Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MIKE SHE VÀ YÊU CẦU SỐ LIỆU SỬ DỤNG 24

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MIKE SHE VÀ YÊU CẦU SỐ LIỆU SỬ DỤNG 24

Tải bản đầy đủ - 0trang

iv



3.3 Ứng dụng mơ hình mike she mơ phỏng q trình mưa – dòng chảy trên lưu

vực sơng la......................................................................................................... 53

3.4 Đánh giá cân bằng nước cho lưu vực sông la ............................................. 57

3.5 Đánh giá sai số của mơ hình ....................................................................... 77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 81



v



THÔNG TIN LUẬN VĂN

Họ và tên học viên: Phạm Quang Khánh

Lớp: CH1T ; Khoá: 1

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Hoàng Anh Huy

Tên đề tài: Ứng dụng mơ hình MIKE SHE để đánh giá cân bằng nước tự

nhiên trên Lưu vực sơng La.

Tóm tắt:

Để giải quyết bài toán cân bằng nước lưu vực hiện nay có một số mơ hình

sử dụng phổ biến ở Việt Nam và thế giới như: mơ hình IQQM, MIKE BASIN,

WEAP, MIKE SHE… Trong đó, MIKE SHE là mơ hình thuỷ văn phân bố do

Viện Thủy lực Đan Mạch nghiên cứu xây dựng.

Sông La là một nhánh lớn của sông Cả. Lưu vự sơng La đóng vai trò quan

trọng đối với phát triển KTXH, an ninh - quốc phòng của tỉnh Hà Tĩnh. Tuy

nhiên, tài nguyên nước trên lưu vực phân bố không đều; mùa lũ chiếm trên

75% tổng lượng nước cả năm, thường xảy ra ngập lụt, lũ quét, sạt lở đất ; trong

khi đó mùa cạn chỉ chiếm khoảng 25% tổng lượng nước cả năm, thường xảy

ra hạn hán, thiếu nước.

Đã có một số cơng trình nghiên cứu của, Viện Qui hoạch thủy lợi, Viện

Khoa học KTTV BĐKH, Trường Đại học Thủy lợi, Trường Đại học Khoa

học Tự nhiên, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội về cân bằng

nước tự nhiên, cân bằng nước hệ thống các lưu vực sông trên phạm vi cả nước.

Tuy nhiên, với đề tài “Ứng dụng mơ hình MIKE SHE để đánh giá cân bằng

nước tự nhiên trên Lưu vực sông La“, học viên muốn tìm hiểu và ứng dụng mơ

hình MIKE SHE để tính tốn cân bằng nước tự nhiên cho lưu vực sông La



vi



DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Các thơng số chính cho mơ hình MIKE SHE ............................................. 38

Bảng 3.1 Phân loại đất trên lưu vực sông La theo thành phần cơ giới ....................... 47

Bảng 3.2. Lịch thời vụ trên lưu vực sông La .............................................................. 50

Bảng 3.3 Các chỉ số đánh giá kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mô hình ....................... 56

Bảng 3.4 Các chỉ số đánh giá kết qu PGS.TS. Hồng Anh Huy ả mơ phỏng theo mùa57

Bảng 3.5. Thống kê các yếu tố cân bằng nước trên tồn lưu vực sơng La ................. 65

Bảng 3.6 Thống kê các loại tổ hợp thổ nhưỡng – địa hình trên lưu vực sông La ....... 71

Bảng 3.7 Sai số thành phần trên lưu vực (đơn vị: mm) .............................................. 78

Bảng 3.8 So sánh sai số của số lần lặp giới hạn khác nhau tới kết quả mơ hình ........ 78



vii



DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Hệ thống mạng lưới sơng LVS Cả ...................................................... 9

Hình 1.2: Mạng lưới sơng LVS La ................................................................... 11

Hình 1.3 Bản đồ mạng lưới thủy văn lưu vực sông La ..................................... 12

Hình 1.4. Sơ đồ tính tốn cân bằng nước bằng mơ hình MIKE SHE ............... 23

Hình 2.1. Sơ đồ ba chiều mơ tả các q trình thủy văn được mơ phỏng bằng

MIKE SHE ........................................................................................................ 26

Hình 3.1 Sơ đồ tính tốn và các mơ đun được sử dụng trong nghiên cứu ........ 41

Hình 3.2 Sơ đồ phân phối mưa trên lưu vực theo phương pháp đa giác Thiessen .. 43

