Models, Copenhagen, Denmark, 15-16 November 2004; HarmonIT Workshop on Model Linking using OpenMI, Munich, Germany, 27 September 2005 v.v…; [22] Pilgrim, D.H., Estimation of large and extreme floods, Civ Eng Trans Inst Engrs Aust., 1986, CE28: 62-73; [23] Rockwood, D.M., Theory and practice of the SSARR model as related to analyzing and forecasting the response of hydrologic systems, Proceedings of the International Symposium on Rainfall-Runoff Modeling, May 1981, Mississippi State University, 1982; [24] Nielsen, S.A and Hansen, E Numerical simulation of the rainfall runoff process on a daily basis, Nordic Hydrology, 4, 171-190, 1973; Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” 76 Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường [25] Vu, V.N., Dang, T.L., Do, D.D Comparison of two hydrological model simulations using nam and xinanjiang for Nong Son catchment, Vietnam Journal of Mechanics, 2008; [26] Vu, V.N., Dang, T.L., Do, D.D Potential evapotranspiration estimation and its effect on hydrological model response, Vietnam Journal of Mechanics, 2008; [27] Vu, V.N Comparison of conceptual hydrological models and improvement via GIS aided approach Ph.D Thesis, Hohai University, 2008; [28] Vu, V.N Rainfall – Runoff and hydrodynamic modeling in the Dong Nai river basin, Vietnam MSC Thesis, UNESCO – IHE Delft, The Netherlands, 2002; [29] Zhao, R.J and Liu, X.R., The Xinanjiang model, In: Singh, V P (ed.) Computer models of watershed hydrology, Colo., USA: Water Res Publ., 1995, 215-232 Các trang Web [30] http://www.ce.washington.edu/pub/HYDRO/cherkaue/VIC-NL/Veg/veg_lib; [31] http://www.geog.umd.edu/landcover/1km-map.html Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” 77 Luận văn cao học – chuyên ngành Khoa học Môi Trường PHỤ LỤC Đề tài: “So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ” ... hội lưu vực Thác Mơ vùng hưởng lợi Từ khóa: mơ hình NAM, mơ hình FRASC, so sánh mơ hình, tài ngun nước Đề tài: ? ?So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác. .. kê sử dụng để đánh giá độ tin cậy mơ mơ hình vị trí có tài liệu thực đo lưu vực Thác Mơ gồm: Đề tài: ? ?So sánh ứng dụng mơ hình thủy văn NAM FRASC để đánh giá tài nguyên nước lưu vực Thác Mơ? ?? 26... TỐN THỦY VĂN THÍCH HỢP CHO LƯU VỰC THÁC MƠ 3.1 Tổng quan Chương trình bày mơ so sánh hai mơ hình thủy văn NAM FRASC lưu vực Thác Mơ Bài toán đặt luận văn so sánh ứng dụng mơ hình để đánh giá tài