Mục lục Trang Mở đầu Ch-ơng Tổng quan mô hình m-a - dòng chảy ph-ơng pháp tính thấm 1.1 Khái niệm mô hình toán thủy văn 1.2 Giíi thiƯu mét số mô hình m-a - dòng chảy 1.3 Tỉng quan vỊ ph-ơng pháp tính thấm 1.4 Mô hình sóng động học ph-ơng pháp phần tử hữu hạn ph-ơng pháp SCS mô dòng chảy 18 Ch-¬ng Điều kiện địa lý tự nhiên l-u vực sông Vệ - trạm An Chỉ 23 2.1 Vị trí địa lý 23 2.2 Địa hình 23 2.2 Địa chÊt, thỉ nh-ìng 23 2.4 Líp phđ thùc vËt 26 2.5 KhÝ hËu 26 2.6 Mạng l-ới sông suối tình hình nghiên cứu thủy văn 28 Ch-ơng Sử dụng mô hình sóng động học chiều để hiệu chỉnh công thức tính m-a hiệu SCS qua mô lũ sông Vệ trạm An Chỉ 31 3.1 Mô tả xử lý số liệu 31 3.2 Ch-ơng trình tính 37 3.3 KÕt qu¶ tÝnh 39 KÕt luËn 48 Tài liệu tham khảo 49 Phô lôc 51 Më đầu Quá trình hình thành lũ l-u vực trình phức tạp Việc mô lũ chủ yếu mô trình m-a dòng chảy l-u vực trình truyền lũ lòng sông Mô trình m-a dòng chảy cần làm rõ hai trình trình vận chuyển n-ớc s-ờn dốc trình tổn thất bề mặt l-u vực Do hạn chế nguồn số liệu, số liệu mặt đệm nên từ tr-ớc đến ph-ơng pháp dự báo lũ lụt th-ờng có độ xác không cao không tính đến tác động của trình diễn biến bề mặt l-u vực ảnh h-ởng việc khai thác l-u vực đến trình dòng chảy bề mặt l-u vực Mô hình phần tử hữu hạn sóng động học chiều ph-ơng pháp SCS đà phần khắc phục đ-ợc phần nh-ợc điểm cập nhật tốt thông tin mặt đệm Ph-ơng pháp SCS Cục thổ nh-ỡng Hoa Kỳ, dùng để tính m-a hiệu đ-ợc sử dụng rộng rÃi nhiều nơi giới Trong 30 năm trở lại đây, ph-ơng pháp SCS đà đ-ợc số nhà nghiên cứu sử dụng cho kết ổn định đáng tin cậy việc đánh giá dòng chảy mặt Việc thay đổi số số tính toán từ công thức thực nghiệm quan bảo vệ đất Hoa Kỳ cho phù hợp với thực tế l-u vực nghiên cứu đ-ợc tiến hành nhiều nơi nh- ấn Độ, Niu Di Lân, úc, Ba Lan L-u vực sông Vệ nằm trung tâm m-a lớn tỉnh Quảng NgÃi, diện tích l-u vực nhỏ, độ dốc lớn nên lũ diễn biến phức tạp Đối với trận m-a lớn xảy lũ quét vùng th-ợng nguồn, gây thiệt hại nghiêm trọng Đối với l-u vực sông Vệ, vấn đề đặt công tác dự báo lũ việc nâng cao độ xác kéo dài thời gian dự kiến dự báo mực n-ớc sông Vệ để phục vụ tốt công tác phòng chống giảm nhẹ thiệt hại lũ lụt Trên sở thực tiến đó, đề tài "Hiệu chỉnh, áp dụng công thức SCS mô hình sóng động học ph-ơng pháp phần tử hữu hạn mô trình lũ l-u vực sông Vệ trạm An Chỉ" đà đ-ợc chọn Ch-ơng Tổng quan mô hình m-a - dòng chảy ph-ơng pháp tính thấm 1.1 Khái niệm mô hình toán thủy văn Mô hình hệ thống thủy văn mô hình vật lý hay toán học Mô hình vật lý mô hình biểu thị hệ thống thật d-ới dạng thu nhỏ, nh- mô hình thủy lực đập tràn Mô hình toán thủy văn miêu tả hệ thống thủy văn d-ới dạng toán học, tập hợp ph-ơng trình toán, mệnh đề logic thể quan hệ biến thông số mô hình để mô hệ thống tự nhiên, hay nói cách khác hệ thống biến đổi đầu vào (hình dạng, điều kiện biên, lực ) thành đầu (tốc độ chảy, mực n-ớc, áp suất ) 1.2 Giới thiệu số mô hình m-a - dòng chảy 1.2.1 Mô hình Trung tâm khí t-ợng thủy văn Liên Xô (HMC) [7, 8] Mô hình mô trình tổn thất dòng chảy l-u vực sau ứng dụng cách tiệm cận hệ thống để diễn toán dòng chảy tới mặt cắt cửa L-ợng m-a hiệu sinh dòng chảy mặt P đ-ợc tính từ ph-ơng trình: P=h-E-I đó: (1.1) h: C-ờng độ m-a thời đoạn tính toán (6h, 24h, ); E: L-ợng bốc thoát n-ớc; I: C-ờng độ thấm trung bình Với mô hình có hạn chế sử dụng liên quan đến l-ợng bốc mà số liệu l-ợng bốc l-u vực thiếu nhiều có l-u vực điều kiện để đo đạc Ngoài c-ờng