Tài liệu đồ án tốt nghiệp_thủy tuyên 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ TẠI TRẠM CẨM THỦY TRÊN LƯU VỰC SÔNG Mà TỈNH THANH HÓA Hà Nội – 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN TRẦN ĐỖ THỦY TUYÊN ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ TẠI TRẠM CẨM THỦY TRÊN LƯU VỰC SÔNG Mà TỈNH THANH HÓA Chuyên ngành: Thủy văn Mã ngành: D440224 NGƯỜI HƯỚNG DẪN ThS. TRẦN VĂN TÌNH Hà Nội - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong đề tài tốt nghiệp là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì đề tài nghiên cứu nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong đề tài đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Sinh viên Trần Đỗ Thủy Tuyên LỜI CẢM ƠN Là sinh viên của Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, em thấy mình thật vinh dự và may mắn. Bởi vì, em được học tập, rèn luyện và nâng cao kiến thức chuyên môn để phục vụ ngành nghề, với sự chỉ bảo, giúp đỡ tận tình của các thầy cô. Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc nhất, tình cảm nhất tới các quý thầy cô. Em xin cảm ơn tới giáo viên trực tiếp hướng dẫn em thầy giáo ThS. Trần Văn Tình người đã định hướng cho em cách tiếp cận với bài toán và đã dành nhiều thời gian quý báu để đóng góp những ý kiến, nhận xét, kinh nghiệm để em có thể hoàn thành đồ án của mình. Em xin cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Khoa Khí tượng Thủy văn và Khoa Tài nguyên nước, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã không ngừng giúp đỡ em trong việc truyền thụ kiến thức mà còn cả trong việc rèn luyện con người trong những năm tháng học tập để em có được kết quả này. Em xin cảm ơn đến Trung tâm Tư liệu, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc Gia, Phòng Dự báo, Phòng Kỹ thuật, Phòng Tư liệu Đài Khí tượng Thủy văn Bắc Trung Bộ,... đã cung cấp nguồn tư liệu và những kinh nghiệm quý báu để giúp em hoàn thành đồ án. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn tới các bạn lớp ĐH2T luôn nhiệt tình trao đổi, đóng góp ý kiến cho em trong thời gian làm đồ án. Do kiến thức và thời gian còn nhiều hạn chế nên đồ án còn có nhiều thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý của các thầy cô giáo, các chuyên gia, cùng các bạn… Em xin chân thành cám ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 6 năm 2016 Sinh viên Trần Đỗ Thủy Tuyên MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU......................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................1 2. Mục tiêu của đề tài................................................................................................2 3. Phạm vi nghiên cứu...............................................................................................3 4. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................3 5. Bố cục của đề tài...................................................................................................3 CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ Xà HỘI LƯU VỰC SÔNG MÃ....................................................................................................................4 1.1. Địa lý tự nhiên....................................................................................................4 1.1.1. Vị trí tự nhiên..................................................................................................4 1.1.2. Địa hình...........................................................................................................5 1.1.3. Địa chất...........................................................................................................6 1.1.4. Thổ nhưỡng.....................................................................................................7 1.1.5. Thực vật...........................................................................................................8 1.1.6. Đặc