Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
1 Tổng quan tình hình nghiên cứu

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu

Tải bản đầy đủ - 0trang

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 q 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 tốn học là sự biểu đạt các quy luật vật lý và quá trình hoạt động

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

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

không 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 q 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 tồn 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 nguyên lý Dalambera);

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



5



Trong trường hợp tổng qt, những cơng thức được biểu diễn dưới dạng các

phương trình vi phân đạo hàm riêng thì đặc trưng địa hình - thủy địa mạo lòng sơng

đóng vai trò các thơng số phương trình (các hằng số, hoặc trong trường hợp chung sẽ

biến đổi theo thời gian), q trình dòng chảy tại các nút vào hoặc nút ra của hệ thống

sông là điều kiện biên, còn trạng thái dòng chảy ban đầu gọi là những điều kiện ban

đầu. Hệ phương trình Saint -Venant được giải bằng phương pháp số là một điển hình

về cách tiếp cận này. Bởi vậy, mơ hình thơng số phân bố còn được gọi là mơ hình vật

lý - tốn hoặc còn gọi là mơ hình thủy lực.

Các mơ hình thơng số phân bố có thể được dùng để diễn tốn dòng chảy

trong hệ thống lòng dẫn, diễn tốn dòng chảy chậm như nước tưới được cấp qua một

hệ thống kênh hay hệ thống sơng. Q trình dòng chảy trong cả hai ứng dụng trên

biến đổi trong một không gian 3 chiều. Chẳng hạn vận tốc trong một con sông thay

đổi theo chiều dọc, theo chiều ngang của sông và cũng thay đổi theo chiều sâu từ mặt

thoáng tới đáy sơng. Tuy nhiên đối với nhiều mục đích tính tốn thực tế, sự thay đổi

theo khơng gian của vận tốc theo chiều ngang của lòng dẫn và theo chiều sâu có thể

được bỏ qua để cho q trình dòng chảy được xấp xỉ coi như biến đổi theo không

gian một chiều, dọc theo dòng chảy trong kênh sơng hay theo chiều dòng chảy. Hệ

phương trình Saint -Venant mơ tả dòng khơng ổn định một chiều trong lòng dẫn hở

có thể được áp dụng cho trường hợp này. Bằng việc sử dụng phương trình liên tục

dạng đầy đủ và loại trừ một số thành phần trong phương trình động lực ta sẽ có các

dạng mơ hình thơng số phân bố khác nhau. Các mơ hình sóng động học, sóng khuếch

tán, sóng động lực là những ví dụ điển hình về mơ hình diễn tốn dòng khơng ổn

định phân bố, một chiều này.

Trên thế giới, cơng trình đầu tiên nghiên cứu về đặc trưng thấm của đất là của

nhà bác học Darcy vào năm 1856, ông đã đưa ra Định luật Darcy để tính lượng nước

thấm vào đất. Sau này có rất nhiều mơ hình thấm nước của đất đã được phát triển dựa

vào việc đơn giản hóa q trình vật lý và mơ hình kinh nghiệm. Đáng chú ý là mơ

hình thấm của Green – Ampt (1911), Horton (1933), Philip (1957), Smith (1972) và

Smith and Parlange (1978). Mơ hình Green - Ampt được xây dựng dựa trên cơ sở của

định luật Darcy. Horton (1933) (Surendra Kumar Mishra and Vijay P.Singh, 2003)



6



lại dựa vào tốc độ thấm khởi đầu, ổn định xây dựng mơ hình thấm. Philip (1957) lại

sử dụng tỉ lệ hút nước và tốc độ thấm nước ổn định rồi thiết lập mơ hình thấm nước.

Smith (1972) thì xây dựng cơng thức tính tốc độ thấm và được cải tiến cùng với

Parlange (1978). Ngồi ra còn các mơ hình thấm nước được các tác giả và tổ chức

khác xây dựng như Zhao (1981), HEC (1981), Simgh and Yu (1990), Mishra and

Singh (2002).

Những mơ hình thấm và khả năng trữ nước đã đạt được những thành công khá

lớn và đã đặt tiền đề vững chắc cho các nghiên cứu các lĩnh vực khác nhau như khí

tượng, thủy văn, nơng nghiệp, rừng,... Trong đó những cơng trình nghiên cứu về độ

ẩm đất phục vụ khí tượng thủy văn đã có từ rất sớm như nghiên cứu của T.C.Yeh,

R.T.Wetherald and S.Manabe (1983) về tác động của độ ẩm đất đến biến đổi khí

tượng thủy văn khu vực. Tác giả đã miêu tả hàng loạt các mô phỏng kinh nghiệm cho

3 khu vực vĩ độ khác nhau 30oN-60oN, 0-30oN, và 15oS-15oN để cho thấy sự biến

đổi của chu trình thủy văn trong nhưng khu vực này. Năm 1988, Thomas L,

Delwworth and Syukuro Manabe lại có nghiên cứu về ảnh hưởng của bốc hơi tiềm

năng đến biến đổi khí tượng và độ ẩm đất.