độ thấm trung bình th-ờng đ-ợc lấy trung bình cho toàn l-u vực với thời gian không xác định nên mô hình bị hạn chế 1.2.2 Mô hình SSARR [7, 10] Mô hình SSARR Rockwood D xây dựng từ năm 1957, gồm thành phần bản: - Mô hình l-u vực - Mô hình điều hoà hồ chứa - Mô hình hệ thống sông Trong mô hình l-u vực, ph-ơng trình SSARR sử dụng để diễn toán dòng chảy l-u vực luật liên tục ph-ơng pháp trữ n-ớc áp dụng cho hồ thiên nhiên sở ph-ơng trình cân n-ớc: I1  I   O1  O    t    t  S  S1     (1.2) Ph-¬ng trình l-ợng trữ hồ chứa : dS dQ Ts dt dt (1.3) Mô hình SARR cho phép diễn toán toàn l-u vực nh-ng bên cạnh mô hình SSARR hạn chế áp dụng đ-ợc với l-u vực không lớn, với l-u vực có điều kiện ẩm không đồng tính toán cho kết mô không xác Mô hình sử dụng cách trực tiếp để điều tra (kiểm tra tác động thủy văn việc thay đổi đặc điểm l-u vực sông ví dụ nhcác kiểu thảm thực vật, việc bảo vệ đất hoạt động quản lý đất t-ơng tự khác) 1.2.3 Mô hình TANK [7, 10] Mô hình TANK đ-ợc phát triển Trung tâm Nghiên cứu Quốc gia phòng chống thiên tai Tokyo, Nhật Bản Theo mô hình này, l-u vực đ-ợc mô chuỗi bể chứa (TANK) theo tầng phù hợp với phẫu diện đất Hệ thức mô hình M-a bình quân l-u vùc (P) n n i 1 i 1 P  Wi x1 / Wi ®ã: (1.4) n: sè điểm đo m-a; Xi: l-ợng m-a điểm thứ i; Wi: träng sè cđa ®iĨm m-a thø i Theo M.Sugawara Wi đ-ợc trọn bốn số sau: 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 Bèc h¬i l-u vùc (E) Khi XA  PS  E  Khi XA  PS  E   0,8EVT 0,75(0,8EVT  h f )  h f  E   0,6EVT  va XA  PS  H f  XA  PS (1.5) C¬ cÊu trun Èm bĨ chøa đ-ợc chia làm hai phần: d-ới, chúng xảy trao đổi ẩm Tốc độ truyền ẩm từ d-ới lên T1 xuống T2 đ-ợc tính theo công thức: XA )TB PS XS T2  TC0  (1  )TC SS T1  TB0  (1  ®ã: (1.6) (1.7) XS, SS: l-ợng ẩm thực l-ợng ẩm bÃo hoà phần d-ới bể A; TB o, TB, TCo, TC: thông số truyền ẩm, theo M Sugawar chúng nhận giá trị: TB = TB0 = mm/ngày đêm;TC = 1mm/ngày đêm; TC0 = 0,5mm/ngày đêm Dòng chảy từ bể A L-ợng n-ớc vào bể A m-a (P) Dòng chảy qua cửa bên (YA1, YA2) đáy (YA0) đ-ợc xác định theo công thức sau: Hf XA + P-PS (1.8) YA0 = HfA0 (1.9)  (H f  HA1 ); H f  HA1 YA1   H f  HA1 0 (1.10) Trong m« hình, tác dụng điều tiết s-ờn dốc đà tự động đ-ợc xét thông qua bể chứa xếp theo chiều thẳng đứng Nh-ng hiệu tác động không đủ mạnh coi tổng dòng chảy qua cửa bên bể YA2+YA1+YB2+YC1+YD1 lớp cấp n-ớc điểm Đây yếu điểm mô hình TANK Mô hình TANK t-ơng đối đơn giản, có ý nghĩa vật lý trực quan, thích hợp với lưu vực vừa nhỏ khó thể trễ dòng chảy so với mưa Do mô hình đ-ợc cấu tạo từ bể tuyến tính, thông số cửa số tr-ờng hợp tỏ nhạy 1.2.4 Mô hình sóng động học chiều [7, 11] Mô hình sóng động học áp dụng cho dòng chảy s-ờn dốc lòng dẫn có d¹ng sau: Q A  q  x t Q  R / 3S1 / A (1.11) (1.12) đó: Q: L-u l-ợng dòng chảy s-ờn dốc sông; q: L-ợng m-a sinh dòng chảy dòng chảy s-ờn dốc l-ợng nhập khu lòng dẫn; A: Mặt cắt dòng chảy s-ờn dốc hay lòng dẫn, S: Độ dốc s-ờn dốc độ dốc lòng sông Việc khảo sát ph-ơng trình (1.11) (1.12) đà đ-ợc tiến hành nhiều công trình nghiên cứu rút kết luận thích hợp dòng chảy s-ờn dốc thích hợp với lòng dẫn có độ dốc t-ơng đối lớn Một cách tiệm cận mô dòng chảy s-ờn dốc mô hình sóng ®éng häc mét chiỊu cã nhiỊu triĨn väng nhÊt lµ mô hình phần tử hữu hạn 1.3 Tổng quan ph-ơng pháp tính Thấm 1.3.1 Quá trình thấm [14] Thấm trình n-ớc từ mặt đất thâm nhập vào đất Có nhiều nhân tố ảnh h-ởng đến tốc độ thấm bao gồm điều kiện mặt đất lớp thảm phủ thực vật, có