CHƯƠNG 2 HOÀN THIỆN VÀ PHÁT TRIỂN CÁC MÔ HÌNH THỦY LỰC
3.4. Kết quả dự báo lũ hệ thống sông Hồng-Thái Bình theo các mô hình thủy văn, thủy lực
3.4.2. Kết quả ứng dụng mô hình thủy văn IMECH-HYDROLOGY
Trung tâm Dự báo KTTV đã thử nghiệm mô hình thủy văn IMECH- Hydrology (FIRRR) do Viện Cơ học xây dựng và phát triển.
Bộ chương trình được sử dụng liên hoàn cho toàn hệ thống Sông Đà, Thao, Lô với thư viện dữ liệu khá đầy đủ. Cài đặt chương trình thực hiện nhờ thư mục C:\FIRR\INSTALLFIRR khá đơn giản và dễ dàng với hệ thống font tiếng Việt.
Khi dự báo, phải tiến hành dự báo theo thứ tự từ thượng lưu về hạ lưu do chương trình là một khối liên hoàn kết quả dự báo quá trình trước sẽ là đầu vào cho quá trình sau. Nếu không thực hiện theo đúng quy trình chương trình sẽ báo lỗi và bị dừng. Muốn thực hiện quá trình dự báo chính xác cần xem xét xu thế của quá trình mực nước, lưu lượng và mưa trung bình lưu vực điểm sẽ dự báo thông qua nút xét xu thế. Khi ấn nút này, chương trình sẽ thục hiện vẽ đồ thị quá trình mực nước, lưu lượng hay mưa trung bình lưu vực theo từng giờ trong 3 ngày kể từ thời điểm phát báo trở về trước (Đây sẽ là một trong những cơ sở để xem xu thế quá trình mực nước hay lưu lượng tại các điểm muốn dự báo nhằm mục đích nhập vào chính xác hệ số mưa theo yêu cầu của mô hình, phục vụ cho quá trình dự báo được chính xác).
Khi chạy chương trình dự báo thực hiện các công việc theo chỉ dẫn của máy tính. Ấn Enter để thực hiện công việc tiếp theo và ấn nút Close khi muốn kết thúc chương trình.
Mô hình thủy văn IMECH-Hydrology lấy dữ liệu mưa thực đo theo CSDL của TTDBKTTV TƯ và dữ liệu mưa dự báo từ các mô hình dự báo mưa số trị HRM, ETA và BoLAM. Hệ thống dự báo mưa định lượng 5 ngày dựa trên 3 mô hình dự báo thời tiết quy mô vừa đã được đưa vào chạy nghiệp vụ trên hệ thống máy chủ tại TTDBTƯ từ ngày 1 tháng 6 năm 2008 với số liệu đầu vào từ mô hình toàn cầu GFS của Mỹ.Cụ thể, 3 mô hình khu vực sẽ thực hiện việc tích phân dự báo bắt đầu từ thời điểm 12Z (19 giờ Việt Nam) của ngày hôm trước và cung cấp dữ liệu đầu vào cho các mô hình thủy văn sẽ được chạy nghiệp vụ vào lúc 00Z (7 giờ Việt Nam)
Số liệu mưa dự báo 5 ngày sẽ được cung cấp dưới dạng mưa trung bình lưu vực (lượng mua trung bình của tất cả các nút lưới nằm bên trong đường biên lưu vực) và mưa tại tất cả các trạm quan trắc khí tượng hoặc thủy văn thuộc lưu vực đó.