Năm 1994 Alan Robock, Vinnikov và Adam Schlosser sử dụng độ ẩm đất

trung độ và dữ liệu khí tượng quan trăc để mơ phỏng độ ẩm đất với mơ hình

Biosphere và Bucket. Sau đó G.Srinivasan, Alan Robock và nnk (2000) đã mơ phỏng

độ ẩm đất dựa trên mơ hình so sánh khí quyển (AMIP). Tác giả đã mơ phỏng và so

sánh độ ẩm đất tính tốn với độ ẩm đất thực tế của các khu vực trên thế giới.. Năm

2001, Zaitao Pan, Raymond .Wrritt và nnk đã mô phỏng và dự báo độ đẩm đất dựa

trên mơ hình khí hậu khu vực.

Năm 2002 V.A. Bell, E.M. Blyth and R.J. Moore đã sử dụng độ ẩm đất để dự

báo thủy văn. Trong nghiên cứu dữ liệu độ ẩm đất được xác định từ mơ hình khí

tượng và sau đó được đưa vào mơ hình thủy văn để hiệu chỉnh kiểm định cho khu

vực lưu vực sông Thames. Kết quả độ ẩm đất phù hợp với mơ hình tạo kết quả tính

tốn tương đối chính xác cho mơ hình thủy văn. Trên cơ sở nghiên cứu đó cho thấy

dóng chảy bề mặt khá nhạy cảm với các tính chất của đất thương lưu hay là độ ẩm

đất, cũng như các thông số trong mơ hình mưa rào dòng chảy.



7



Nhiều cơng trình nghiên cứu khác về mô phỏng độ ẩm đất như Masimiliano

Zappa và Joachim Gurtz (2003) đã mô phỏng độ ẩm đất và bốc thoát hơi trong năm

1999 cho Riviera Campaign. Haibin Li, Alan Robock, Suxia Liu, Xingguo Mo và

Pedro Viterbo (2004) đã ước tính mơ phỏng lại độ ẩm đất để cập nhật lại dữ liệu quan

trắc độ ẩm đất cho Trung Quốc. Sau đó Cheng Hsuan Lu và nhóm nghiên cứu (2005)

cũng được tính độ đẩm đất trong phân tích tồn cầu NCEP-NCAR và NCEP-DOE.

Lei Meng và Steven M.Quiring (2008) đã so sánh giữa mơ hình độ ẩm đất sử dụng

mạng quan trắc phân tích khí hậu. Gần đây nhất là các cơng trình nghiên cứu của

V.Sipek và M.Tesar (2013) mơ phỏng độ ẩm đất dựa trên tiếp cận hai mô hình khác

nhau. Youlong Xia, Justin Sheffield và nnk (2014) đã nghiên cứu ước tính mơ phỏng

độ ẩm đất trong NLDAS -2

1.1.2 Trong nước

Thông thường khi nghiên cứu, đánh giá nguồn nước của một lưu vực sơng bất

kì, các nhà thủy văn học đã chỉ ra rằng mưa và mặt đệm là 2 nhân tố chủ đạo, có tác

động trực tiếp đến nguồn nước. Tuy nhiên các nghiên cứu trước đây đối với lưu vực

sơng Lam thì nhân tố mặt đệm được xem xét ở góc độ tổng hợp, đưa tất cả các yếu tố

của mặt đệm như đặc trưng lưu vực sông, điều kiện thảm phủ thực vật, sự phát triển

của kinh tế - xã hội... gộp chung vào 1 hệ số gọi là thông số tập chung. Điều này đã

phần nào hạn chế trong việc xem xét chi tiết đến q trình hình thành, phát triển và

suy giảm dòng chảy. Và cũng chính vì vậy phần nào chưa đánh giá được chính xác

nguồn nước trên lưu vực. Những nghiên cứu trong nước có thể kể đến như:

Áp dụng cơng nghệ tin học xây dựng ngân hàng dữ liệu các đặc trưng hình

thái lưu vực sơng do Hồng Minh Tuyển làm chủ nhiệm đã sử dụng thành công công

nghệ tin học đối với bài toán xây dựng dữ liệu về các đặc trưng lưu vực sông. Tuy

nhiên, trong đề tài này các đặc trưng lưu vực vẫn mang tính thời điểm, chưa đánh giá

được sự thay đổi cũng như tác động của chúng đến phát triển nguồn nước;