tính chất đất nh-: độ rỗng, độ dẫn thủy lực hàm l-ợng ẩm có đất Do biến đổi mạnh mẽ tính chất đất không gian thời gian có thay đổi l-ợng ẩm làm cho trình thấm trở nên phức tạp đến mức mô tả cách gần ph-ơng trình toán học Đặc tr-ng cho trình thấm tốc độ thấm f (cm/giờ), tốc độ theo n-ớc từ mặt đất vào đất Nếu mặt đất có lớp n-ớc đọng n-ớc thấm xuống đất theo độ dốc thấm tiềm Nếu tốc độ cấp n-ớc mặt đất, chẳng hạn cấp n-ớc m-a, lại nhỏ tốc độ thấm tiềm năng, tốc độ thấm thực tế nhỏ tốc độ thấm tiềm Phần lớn ph-ơng trình thấm mô tả tốc độ thấm tiềm L-ợng thấm luỹ tích F độ sâu cộng dồn n-ớc thấm thời kỳ đà cho tích phân tốc ®é thÊm trªn thêi kú ®ã: F (t )   f ( )d (1.13) ®ã  biến hình thức thời gian dùng tích phân Biến đổi ng-ợc lại ta có: f (t ) dF (t ) dt (1.14) 1.3.2 Các ph-ơng trình thấm [14] Cơ sở dựa vào ph-ơng trình điều khiển dòng không ổn định Richard chiều:    (D  K) t z z ®ã: (1.15) K: hÖ sè thÊm Darcy; D = K/ độ khuếch tán n-ớc đất; : biến đổi cột n-ớc mao dẫn; : hàm l-ợng ẩm Ph-ơng trình Horton Ph-ơng trình thấm Horton thiết lập năm 1933 ứng dụng năm 1939 Horton nhận xét trình thấm tốc độ thấm f0 đó, sau giảm dần theo quy luật hàm số mũ đạt tới giá trị không đổi fc: f (t ) f  ( f  f c )e  kt đó: (1.16) k: số phân rà có thứ nguyên [T-1]; t: thời gian phân rà Ph-ơng trình Phillip Phillip (1957 -1969) đà giải ph-ơng trình Richard d-ới điều kiện chặt chẽ cách thừa nhận K D biến đổi theo hàm l-ợng ẩm Ông dùng phép biến đổi Boltzmann là: B() = zt-1/2 để chuyển đổi ph-ơng trình (1.15) thành ph-ơng trình vi phân đạo hàm th-ờng theo B giải ph-ơng trình để thu đ-ợc chuỗi vô hạn l-ợng ẩm luỹ tích F(t), chuỗi đ-ợc biểu thị gần ph-ơng trình: F (t ) St / Kt (1.17) S thông số phụ thuộc vào mao dẫn đất độ dẫn thủy lực K Vi phân ph-ơng trình (1.17) ta đ-ợc: f (t ) 1 / St K (1.18) Ph-ơng trình Green-Ampt Ph-ơng pháp Green-Ampt xây dựng sở lí thuyết vật lí chặt chẽ so với Horton Phillip nh-ng cho nghiệm giải tích xác Năm 1911 Green Ampt đà đề nghị tranh giản hoá thấm nh- minh hoạ Cơ sở ph-ơng pháp dựa vào ph-ơng trình liên tục ph-ơng trình động l-ỵng víi  =  - i F (t )  L(   i )  L ®ã: (1.19) L: độ sâu; i: hàm l-ợng ẩm ban đầu; F: độ sâu luỹ tích n-ớc thấm vào đất; L( - i): diện tích mặt cắt ngang Từ rút ph-ơng trình Green-Ampt độ sâu thÊm tÝch lòy: F (t )  K   ln(1 F (t ) ) (1.20) Ph-ơng trình Darcy Định luật thấm đ-ợc biểu diễn ph-ơng trình vận tốc thấm: v = kI ph-ơng trình l-u l-ợng: (1.21) Q KI ®ã: (1.22) v: vËn tèc thÊm (m/s); Q: l-u l-ợng thấm (m3/s); : diện tích toàn phần mặt cắt ngang dòng n-ớc ngầm, kể diện tích mà hạt đất chiếm chỗ; I: độ dốc thủy lực H/L (H: tổn thất cột n-ớc đoạn ®-êng thÊm L); K: hƯ sè thÊm (m/s) Dßng thÊm định luật Darcy dòng đều, ổn định trạng thái chảy tầng Nh- vậy, chuyển động dòng thấm chảy rối không tuân theo định luật Ph-ơng pháp SCS [14] Cơ quan bảo vệ thổ nh-ỡng Hoa Kỳ (1972) đà phát triển ph-ơng pháp để tính tổn thất dòng chảy từ m-a rào (gọi ph-ơng pháp SCS) Ta đà thấy, trận m-a rào, độ sâu m-a hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy trực tiếp Pe không v-ợt độ sâu m-a P T-ơng tự nh- vậy, sau trình dòng chảy bắt đầu, độ sâu n-ớc bị cầm giữ tiềm tối đa đó, S (hình 1.1) Ta có l-ợng m-a Ia bị tổn thất nên không sinh dòng chảy, l-ợng tổn thất ban đầu tr-ớc thời điểm sinh n-ớc đòn bề mặt l-u vực Do đó, ta có l-ợng dòng chảy tiềm P-Ia Trong ph-ơng pháp SCS, ng-ời ta giả thiết tỉ số hai đại l-ợng có