1. Dự báo lũ trên sông Đà
Bảng 3.19. Bộ thông số tối ưu nhất được lựa chọn cho IMECH-Hydrology trên lưu vực sông Đà
STT Thông số Giá trị Đoạn Sông STT Thông số Giá trị Đoạn Sông
1 Kq 0.29 19 Kq 0.33
2 878650.77 20 12748
3 X 0.66 21 X 0.227
4 S 0 22 S 74.88
5 B 0 23 B 1011106
6 0.96 24 1.75
7 nx 16 25 nx 0.46
8 tx 21.45 26 tx 1.157 9 Hệ số thấm i 1.5.10-2 27 Hệ số thấm i 4.9.10-2
10 Hệ số bốc hơi E 4.72.10-2
Mường Tè đến Lai Châu
Thời gian dự kiến T = 4-12h
28 Hệ số bốc hơi E 1.4.10-2
Lai Châu đến Tạ Bú
Thời gian dự kiến T= 4-12h
11 N 0.315 29 KQ 1.93 12 1.46 Nậm Giàng
30 N 0.855 13 KQ 2.47 31 575.49
14 N 0.384 32 1.125
15 0.609 33 nx 1.665 16 0.88 34 tx 2.773 17 nx 17.33 35 Hệ số thấm i 7.68.10-2
18 tx 0.459 Than Uyên đến bản Củng
Thời gian dự kiến T=3-6 h
36 Hệ số bốc hơi E 3.69.10-2
Tạ Bú đến Hoà Bình Thời gian dự kiến T=3- 12 h
a. Kết quả dự báo tác nghiệp theo mô hình IMECH-Hydrology năm 2008 trên lưu vực sông Đà (Từ 15/VI đến 30/IX/2008)
Bảng 3.20. Kết quả dự báo lưu lượng năm 2008 theo mô hình IMECH-Hydrology (Viện Cơ học)
Mức đảm bảo dự báo năm 2008 (%) Thời gian dự
kiến Hòa Bình Yên Bái Tuyên Quang
12h 79,4% 79,1% 68,5%
24h 78,0% 75% 65,6%
30h 76,9%
b. Kết quả dự báo năm 2009 theo mô hình IMECH-Hydrology trên lưu vực sông Đà Bảng 3.21. Đánh giá chất lượng mô hình dự báo quá trình lũ sông Đà 2009 theo mô hình
IMECH-Hydrology
Vị trí 1 ngày(16%) 2 ngày(17%)
(Q m3/s) SSLN SSTB P% SSLN SSTB P%
Hoà Bình 4375 317 86 6860 681 58
Tạ Bú 2501 365 73 5050 663 55
Bảng 3.22. Đánh giá chất lượng mô hình dự báo đỉnh lũ trên sông Đà
Vị trí P% P%
1 ngày(16%) 2 ngày(17%)
Hòa Bình 76 50
Tạ Bú 66 52
Như vậy, thời gian dự kiến càng tăng, mức đảm bảo của dự báo càng giảm, sai số dự báo càng lớn. Ví dụ cho vị trí Hòa Bình: Số lần dự báo có sai số nhỏ hơn 20cm chiếm 90% đối với thời gian dự kiến 1 ngày, chiếm 67% đối với thời gian dự kiến 2 ngày (Hình 3.18, 3.19).
Hình 3.18. Biểu đồ tỉ lệ sai số dự báo trạm Hòa Bình 1 ngày
Hình 3.19. Biểu đồ tỉ lệ sai số dự báo trạm Hòa Bình 2 ngày
Hình 3.20. Biểu đồ tỉ lệ sai số dự báo trạm Tạ Bú 1 ngày
Hình 3.21. Biểu đồ tỉ lệ sai số dự báo trạm Tạ Bú 2 ngày
Hình 3.22. Quá trình thực đo và dự báo trạm Hòa Bình 1 và 2 ngày
Hình 3.23. Quá trình thực đo và dự báo trạm Tạ Bú 1 và 2 ngày Nhận xét
Mô hình MARINE cho kết quả dự báo quá trình lũ đến hồ Hòa Bình năm 2009 tương đối tốt. Mặc dù kết quả dự báo mô hình IMECH_HYDROLOGY còn nhiều hạn chế và gặp sai số lớn nhưng ban đầu cho thấy rất hữu ích trong việc tư vấn điều hành hồ chứa. Hai mô hình MARINE và IMECH-HYDROLOGY cùng phối hợp phục vụ dự báo dòng chảy lũ sông Đà sẽ rất hữu ích giúp dự báo viên tham khảo trong dự báo tác nghiệp.
