Luận án Nghiên cứu mô phỏng quá trình mưa - Dòng chảy phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước và đờt một số lưu vực sông thượng nguồn miũn trung

nh: sử dụng và bảo vệ tài nguyên môi trường Mã số: 62.85.15.01 Luận án tiến sỹ địa lý Người hướng dẫn khoa học: 1. GS. TS. Trương quang hải 2. TS. Lương tuấn anh Hà Nội – 2008 2 Mục lục Lời cam đoan....................................................................................................5 Danh mục chữ viết tắt ................................................................................6 Danh mục bảng biểu .....................................................................................7 Danh mục hình vẽ ..........................................................................................8 Mở đầu ..............................................................................................................10 Chương 1. Tổng quan các nghiên cứu về mưa lũ ở miền trung. cơ sở lý thuyết mô hình mưa – dòng chảy và phương pháp SCS ..............................................................................................................................15 1.1. Tổng quan các nghiên cứu và mô hình toán phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên đất và nước lưu vực sông .......................................................................15 1.1.1. Nghiên cứu, áp dụng mô hình toán để tính toán và dự báo mưa lũ trên thế giới và ở nước ta............................................................................................15 1.1.2. Nghiên cứu mưa lũ và tài nguyên nước trên địa bàn nghiên cứu............18 1.2. Cơ sở lý thuyết lớp mô hình toán mưa - dòng chảy......................................20 1.2.1. Mô hình thủy động lực học...................................................................26 1.2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng trong mô hình sóng động học một chiều. ......................................................................................................28 1.3. Phương pháp SCS ........................................................................................39 1.3.1. Giới thiệu phương pháp SCS.................................................................39 1.3.2. Phát triển SCS.......................................................................................41 Chương 2. điều kiện địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội một số lưu vực thượng nguồn Miền Trung trong mối liên quan với quá trình mưa – dòng chảy ....................................................................45 2.1. Điều kiện địa lý tự nhiên .............................................................................45 2.1.1 Vị trí địa lý............................................................................................45 2.1.2 Địa hình ................................................................................................45 2.1.3. Địa chất, thổ nhưỡng ............................................................................50 2.1.4. Thảm thực vật ......................................................................................54 2.1.5. Khí hậu ................................................................................................57 2.1.6. Mạng lưới thuỷ văn các lưu vực sông nghiên cứu .................................58 2.2. Điều kiện kinh tế xã hội ..............................................................................61 2.2.1. Thừa Thiên - Huế .................................................................................61 2.2.2. Quảng Nam..........................................................................................62 2.2.3. Quảng Ngãi..........................................................................................63 2.3. Đặc điểm mưa, dòng chảy và các biện pháp phòng lũ.................................65 2.3.1. Đặc điểm mưa, dòng chảy trên các lưu vực nghiên cứu.........................65 2.3.2 Các biện pháp phòng lũ trên các lưu vực nghiên cứu..............................66 3 Chương 3. Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy bằng mô hình sóng động học một chiều, phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp SCS .................................................68 3.1. Nâng cao tính ổn định và độ chính xác của phương pháp phần tử hữu hạn mô phỏng không gian – thời gian trong mô hình sóng động học một chiều ..............68 3.1.1. Các vấn đề về tính ổn định và độ chính xác khi giải phương trình sóng động học bằng phương pháp phần tử hữu hạn.................................................68 3.1.2. Các sơ đồ số để giải phương trình sóng động học .................................71 3.1.3. Một số thuật toán giải hệ phương trình vi phân phi tuyến tính trong mô hình phần tử hữu hạn sóng động học một chiều..............................................75 3.1.4. Thực nghiệm số, đánh giá độ ổn định, độ chính xác của các sơ đồ số và thuật toán phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng cho mô hình sóng động học một chiều .......................................................................................................77 3.2. Hiệu chỉnh phương pháp SCS, nâng cao khả năng mô phỏng lũ trên các lưu vực sông ngòi Miền Trung .................................................................................80 3.2.1. Sử dụng SCS nâng cao khả năng mô phỏng lưu vực ..............................80 3.2.2. Nâng cao khả năng mô phỏng của phương pháp SCS ............................82 3.2.3. Thực nghiệm số công thức tính độ sâu tổn thất ban đầu trên một số lưu vực Miền Trung. ............................................................................................83 3.3 Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy đối với một số lưu vực sông thượng nguồn Miền Trung...................................................................87 3.3.1. Phân tích và xử lý số liệu......................................................................87 3.3.2. Xây dựng bộ thông số ..........................................................................88 3.3.3. Xây dựng mô hình và chương trình tính toán ........................................94 3.3.4. Kết quả mô phỏng................................................................................95 3.3.5. Nhận xét...............................................................................................99 Chương 4. ứng dụng mô hình mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy phục vụ dự báo lũ và sử dụng hợp lý tài nguyên nước, đất trên các lưu vực sông thượng nguồn miền trung..........103 4.1 ứng dụng mô hình mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy phục vụ dự báo lũ sông Trà Khúc – trạm Sơn Giang ....................................................................103 4.1.1. Dự báo thử nghiệm mưa gây lũ tại lưu vực sông Trà Khúc–Sơn Giang 105 4.1.2. Dự báo lũ ...........................................................................................107 4.2. ứng dụng mô hình mô phỏng quá trình mưa dòng chảy phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên đất trên lưu vực...........................................................................109 4.2.1. Đánh giá ảnh hưởng của quá trình sử dụng lớp phủ đất đô thị đến sự hình thành lũ........................................................................................................110 4.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của lớp phủ rừng đến sự hình thành lũ................ 114 4.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của quá trình sử dụng lớp phủ đất đô thị đồng thời thay đổi thảm phủ thực vật trên lưu vực sông Tả Trạch - trạm Thượng Nhật .117 4.2.4 Xây dựng bổ sung hồ chứa trên các lưu vực nghiên cứu, tăng cường khả năng cắt lũ làm giảm mực nước hạ du. ......................................................... 118 4.3. Kết quả và thảo luận..................................................................................121 4.3.1. Về việc phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước ................................ 121 4 4.3.2. Về việc phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên đất ...................................122 Kết luận và kiến nghị.............................................................................. 124 Danh MụC CáC CÔNG TRìNH CÔNG Bố LIÊN QUAN TớI LUậN áN....127 tài liệu Tham khảo ...................................................................................129 phụ lục............................................................................................................147 Phụ lục 1. Các bản đồ sử dụng trong luận án........................................................148 Phụ lục 2. Các trận lũ dùng để hiệu chỉnh và kiểm định mô phỏng bằng mô hình KW – 1D.............................................................................................................156 Phụ lục 3. Kết quả đánh giá các kịch bản sử dụng đất trên các lưu vực bằng mô hình KW – 1D ..................................................................................................... 