thực Pe Fa với tỉ số hai đại l-ợng tiềm P-Ia S Vậy ta có: Fa Pe S P  Ia (1.23) P  Pe  I a  Fa (1.24) Tõ nguyªn lý liªn tơc, ta có: Kết hợp (1.23) (1.24) để giải Pe: Pe  (P  I a ) P  Ia S (1.25) Đó ph-ơng trình ph-ơng pháp SCS để tính độ sâu m-a hiệu dụng hay dòng chảy trực tiếp từ trận m-a rào Với: Ia - độ sâu tổn thất ban đầu, Pe - độ sâu m-a hiệu dụng, Fa - độ sâu thấm liên tục, P tổng độ sâu m-a Qua nghiên cứu kết thực nghiệm nhiều l-u vực nhỏ, ng-ời ta đà xây dựng đ-ợc quan hệ kinh nghiƯm: I a  0,2S (1.26) H×nh 1.1 Các biến số tổn thất dòng chảy ph-ơng pháp SCS [14] 1.3.3 Phát triển ph-ơng pháp SCS Trên sở lý thuyết VenteChow [14] thấy rằng: Pe  ( P  0,2S ) P  0,8S (1.27) Lập đồ thị quan hệ P Pe b»ng c¸c sè liƯu cđa nhiỊu l-u vùc, ng-êi ta đà tìm đ-ợc họ đ-ờng cong này, ng-êi ta sư dơng sè liƯu cđa ®-êng cong, CN làm thông số Đó số không thứ nguyên, lấy giá trị khoảng CN 100 Đối với mặt không thấm mặt n-ớc, CN = 100; mặt tự nhiên, CN < 100 Số hiệu đ-ờng cong S liên hệ với qua ph-ơng trình: S 1000 10 CN (1.28) S đ-ợc đo inche Độ ẩm đất tr-ớc trận m-a xét đ-ợc gọi độ ẩm thời kì tr-ớc Độ ẩm đ-ợc phân chia thành ba nhóm: độ ẩm thời kì tr-ớc điều kiện bình th-ờng (kí hiệu AMC II), điều kiện khô (AMC I) điều kiện -ớt (AMC III) Tiêu chuẩn để phân loại điều kiện đ-ợc giới thiệu bảng 1.1 Đối với điều kiện khô (AMC I) điều kiện -ớt (AMC III), số liệu đ-ờng cong t-ơng đ-ơng đ-ợc suy nh- sau: CN ( I )  vµ CN ( III )  4,2CN ( II ) 10  0,0568CN ( II ) (1.29) 23CN ( II ) 10 0,13CN ( II ) (1.30) Cho tới đây, ta tính đ-ợc độ sâu m-a hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy trực tiếp trận m-a rào Bằng cách mở rộng ph-ơng pháp trên, ta tìm 10 đ-ợc phân bố theo thời gian tổn thất dòng chảy Giải ph-ơng trình (1.23) (1.24) cho Fa, ta cã: Fa  S (P  I a ) P  Ia  S P ≥ Ia (1.31) Bảng 1.1 Phân loại nhóm độ ảm thời kì tr-ớc (AMC) tính toán l-ợng tổn thất dòng chảy ph-ơng pháp SCS Nhóm AMC Tổng l-ợng m-a ngày tr-ớc (in) Mùa không hoạt động Mùa sinh tr-ëng I Nhá h¬n 0,5 Nhá h¬n 1,4 II 0,5 to 1,1 1,4 to 2,1 III Trªn 1,1 Trªn 2,1 Lấy vi phân nhận xét Ia S số: dFa S dP / dt  dt (P  I a  S ) (1.32) Khi P, (dFa/dt) nh- yêu cầu, nh-ng có mặt dP/dt (c-ờng độ m-a) tử số vể phải có nghĩa c-ờng độ m-a tăng tốc độ cầm giữ n-ớc bên l-u vực có xu h-ớng tăng Tính chất ph-ơng pháp SCS có lẽ thiếu sở vật lý vững (Morel Seytoux Verdin, 1981) Trong tính toán áp dụng, l-ợng tổn thất lũy tích m-a hiệu dụng đ-ợc xác định từ ph-ơng trình (1.31) từ (1.32) Ph-ơng pháp SCS [23] yêu cầu số liệu t-ơng tự ph-ơng pháp Rational: diện tích thoát n-ớc, yếu tố dòng n-ớc, thời gian tập trung l-ợng m-a Tuy nhiên ph-ơng pháp SCS phức tạp chỗ xét đến phân bố l-ợng m-a mặt thời gian, l-ợng m-a bị chặn lại hố n-ớc, tỷ lệ thấm giảm suốt trận bÃo Một ứng dụng đặc tr-ng ph-ơng pháp SCS gồm b-ớc sau: Xác định số CN thể việc sử dụng đất khác vùng thoát n-íc TÝnh thêi gian tõ n-íc tËp trung tới thời điểm nghiên cứu Sử dụng cách phân bố l-ợng n-ớc m-a loại II, xác định đ-ợc l-ợng m-a tổng l-ợng m-a thực Sử dụng ph-ơng pháp đồ thị thủy văn, vẽ đ-ợc đồ thị dòng chảy mặt trực tiếp từ l-u vực 11 Bảng 3.2 Kết trận lũ từ ngày 19/11/1998 đến ngày 21/11/1998 Ph-ơng án Ia = 0.1S Ia = 0.13S Ia = 0.16S Ia = 0.2S R2 88.3 85 84 83.8 Đỉnh 3.3 3.3 3.3 3.1 L-ợng 2.7 4.8 6.4 7.3 ChØ tiªu(%) % Q 2400 100 2000 80 1600 60 1200 40 800 20 400 0 13 19 25 Thuc 31 37 43 49 55 61 t 0.1 Du bao 0.13 R^2 0.16 Dinh 0.19 Hệ số