2. Kết quả dự báo lũ trên sông Thao
a. Kết quả dự báo tác nghiệp năm 2008 trên lưu vực sông Thao theo các mô hình (Từ 15/VI đến 30/IX/2008)
Bảng 3.23. Kết quả dự báo lưu lượng theo mô hình IMECH-Hydrology (Viện Cơ học) Mức đảm bảo dự báo năm 2008 (%)
Thời gian dự kiến Hòa Bình Yên Bái Tuyên Quang
12h 79,4% 79,1% 68,5%
24h 78,0% 75% 65,6%
30h 76,9%
Thời gian dự kiến
TANK-MUSKINGUM- CUNGE
IMECH- Hydrology
24h 66% 79,1%
48h 46% Chưa dự báo
- Mô hình TANK-MUSKINGUM-CUNGE cho phép dự báo cho 9 biên thượng lưu với thời gian dự kiến 48h.
b. Kết quả dự báo thử nghiệm mùa lũ 2009 theo mô hình IMECH-Hydrology trên sông Thao
Bảng 3.24. Đánh giá chất lượng mô hình dự báo quá trình lũ sông Thao tại Yên Bái mùa lũ 2009
1 ngày(16%) 2 ngày(17%)
SSLN SSTB P% SSLN SSTB P%
1175 m3/s 95 m3/s 83 2303 m3/s 256 m3/s 55 Bảng 3.25. Đánh giá chất lượng mô hình dự báo đỉnh lũ trên sông Thao mùa lũ 2009
Vị trí P% P%
1 ngày(16%) 2 ngày(17%)
Yên Bái 72 58
Hình 3.24. Biểu đồ tỉ lệ sai số dự báo trạm
Yên Bái 1 ngày Hình 3.25. Biểu đồ tỉ lệ sai số dự báo trạm Yên Bái 2 ngày
Hình 3.26. Quá trình thực đo và dự báo trạm Yên Bái 1 và 2 ngày
3. Kết quả dự báo trên sông Lô
a. Kết quả dự báo tác nghiệp năm 2008 trên lưu vực sông Thao theo các mô hình (TỪ 15/VI ĐẾN 30/IX/2008)
Bảng 3.26. Kết quả dự báo lưu lượng theo mô hình IMECH-Hydrology (Viện Cơ học) Mức đảm bảo dự báo năm 2008 (%)
Thời gian dự kiến Hòa Bình Yên Bái Trạm TV Tuyên Quang
12h 79,4% 79,1% 68,5%
24h 78,0% 75% 65,6%
30h 76,9%
Đối với vị trí trạm thủy văn Tuyên Quang kết quả dự báo 24h, mô hình TANK-MUSKINGUM-CUNGE cho kết quả xấu hơn (đạt 58%), mô hình IMECH- Hydrology cao hơn: 65,6%.