Hình 3.3 Địa hình và đường bao giới hạn lưu vực nghiên cứu ......................... 44

Hình 3.4 Sơ đồ mạng lưới sơng được sử dụng trong mơ hình .......................... 45

Hình 3.5 Bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sơng La .................................................. 46

Hình 3.6 Sơ đồ phân loại đất theo thành phần cơ giới – USDA ....................... 48

Hình 3.7 Bản đồ phân loại đất theo USDA cho lưu vực sơng La ..................... 49

Hình 3.8. Bản đồ phân vùng sử dụng đất theo khả năng trữ nước tỉnh Hà Tĩnh51

Hình 3.9. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2009 trên lưu vực sông La ....... 52

Hình 3.10 Sơ đồ phân bố hệ số nhám Manning’s M trên bề mặt lưu vực ........ 52

Hình 3.11 Đường hiệu chỉnh q trình lưu lượng tính tốn và thực đo trạm

Sơn Diệm (01/01/2002 – 31/12/2004) ........................................................................54



Hình 3.12 Đường hiệu chỉnh q trình lưu lượng tính tốn và thực đo trạm trạm

Hòa Duyệt (01/01/2002 – 31/12/2004) ............................................................. 54

Hình 3.13 Đường kiểm định q trình lưu lượng tính tốn và thực đo trạm Sơn

Diệm và trạm Hòa Duyệt (01/01/2007 – 31/12/2008) ...................................... 55

Hình 3.14 Biểu đồ các thành phần cân bằng nước qua các năm trên LVS La . 58

Hình 3.15 Biểu đồ các thành phần cân bằng nước trung bình năm trên LVS La .... 59

Hình 3.16. Sơ đồ thể hiện tỷ lệ đóng góp trong cân bằng nước trên lưu vực

sơng La .............................................................................................................. 59



viii



Hình 3.17 Sơ đồ phân chia các tiểu lưu vực trên sông La ................................ 60

Hình 3.18 Biểu đồ các thành phần cân bằng nước qua các năm trên tiểu lưu

vực 1 .......................................................................................................... 61

Hình 3.19. Biểu đồ các thành phần cân bằng nước trung bình năm trên tiểu lưu

vực 1 .................................................................................................................. 61

Hình 3.20 Biểu đồ các thành phần cân bằng nước qua các năm trên tiểu lưu

vực 2 .......................................................................................................... 62

Hình 3.21 Biểu đồ các thành phần cân bằng nước trung bình năm trên tiểu lưu

vực 2 .................................................................................................................. 63

Hình 3.22 Biểu đồ các thành phần cân bằng nước qua các năm trên tiểu lưu

vực 3 .......................................................................................................... 64

Hình 3.23 Biểu đồ các thành phần cân bằng nước trung bình năm trên tiểu lưu

vực 3 .................................................................................................................. 64

Hình 3.24 Sự thay đổi lượng ẩm trong tầng rễ tại vị trí trạm Sơn Diệm .......... 66

Hình 3.25 Sự thay đổi lượng ẩm trong tầng rễ tại vị trí trạm Hòa Duyệt ......... 66

Hình 3.26 Sự thay đổi lượng ẩm trong tầng rễ tại vị trí trạm Hương Khê ....... 66

Hình 3.27 Sự thay đổi lượng ẩm trong tầng rễ tại vị trí trạm Linh Cảm .......... 67

Hình 3.28 Sơ đồ phân bố ẩm tầng khơng bão hòa trong mùa khơ tháng 06/2006

(a) và tháng 07/2007 (b) .................................................................................... 68

Hình 3.29 Sơ đồ phân bố ẩm tầng khơng bão hòa thời điểm trước và sau lũ năm

2002 (a - 17/09/2002; b - 27/09/2002) .............................................................. 69

Hình 3.30 Sơ đồ phân bố ẩm tầng khơng bão hòa thời điểm trước và sau lũ năm

2007 (a - 02/08/2007; b - 12/08/2007) .............................................................. 70

Hình 3.31 Sự thay đổi lượng ẩm trong tầng rễ ứng với tổ hợp C-I .................. 72

Hình 3.32 Sự thay đổi lượng ẩm trong tầng rễ ứng với tổ hợp C-II ................. 72

Hình 3.33 Sự thay đổi lượng ẩm trong tầng rễ ứng với tổ hợp CL-I ................ 73

Hình 3.34 Sự thay đổi lượng ẩm trong tầng rễ ứng với tổ hợp CL-II............... 73