Tong luong Hình 3.7 Đ-ờng trình lũ ứng với Ia = 0.13S Hình 3.8 Biểu đồ tiêu R2, sai số đỉnh tổng từ ngày 19/11/1998 đến ngày 21/11/1998 l-ợng ứng với ph-ơng án tính toán trận lũ từ ngày 19/11/1998 đến ngày 21/11/1998 41 Bảng 3.3 Kết trận lũ từ ngày 13/12/1998 đến ngày 16/12/1998 Ph-ơng án Ia = 0.1S Ia = 0.13S Ia = 0.16S Ia = 0.2S R2 93.9 89 82.2 72.8 Đỉnh 2.0 1.6 0.1 4.0 L-ợng 2.8 1.0 1.0 3.4 ChØ tiªu(%) % Q1500 100 1200 80 900 60 600 40 300 20 0 13 19 25 Thuc 31 37 43 49 55 61 t 0.1 0.13 R^2 Du bao 0.16 Dinh 0.19 Hệ số Tong luong Hình 3.9 Đ-ờng trình lũ ứng với Ia = 0.13S Hình 3.10 Biểu đồ tiêu R2, sai số đỉnh tổng từ ngày 13/12/1998 đến ngày 16/12/1998 l-ợng ứng với ph-ơng án tính toán trận lũ từ ngày 13/12/1998 đến ngày 16/12/1998 42 Bảng 3.4 Kết trận lũ từ ngày 19/10/2001 đến ngày 20/10/2001 Ph-ơng án Ia = 0.1S Ia = 0.13S Ia = 0.16S Ia = 0.2S R2 68.2 83.5 74.4 68.2 Đỉnh 24.4 1.7 39.1 69.1 L-ợng 24.7 10.7 4.3 4.6 ChØ tiªu(%) % Q 1200 100 1000 80 800 60 600 40 400 20 200 0 13 19 Thuc 25 31 37 43 49 55 61 0.1 t 0.13 R^2 Du bao 0.16 Dinh 0.19 Hệ số Tong luong Hình 3.11 Đ-ờng trình lũ ứng với Ia = 0.13S Hình 3.12 Biểu đồ tiêu R2, sai số đỉnh tổng từ ngày 19/10/2001 đến ngày 20/10/2001 l-ợng ứng với ph-ơng án tính toán trận lũ từ ngày 19/10/2001 đến ngày 20/10/2001 43 Bảng 3.5 Kết trận lũ từ ngày 21/10/2001 đến ngày 24/10/2001 Ph-ơng án Ia = 0.1S Ia = 0.13S Ia = 0.16S Ia = 0.2S R2 84.2 85.2 85.5 85.8 Đỉnh 1.2 1.5 2.1 3.1 L-ợng 5.8 5.4 5.0 4.5 ChØ tiªu(%) % Q 2100 100 1800 80 1500 60 1200 900 40 600 20 300 0 13 19 Thuc 25 31 37 43 49 55 61 t 0.1 0.13 R^2 Du bao 0.16 Dinh 0.19 Hệ số Tong luong Hình 3.13 Đ-ờng trình lũ ứng với Ia = 0.13S Hình 3.14 Biểu đồ tiêu R2, sai số đỉnh tổng từ ngày 21/10/2001 đến ngày 24/10/2001 l-ợng ứng với ph-ơng án tính toán trận lũ từ ngày 21/10/2001 đến ngày 24/10/2001 44 Bảng 3.6 Kết trận lũ từ ngày 9/11/2002 đến ngày 12/11/2002 Ph-ơng án Ia = 0.1S Ia = 0.13S Ia = 0.16S Ia = 0.2S R2 53.9 57.7 54.2 41.9 §Ønh 10.3 1.1 17.5 33.1 L-ợng 17.5 15.5 13.6 10.6 Chỉ tiêu(%) % Q 1000 100 800 80 600 60 400 40 200 20 0 13 19 Thuc 25 31 37 43 49 55 61 0.1 t 0.13 R^2 Du bao 0.16 Dinh 0.19 Hệ số Tong luong Hình 3.15 Đ-ờng trình lũ ứng với Ia = 0.13S Hình 3.16 Biểu đồ tiêu R2, sai số đỉnh tổng từ ngày 9/11/2002 đến ngày 12/11/2002 l-ợng ứng với ph-ơng án tính toán trận lũ từ ngày 9/11/2002 đến ngày 12/11/2002 45 So sánh kết mô lũ ứng với ph-ơng án Ia = 0.2S Ia = 0.13S trận lũ từ ngày 19/10/2001 đến ngày 20/10/2001: Q 1200 Q 1200 1000 1000 800 800 600 600 400 400 200 200 0 13 19 Thuc 25 31 37 43 49 55 61 t Du bao 13 19 Thuc 25 31 37 43 49 55 61 t Du bao H×nh 3.11 Đ-ờng trình lũ ứng với Ia = 0.13S Hình 3.17 Đ-ờng trình lũ ứng với Ia = 0.2S từ ngày 19/10/2001 đến ngày 20/10/2001 từ ngày 19/10/2001 đến ngày 20/10/2001 Kết cho ta thấy công thức thực nghiệm Ia = 0.2S không phù hợp với ®iỊu kiƯn l-u vùc s«ng VƯ – An ChØ, mét số trận lũ có kết sai số đỉnh lên đến 69.1% (Hình 3.17) sai số tổng l-ợng lên đến 40.7% (Hình 3.19) Kết tính toán cho thấy với ph-ơng án Ia = 0.13S cho đ-ờng trình thực đo tính toán phù hợp hơn, với độ lệch đỉnh tối đa tối thiểu đ-ợc quan sát t-ơng ứng 33.2% 1.4%, sai số tổng l-ợng tối đa tối thiểu đ-ợc quan sát t-ơng ứng 35.3% 0.6% nằm giới hạn cho phép Mặt khác ta thấy rằng, với ph-ơng án độ đảm bảo R2 đạt loại trở lên Vậy qua tính toán phân tích kết 15 trận lũ rút đ-ợc công thức tính m-a hiệu cho l-u vực sông Vệ- An