Thời gian dự kiến
TANK-MUSKINGUM-
CUNGE IMECH-Hydrology
24h 58% 65,6%
48h 38% Chưa dự báo b. Kết quả dự báo thử nghiệm mùa lũ 2009 theo mô hình IMECH-Hydrology trên sông Lô
Bảng 3.27. Đánh giá chất lượng mô hình dự báo quá trình lũ sông Lô
Vị trí 1 ngày(16%) 2 ngày(17%)
(Q m3/s) SSLN SSTB P% SSLN SSTB P%
Tuyên Quang 2657 206 44 3741 360 27
Bảng 3.28. Đánh giá chất lượng mô hình dự bão đỉnh lũ trên sông Lô
Vị trí P% P%
1 ngày(16%) 2 ngày(17%)
Tuyên Quang 72 58
Hình 3.27. Biểu đồ tỉ lệ sai số dự báo trạm
Tuyên Quang 1 ngày Hình 3.28. Biểu đồ tỉ lệ sai số dự báo trạm Tuyên Quang 2 ngày
Hình 3.29. Quá trình thực đo và dự báo trạm Tuyên Quang 1 và 2 ngày
c. Nhận xét
Mô hình IMECH-HYDROLOGY cho kết quả dự báo dòng chảy tại Tuyên Quang trên sông Lô không cao do ảnh hưởng mạnh bởi chế độ điều tiết của thủy điện Tuyên Quang. Quá trình điều tiết phát điện không thể dự báo chính xác được do vậy dẫn tới sai số dự báo mực nước và lưu lượng tại Tuyên Quang lớn. Mặc dù kết quả dự báo mô hình IMECH_HYDROLOGY còn nhiều hạn chế và gặp sai số lớn nhưng ban đầu cho thấy rất hữu ích trong việc dự báo dòng chảy trên nhánh sông Lô tại Hàm Yên (không bị ảnh hưởng của hồ chứa) đồng thời việc ứng dụng mô hình góp phần tăng thêm một công cụ dự báo cho lưu vực sông Lô.
4. Kết quả dự báo lũ trên sông Chảy
a.Kết quả dự báo tác nghiệp năm 2008, 2009 trên lưu vực sông Chảy theo các mô hình (TỪ 15/VI ĐẾN 30/IX)
Bảng 3.29. Kết quả dự báo lưu lượng theo mô hình IMECH-Hydrology (Viện Cơ học) năm 2008 và 2009
Mức đảm bảo dự báo năm Thời gian dự
kiến Hồ Thác Bà năm 2008
Hồ Thác Bà năm 2009
12h 79,4% 80,1%
24h 75,0% 78%
Bảng 3.30. Kết quả dự báo lưu lượng theo mô hình TANK+Muskingum-Cunge (Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương) năm 2008 và 2009
1 ngày(16%QTĐ) 2 ngày(17% QTĐ)
SSLN SSTB P% SSLN SSTB P%
Thác Bà -2008 4044 188 80 2777 288 65 Thác Bà-2009 2000 120 82 2500 200 75
Đ−ờng quá trình thực đo và dự báo trạm Thác Bà năm 2009
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
1 163146 617691 106 121 136 151 166 181 196 211 226 241 256 271 286 301 316 331 346 Thùc ®o Dự báo
Hình 3.30. Quá trình thực đo và dự báo hồ Thác Bà năm 2008
Hình 3.31. Quá trình thực đo và dự báo hồ Thác Bà năm 2009
c. Nhận xét
- Mạng lưới trạm thượng nguồn hồ Thác Bà chỉ có trạm Thủy văn Bảo Yên, các trạm mưa rất ít. Việc tính toán dự báo trong mô hình phải dùng các trạm mưa tương đối xa lưu vực và vùng lòng hồ không có trạm mưa nào ngoài trạm Thác Bà ở hạ lưu hồ chứa.Dự báo dòng chảy đến hồ Thác Bà gặp khó khăn rất lớn và mức đảm bảo không cao.
-Mức đảm bảo Mô hình TANK-MUSKINGUM-CUNGE của Trung tâm Dự báo KTTV TU và mô hình IMECH-Hydrology đều có kết quả gần sát nhau. Thời gian thử nghiệm mới chỉ trong hai năm 2008 và 2009 chưa đủ để đánh giá hết khả năng của các mô hình. Hiện tại, việc đự báo dòng chảy đến hồ Thác Bà có thể ứng dụng song song cả hai mô hình.