163 Phụ lục 4. Giao diện và các thực đơn chính của phần mềm KW-1D MODEL ..... 175 5 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Nguyễn Thanh Sơn 6 Danh mục chữ viết tắt ACM I, II, III Điều kiện ẩm khô, trung bình và ướt của đất ANN Mô hình mạng thần kinh nhân tạo (Artificial Neural Network) ETA Mô hình khí tượng bất thuỷ tĩnh châu Âu (ETA model) FLOAT Mô hình lan truyền chất ô nhiễm GDP Tổng giá trị sản phẩm trong nước GIBSI Bộ mô hình tổng hợp của Canađa (Gestion Intộgrộe des Bassins versants à l'aide d'un Systốme Informatisộ) GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) HMC Trung tâm thuỷ văn Xô viết (Hydro-Metorology Centre) HRM Mô hình khí tượng khu vực phân giải cao (High Resolution Regional Model) HYDROGIS Mô hình thuỷ văn thuỷ lực của Nguyễn Hữu Nhân IQQM Mô hình mô phỏng nguồn nước (Integrated Quality and Quantity Model) ISIS Mô hình thuỷ động lực học (Interactive Spectral Interpretation System) KOD Mô hình thuỷ lực không ổn định của Nguyễn Ân Niên KW-1D Mô hình sóng động học một chiều MIKE Bộ mô hình thuỷ lực và thuỷ văn lưu vực của Viện Thuỷ lực Đan Mạch MM5 Mô hình khí tượng quy mô vừa ( The NCAR/PSU 5th Generation Mesoscale Model) NAM Mô hình dòng chảy của Đan Mạch (Nedbứr-Afrstrứmnings-Model) ODE Phương trình vi phân thường QUAL2E Mô hình chất lượng nước (Water Quality version 2E) RAMS Mô hình khí tượng khu vực của Mỹ (Regional Atmospheric Modeling System) SCS Cục bảo vệ đất (Soil Conservation Service) SDV Phân rã đơn trị SSARR Mô hình hệ thống diễn toán dòng chảy của Mỹ (Streamflow Synthesis and Reservoir Regulation) SWAT Mô hình mô phỏng dòng chảy mặt qua độ ẩm đất (Soil and Water Assessment Tool) SWMM Mô hình diễn toán thuỷ lực (Storm Water Management Model) TANK Mô hình bể chứa của Nhật Bản USDAL Mô hình dòng chảy phân bố Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ WMO Tổ chức khí tượng thế giới (World Meteorological Organization) X > PET, X< PET Mưa vượt thấm và không vượt thấm 7 Danh mục bảng biểu Bảng 1.1. Đặc điểm của các thông số trong mô hình thuỷ văn tất định...................21 Bảng 1.2. Mục đích và đối tượng ứng dụng các mô hình thuỷ văn tất định .............22 Bảng 2.1. Hiện trạng rừng năm 2000 lưu vực sông Tả Trạch [14]...........................54 Bảng 2.2. Hiện trạng rừng năm 2000 lưu vực sông Thu Bồn [14] ...........................55 Bảng 2.3. Hiện trạng rừng năm 2000 lưu vực sông Trà Khúc [14]..........................55 Bảng 2.4. Lớp phủ thực vật lưu vực sông Vệ theo mức độ che phủ [14]..................57 Bảng 3.1. Số trận lũ trên sông Vệ – An Chỉ qua các năm dùng để mô phỏng lũ.....83 Bảng 3. 2. Kết quả đánh giá mô phỏng lũ theo mô hình sóng động học một chiều .84 phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp SCS sông Vệ - An Chỉ [57] ............84 Bảng 3.3. Kết quả đánh giá mô phỏng lũ theo mô hình sóng động học một chiều ..85 phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp SCS với Ia = 0.13S .........................85 Bảng 3.4. Các đặc trưng hình thái lưu vực sông lựa chọn ở Miền Trung .................87 Bảng 3.5. Số liệu khí tượng thuỷ văn để mô phỏng lũ trên các lưu vực nghiên cứu 88 Bảng 3.6. Phân tích các lưu vực ra đoạn sông, dải và các phần tử ...........................89 Bảng 3.7. Đánh giá kết quả mô phỏng lũ trên các lưu vực sông nghiên cứu............99 Bảng 4.1 Kết quả đánh giá sai số dự báo lũ với số liệu mưa từ mô hình RAMS....109 Bảng 4.2. ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy qua 9 trận lũ trên sông Tả Trạch .............................................................................................................. 111 Bảng 4.3. ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy qua 9 trận lũ trên sông Thu Bồn...............................................................................................................111 Bảng 4.4. ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy qua 3 trận lũ trên sông Trà Khúc .............................................................................................................112 Bảng 4.5 ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy qua 2 trận lũ trên sông Vệ ............................................................................................................................112 Bảng 4.6. Kết quả khảo sát đánh giá ảnh hưởng của rừng đến dòng chảy lũ trên các lưu vực sông nghiên cứu ......................................................................................116 Bảng 4.7 ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy khi tăng diện tích rừng qua 9 trận lũ trên lưu vực sông Tả Trạch - trạm Thượng Nhật .............................. 