Chỉ tốt Ia = 0.13S 46 So sánh kết mô lũ ứng với ph-ơng án Ia = 0.2S vµ Ia = 0.13S cđa trËn lị tõ ngµy 23/11/2003 đến ngày 26/11/2003: Q2100 Q2100 1800 1800 1500 1500 1200 1200 900 900 600 600 300 300 13 19 25 Thuc 31 37 43 49 55 61 t Du bao 13 19 25 Thuc 31 37 43 49 55 61 Du bao Hình 3.18 Đ-ờng trình lũ ứng với Ia = 0.13S Hình 3.19 Đ-ờng trình lũ ứng với Ia = 0.2S từ ngày 23/11/2003 đến ngày 26/11/2003 từ ngày 23/11/2003 đến ngày 26/11/2003 47 t Kết luận Trong khoá luận đà thực đ-ợc số việc nh- sau: + B-ớc đầu đà tổng quan đ-ợc mô hình toán quy hoạch l-u vực nh- mô hình TANK, SSARR, HMC, Mô hình sóng động học chiều, Mô hình phần tử hữu hạn sóng động học, Đà lựa chọn đ-ợc mô hình phần tử hữu hạn sóng động học để đánh giá việc sử dụng đất l-u vực đến dòng chảy sông, với -u điểm mô hình phân chia l-u vực thành nhiều phần tử nhỏ mà phần tử có đặc điểm t-ơng đối đồng độ dốc khả thu n-ớc + Tìm hiểu ph-ơng pháp SCS nh- phát triển ph-ơng pháp Ph-ơng pháp SCS ph-ơng pháp không phức tạp nh-ng lại cho kết xác ổn định cậy việc đánh giá dòng chảy mặt Ph-ơng pháp SCS xét đến phân bố l-ợng m-a mặt thời gian, l-ợng m-a bị chặn lại hố n-ớc, tỷ lệ thấm giảm suốt trận bÃo Ph-ơng pháp SCS đ-ợc sử dụng để vừa -ớc l-ợng đ-ợc đỉnh lũ vừa để tạo đồ thị vẽ lại trình lũ Ph-ơng pháp SCS đ-ợc sử dụng để hiệu chỉnh thông số tính toán số liệu đầu vào cho mô hình thủy văn Mô hình lấy số liệu đầu vào m-a l-ợng bốc trực tiếp từ bề mặt l-u vực để dự báo dòng chảy bề mặt Kết tốt cho độ xác cao Mặc dù đ-ợc sử dụng rộng rÃi, nh-ng ph-ơng trình SCS bị làm giảm giá trị đáng kể nhiều nhà thủy văn học nhËn thøc thiÕu chÝnh x¸c lÝ ln cđa nã ViƯc thay đổi số số tính toán từ công thức thực nghiệm quan bảo vệ đất Hoa Kỳ cho phù hợp với thực tế l-u vực nghiên cứu đ-ợc tiến hành nhiều nơi nh- ấn Độ, Niu Di Lân, úc, Ba Lan Các nhà nghiên cứu đà tìm thấy việc sử dụng công thức Ia = 0.2S cho tổn thất ban đầu không tạo kết tốt việc dự báo dòng mặt trừ khả giữ n-ớc tối đa phụ thuộc vào tổng l-ợng m-a + Đà tìm hiểu đặc điểm địa lý tự nhiên l-u vực (cụ thể l-u vực sông Vệ- trạm An Chỉ) + Hiệu chỉnh công thức tính m-a hiệu dụng ph-ơng pháp SCS từ việc mô 15 trận lũ Và việc hiêụ chỉnh đà đ-a đ-ợc công thức: Ia = 0.13S cho l-u vực áp dụng l-u vực sông Vệ- trạm An Chỉ Để tính m-a hiệu phù hợp 48 tài liệu Tham khảo L-ơng Tuấn Anh Một mô hình mô trình m-a - dòng chảy l-u vực vừa nhỏ Miền Bắc Việt Nam Luận án PTS Địa lý - Địa chất, Chuyên ngành Thủy văn lục địa nguồn n-ớc, Hà Nội, 1996 Bản đồ địa hình tỉnh Quảng NgÃi Tổng cục Địa chính, 2000 Bản đồ trạng sử dụng đất tỉnh Quảng NgÃi Tổng cục Địa chính, 2000 Bản đồ mạng lới thủy văn phân bố trạm khí t-ợng, thủy văn tỉnh Quảng NgÃi Tổng cục Địa chính, 2000 Bản đồ rừng tỉnh Quảng NgÃi Tổng cục Địa chính, 2000 Nguyễn Văn C- nnk Nghiên cứu trạng, b-ớc đầu xác định nguyên nhân lũ lụt tỉnh vùng Nam Trung Bộ (từ Đà Nẵng đến Bình Thuận) đề xuất sở khoa học cho giải pháp khắc phục Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp Trung tâm KHTN&CNQG, Hà Nội, 1999 Nguyễn Văn C-ờng, 2003 ứng dụng mô hình phần tử hữu hạn sóng động học đánh giá tác động việc sử dụng đất đến dòng chảy l-u vực sông Vệ Khoá luận tốt nghiệp Bùi Văn Đức, Vũ Văn Tuấn, L-ơng Tuấn Anh Các mô hình toán m-a dòng chảy Giáo trình chuyên đề bậc tiến sĩ Viện Khí t-ợng thủy văn, Hà Nội, 2000 Phạm Quang Huy, 2004 Đánh giá ảnh h-ởng khai thác sử dụng đất đến dòng chảy lũ l-u vực sông Vệ sông Trà