điểm sông ngòi, lòng dẫn........................................................................9 1.2. Đặc điểm khí tượng thủy văn..........................................................................13 1.2.1. Điều kiện khí hậu..........................................................................................13 1.2.2. Đặc điểm mưa và các hình thế thời tiết gây mưa trên lưu vực sông Mã.....17 1.2.3. Đặc điểm thủy văn........................................................................................22 1.2.4. Mạng lưới trạm khí tượng – thủy văn...........................................................25 1.2.5. Đặc điểm kinh tế - xã hội..............................................................................26 CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ TẠI TRẠM CẨM THỦY TRÊN LƯU VỰC SÔNG MÃ................................................30 2.1. Tìm hiểu về dự báo thủy văn...........................................................................30 2.1.1. Khái niệm về dự báo thủy văn......................................................................30 2.1.2. Các khái niệm cơ bản và nguyên tắc chung về xây dựng phương án dự báo thủy văn...................................................................................................................31 2.1.3. Đánh giá sai số dự báo yếu tố.......................................................................33 2.1.4. Đánh giá phương án dự báo..........................................................................37 2.2. Các phương pháp dự báo thường dùng ở việt nam.........................................38 2.2.1. Phương pháp xu thế......................................................................................38 2.2.2. Phương pháp tương quan mực nước, lưu lượng tương ứng.........................39 2.2.3. Phương pháp lượng trữ: đoạn sông đặc trưng, Muskingum........................39 2.2.4. Phương pháp phân tích thống kê..................................................................40 2.2.5. Phương pháp sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo: BPNN, GA, Fuzzy logic......40 2.2.6. Phương pháp sử dụng mô hình thủy văn, thủy lực......................................41 2.3. Nghiên cứu các mô hình toán sử dụng trong đồ án.........................................41 2.3.1. Giới thiệu mô hình HEC – HMS..................................................................41 2.3.2. Giới thiệu mô hình MIKE – NAM...............................................................58 CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY VĂN DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ TẠI TRẠM CẨM THỦY TRÊN LƯU VỰC SÔNG MÃ........................................65 3.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu....................................................................................65 3.1.1. Phạm vi mạng sông tính toán.......................................................................65 3.1.2. Tài liệu địa hình............................................................................................65 3.1.3. Tài liệu khí tượng – thủy văn........................................................................66 3.2. Xác định mạng lưới sông và lưu vực bộ phận tính đến trạm Cẩm Thủy........66 3.3. Xác định trọng số của các trạm mưa ứng với từng lưu vực bộ phận..............69 3.4. Chuẩn bị số liệu cho mô hình..........................................................................71 3.4.1. Lựa chọn trận lũ hiệu chỉnh và kiểm định....................................................71 3.4.2. Lựa chọn số liệu đưa vào mô hình HEC – HMS.........................................72 3.4.3. Lựa chọn số liệu đưa vào mô hình MIKE – NAM.......................................73 3.5. Hiệu chỉnh và kiểm định xác định bộ thông số phù hợp.................................73 3.6. Thiết lập mô hình HEC - HMS........................................................................75 3.6.1. Chạy mô hình................................................................................................75 3.6.2. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định..................................................................83 3.6.3. Đánh giá kết quả chạy mô hình HEC - HMS dự báo lũ đến trạm Cẩm Thủy trên sông Mã............................................................................................................87 3.7. Thiết lập mô hình MIKE – NAM....................................................................87 3.7.1. Chạy mô hình................................................................................................87 3.7.2. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định..................................................................93 3.8. Dự báo thử nghiệm dòng chảy lũ đến trạm Cẩm Thủy...................................97 3.8.1. Xây dựng phương án và lựa chọn trận lũ dự báo.........................................97 3.8.2. Kết quả dự báo đến trạm Cẩm Thủy.............................................................97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................................99 1. Kết luận...............................................................................................................99 2. Kiến nghị...........................................................................................................100 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt ATNĐ HTNĐ KKL RT SE XT Chú thích Áp thấp nhiệt đới Dải hội tụ nhiệt đới Không khí lạnh Rãnh thấp Gió đông nam dày và mạnh Xoáy thuận trên cao DANH MỤC BẢNG BIỂU BẢNG 1.1. ĐẶC TRƯNG HÌNH THÁI SÔNG NGÒI MỘT SỐ NHÁNH LỚN THUỘC HỆ THỐNG SÔNG Mà (THUỘC LÃNH THỔ VIỆT NAM) [12]..........10 BẢNG 1.2. ĐẶC TRƯNG NHIỆT ĐỘ THÁNG, NĂM TRUNG BÌNH NHIỀU NĂM [2], [3]...............................................................................................................14 BẢNG 1.3. ĐẶC TRƯNG ĐỘ ẨM TRUNG BÌNH NHIỀU NĂM (%) [2], [3].....15 BẢNG 1.4. CHỈ TIÊU KHÍ HÂÂU LƯU VỰC SÔNG Mà [10]...............................16 BẢNG 1.5. LƯỢNG MƯA TRUNG BÌNH THÁNG, NĂM TẠI MỘT SỐ TRẠM TRÊN SÔNG Mà [10]...............................................................................................16 BẢNG 1.6. PHÂN BỐ CÁC ĐỢT MƯA LỚN TRONG 5 NĂM TỪ 1997 ĐẾN 2001 [11].....................................................................................................................17 BẢNG 1.7. PHÂN BỐ CÁC ĐỢT MƯA LỚN THEO TỪNG THÁNG [11]..........17 BẢNG 1.8. PHÂN BỐ CÁC HÌNH THẾ THỜI TIẾT VÀ TỔ HỢP GÂY LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG Mà [11].......................................................................................18 BẢNG 1.9. TỔNG LƯỢNG MƯA MỘT SỐ ĐỢT MƯA LỚN CÁC HÌNH THẾ RT TẦNG THẤP HOẶC XT TRÊN CAO VÀ ĐỚI GIÓ SE [11]...........................19 BẢNG 1.10. DÒNG CHẢY NĂM TRUNG BÌNH NHIỀU NĂM Ở MỘT SỐ VỊ TRÍ [11]......................................................................................................................23 BẢNG 1.11. LƯỚI TRẠM THỦY VĂN TRÊN LƯU VỰC SÔNG MÃ, CHU [10] .....................................................................................................................................26 BẢNG 1.12. SỐ LƯỢNG CÔNG TRÌNH KHAI THÁC NƯỚC TRÊN CÁC SÔNG TRONG.......................................................................................................................28 TỈNH THANH HÓA – LƯU VỰC SÔNG Mà [8]..................................................28 BẢNG 2.1. CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỰ BÁO YẾU TỐ [9].........36 BẢNG 2.2. CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG ÁN DỰ BÁO [9]...........................38 BẢNG 3.1. CÁC MENU SỬ DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH PHÂN CHIA LƯU VỰC............................................................................................................................67 BẢNG 3.2. DANH SACH CAC LƯU VỰC BỘ PHẬN TREN LƯU VỰC SONG Mà TINH...................................................................................................................71 DẾN TRẠM CẨM THỦY.........................................................................................71 BẢNG 3.3. TRỌNG SỐ MƯA CỦA CAC TRẠM...................................................71 BẢNG 3.4. CÁC TRẬN LŨ SỬ DỤNG ĐỂ HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH TRÊN LƯU VỰC.......................................................................................................71 BẢNG 3.5. DANH SÁCH CÁC TRẠM TRÊN LƯU VỰC SÔNG Mà TÍNH ĐẾN TRẠM CẨM THỦY..................................................................................................72 BẢNG 3.6. DANH SÁCH CÁC TRẠM TRÊN LƯU VỰC SÔNG Mà TÍNH ĐẾN TRẠM CẨM THỦY..................................................................................................73 BẢNG 3.6. BỘ THÔNG SỐ MÔ HÌNH HEC – HMS HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH TÍNH ĐẾN TRẠM THỦY VĂN CẨM THỦY.............................................85 BẢNG 3.7. THỐNG KÊ CÁC THÔNG SỐ DIỄN TOÁN CỦA CÁC ĐOẠN SÔNG TÍNH ĐẾN TRẠM.........................................................................................85 CẨM THỦY...............................................................................................................85 BẢNG 3.8. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH TẠI...................................................................................................................86 TRẠM CẨM THỦY..................................................................................................86 BẢNG 3.9. CÁC CHUỐI SỐ LIỆU CẦN THIẾT LẬP TRONG MÔ HÌNH MIKENAM...........................................................................................................................88 BẢNG 3.10. BỘ THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH........................................................96 BẢNG 3.11. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH TẠI...................................................................................................................96 TRẠM CẨM THỦY..................................................................................................96 Bảng 3.12. Các chỉ tiêu đánh giá dự báo...................................................................98 DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH 1.1. LƯU VỰC SÔNG MÃ, PHẦN TRÊN LÃNH THỔ VIỆT NAM............4 HÌNH 1.2. BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH LƯU VỰC SÔNG MÃ...........................................6 HÌNH 1.3. BẢN ĐỒ ĐỊA CHẤT LƯU VỰC SÔNG MÃ..........................................7 HÌNH 1.4. SƠ ĐỒ MẠNG LƯỚI SÔNG SUỐI LƯU VỰC SÔNG MÃ.................11 HÌNH 2.1. CÁC BIẾN SỐ TRONG PHƯƠNG PHÁP THẤM GREEN-AMPT.....48 HÌNH 2.2. SƠ ĐỒ TÍNH THẤM THEO ĐỘ ẨM ĐẤT...........................................50 HÌNH 2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT NƯỚC NGẦM.........................................55 HÌNH 2.4. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC MÔ HÌNH NAM....................................................59 HÌNH 3.1. SƠ ĐỒ DIỄN TOÁN DÒNG CHẢY HỆ THỐNG SÔNG MÃ.............65 HÌNH 3.2. SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC LƯU VỰC BỘ PHẬN...........66 HÌNH 3.3. KẾT QUẢ PHÂN CHIA LƯU VỰC SÔNG Mà TÍNH ĐẾN TRẠM CẨM THỦY...............................................................................................................69 HÌNH 3.4. ĐA GIÁC THAISON TRÊN LƯU VỰC SÔNG Mà TÍNH ĐẾN TRẠM CẨM THỦY..................................................................................................70 