Nghiên cứu xây dựng khung hỗ trợ ra quyết định trong quản lý tài nguyên

nước lưu vực sông Cả năm 2007 đã xây dựng được bộ mơ hình tính tốn phục vụ

quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cả; đưa ra khung hỗ trợ ra quyết định cho lưu

vực sông Cả; bộ phần mềm bao gồm ngân hàng dữ liệu liên kết với các mơ hình tốn,



8



mơ đun phân tích trình diễn trên cơ sở GIS phục vụ cho việc quản lý tài nguyên nước

sông Cả, tập trung vào nguồn nước mặt về số lượng; các bản đồ cần thiết phục vụ cho

quản lý tài nguyên nước số hoá, được lưu trữ trong GIS. Các kết quả đạt được của đề

tài có được sự hỗ trợ của công nghệ GIS trong vấn đề lưu trữ và sử dụng. Tuy nhiên,

tài nguyên nước được quản lý chủ yếu là về lượng dòng chảy mặt với những số liệu

đo đạc thực tế, trong khi vấn đề cảnh báo xu thế thay đổi của dòng chảy mặt làm căn

cứ đưa ra các giải pháp phát triển bền vững thì chưa thực hiện được, và cũng như các

nghiên cứu trước đây, vấn đề tác động của đặc trưng lưu vực sông đến nguồn nước

cũng không được đề cập đến.

Nghiên cứu nhận dạng lũ lớn, phân vùng nguy cơ lũ lớn và xây dựng bản đồ

ngập lụt phục vụ cảnh báo lũ lớn lưu vực sông Lam do Trần Duy Kiều làm chủ

nhiệm đã hoàn thiện việc phân vùng nguy cơ lũ lớn và xây dựng bản đồ ngập lụt, kết

quả này cũng đã phần nào hỗ trợ đắc lực cho công tác dự báo và cảnh báo lũ.Tuy

nhiên, trong đề tài này vẫn chưa xem xét được sự thay đổi của một số hình thái lưu

vực đối với q trình biến đổi của dòng chảy.

Nghiên cứu xây dựng thang mức độ rủi ro do thiên tai lũ, ngập lụt hạ lưu lưu

vực sông Cả do Trần Duy Kiều làm chủ nhiệm đã xây dựng được thang mức độ rủi

ro thiên tai do lũ, đã xây dựng bản đồ cảnh báo mức độ rủi ro thiên tai cho hạ lưu

sông Cả theo một số trận lũ lớn điển hình. Tuy nhiên, sản phẩm đạt được của đề tài

được xây dựng dựa trên bản đồ nền hiện trạng của một năm đại biểu, cũng chưa xem

xét đến sự thay đổi của đặc trưng lưu vực theo thời gian và không gian.

1.2 Giới thiệu lƣu vực sông La

1.2.1 Lưu vực sơng Cả

Dòng chính sơng Cả bắt nguồn từ vùng núi Mường Khút, Mường Lập, cao

(1.8002.000) m trên lãnh thổ nước Lào. Ở đây, sông Cả do 2 sông Nậm Nơn và

Nậm Mộ hợp thành. Sau đó, sơng Cả chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam chảy

vào lãnh thổ Việt Nam tại Keng Du thuộc huyện Kỳ Sơn tỉnh Nghệ An, rồi chảy qua

các huyện Tương Dương, Con Cuông, Anh Sơn, Thanh Chương, Nam Đàn, Hưng

Nguyên, thành phố Vinh rồi đổ ra vịnh Bắc Bộ tại Cửa Hội. Dòng chính sơng Cả dài

531 km, trong đó có 361 km trong lãnh thổ nước ta.

Lưu vực sơng Cả có dạng thon dài với độ rộng trung bình khoảng 89 km, độ

cao trung bình 294 m, độ dốc trung bình 18,3% và mật độ lưới sơng 0,60 km/km2.



9



Diện tích lưu vực 27.200 km2, trong đó 9.470 km2 ở Lào. Sơng Cả có những nhánh

sơng chính như: Nậm Mơ (F=3.930 km2), Huổi Nguyên (F=800 km2), Khe Choang

(F=431 km2, sông Giăng (F=1.050 km2), Rào Cái (F=500 km2). Lưới sông phát triển

tương đối đều. Lưu vực sơng Cả thuộc lãnh thổ nước ta, tính đến nay đã xây dựng

660 hồ chứa loại vừa và nhỏ, 341 đập dâng, 556 trạm bơm, 2 hệ thống thuỷ nông lớn.



Nậm Mộ là một nhánh lớn của sông Cả, có diện tích lưu vực là 3930 km2

chiếm 14,5% diện tích lưu vực sơng Cả. Sơng Nậm Mộ dài 160 km, độ dốc

trung bình lòng sơng từ 0,33-0,35%. Sơng Nậm Mộ nhập vào sông Cả tại Cửa

Rào, Tương Dương.

Nậm Nơn là nhánh của sông Cả chảy dọc theo biên giới theo hướng Tây Đông.

Đoạn từ biên giới Việt Lào đến Cửa Bào, sông khá thẳng, chảy theo hướng Tây Bắc Đông Nam là chủ yếu, độ dốc đáy sông khoảng 3‰. Lòng sơng có nhiều thác ghềnh.

Tới gần Cửa Bào, thung lũng sơng mở rộng, nhiều bồn địa.



Hình 1.1: Hệ thống mạng lƣới sông LVS Cả



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×