Luận án tiến sĩ Nguyễn Văn Hiếu: Dự báo mưa lũ cho hồ chứa sông Ba

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN VĂN HIẾU NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỰ BÁO MƯA, LŨ PHỤC VỤ VẬN HÀNH CÁC HỒ CHỨA TRÊN LƯU VỰC SÔNG BA LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2020 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN VĂN HIẾU NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỰ BÁO MƯA, LŨ PHỤC VỤ VẬN HÀNH CÁC HỒ CHỨA TRÊN LƯU VỰC SÔNG BA Ngành: Thủy văn học Mã số: 9 44 02 24 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. Đặng Thanh Mai HÀ NỘI, 2020 luan an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận án Nguyễn Văn Hiếu i luan an LỜI CÁM ƠN Luận án được thực hiện và hoàn thành tại khoa Thủy văn và Tài nguyên nước trường Đại học Thủy lợi. Trong suốt thời gian thực hiện Luận án, nghiên cứu sinh (NCS) đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ nhiệt thành của các cơ quan, đoàn thể và cá nhân để hoàn thiện Luận án này. NCS xin trân trọng cám ơn GS. Vũ Minh Cát và TS.

Đặng Thanh Mai, những người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận án. Tác giả xin chân thành cám ơn Lãnh đạo và các Thầy, Cô ở Khoa Thủy văn và Tài nguyên nước, các nhà khoa học, chuyên gia Trường Đại học Thủy lợi đã giúp đỡ NCS rất nhiều về chuyên môn cũng như trao đổi học thuật trong thời gian qua. Trong thời gian làm Luận án, NCS đã được Lãnh đạo Vụ Khoa học và Công nghệ, Bộ Tài nguyên và Môi trường tạo mọi điều kiện về thời gian cũng như động viên tinh thần để NCS yên tâm thực hiện Luận án của mình. NCS bày tỏ lòng biết ơn đến Lãnh đạo và toàn thể công chức của Vụ! Luận án được hoàn thành, NCS đã nhận được sự hỗ trợ về tài liệu, số liệu nghiên cứu từ Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn quốc gia, Tổng cục Khí tượng Thủy văn và sự giúp đỡ, góp ý đối với một số nội dung nghiên cứu của Luận án từ các đồng nghiệp tại đây.

Gia đình, vợ, con luôn là chỗ dựa vững chắc và là nguồn động viên lớn cho NCS trong suốt thời gian quan. NCS trân trọng và luôn ghi nhớ, nỗ lực để thực hiện tốt nhiệm vụ của mình. Ngoài ra, bạn bè, đồng nghiệp, tập thể các nhà khoa học luôn cùng đồng hành và giúp đỡ NCS trong thời gian qua. Những gợi ý, trao đổi và hỗ trợ này đã giúp cho NCS hoàn thành Luận án tốt hơn.

NCS chân thành cảm ơn. ii luan an MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.v DANH MỤC BẢNG BIỂU .x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.

xii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU DỰ BÁO MƯA VÀ DỰ BÁO LŨ HẠN VỪA. Tổng quan nghiên cứu về dự báo mưa, dự báo lũ hạn vừa trên thế giới. Nghiên cứu về dự báo mưa trên thế giới. Nghiên cứu về dự báo lũ hạn vừa trên thế giới.

Tổng quan nghiên cứu về dự báo mưa, lũ hạn vừa ở Việt Nam. Nghiên cứu về dự báo mưa ở Việt Nam. Nghiên cứu về dự báo lũ hạn vừa ở Việt Nam. Những tồn tại và định hướng nghiên cứu .21 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .24 CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC DỰ BÁO MƯA VÀ DỰ BÁO LŨ HẠN VỪA CHO LƯU VỰC SÔNG BA.

Giới thiệu tổng quan về lưu vực sông Ba. Vị trí địa lý. Đặc điểm địa hình. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng và thảm phủ thực vật.

Mạng lưới sông suối. Đặc điểm khí hậu. Hệ thống hồ chứa lớn trên lưu vực sông Ba. Các hình thế thời tiết gây mưa, lũ lớn trên lưu vực sông Ba.

Đặc điểm quá trình synop gây mưa lớn trên lưu vực sông Ba. Đặc điểm mưa và mưa sinh lũ trên lưu vực sông Ba. Công tác dự báo dòng chảy từ mưa phục vụ điều hành các hồ chứa. Xây dựng phương pháp dự báo mưa trên lưu vực sông Ba .42 iii luan an 2.

Xây dựng phương pháp dự báo lũ hạn vừa lưu vực sông Ba .61 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .69 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MƯA, LŨ CHO LƯU VỰC SÔNG BA VÀ THẢO LUẬN. Đặc điểm thủy văn, chế độ dòng chảy trên lưu vực sông Ba. Lưu vực sông Hinh. Lưu vực sông Krong H’Năng.

Lưu vực sông Ayun Hạ. Lưu vực An Khê. Kết quả dự báo mưa trên lưu vực sông Ba. Kết quả dự báo từ mô hình.

Đánh giá kỹ năng dự báo của mô hình. Hiệu chỉnh và tính toán giá trị mưa dự báo. Kết quả dự dòng chảy trên lưu vực sông Ba. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình.