117 Bảng 4.8. Mực nước lũ 5% trên sông Hương khi có hồ Dương Hoà (Tả Trạch) ...118 Bảng 4.9. Các hồ chứa tham gia cắt lũ trên dòng chính sông Vu Gia – Thu Bồn...120 Bảng 4.10. Giảm mực nước lũ trên sông Trà Khúc khi có các hồ chứa cắt lũ....... 120 8 Danh mục hình vẽ Hình 1.1. Phân loại các mô hình thuỷ văn tất định .................................................21 Hình 1.2. Lưu vực và lưới phần tử hữu hạn tương ứng. ...........................................32 Hình 1.3. Các biến số có tổn thất dòng chảy trong phương pháp SCS .....................40 Hình 2.1. Vị trí các lưu vực sông nghiên cứu .........................................................46 Hình 2.2. Địa hình lưu vực sông Trà Khúc.............................................................48 Hình 2.3. Độ dốc lưu vực sông Trà Khúc ...............................................................49 Hình 2.4. Sử dụng đất lưu vực sông Trà Khúc ........................................................53 Hình 2.5. Rừng lưu vực sông Trà Khúc..................................................................56 Hình 2.6. Mạng lưới sông lưu vực sông Trà Khúc – trạm Sơn Giang......................60 Hình 3.1. Kết quả mô phỏng ( a) v à đánh giá sai số (b) trận lũ từ ngày 25/11/1998 đến ngày 27/11/1998 .............................................................................................85 Hình 3.2 So sánh hai phương án (a) hiệu chỉnh SCS và (b) không hiệu chỉnh từ ngày 19/10/2001 đến ngày 20/10/2001...........................................................................86 Hình 3.3. Lưới phần tử trên lưu vực sông Tả Trạch – trạm Thượng Nhật ................90 Hình 3.4. Lưới phần tử trên lưu vực sông Thu Bồn – trạm Nông Sơn......................91 Hình 3.5. Lưới phần tử trên lưu vực sông Trà Khúc – trạm Sơn Giang....................92 Hình 3.6 Lưới phần tử trên lưu vực sông Vệ – trạm An Chỉ....................................93 Hình 3.7. Sơ đồ khối của chương trình tính theo mô hình KW-1D .........................94 Hình 3.8. Mô phỏng trận lũ từ 1h/18/-13h/23/XI/2002 s. Tả Trạch – Thượng Nhật 95 Hình 3.9 Kết quả mô phỏng lũ từ 6h/20/X - 6h/24/X/2001 s. Tả Trạch - Thượng Nhật ......................................................................................................................96 Hình 3.10. Mô phỏng trận lũ từ 7h/28/X – 19h/30/X/2000 s. Thu Bồn – Nông Sơn 96 Hình 3.11. Mô phỏng trận lũ từ 7h/20/X – 19h/23/X/2001 s. Thu Bồn – Nông Sơn 97 Hình 3.12. Mô phỏng trận lũ từ 13h/20 - 24/XII/2000 s. Trà Khúc – Sơn Giang.....97 Hình 3.13. Mô phỏng lũ từ 1h/ 19/XI - 19h/ 25/XI/1998 s, Trà Khúc - Sơn Giang..98 Hình 3.14. Mô phỏng trận lũ từ ngày 21/XI - 24/XI/1998 s. Vệ – An Chỉ ..............98 Hình 4.1. Lượng mưa tích luỹ 72 giờ dự báo được bằng RAMS từ 16 đến 19/XI/2005 trên 9 tiểu lưu vực thuộc sông Trà Khúc - trạm Sơn Giang ................ 107 Hình 4.2. Kết quả dự báo lũ từ 7 giờ ngày 10/X đến 7h ngày 13/X năm 2005 sông Trà Khúc - Sơn Giang ..........................................................................................108 Hình 4.3. Kết quả dự báo lũ từ 7 giờ ngày 16/XI đến 7h ngày 19/XI năm 2005 sông Trà Khúc - Sơn Giang ..........................................................................................108 Hình 4.4. ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy lũ trên sông Tả Trạch trận lũ từ 16h/21 đến 7h/23/X/2001 ..................................................................... 111 Hình 4.5. ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy lũ trên sông Thu Bồn, trận lũ từ 19h/2 – 13h/8/X/2003...........................................................................112 Hình 4. 6 ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình dòng chảy trên sông Trà Khúc, trận lũ ngày 25 đến 30/XI năm 1998..........................................................113 Hình 4.7: ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình dòng chảy lũ trên sông Vệ, trận lũ ngày 21 đến 24/XI năm 1998 .............................................................113 9 Hình 4. 