HÌNH 3.5. SƠ ĐỒ QUÁ TRÌNH HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH......74 HÌNH 3.6. GIAO DIỆN HEC - HMS........................................................................75 HÌNH 3.7. KHỞI ĐỘNG PHẦN MỀM HEC - HMS...............................................76 HÌNH 3.8. TẠO FILE................................................................................................76 HÌNH 3.9. NHẬP TÊN LƯU VỰC...........................................................................77 HÌNH 3.10. CHỌN BIỂU TƯỢNG SUBBASIN CREATION TOOL.....................77 HÌNH 3.11. CHỌN BIỂU TƯỢNG JUNCTION CREATION TOOL.....................78 HÌNH 3.12. CHỌN BIỂU TƯỢNG REACH CREATION TOOL...........................78 HÌNH 3.13. NHẬP TÊN TRẠM MƯA.....................................................................79 HÌNH 3.14. NHẬP TÊN TRẠM ĐO LƯU LƯỢNG................................................79 HÌNH 3.15. NHẬP SỐ LIỆU MƯA..........................................................................80 HÌNH 3.16. NHẬP SỐ LIỆU LƯU LƯỢNG............................................................80 HÌNH 3.17. NHẬP TÊN CHO METEOROLOGIC-MODEL MANAGER.............81 HÌNH 3.18. NHẬP TÊN VÀ THỜI GIAN TRẬN LŨ.............................................81 HÌNH 3.19. NHẬP DỮ LIỆU CHO TIỂU LƯU VỰC.............................................82 HÌNH 3.20. CHẠY MÔ HÌNH..................................................................................83 HÌNH 3.21. BIỂU ĐỒ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THỰC ĐO LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY TẠI TRẠM CẨM THỦY VỚI TRẬN LŨ SỐ 1 (9/2005)...............84 HÌNH 3.22. BIỂU ĐỒ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THỰC ĐO LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY TẠI TRẠM CẨM THỦY VỚI TRẬN LŨ SỐ 2 (10/2007).............84 HÌNH 3.23. BIỂU ĐỒ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THỰC ĐO LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY TẠI TRẠM CẨM THỦY VỚI TRẬN LŨ SỐ 3 (9/2012)...............85 HÌNH 3.24. MỞ FILE TIME SERIES.......................................................................88 HÌNH 3.25. THÔNG TIN THIẾT LẬP FILE TIME SERIES..................................88 HÌNH 3.26. TẠO MÔ-ĐUN RR PARAMETERS....................................................89 HÌNH 3.27. THIẾT LẬP MODUN THỦY VĂN.....................................................89 HÌNH 3.28. CÁC THÔNG SỐ CẦN HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH...................90 HÌNH 3.29. LỰA CHỌN SỐ LIỆU ĐẦU VÀO CHO MÔ HÌNH...........................90 HÌNH 3.30. TẠO SIMULATION..............................................................................91 HÌNH 3.31. TẠO MÔ-ĐUN RAINFALL-RUNOFF................................................91 HÌNH 3.32. CHỌN ĐƯỜNG DẪN ĐẾN MÔ-ĐUN RR PARAMETERS..............92 HÌNH 3.33. THIẾT LẬP THỜI GIAN DIỄN TOÁN...............................................92 HINH 3.34. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THỰC ĐO LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY TẠI TRẠM CẨM THỦY VỚI TRẬN LŨ SỐ 1 (9/2005)........................................93 HINH 3.35. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THỰC ĐO LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY TẠI TRẠM CẨM THỦY VỚI TRẬN LŨ SỐ 2 (10/2007)......................................94 HINH 3.36. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THỰC ĐO LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY TẠI TRẠM CẨM THỦY VỚI TRẬN LŨ SỐ 3 (9/2012)........................................95 Hình 3.37. Kết quả so sánh đường quá trình thực đo và dự báo trận lũ....................97 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nước có vai trò vô cùng quan trọng đối với con người cũng như tất cả các sinh vật trên toàn Trái đất. Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá nhưng không phải là vô tận. Nước cần cho mọi sự sống và phát triển, nước vừa là môi trường vừa là đầu vào cho các quá trình sản xuất nông nghiệp và công nghiệp. Vì vậy, thiếu nước thì cả nền văn minh hiện nay không thể tồn tại được. Tại Hội nghị Thủy lợi toàn miền Bắc do Chính phủ tổ chức diễn ra vào ngày 17/9/1959, Hồ Chí Minh đã nói: “Việt Nam ta có hai tiếng Tổ Quốc, ta cũng gọi Tổ Quốc là đất nước. Có đất có nước mới thành Tổ Quốc. Có đất có nước thì dân giàu nước mạnh. Nước cũng có thể làm lợi nhưng cũng có thể làm hại, nhiều nước quá thì úng lụt, ít nước quá thì hạn hán. Nhiệm vụ của chúng ta là làm cho đất với nước điều hòa với nhau, để nâng cao đời sống nhân dân, xây dựng xã hội chủ nghĩa”. Tài nguyên nước là đặc biệt quan trọng nhưng cũng là hiểm họa hàng đầu nếu xảy ra những thiên tai liên quan đến dòng chảy. Để hoàn thành tốt nhiệm vụ như Bác Hồ nói chúng ta phải biết khai thác sử dụng hiệu quả nguồn nước và tìm cách hạn chế tác hại do nước gây ra. Muốn hạn chế được thiên tai do nước gây ra, điều cần thiết là phải biết trước được các hiện tượng đó để đưa ra phương hướng xử lý, khắc phục cho hợp lý và phù hợp. Đứng trước nhu cầu vô cùng cấp thiết đó, Dự báo thủy văn - một môn khoa học chuyên ngành, nghiên cứu về quy luật biến đổi, phát triển của các hiện tương thủy văn để xây dựng các phương án, phương pháp, mô hình, công nghệ tính trước trạng thái biến đổi các yếu tố thuỷ văn (lưu lượng, mực nước, mặn, thủy triều,…) trên các sông, suối, hồ chứa, đầm phà, cửa sông ven biển,... nhằm phục vụ cho việc phòng tránh thiên tai, khai thác, sử dụng tài nguyên nước, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội, quốc phòng đã ra đời. Lũ lụt là một trong những thiên tai liên quan đến dòng chảy gây nên thiệt hại vô cùng to lớn cả về con người và tài sản đồng thời gây ra tác động xấu tới môi trường tự nhiên. Bởi vậy, dự báo lũ là một vấn đề quan trọng và cấp thiết. Nếu dự báo lũ kịp thời và chính xác sẽ mang lại hiệu quả rõ rệt tới các ngành mà nó phục vụ cũng như giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra. 1 Nằm trong vùng ven biển phía bắc Bắc Trung Bộ, thời tiết khí hậu ở lưu vực miền Trung có nhiều nét tương đồng với miền Bắc, nhất là ở lưu vực sông Mã, nhưng đồng thời cũng có đặc điểm chung với các tỉnh ven biển Trung Trung Bộ. Những năm gần đây, do nhiều nguyên nhân, trong đó có sự “xuống cấp” của môi trường và cả xu thế biến đổi khí hậu đã xảy ra nhiều đợt thiên tai nghiêm trọng và đặc biệt nghiêm trọng ở khắp các tỉnh ven biển miền Trung, làm chết hàng trăm người và thiệt hại vật chất hàng ngàn tỷ đồng mỗi năm. Với đặc điểm địa hình của dải đất miền Trung nhiều đồi núi hệ thống sông dày đặc với các con sông ngắn, độ dốc lớn, khả năng tập trung lũ nhanh, đồng bằng ven biển hẹp, cửa sông biến đổi theo mùa, bị co hẹp ảnh hưởng đến khả năng thoát lũ… nên vào mùa mưa bão lưu vực sông Mã nói riêng và các hệ thống sông ở miền Trung nói chung thường xảy ra các trận lũ lớn. Ngoài trận lũ lịch sử vào năm 1998, 1999, một số trận lũ gần đây cũng xảy ra với mức độ tương đối lớn như trận lũ năn 2005, 2007, 2012 gây thiệt hại cho người và tài sản. Phòng tránh lũ lụt là các biện pháp được lựa chọn nhằm hạn chế lũ lụt hoặc những thiệt hại do lũ lụt gây ra. Trong đó quan trọng nhất vẫn là vấn đề cảnh báo, dự báo lũ từ xa nhằm tránh tổn thất to lớn do lũ gây nên. Nhận thức được tính cấp thiết và tầm quan trọng của việc dự báo, cảnh báo lũ, cho nên em đã nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng mô hình toán dự báo dòng chảy lũ tại trạm Cẩm Thủy trên lưu vực sông Mã tỉnh Thanh Hóa”. Kết quả nghiên cứu từ đề tài này sẽ là cơ sở cho việc nghiên cứu, dự báo dòng chảy lũ phục vụ công tác phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai cho một phần hệ thống sông Mã. 2. Mục tiêu của đề tài Thu thập các tài liệu về khí tượng, thủy văn, địa hình, đất đai, thổ nhưỡng, thảm thực vật, tài liệu dân sinh, kinh tế, văn hóa – xã hội của lưu vực sông Mã. Tìm hiểu các phương pháp dự báo thủy văn và các công cụ sử dụng để phục vụ cho bài toán dự báo dòng chảy lũ. Ứng dụng mô hình mô phỏng và dự báo lũ tại trạm Cẩm Thủy trên lưu vực sông Mã tỉnh Thanh Hóa. 3. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu: lưu vực sông Mã trên địa phận tỉnh Thanh Hóa tính đến trạm thủy văn Cẩm Thủy. 2 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích tổng hợp. - Phương pháp phân tích hệ thống, phân tích thống kê. - Phương pháp kế thừa nghiên cứu. - Phương pháp mô hình toán thuỷ văn và ứng dụng công nghệ hiện đại GIS. - Phương pháp chuyên gia. 5. Bố cục của đề tài Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, phụ lục, bố cục đề tài bao gồm 3 chương : - Chương I: Đặc điểm địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội lưu vực sông Mã. - Chương II: Nghiên cứu phương pháp dự báo dòng chảy lũ tại trạm Cẩm Thủy trên lưu vực sông Mã tỉnh Thanh Hóa - Chương III: Ứng dụng mô hình thủy văn dự báo dòng chảy lũ tại trạm Cẩm Thủy trên lưu vực sông Mã tỉnh Thanh Hóa. 3 CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ Xà HỘI LƯU VỰC SÔNG Mà 1.1. Địa lý tự nhiên 1.1.1. Vị trí tự nhiên Toàn bô  lưu vực sông Mã nằm trong toạ đô  địa lý: - Từ 20o37’30” đến 22o37’30” đô  vĩ Bắc; - Từ 103o05’10” đến 106o05’10” đô  kinh Đông. Nơi bắt nguồn của lưu vực thuô Âc Tuần Giáo tỉnh Điện Biên có toạ đô  địa lý: - 22o37’30” đô  vĩ Bắc và 105o35’15”đô  kinh Đông. Hình 1.1. Lưu vực sông Mã, phần trên lãnh thổ Việt Nam Sông Mã nằm trên lãnh thổ 2 Quốc gia: Cộng hoà dân chủ Nhân Dân Lào và Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam. Trên đất Việt Nam lưu vực sông Mã nằm trong địa giới hành chính của 5 tỉnh: Điện Biên, Sơn La, Hoà Bình, Thanh Hoá và 4 Nghệ An. Trên địa phận tỉnh Thanh Hoá, sông Mã có khu hưởng lợi lớn nằm ngoài lưu vực là khu tưới Nam Sông Chu. Đây là khu có vị trí quan trọng trong nền kinh tế của tỉnh Thanh Hoá. Do vậy giới hạn vùng quy hoạch bao gồm toàn bộ lưu vực sông Mã nằm trên lãnh thổ Việt Nam. Sông Mã có tổng diện tích lưu vực vào khoảng 28400 km 2, là sông lớn liên quốc gia, đứng thứ 4 ở Việt Nam sau sông Mêkông, Đồng Nai và sông Hồng. Diện tích lưu vực thuộc Việt Nam là 17600 km 2 chiếm 62% tổng diện tích, tại Lào là 10800 km2 chiếm 38% diện tích lưu vực. Phần lưu vực sông Mã trên lãnh thổ Việt Nam chủ yếu thuộc tỉnh Thanh Hóa, còn một số diện tích thuộc tỉnh Điện Biên bao gồm các huyện Tuần Giáo và Điện Biên Đông với các phụ lưu chính là sông Nậm Khoai thuộc huyện Tuần Giáo và sông Nậm Mạ thuộc huyện Điện Biên Đông. Tổng diện tích phần lưu vực này là 2550 km2. Phần lưu vực sông Mã thuộc tỉnh Sơn La gồm các huyện: Sông Mã, Sốp Cộp, thuộc tỉnh Hòa Bình gồm các huyện Mai Châu, Tân Lạc, Lạc Sơn và tỉnh Nghệ An chỉ có huyện Quế Phong. 1.1.2. Địa hình Lưu vực sông Mã trải rô n g trên nhiều tỉnh thuô Âc hai nước Viê Ât Nam, Lào và chạy dài từ đỉnh Trường Sơn đến Vịnh Bắc Bô  nên địa hình trên lưu vực rất đa dạng. Hướng dốc chính của địa hình theo hướng Tây Bắc - Đông Nam. Cao đô  biến đổi từ 2000m đến 1,0m. Có thể chia địa hình sông Mã thành 3 dạng chính [7]: a. Địa hình núi cao Dạng địa hình này nằm ở thượng nguồn lưu vực sông: Phía sông Mã từ Bá Thước trở lên thượng nguồn, phía sông Chu từ Cửa Đạt trở lên thượng nguồn. Diê n tích mă t bằng dạng địa hình này chiếm tới 80% diê n tích toàn lưu vực và vào khoảng 23228 km2. Trên địa hình này chủ yếu là cây lâm nghiê p . Đất có khả năng nông nghiê p khoảng 75968 ha chiếm 3,26% diện tích tự nhiên vùng miền núi, diê n tích hiê n đang canh tác nông nghiệp 51466 ha. Trên dạng địa hình này có nhiều thung lũng sông có khả năng xây dựng các hồ chứa nước lợi dụng tổng hợp phục vụ cho các mục tiêu phát điện, cấp nước hạ du, phòng chống lũ và cải tạo môi trường nước. 5 Hình 1.2. Bản đồ địa hình lưu vực sông Mã b. Địa