Kết quả dự báo dòng chảy đến hồ trên lưu vực sông Ba .105 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .132 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .135 TÀI LIỆU THAM KHẢO .141 iv luan an DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu trong luận án .23 Bản đồ mạng lưới sông suối, trạm kttv trên lưu vực sông Ba .27 Sơ đồ hệ thống sông và hồ chứa trên lưu vực sông Ba. 30 Hiện trạng hồ chứa lớn trên lưu vực sông Ba .32 Bão số 12 - Damrey đổ bộ vào vào Khánh Hòa - Phú Yên .33 Hình thế không khí lạnh kết hợp với nhiễu động trong đới gió Đông .34 Các hình thế thới tiết chủ yếu sinh mưa cho khu vực Miền Trung .35 Cấu trúc mô hình WRF .50 Miền dự báo của mô hình WRF với độ phân giải 5km. 52 Sơ đồ biểu diễn các chỉ số phục vụ đánh giá chất lượng dự báo mưa .56 Sơ đồ minh họa phương pháp nội suy điểm gần nhất .59 Sơ đồ khối cơ sở phương pháp tính mưa dự báo .61 Sơ đồ khối quy trình dự báo lũ hạn vừa theo mô hình MIKE NAM và HEC- HMS từ dữ liệu mưa dự báo theo phương pháp số trị .65 Phân chia lưu vực để tính diện tích cho hồ chứa sông Krong Hnang .66 Phân chia ô lưới độ phân giải ô lưới (14×14) km cho lưu vực Sông Ba .67 Phân chia ô lưới độ phân giải ô lưới (5×5) km cho lưu vực Sông Ba .1 Lưu lượng lũ lớn nhất tại trạm Cùng Sơn qua các năm .2 Bản đồ lưu vực Sông Hinh .3 Diễn biến mực nước, lưu lượng hồ Krong H’ Năng .4 Bản đồ lưu vực sông Krong H’ Năng .5 Bản đồ lưu vực AYun Hạ.6 Mực nước trung bình ngày từng năm hồ Auyn Hạ .7 Bản đồ lưu vực An Khê .8 Diễn biến mực nước, lưu lượng hồ Ka Nak .9 Định dạng số liệu mưa dự báo từ mô hình IFS (39x39) ô lưới .10 Định dạng số liệu mưa dự báo từ mô hình WRFARW (90x90) ô lưới .13 Biểu đồ lượng mưa giữa thực đo và dự báo bằng mô hình IFS và WRF tại trạm An Khê .86 v luan an Hình 3.14 Biểu đồ lượng mưa giữa thực đo và dự báo bằng mô hình IFS và WRF tại trạm Pleiku .15 Biểu đồ lượng mưa giữa thực đo và dự báo bằng mô hình IFS và WRF tại trạm Kon Tum .16 Biểu đồ lượng mưa giữa thực đo và dự báo bằng mô hình IFS và WRF tại trạm Buôn Hồ .17 Chỉ số ME của lượng mưa dự báo tích lũy 6h với số liệu quan trắc (mm) .18 Hệ số tương quan (HSTQ) giữa lượng mưa dự báo với số liệu quan trắc .19 Chỉ số ME của lượng mưa dự báo tích lũy 6h đã được hiệu chỉnh với số liệu quan trắc (mm) .20 Hệ số tương quan (HSTQ) giữa lượng mưa dự báo đã được hiệu chỉnh thống kê với số liệu quan trắc .21 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng lưu vực An Khê-1986 .22 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng lưu vực An Khê-1988 .23 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng lưu vực An Khê-2003 .24 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng bằng mô hình HEC - HMS năm 1986 tiểu lưu vực An Khê .25 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng bằng mô hình HEC - HMS năm 1988 tiểu lưu vực An Khê .26 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng bằng mô hình HEC - HMS năm 2003 tiểu lưu vực An Khê .27 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng bằng mô hình MIKE NAM lưu vực Ayun Hạ năm 1990 .28 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng bằng mô hình MIKE NAM lưu vực Ayun Hạ năm 1991 .29 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng bằng mô hình MIKE NAM lưu vực Ayun Hạ năm 1992 .30 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng bằng mô hình HEC - HMS lưu vực Ayun Hạ năm 1990 .31 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng bằng mô hình HEC - HMS lưu vực Ayun Hạ năm 1991 .32 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng bằng mô hình HEC - HMS lưu vực Ayun Hạ năm 1992 .98 vi luan an Hình 3.33 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng bằng mô hình MIKE NAM lưu vực Krong Hnang năm 2003 .34 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng bằng mô hình MIKE NAM lưu vực Krong Hnang năm 2004 .35 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng bằng mô hình MIKE NAM lưu vực Krong Hnang năm 2005 .36 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng bằng mô hình HEC - HMS lưu vực Krong Hnang năm 2003 .37 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng bằng mô hình HEC - HMS lưu vực Krong Hnang năm 2004 .38 Biểu đồ so sánh đường quá trình lưu lượng thực đo và mô phỏng bằng mô hình HEC - HMS lưu vực Krong Hnang năm 2005 .