8. ảnh hưởng của rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch - Thượng Nhật trận lũ từ 16h/21đến 4h/23/X/2000 ......................................................................114 Hình 4.9. ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị khi tăng diện tích rừng đến dòng chảy lũ trên lưu vực sông Tả Trạch - trạm Thượng Nhật, trận lũ 23h/4 đến 10h/6/XII/1999 ............................................................................................................................117 Hình 4.10. Vị trí hồ chứa cắt lũ (dự kiến) trên các lưu vực sông nghiên cứu ......... 119 10 Mở đầu 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Miền Trung là nơi hứng chịu nhiều thiên tai lũ lụt vào loại bậc nhất ở nước ta. Đã có nhiều công trình nghiên cứu giải quyết vấn đề này nhằm góp phần giảm nhẹ những hậu quả do thiên tai lũ lụt gây ra. Hướng tích cực nhất là nâng cao hiệu quả của công tác cảnh báo và dự báo lũ, từ đó đề ra những biện pháp thích hợp để phòng, tránh, trong đó đề cao vai trò của công tác quy hoạch sử dụng đất. Các phương pháp dự báo truyền thống trước đây như phương pháp lưu lượng mực nước tương ứng hay sử dụng các mô hình tương quan và mô hình thông số tập trung đã mang lại những hiệu quả tích cực. Việc diễn toán dòng chảy từ trạm thuỷ văn đầu nguồn về hạ lưu ở Trung tâm Dự báo Khí tượng Thuỷ văn Trung ương khá chính xác, đạt độ đảm bảo tương đối tốt. Tuy nhiên, thực tế thường gặp phải hai vấn đề lớn làm cho công tác dự báo lũ vẫn chưa đáp ứng được bài toán thực tiễn. Đó là: (1) do các sông ở khu vực này thường ngắn và dốc, thời gian tập trung nước nhanh nên việc phát các bản tin dự báo dựa trên số liệu quan trắc mưa và lưu lượng tuyến trên thường có thời gian dự kiến ngắn, không đủ để triển khai các biện pháp phòng chống thích hợp và (2) do chưa sử dụng các mô hình thông số dải, có khả năng diễn toán dòng chảy tốt hơn. Nhằm góp phần khắc phục các vấn đề nêu trên, tác giả thực hiện “Nghiên cứu mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước và đất một số lưu vực sông thượng nguồn Miền Trung” nhằm góp phần nâng cao chất lượng công tác cảnh báo, dự báo dòng chảy lũ từ mưa, đồng thời phục vụ quản lý tài nguyên nước và đất theo hướng điều tiết dòng chảy lưu vực. Mô hình sóng động học một chiều phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp SCS – là một mô hình thông số dải, sử dụng đầu vào là mưa dự báo từ các mô hình khí tượng được sử dụng để mô phỏng dòng chảy lũ nhằm tăng độ chính xác và thời gian dự kiến của các dự báo lũ tại các trạm thuỷ văn đầu nguồn, làm cơ sở cho việc nâng cao tính hiệu quả của công tác dự báo lũ trên toàn lưu vực. 11 2. Mục tiêu Mục tiêu của luận án là xác lập cơ sở khoa học để xây dựng mô hình toán mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy, có khả năng dự báo lũ và phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước và đất trên các lưuvực sông thượng nguồn ở Miền Trung. 3. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi khoa học của luận án là nghiên cứu các mô hình toán mưa – dòng chảy nhằm lựa chọn và xây dựng được một mô hình thích hợp để diễn toán quá trình lũ từ mưa trong các điều kiện địa lý tự nhiên ở Miền Trung. Phạm vi lãnh thổ là một số lưu vực sông thượng nguồn: Tả Trạch đến Thượng Nhật (đại diện cho các lưu vực phía Bắc Trung Bộ), Thu Bồn đến Nông Sơn, Trà Khúc đến Sơn Giang và Vệ đến An Chỉ (đại diện cho các lưu vực Nam Trung Bộ) đủ điều kiện áp dụng mô hình toán thủy văn đã lựa chọn và cũng là các sông diễn ra lũ ác liệt trong những năm gần đây. 4. Những đóng góp mới 1) Phân tích các mô hình toán mưa – dòng chảy và luận giải việc xây dựng một mô hình toán trên cơ sở mô hình sóng động học một chiều (KW - 1D), sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp SCS là thích hợp với các lưu vực sông vùng thượng nguồn ở Miền Trung. 2) Nâng cao tính ổn định và độ chính xác của mô hình KW - 1D qua sự nghiên cứu và lựa chọn sơ đồ tính nhằm mô tả chính xác không gian, thời gian bằng lý luận và thực nghiệm số kết hợp vận dụng, hiệu chỉnh phương pháp SCS để tính thấm, nâng cao khả năng mô phỏng các điều kiện mặt đệm các lưu vực sông vùng thượng nguồn ở Miền Trung 3) Xây dựng được một mô hình toán đủ khả năng dự báo lũ đồng thời là công cụ tư vấn về việc sử dụng hợp lý tài nguyên nước và đất trên các lưu vực sông Miền Trung, gồm: a) Triển khai thành công lưới các phần tử cho các lưu vực sông tự nhiên và bộ thông số của mô hình; b) Xây dựng chương trình tính và phần mềm để dự báo dòng chảy lũ từ mưa 12 cũng như phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước và đất các lưu vực sông; c) Định lượng hóa ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị và lớp phủ rừng đến sự hình thành đỉnh và tổng lượng lũ qua các kịch bản sử dụng đất. 5. Luận điểm bảo vệ Luận điểm 1. Kết quả mô phỏng lũ trên một số lưu vực sông thượng nguồn Miền Trung với độ đảm bảo đạt từ khá đến tốt cho thấy việc lựa chọn và xây dựng mô hình toán trên cơ sở mô hình sóng động học một chiều, phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp SCS là thích hợp để mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy. Luận điểm 2. Mô hình sóng động học một chiều, phương pháp phần tử hữu hạn và SCS được ứng dụng đem lại hiệu quả hữu ích phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước và đất trên các lưu vực sông thể hiện trên hai khía cạnh chính: (1) dự báo lũ, đặc biệt khi kết hợp với mô hình số dự báo mưa có độ phân giải cao để tăng thời gian dự kiến và (2) đánh giá định lượng ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị và lớp phủ rừng đối với quá trình hình thành đỉnh và tổng lượng lũ. 6. ý nghĩa khoa học và thực tiễn: 1) Hoàn thiện một phương pháp mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy trên các lưu vực sông thượng nguồn. 2) Kết quả của luận án có thể sử dụng làm công cụ giải quyết các vấn đề thực tiễn về sử dụng hợp lý tài nguyên nước và đất trên lưu vực sông theo hướng phát triển bền vững 7. Phương pháp nghiên cứu: Các phương pháp nghiên cứu chính trong luận án: 1) Phương pháp phần tử hữu hạn; 2) Phương pháp SCS; 3) Phương pháp mô hình toán thuỷ văn và 13 4) Phương pháp hệ thống thông tin địa lý (GIS). 8. Cơ sở tài liệu 8.1. Tài liệu từ các đề tài do tác giả chủ trì: 1) “ ứng dụng mô hình toán phục vụ quy hoạch lưu vực sông Trà Khúc” (QT 03–21, 2004); 2) “ứng dụng mô hình toán diễn toán lũ lưu vực sông Vệ trạm An Chỉ” (QT 04–26, 2005); 3) “Nghiên cứu mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước và đất trên một số lưu vực sông ngòi Miền Trung” (QG 07-15, 2007); 4) “Nghiên cứu áp dụng phương pháp SCS phục vụ công tác phòng chống lũ và quy hoạch lưu vực sông ngòi Trung Trung Bộ”( CB 705606, 2006) 8.2. Tài liệu từ các đề tài do tác giả là thành viên tham gia chính: 1) “ Nghiên cứu vận dụng mô hình thuỷ động lực, mưa - dòng chảy phục vụ tính toán và dự báo dòng chảy lũ” (Viện KTTV, 2004); 2) “Xây dựng công nghệ dự báo lũ bằng mô hình số thời hạn 3 ngày cho khu vực Trung Bộ Việt Nam” (QGTĐ. 04.04, 2006). 8.3. Các tài liệu: (i) khí tượng thủy văn là số liệu trích lũ và mưa từ năm 1998 – 2005 được cung cấp bởi Trung tâm Tư liệu và Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương; (ii) tài liệu mặt đệm là các bản đồ số về địa hình, mạng lưới sông, đất, sử dụng đất và thảm thực vật năm 1999 các lưu vực sông lấy từ Atlas Việt Nam, Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường [155] và (iii) các báo cáo chiến lược phát triển kinh tế xã hội các tỉnh. 9. Cấu trúc luận án Luận án có 4 chương cùng với mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục: Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu về mưa lũ ở miền trung và cơ sở lý thuyết mô hình mưa – dòng chảy và phương pháp SCS Chương 2: Điều kiện địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội một số lưu vực thượng nguồn Miền Trung trong mối liên quan với quá trình mưa – dòng chảy. Chương 3: Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy bằng mô hình sóng động học một chiều, phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp SCS. 14 Chương 4: ứng dụng mô hình mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy phục vụ dự báo lũ và sử dụng hợp lý tài nguyên nước, đất trên các lưu vực sông thượng nguồn Miền Trung Luận án được hoàn thành tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quóc gia Hà Nội, tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau đại học, Phòng Khoa học Công nghệ trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Ban Khoa học Công nghệ Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện về thời gian, kinh phí hỗ trợ qua các đề tài. Trong quá trình thực hiện, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy, các cô trong hai khoa: khoa Địa lý và khoa Khí tượng – Thuỷ văn & Hải dương học về sự hỗ trợ chuyên môn và kỹ thuật. Đặc biệt, xin bày tỏ sự cảm ơn chân thành nhất đến tập thể hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Trương Quang Hải và TS. Lương Tuấn Anh đã tận tình chỉ đạo