Khúc mô hình phần tử hữu hạn sóng động học ph-ơng pháp SCS Khóa luận tốt nghiệp 10 Nguyễn Hữu Khải, Nguyễn Thanh Sơn Mô hình toán thủy văn Nhà xuất ĐHQGHN, Hà Nội, 2003 11 Nguyễn Thanh Sơn, L-ơng Tuấn Anh áp dụng mô hình thủy động học phần tử hữu hạn mô tả trình dòng chảy l-u vực Tạp chí khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, T.XIX, No1,Hà Nội, 2003 12 Nguyễn Thanh Sơn, Ngô Chí Tuấn Kết mô lũ mô hình sóng động học chiều l-u vực sông Vệ Tạp chí khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, T.XX, No3PT, Hà Nội, 2004 13 Trần Tuất, Nguyễn Đức Nhật Khái quát địa lý thủy văn sông ngòi Việt Nam Tỉng cơc KTTV 1980 14 Ven Techow, 1994 Thđy văn ứng dụng Nhà xuất Giáo Dục 49 15 AndrzejCiepielowski, Jãzef Wãjcik, Kazimierz Banasik Adatation of the SCS unit hydrograph method to the conditions in Polish forests 16 Alish Pandey, V.M Chowdary, B.C Mal and P.P Dabral Estimation of runoff agrialtural natershed using SCS Curve Number and Geographic Information System Map India Conference 2003 @ Gisdeverlopment.net, All rights resevved 17 Bofu Yu Theoretial Justification of SCS method for runoff Estimation Journal of Irrigation and rainage engineering/ November/ December 1998 18 Chandana Gangodagame Hydrological modeling using remote sensing and GIS Asian Conference on Remote Sensing, - November 2001, Singapore 19 Chapter III Runoff BSE 472 - 2004 20 Fouad H Jaber, Rabi H Mohtar Stability and accuracy of finite element schemes for the one - dimensional kinematic wave solution Advances in Water Resources 21 George E Bandford and Michael E Meadows Finite element simulation of nonlinear kinematic surface runoff Journal of Hydrology, 119 (1990) 335 -336 22 Lashman Nandagiri Callibrating Hydrological Models in unggaged BasinsPossible use of Areal Evapotran Siration Instead of Stream Flows Depastment of Applied Mechanics & Hydraulics National Institue of Techlonogy Karataka, Surathkal Srinivasnaga P.O, Karnataka, India 575025 (I and @ rocketmail.com) 23 SCS Hydorlogic Method ISWM design Manual for Development/ Redevelopment 24 Steve W Lyon, M Todd Walter, Pierre GrÐrard - Marchant and Tammo S Steenhuis Using a topographic index to distribute variable source area runoff predicted with the SCS curve - number equation.Hydrological Processes 25 E Symeonakis, S.Koukoulas, A Calvo - Cases, E Arnau - Rosalen and I Markis A landuse change and land degration study in Spain and Greece using remote sensing and GIS Commisson VII, WG VII/4 26 Tammos, Steenhuis, Michael Winchell, Tane Rossing, Tames A.Zollweg and Micheal F.Walter SCS runoff Equation Renisited for Variable- Source Runoff Areas Journal of Irrigation and Prainage engineering (Mary/ June 1995) 50 PHô lôc KÕt tính toán số trận lũ * Trận lũ từ ngày 5/11/1999 đến ngày 7/11/1999: Bảng Kết trận lũ từ ngày 5/11/1999 đến ngày 7/11/1999 Ph-ơng án Ia=0.1S Ia=0.13S Ia=0.16S Ia=0.2S R2 86.6 85.6 87.0 89.9 §Ønh 17.5 18.5 16.1 7.2 L-ỵng 12.0 12.2 11.6 9.3 ChØ tiªu(%) Q Q 4000 3500 3000 2500 3000 2000 2500 Thuc 2000 Du bao Thuc Du bao 1500 1500 1000 1000 500 500 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Hình Đ-ờng trình lũ ứng với Ia=0.13S Hình Đ-ờng trình lũ ứng với Ia=0.13S từ ngày 5/11/1999 đến ngày 7/11/1999 từ ngày 21/11/1998 đến ngày 24/11/1998 * Trận lũ từ ngày 21/11/1998 đến ngày 24/11/1998: Bảng Kết trận lũ từ ngày 21/11/1998 đến ngày 24/11/1998 Ph-ơng án Ia=0.1S Ia=0.13S Ia=0.16S