Hình 3.35 Sự thay đổi lượng ẩm trong tầng rễ ứng với tổ hợp CL-III ............. 74



ix



Hình 3.36 Sự thay đổi lượng ẩm trong tầng rễ ứng với tổ hợp L-I................... 74

Hình 3.37 Sự thay đổi lượng ẩm trong tầng rễ ứng với tổ hợp SCL-I.............. 75

Hình 3.38 Sự thay đổi lượng ẩm trong tầng rễ ứng với tổ hợp SCL-II ............ 75

Hình 3.39. Sự thay đổi lượng ẩm trong tầng rễ ứng với tổ hợp SCL-III .......... 76

Hình 3.40 Sự thay đổi lượng ẩm trong tầng rễ ứng với tổ hợp L-I................... 76

Hình 3.41 Kết quả mơ phỏng lưu lượng thử nghiệm chưa qua hiệu chỉnh trạm

Sơn Diệm và Hòa Duyệt (01/01/2000 – 31/12/2008) ...................................... 79



x



DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT



STT



Dịch nghĩa



Chữ viết tắt



1



AMC



Độ ẩm kỳ trước của lưu vực



2



AROOT



Độ sâu rễ



3



DEM - 30



Bản đồ độ cao số độ phân giải 30x30 m



4



E+max



Sai số mô phỏng vượt lớn nhất



5



E-max



Sai số mơ phỏng hụt lớn nhất



6



ET



Bốc thốt hơi nước

Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc -



7



FAO



Food and Agriculture Organization of the United

Nations



8



GRDP



Tăng trưởng tổng sản phẩm trên địa bàn



9



KTTV



Khí tượng thủy văn



10



LAI



Chỉ số diện tích lá



11



LVS



Lưu vực sơng



12



MAE



Sai số tuyệt đối trung bình



13



ME



Sai số trung bình



14



NN&PTNT



Nơng nghiệp và phát triển nông thôn



15



NTTS



Nuôi trổng thủy sản



16



PCG



Phương pháp liên hợp có điều kiện trước



17



RMSE



Sai số quân phương



18



SCS



19



TNMT



20



USDA



Cơ quan Bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ - Soil

Conservation Service

Tài nguyên môi trường

Cơ quan Nông nghiệp Hoa Kỳ - United States

Department of Agriculture



1



MỞ ĐẦU

Nước là tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá, cần thiết cho mọi hoạt động

sống. Cùng với sự phát triển nhanh chóng về kinh tế - xã hội, nhu cầu dùng nước

cũng ngày càng tăng trong khi nguồn nước đến có hạn, đòi hỏi chúng ta sử dụng

nguồn nước hợp lý và có hiệu quả. Trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nước cho

lưu vực, vấn đề đánh giá, tính tốn cân bằng nguồn nước là một trong những chủ đề

được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới cũng như ở Việt Nam quan tâm.

Trong những năm qua, các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội trên các lưu

vực sông ở nước ta diễn ra ngày càng mạnh mẽ; khiến cho nhu cầu sử dụng nước

ngày càng tăng. Trong khi nguồn tài nguyên nước nói chung, nước mặt nói riêng

ngày càng trở nên khan hiếm do tác động của biến đổi khí hậu, nước biển dâng và

nguy cơ ơ nhiễm, suy thối nguồn nước. Việc nghiên cứu tính tốn cân bằng nước tự

nhiên và cân bằng nước hệ thống các lưu vực giúp các nhà kỹ thuật, các nhà quản lý

nắm được tiềm năng, diễn biến tài nguyên nước, từ đó xây dựng các qui hoạch phát

triển kinh tế - xã hội và quản lý tổng hợp tài nguyên nước.

Để giải quyết bài toán cân bằng nước lưu vực hiện nay có một số mơ hình sử

dụng phổ biến ở Việt Nam và thế giới như: mơ hình IQQM, MIKE BASIN, WEAP,

MIKE SHE… Trong đó, MIKE SHE là mơ hình thuỷ văn phân bố do Viện Thủy lực

Đan Mạch nghiên cứu xây dựng.

Sông La là một nhánh lớn của sơng Cả. Lưu vự sơng La đóng vai trò quan

trọng đối với phát triển KTXH, an ninh - quốc phòng của tỉnh Hà Tĩnh. Tuy nhiên,

tài nguyên nước trên lưu vực phân bố không đều; mùa lũ chiếm trên 75% tổng lượng

nước cả năm, thường xảy ra ngập lụt, lũ quét, sạt lở đất ; trong khi đó mùa cạn chỉ

chiếm khoảng 25% tổng lượng nước cả năm, thường xảy ra hạn hán, thiếu nước.