5. Kết quả dự báo lũ Sông Thái Bình a. Kết quả dự báo tác nghiệp năm 2008
Kết quả dự báo thử nghiệm mùa lũ 2008 theo mô hình IMECH-Hydrology trên sông Thái Bình
Bảng 3.31. Đánh giá chất lượng mô hình dự báo quá trình lũ sông Thái Bình
Vị trí 1 ngày(16%) 2 ngày(17%)
(Q m3/s) SSLN SSTB P% SSLN SSTB P%
Thái Nguyên 314 27 41 438 58 28
Cầu Sơn 356 18 53 787 58 29
Chũ 379 15 43 473 36 26
Bảng 3.32. Đánh giá chất lượng mô hình dự báo đỉnh lũ trên sông Thái Bình
Vị trí P% P%
1 ngày(16%) 2 ngày(17%)
Thái Nguyên 56 30
Cầu Sơn 39 35
Chũ 40 34
Đ−ờng quá trình thực đo và dự báo trạm Tuyên Quang 1 ngày, p 58%
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
1 16314661 7691106 121 136 151 166 181 196 211 226 241 256 271 286 301 316 331 346 Thùc ®o Dự báo
Hình 3.32. Biểu đồ tỉ lệ sai số dự báo trạm Cầu Sơn 1 ngày
Hình 3.33. Biểu đồ tỉ lệ sai số dự báo trạm Cầu Sơn 2 ngày
Hình 3.34. Biểu đồ tỉ lệ sai số dự báo trạm
Chũ 1 ngày Hình 3.35. Biểu đồ tỉ lệ sai số dự báo trạm Chũ 2 ngày
Hình 3.36. Biểu đồ tỉ lệ sai số dự báo trạm Thái Nguyên 1 ngày
Hình 3.37. Biểu đồ tỉ lệ sai số dự báo trạm Thái Nguyên 2 ngày
Bảng 3.33. Kết quả dự báo lưu lượng theo mô hình IMECH-Hydrology (Viện Cơ học) năm 2008 và 2009
Mức đảm bảo dự báo T=24h Trạm kiểm tra
Năm 2008 Năm 2009
Thái Nguyên 40 50
Cầu Sơn 73 63
Chũ 54 64
Bảng 3.34. Kết quả dự báo lưu lượng theo mô hình TANK+Muskingum-Cunge (Trung tâm Dự báo KTTV Trung ương) năm 2008 và 2009
Năm 2008 T=24h Năm 2009 T=24h
SSLN SSTB P% SSLN SSTB P%
Thái Nguyên 49 9 84 314 27 81
Cầu Sơn 194 6 80 356 18 83
Chũ 2023 21 79 379 15 84
-Mức đảm bảo Mô hình TANK-MUSKINGUM-CUNGE của Trung tâm Dự báo KTTV TU dự báo thượng lưu hệ thống sông Thái Bình cao hơn mô hình IMECH-Hydrology.
c. Nhận xét
Năm 2009 là năm thứ hai ứng dụng thử nghiệm mô hình IMECH_HYDROLOGY dự báo dòng chảy lưu vực sông Thái Bình. Kết quả bước đầu cho thấy đều đạt chỉ tiêu rất thấp ( nhỏ hơn 50%). Mặc dù kết quả dự báo mô hình IMECH_HYDROLOGY còn nhiều hạn chế và gặp sai số lớn nhưng ban đầu cho thấy rất hữu ích trong đồng thời thêm một công cụ dự báo cho lưu vực sông Thái Bình.
Đây cũng chỉ là những kết quả ban đầu, mô hình dự báo IMECH_HYDROLOGY cần tiếp tục phân tích, hiệu chỉnh với nhiều năm lũ điển hình cũng như cần nâng cao chất lượng dự báo mưa và tăng cường mạng lưới trạm đo mưa lũ trên tòan hệ thống.
6. Đánh giá công nghệ IMECH- HYDROLOFGY a.Trình độ khoa học
- Mô hình IMECH- HYDROLOFGY thể hiện được đúng bản chất của một mô hình thủy văn (mưa rào dòng chảy) thông số tập trung có tính khoa học cao.