và góp ý để tác giả hoàn thành luận án này. 15 Chương 1 Tổng quan các nghiên cứu về mưa lũ ở miền trung. cơ sở lý thuyết mô hình mưa – dòng chảy và phương pháp SCS 1.1. Tổng quan các nghiên cứu và mô hình toán phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên đất và nước lưu vực sông 1.1.1. Nghiên cứu, áp dụng mô hình toán để tính toán và dự báo mưa lũ trên thế giới và ở nước ta Ngày nay, trong tính toán và dự báo lũ, đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng, khai thác bề mặt lưu vực, việc áp dụng mô hình toán thuỷ văn để khôi phục và xử lý số liệu ngày càng rộng rãi. Đặc biệt, đối với những vùng ít được nghiên cứu thì sử dụng mô hình toán còn được coi là công cụ ưu việt nhất. Cùng với việc phát triển kỹ thuật tính toán kết hợp áp dụng công nghệ thông tin, thế mạnh giải quyết bằng các bài toán số trị và ứng dụng trong hoạt động tác nghiệp càng có vị thế nổi bật. Trong lĩnh vực dự báo, ngoài các phương pháp truyền thống trước đây như phương pháp Kalinhin - Miuliacốp [31] phương pháp tính dòng chảy đoạn sông có gia nhập khu giữa [32, 48, 53], mô hình HMC [2, 21], phương pháp đường đơn vị, đường đẳng thời [31, 58] cùng với việc sử dụng các mô hình toán SSARR, TANK [94], NAM [49, 93], ANN [30] được triển khai nghiên cứu và có những kết quả tốt, đạt độ chính xác đáp ứng cho các yêu cầu quy hoạch, thiết kế. Mô hình toán SSARR của Cục Công binh Mỹ được khai thác sử dụng sớm nhất ở nước ta, từ năm 1968, đầu tiên trong lĩnh vực thuỷ văn công trình và sau đó là trong việc cảnh báo, dự báo lũ ở đồng bằng châu thổ sông Cửu Long [80]. Mô hình SSARR cũng được triển khai áp dụng để dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng và Thái Bình ở đồng bằng Bắc Bộ cho kết quả khả quan [26, 28, 35]. 16 Mô hình TANK có xuất xứ từ Nhật Bản, được sử dụng vào những năm cuối của thập kỷ 80 thế kỷ XX ở Việt Nam. Sử dụng mô hình TANK khá đa dạng, nhưng thành tựu cơ bản nhất đạt được trong lĩnh vực khôi phục và bổ sung số liệu, là tình trạng hạn chế phổ biến nhất khi nghiên cứu thuỷ văn ở nước ta. Mô hình đơn giản, có ý nghĩa vật lý trực quan, thích hợp với các sông suối vừa và nhỏ [2, 93]. Gần đây mô hình còn được sử dụng hiệu quả khi tiến hành dự báo hạn vừa các sông chính ở Bắc Bộ [12, 13, 36, 72]. Mô hình MIKE 11 ra đời cách đây 20 năm ở Đan Mạch là một mô hình tổng hợp thông dụng nhất trên thế giới (có hơn 100 nước sử dụng) với các mô đun về thủy lực, phân tán chất lượng nước, chuyển tải bùn cát, mô phỏng mưa dòng chảy (mô hình NAM), mô hình sinh thái, dự báo lũ, vỡ đập đã bắt đầu được nghiên cứu và triển khai áp dụng. Các mô hình phát triển ở mức độ cao hơn như MIKE 21, MIKE FLOOD để mô phỏng dòng chảy 2 chiều cũng được nghiên cứu, vận dụng. Các mô hình toán có xuất xứ trong nước hiện nay rất ít, có thể kể ra một vài mô hình tiêu biểu như HYDROGIS của Nguyễn Hữu Nhân [43], KOD của Nguyễn Ân Niên [46, 47] và VRSAP của Nguyễn Như Khuê. Ngày nay, khi thế giới đang đứng trước sự khủng hoảng về nước (cả lượng và chất) trước sức ép về gia tăng dân số và các hoạt động kinh tế, bài toán quy hoạch tài nguyên nước ngày càng được đề cao. Các mô hình toán trong lĩnh vực quản lý tài nguyên và môi trường nước, vì thế, cũng được phát triển. Có thể điểm qua một số mô hình đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới như sau: Hệ thống mô hình GIBSI là một hệ thống mô hình tổng hợp quản lý nước cả lượng và chất để kiểm tra hoạt động dùng nước trong các lĩnh vực kinh tế như nôn...i phương pháp số dư của Galerkin được sử dụng để giải hệ phương trình sóng động học của dòng chảy một chiều. Việc áp dụng lý thuyết phần tử hữu hạn để tính toán dòng chảy được Zienkiewicz [160] khởi xướng từ năm 1971. Tác giả đã sử dụng phương pháp này để nghiên cứu dòng chảy thấm. Nhiều nhà nghiên cứu khác cũng đã áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết các vấn đề khác của dòng chảy [97, 106, 118, 127-128, 148, 153-154, 161]. 