Đã có một số cơng trình nghiên cứu của, Viện Qui hoạch thủy lợi, Viện Khoa

học KTTV BĐKH, Trường Đại học Thủy lợi, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên,

Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội về cân bằng nước tự nhiên, cân

bằng nước hệ thống các lưu vực sông trên phạm vi cả nước. Tuy nhiên, với đề tài

“Ứng dụng mơ hình MIKE SHE để đánh giá cân bằng nước tự nhiên trên Lưu vực



2



sông La“, học viên muốn tìm hiểu và ứng dụng mơ hình MIKE SHE để tính tốn cân

bằng nước tự nhiên cho lưu vực sơng La

Phạm vi nghiên cứu của luận văn giới hạn trên dòng chính của lưu vực Sơng

La, cụ thể là tồn bộ lưu vực sông Ngàn Phố.

Để thực hiện các mục tiêu nghiên cứu đề ra, luận văn đã tiến hành thực hiện

các nội dung nghiên cứu sau:

1) Tổng quan nghiên cứu về mơ phỏng dòng chảy mặt và điều kiện tự nhiên, tình

hình phát triển KTXH của vùng nghiên cứu.

2) Thiết lập mơ hình MIKE SHE cho dòng chính lưu vực sông La và khai thác

khả năng áp dụng mô hình để mơ phỏng dòng chảy lưu vực.

3) Tính tốn cân bằng nước tự nhiên trên lưu vực sông La.

Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng chính mà luận văn sử dụng là:

1) Phương pháp thống kê để thu thập, tổng hợp, sử lý các số liệu tạo tệp đầu vào

cho mơ hình MIKE SHE.

2) Phương pháp mơ hình tốn ứng dụng mơ hình MIKE SHE để tính tốn dòng

chảy mặt, sát mặt, ngầm từ mưa ; từ đó tính tốn cân bằng nước cho lưu vực sơng La.

3) Kỹ thuật GIS thể hiện các bản đồ phục vụ phân tích số liệu đầu vào và đầu ra

mơ hình MIKE SHE.

Bó cục luận văn gồm 3 chương cụ thể như sau:

Chương 1. Tổng quan nghiên cứu và giới thiệu lưu vực sông La: giới thiệu các

nghiên cứu về mơ phỏng dòng chảy trong và ngồi nước; các phương pháp tính thấm

và giới thiệu về điều kiện tự nhiên, tình hình phát triển KTXH của vùng nghiên cứu;

Chương 2. Cơ sở lý thuyết mơ hình MIKE SHE và u cầu số liệu sử dụng:

giới thiệu chung về mơ hình MIKE SHE, các cơ sở lý thuyết toán học của mơ hình và

các u cầu đầu vào của mơ hình.

Chương 3. Ứng dụng mơ hình MIKE SHE để đánh giá cân bằng nước tự nhiên

trên Lưu vực sông La



3



CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI THIỆU

LƢU VỰC SÔNG LA

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu

Khi đánh giá nguồn nước của một khu vực, vùng lãnh thổ hay một quốc gia,

sơng ngòi là đối tượng được chú ý nhiều nhất vì vị trí quan trọng của nó. Một vùng

đất khơng có hoặc có rất ít dòng chảy sơng ngòi thường là vùng đất kém phát triển ở

tất cả các phương diện. Dòng chảy sơng ngòi là yếu tố chính trong phương trình

cân bằng nước của một lưu vực sơng vì nó bao hàm các đặc điểm của lượng mưa

rơi trên khu vực, khả năng tập trung, tích tụ và vận chuyển nước ở trên mặt, dưới

lòng đất và trao đổi với biển. Hệ thống sông phải bao gồm tất cả các sông, suối,

ao hồ, đầm lầy, đồng trũng và cửa ra của lưu vực. Dòng chảy của sơng càng

phong phú về nguồn nước thì càng chứng tỏ sự phát triển về mặt tự nhiên và

nhân tạo ở nơi chúng chảy qua.