Ia=0.2S R2 96.2 96.8 97.1 97.1 Đỉnh 2.5 1.4 0.6 1.3 L-ợng 3.2 2.7 2.1 1.0 ChØ tiªu(%) 51 * TrËn lị tõ ngày 27/12/2000 đến ngày 29/12/2000: Bảng Kết trận lũ từ ngày 27/12/2000 đến ngày 29/12/2000 Ph-ơng án Ia=0.1S Ia=0.13S Ia=0.16S Ia=0.2S R2 86.3 84.4 82.5 80.1 §Ønh 28.9 33.2 34.0 28.6 L-ợng 17.7 19.9 22.5 25.2 Chỉ tiêu(%) Q Q 1000 1000 800 800 600 Thuc 600 Thuc Du bao Du bao 400 400 200 200 0 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Hình Đ-ờng trình lũ ứng với Ia=0.13S Hình Đ-ờng trình lũ ứng với Ia=0.13S từ ngày 27/12/2000 đến ngày 29/12/2000 từ ngày 9/10/2000 đến ngày 12/10/2000 * Trận lũ từ ngày 9/10/2000 đến ngày 12/10/2000: Bảng Kết trận lũ từ ngày 9/10/2000 đến ngày 12/10/2000 Ph-ơng án Ia=0.1S Ia=0.13S Ia=0.16S Ia=0.2S R2 81.7 79.2 77.2 72.2 §Ønh 20.6 21.2 17.9 15.4 L-ợng 7.3 6.6 3.7 0.3 Chỉ tiêu(%) 52 * Trận lũ từ ngày 25/10/2002 đến ngày 27/10/2002: Bảng Kết trận lũ từ ngày 25/10/2002 đến ngày 27/10/2002 Ph-ơng án Ia=0.1S Ia=0.13S Ia=0.16S Ia=0.2S R2 51.9 50.1 50.3 54.8 Đỉnh 28.8 29.9 29.7 27.0 L-ợng 35.1 35.3 35.2 34.3 ChØ tiªu(%) Q Q 2100.0 1500 1800.0 1200 1500.0 Thuc 1200.0 Thuc 900 Du bao Du bao 900.0 600 600.0 300 300.0 0.0 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Hình Đ-ờng trình lũ ứng với Ia=0.13S Hình Đ-ờng trình lũ ứng với Ia=0.13S từ ngày 25/10/2002 đến ngày 27/10/2002 từ ngày 11/11/2001 ®Õn ngµy 13/11/2001 * TrËn lị tõ ngµy 11/11/2001 ®Õn ngày 13/11/2001: Bảng Kết trận lũ từ ngày 11/11/2001 đến ngày 13/11/2001 Ph-ơng án Ia=0.1S Ia=0.13S Ia=0.16S Ia=0.2S R2 96.6 97.2 97.6 97.8 §Ønh 11.2 8.9 6.4 2.8 L-ợng 12.6 11.7 10.9 10.0 Chỉ tiêu(%) 53 * Trận lũ từ ngày 14/10/2003 đến ngày 16/10/2003: Bảng Kết trận lũ từ ngày 14/10/2003 đến ngày 16/10/2003 Ph-ơng ¸n Ia=0.1S Ia=0.13S Ia=0.16S Ia=0.2S R2 95.6 94.2 93.9 95.6 §Ønh 14.5 11.8 8.6 6.9 L-ỵng 1.7 6.9 10.0 9.6 ChØ tiªu(%) Q Q 3000 2700 3500 3000 2400 2500 2100 1800 Thuc 1500 Thuc Du bao 2000 Du bao 1200 1500 900 1000 600 500 300 0 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Hình Đ-ờng trình lũ ứng với Ia=0.13S Hình Đ-ờng trình lũ ứng với Ia=0.13S từ ngày 14/10/2003 đến ngày 16/10/2003 từ ngày 16/10/2003 đến ngày 18/10/2003 * Trận lũ từ ngày 16/10/2003 đến ngày 18/10/2003: Bảng Kết trận lũ từ ngày 16/10/2003 đến ngày 18/10/2003 Ph-ơng án Ia=0.1S Ia=0.13S Ia=0.16S Ia=0.2S R2 72.9 63.0 61.2 63.3 §Ønh 1.7 1.7 4.2 4.3 L-ợng 11.8 15.4 16.7 18.8 Chỉ tiêu(%) 54 * Trận lũ từ ngày 23/11/2003 đến ngày 26/11/2003: Bảng Kết trận lũ từ ngày 23/11/2003 đến ngày 26/11/2003 Ph-ơng án Ia=0.1S Ia=0.13S Ia=0.16S Ia=0.2S R2 71.3 70.1 70.5 65.8 Đỉnh 2.3 3.6 4.3 5.7 L-ợng 21.8 26.4 30.9 40.7 ChØ tiªu(%) Q 1800 1500 1200 Thuc Du bao 900 600 300 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t H×nh Đ-ờng trình lũ ứng với Ia=0.13S từ ngày 23/11/2003 ®Õn ngµy 26/11/2003 55 ... bình phần tử 32 Hình 3.1 Bản đồ độ dốc l-u vực sông Vệ - trạm An Chỉ 33 Hình 3.2 Sơ đồ khu vực đoạn sông l-u vực sông Vệ - trạm An Chỉ 34 Hình 3.3 Sơ đồ l-ới phần tử l-u vực sông Vệ - trạm An Chỉ. .. Hiệu chỉnh công thức tính m-a hiệu dụng ph-ơng pháp SCS từ việc mô 15 trận lũ Và việc hiêụ chỉnh đà đ-a ? ?-? ??c công thức: Ia = 0.13S cho l-u vực áp dụng l-u vực sông V? ?- trạm An Chỉ Để tính m-a hiệu. .. ph-ơng pháp phần tử hữu hạn mô trình lũ l-u vực sông Vệ trạm An Chỉ" đà ? ?-? ??c chọn Ch-ơng Tổng quan mô hình m-a - dòng chảy ph-ơng pháp tính thấm 1.1 Khái niệm mô hình toán thủy văn Mô hình hệ