hình gò đồi Dạng địa hình này tâ Âp trung chủ yếu ở trên các huyê n Thạch Thành, Cẩm Thuỷ, Ngọc Lạc, Triê Âu Sơn, Thọ Xuân thuô Âc tỉnh Thanh Hoá, Tân Lạc, Lạc Sơn, Yên Thuỷ (tỉnh Hoà Bình). Dạng địa hình này có cao đô  từ 150 m đến 20 m, diê Ân tích mă Ât bằng chiềm tới 3305 km2 vào khoảng 11,75% diê Ân tích lưu vực. Đây là vùng có tiềm năng lớn để phát triển cây công nghiê p , cây đă c sản với diê n tích đất nông nghiê Âp 85100 ha, diê Ân tích hiê Ân đang canh tác 58100 ha. Trên dạng địa hình này nhiều sông suối nhỏ có khả năng xây dựng các hồ chứa phục vụ tưới và cấp nước sinh hoạt, hạn chế một phần lũ lụt, cải tạo môi trường. c. Địa hình đồng bằng và đồng bằng ven biển Dạng địa hình này nằm trọn vẹn trong tỉnh Thanh Hoá có cao đô  từ +20 ÷ +1,0m. Do sự chia cắt của các sông suối mà tạo nên các vùng đồng bằng có tính độc lập như Vĩnh Lô c (hạ du sông Bưởi); Nam Mã - Bắc sông Chu, vùng sông Lèn và đă c biê t khu hưởng lợi Nam sông Chu. 1.1.3. Địa chất Địa chất trên lưu vực được chia làm 3 vùng [5], [6], [10]: 6 Hình 1.3. Bản đồ địa chất lưu vực sông Mã - Vùng thượng nguồn sông Mã, sông Chu và sông Bưởi: Ở vùng này nham thạch chủ yếu là trầm tích Macma, dọc theo sông có nhiều cát sỏi. - Vùng trung lưu sông Mã, sông Chu: Là phần kéo dài đới sông Mã ở thượng lưu nhưng đã chìm xuống dưới nếp phủ, đôi chỗ có nhô lên, không liên tục. Vùng này tầng phủ dày (15 - 20 m), vật liệu xây dựng rất phong phú. - Vùng hạ lưu: được tạo bởi tầng Preterozoi Nậm Cò (móng của đới) và hệ tầng Paleozoi sớm Đông Sơn phát triển rộng rãi ở thành phố Thanh Hoá với trầm tích Merozoi là chủ yếu. 1.1.4. Thổ nhưỡng Trên lưu vực sông Mã có mă Ât hơn 40 loại đất trong số 60 loại của cả nước. Có 11 nhóm đất chính [4], [7]: - Đất cát ven biển: có chiều rô Âng 4 - 5km chạy từ cửa Càn đến Cửa Hới, dạng tơi rời, đô  mùn kém, ngấm nước mạnh, màu xám và xám nâu, nghèo đạm - kali thích hợp với cây trồng cạn có tưới. - Đất mă n - chua ven biển: loại này có khoảng 15400 – 19000ha mô Ât số là đất ngâ Âp nước thường xuyên, đất màu đen, đô  mùn cao thích hợp cho viê Âc trồng cói và nuôi trồng thuỷ sản. 7 - Đất phù sa: nhóm đất này chiếm tới 79% diê Ân tích hiê Ân đang canh tác trong lưu vực. Loại này có đô  phì trung bình: mùn 1,2÷1,5%, đạm tổng số 0,08 ÷ 0,1%, lân 0,06 ÷ 0,08%, kali 0,05 ÷ 0,1%, đô  pH 5,6 ÷ 6,5. - Ngoài ra còn tới 8 nhóm đất khác phân bố ở khe suối, ven đồi. - Thành phần đất trên lưu vực sông Mã cho phép đa dạng hoá cây trồng cao. Đất thuô Âc loại dễ cải tạo và nếu được tưới tiêu hợp lý sẽ cho năng suất cao. Đây là mô Ât tiềm năng lớn để phát triển nông nghiê Âp, chăn nuôi, nuôi trồng thuỷ sản trên lưu vực. 1.1.5. Thực vật a. Thảm thực vật tự nhiên - Rừng kín lá rộng xanh nhiệt đới ẩm với cấu trúc nhiều tầng là loại rừng tự nhiên, có độ che phủ rất lớn (kín) còn tồn tại ở Cúc Phương, Thường Xuân, Quan Sơn, Sông Mã, Lạc Sơn, Tân Lạc… - Rừng thứ sinh là loại rừng phổ biến trên lưu vực có tán dày, phủ kín nhưng không nhiều tầng và thấp. - Rừng tre nứa nhiệt đới ẩm là loại rừng phân bố khắp nơi nhưng chủ yếu ở Thanh Hóa. - Rừng nứa thứ sinh phân bố rất nhiều nơi trên lưu vực, là loại rừng đang được phục hồi sau nhiều kỳ khai thác. - Rừng hỗn giao có độ che phủ kín là loại rừng cây lá rộng, lá kim xen giữa tre nứa và cây bụi có chỗ 1 tầng, có chỗ 2-3 tầng phân bố nhiều nơi. - Rừng lá kim (chủ yếu là thông) độ che phủ thấp là loại rừng tái sinh, phân bố chủ yếu trên các đồi núi thấp. - Rừng hỗn giao cây lá rộng và lá kim có độ che phủ lớn còn rất nhiều trên núi cao. - Trảng bụi cỏ thứ sinh nhiệt đới ẩm phân bố đan xen rừng tre nứa thứ sinh phát triển rộng khắp nơi. - Trảng bụi cỏ thứ sinh á nhiệt đới phân bố trên núi cao, có cấu trúc thưa và thấp. - Trảng bụi cỏ thứ sinh á nhiệt đới trên đá vôi, thấp thưa xen đá lộ. b. Thảm thực vật trồng - Lúa nước và hoa màu: phân bố chủ yếu ở vùng đồng bằng, vùng trũng giữa các khe núi và thung lũng. 8