Hầu hết các con sông đều cong, uốn lượn, không cân đối về mặt cắt ngang ở

hai bên bờ và thay đổi bề rộng sơng dọc theo chiều dòng chảy. Sự thay đổi hình thể

sơng rạch và dòng chảy thường xảy ra liên tục trong suốt quá trình lịch sử tiến triển

của tự nhiên. Tiến trình thay đổi này thường diễn ra từ từ, rất chậm so với với thời

gian của đời người. Tuy nhiên, khi con người áp đặt các cơng trình trên hệ thống

sơng thì sự thay đổi trực tiếp và gián tiếp dòng chảy và q trình biến hình lòng dẫn,

do xói lở hay bồi lắng hoặc đổi dòng, sẽ xảy ra rất nhanh, có thể là tức thời hoặc chỉ

trong một thời gian ngắn. Trong khi đó, các thay đổi khác về chất lượng nước, đa

dạng sinh học, hình dạng dòng sơng... cả về phía thượng lưu và hạ lưu có thể diễn ra

trong một thời gian dài hơn.

1.1.1 Trên thế giới

Từ những năm đầu của thập kỷ 60 thế kỷ 20 đã diễn ra sự phát triển sâu rộng

việc mơ hình hóa dòng chảy sơng ngòi. Vấn đề mơ hình hóa dòng chảy được thảo

luận trên nhiều hội nghị Quốc tế, lượng mơ hình hố dòng chảy đã tăng lên khơng

ngừng. Các mơ hình tốn thuỷ văn đã được nhanh chóng ứng dụng trong cơng tác

quy hoạch và quản lý nguồn nước cũng như trong thiết kế cơng trình thuỷ lợi. Các

mơ hình tốn thuỷ văn khơng những giúp ta phân tích sâu hơn bản chất hiện tượng



4



thuỷ văn mà còn làm tăng tính hiệu quả và độ tin cậy trong quá trình quy hoạch, thiết

kế và quản lý hệ thống nguồn nước. Trong những năm gần đây các mơ hình tốn thuỷ

văn phát triển rất mạnh và đã được ứng dụng rộng rãi trong quy hoạch và thiết kế các

cơng trình thuỷ lợi.

Mơ phỏng hệ thống là phương thức mô tả một hệ thống bằng một hệ thống

không thực do người nghiên cứu tạo ra. Trên hệ thống nhân tạo, các quá trình vật lý

của mơ hình thực được mơ tả gần đúng hoặc tương tự. Các quy luật vật lý của hệ

thống thực được suy ra từ những kết quả nghiên cứu trên hệ thống do người nghiên

cứu tạo ra. Có nhiều cách mơ phỏng, bao gồm: mơ hình vật lý, mơ hình tốn

v..v...Chẳng hạn q trình tập trung nước trên lưu vực có thể mơ tả bằng mơ hình

tương tự điện. Các quy luật chuyển động nước trong lòng dẫn có thể mơ tả bằng các

mơ hình vật lý được xây dựng trong phòng thí nghiệm theo các tiêu chuẩn tương tự.

Khi nghiên cứu các hệ thống kỹ thuật và hệ nguồn nước người ta sử dụng mơ phỏng

tốn học. Mơ phỏng toán học là sự biểu đạt các quy luật vật lý và quá trình hoạt động

của hệ thống bằng các biểu thức toán học bao gồm các hàm số, các cơng thức tốn

học, các biểu thức logic, các bảng biểu và các biểu đồ.

Mơ hình thơng số phân bố thuộc nhóm mơ hình tất định. Mơ hình thơng số

phân phối lại được chia làm 3 loại: mơ hình sóng động học, mơ hình sóng động lực

và mơ hình sóng khuếch tán.

Khi sử dụng mơ hình thơng số phân bố thì dòng chảy được coi là hàm của cả

khơng gian và thời gian trên toàn hệ thống, tức là người ta xem xét diễn biến của các

q trình dòng chảy tại các vị trí khác nhau trong khơng gian. Trên cơ sở phân tích

các hiện tượng vật lý tạo nên quá trình hình thành dòng chảy để xây dựng những quy

luật tương ứng, được biểu diễn dưới dạng các phương trình, các biểu thức toán học

dựa trên 3 quy luật chung nhất của vật lý là:

- Bảo toàn vật chất (phương trình liên tục hay phương trình cân bằng nước);

- Bảo tồn năng lượng (phương trình cân bằng động lực hay phương trình

chuyển động thể hiện ngun lý Dalambera);

- Bảo tồn động lượng (phương trình động lượng).



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MIKE SHE VÀ YÊU CẦU SỐ LIỆU SỬ DỤNG 24

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×