- Mô hình IMECH- HYDROLOFGY được viết với cơ sở lý thuyết chặt chẽ mô tả được các quá trình mưa sinh dòng chảy và thấm, quá trình truyền lũ bằng phương pháp sóng động học.
- Cấu trúc mô hình chặt chẽ, đặc biệt yếu tố thời gian truyền lũ trong sông đã được các tác giả sử dụng theo hàm quan hệ t=f(QTBđoạn sông). Cách xử lý này là một bước cải tiến so với phiên bản cũ (cố định thời gian chảy truyền), giúp cho việc mô phỏng quá trình truyền sóng lũ được chính xác hơn nhất là trong những trường hợp lũ lớn (thời gian truyền lũ diễn ra rất nhanh).
- Đề tài đã xây dựng các chương trình, môđun để giải quyết các bài tóan nghiệp vụ:
- Vấn đề thời gian dự kiến - Vấn đề sử dụng mưa dự báo
- Vấn đề nước vật khi hồ Hòa Bình, Tuyên Quang tích đầy nước - Vấn đề tự động cập nhật đầu vào cho các mô hình dự báo - Vấn đề hiệu chỉnh dự báo
- Vấn đề phần mềm giao diện đẹp, dễ sử dụng
- Vấn đề kết xuất kết quả dự báo dưới dạng text, bản tin, quá trình, bản đồ, mặt cắt,...
b.Trình độ tiện ích
- Đã xây dựng phần mềm hiệu chỉnh dự báo theo phương pháp lọc Kalman, hiệu chỉnh tức thời và sơ bộ nhận thấy rằng hiệu chỉnh hậu mô hình theo lọc Kalman cho kết quả tốt hơn.
- Để tài đã xây dựng chương trình kết nối tất cả các chương trình, phần mềm mô hình, các môđun thành Công nghệ dự báo lũ sông Đà, Thao, Lô, Chảy, Cầu, Thương, Lục Nam đảm bảo các yêu cầu:
- Quản lý thống nhất các mô hình dự báo và cơ sở dữ liệu
- Sử dụng liên hòan và tự động hóa từ khâu cập nhật số liệu đầu vào đên khâu ra Bản tin;
- Phải mềm dẻo, dễ sử dụng, dễ chuyển giao
- Thời gian dự báo nhanh: dự báo từng tuyến (sông Đà, Thao, Lô, Chảy, Cầu, Thương, Lục Nam) khoảng 5 phút
c.Mức độ chính xác
Trên cơ sở so sánh các kết quả dự báo trong mùa lũ 2008 theo mô hình MARINE, mô hình IMECH-Hydrology và mô hình TANK-MUSKINGUM- CUNGE), có thể rút ra một số nhận xét sau:
Bảng 3.35. Kết quả dự báo trong mùa lũ 2008 theo mô hình Marine, IMECH-Hydrology và Tank-Muskingum-Cunge
Thời gian dự kiến MARINE TANK-MUSKINGUM-
CUNGE IMECH-Hydrology
24h 80% 86% 79,4%
48h 57% 59% Không có dự báo
- Theo kết quả dự báo thử nghiệm mùa lũ 2008, 2009, nhận thấy rằng mô hình TANK+Muskingum-Cunge có nhiều điểm ưu việt hơn mô hình IMECH- Hydrology cho chất lượng dự báo biên trên cao hơn, dự báo được đầy đủ 9 vị trí biên trên (IMECH-Hydrology chỉ dự báo 3 vị trí), giao diện dễ sử dụng. Mô hình TANK-MUSKINGUM-CUNGE cho phép dự báo cho 9 biên thượng lưu với thời gian dự kiến 48h.
- Kết quả mô hình IMECH-Hydrology chưa được cao so với các mô hình MARINE (Pháp) hoặc TANKMUSKINGUM. Mô hình IMECH-Hydrology cần được hiệu chỉnh thêm để có bộ thông số thích hợp hơn.
d. Độ ổn định bộ thông số