31 Vào năm 1973, Judah đã tiến hành việc phân tích dòng chảy mặt bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Tác giả sử dụng phương pháp số dư của Galerkin để xây dựng mô hình diễn toán lũ và đã thu được kết quả thoả mãn khi áp dụng mô hình cho lưu vực sông tự nhiên và cho rằng mô hình phần tử hữu hạn ít gặp khó khăn khi lưu vực có dạng phức tạp, sử dụng đất đa dạng và phân bố mưa thay đổi. Phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp với phương pháp Galerkin, vào năm 1974, còn được Al-Mashidani và Taylor [152] áp dụng để giải hệ phương trình dòng chảy mặt ở dạng vô hướng. So với các phương pháp số khác, phương pháp phần tử hữu hạn được coi là ổn định hơn, hội tụ nhanh hơn và đòi hỏi ít thời gian tính hơn. Cooley và Moin vào năm 1976 cũng áp dụng phương pháp Galerkin khi giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho dòng chảy trong kênh hở và thu được kết quả tốt với kỹ thuật tổng hợp thời gian khác nhau được phân tích và đánh giá. ở trong nước, phương pháp phần tử hữu hạn được ứng dụng vào việc đánh giá ảnh hưởng của những thay đổi trong sử dụng đất đến dòng chảy lũ vì lưu vực có thể được chia thành một số hữu hạn các lưu vực con hay các phần tử [24, 55-57, 59, 65, 70]. Những đặc tính thuỷ văn của một hoặc tất cả các phần tử có thể được thay đổi để tính toán các tác động đến phản ứng thủy văn của toàn bộ hệ thống lưu vực [61-62] qua các kịch bản sử dụng đất khác nhau. Từ năm 1972, Desai và Abel đã kể ra những bước cơ bản trong khi triển khai phương pháp phần tử hữu hạn sẽ được tuân thủ trong việc phát triển mô hình dòng chảy mặt ở sườn dốc và trong sông như sau: 1. Rời rạc hoá khối liên tục: Khối liên tục, tức là hệ thống vật lý đang nghiên cứu (lưu vực), được chia thành một hệ thống tương đương gồm những phần tử hữu hạn. Việc rời rạc hoá là một quá trình cân nhắc vì số lượng, kích thước và cách sắp xếp của các phần tử đều liên quan đến thuật giải và phương tiện kỹ thuật. Cần xác định phần tử sao cho bảo toàn được tính chất đồng nhất thủy văn trong mỗi phần tử. Tính chất đồng nhất thuỷ lực là một mục tiêu cần xem xét tiếp khi tạo lưới. Có thể sử dụng một số lượng lớn các phần tử về lý thuyết, nhưng thực tế số lượng các phần tử thường hạn chế do những điều kiện ràng buộc khác. 32 (A) (B) Hình 1.2. Lưu vực và lưới phần tử hữu hạn tương ứng. Một lưu vực giả thiết được sử dụng để minh họa cho quá trình này (Hình 1.2). Lưu vực bao gồm một dòng chính và một nhánh lớn. Cả hai nhánh này đều được đưa vào sơ đồ dòng chảy. Ba lưu vực con hay bãi dòng chảy trên mặt và tương ứng ba kênh có thể được xác định. Trên hình 1.2B, những đường đậm là ranh giới gần đúng của lưu vực và các bãi dòng chảy mặt. Bước tiếp theo là xác định các thành phần của kênh. Cách thức đơn giản nhất là chia mỗi một trong 3 kênh thành một số lượng hữu hạn các đoạn sông thích hợp dựa trên sự đồng nhất tương đối về độ dốc lòng dẫn. Từ những nút của các phần tử kênh này xác định các đường phân định dải dòng chảy tương ứng phần tử lòng dẫn. Bản đồ địa hình của khu vực sẽ là cơ sở cho việc vạch ra các ranh giới này. Các đường này xác định các dải, trong đó dòng chảy mặt trong mỗi dải diễn ra một cách độc lập với các dải khác và theo hướng vuông góc với dòng chảy trong các phần tử kênh. Khái niệm này là cơ sở cho phép sử dụng hệ phương trình vi phân một chiều mô phỏng dòng chảy sườn dốc. Trong mỗi dải các phần tử sườn dốc được xác định sao cho trong mỗi phần tử, độ dốc sườn dốc tương đối đồng nhất. Xét bãi dòng chảy mặt thứ nhất, quá trình giải là quá trình phân tích phần tử hữu hạn cho từng dải với mưa vượt thấm là đầu vào để tìm dòng chảy mặt chảy vào kênh dẫn. Sau đó phân tích phần tử hữu hạn cho kênh dẫn được thực hiện tương tự IA1 IA2 IB1 IA3 IIA1 IIIA1 IIIA2 IIIA3 IIIC1 IIID1 IIIB1 IIID1 IB1 IC2 IIC1 IID1 33 như với một dải dòng chảy mặt riêng lẻ để tìm ra lưu lượng trong kênh dẫn tại vị trí các nút phần tử kênh. Quá trình này được lặp lại cho các bãi dòng chảy còn lại để tìm được quá trình lưu lượng tại nút cuối cùng ở hạ lưu của toàn bộ lưu vực. Việc ký hiệu đúng sẽ chỉ ra được chính xác từng phần tử, dải và bãi dòng chảy. Theo hình 1.2B, các số La Mã biểu thị các bãi dòng chảy, các chữ in hoa biểu thị các dải và các chữ số thường biểu thị các phần tử trong dải. 2. Lựa chọn mô hình biến số của trường: bao gồm việc lựa chọn các biến của trường và gán các nút cho từng phần tử. Các hàm số mô phỏng xấp xỉ sự phân bố các biến của trường trong từng phần tử là các phương trình liên tục và động lượng đã được chứng tỏ có thể áp dụng được cho cả dòng chảy trên mặt và trong kênh [162]: Phương trình liên tục:     Q x A t q   0 và phương trình động lượng: x y gASSgA A Q xt Q f              )( 2 trong đó: Q - lưu lượng trên bãi dòng chảy trên mặt hoặc trong kênh; q - dòng chảy bổ sung ngang trên một đơn vị chiều dài của bãi dòng chảy (mưa vượt thấm đối với bãi dòng chảy trên mặt và và đầu ra của dòng chảy trên mặt đối với kênh dẫn); A - diện tích dòng chảy trong bãi dòng chảy trên mặt hoặc trong kênh dẫn; x- khoảng cách theo hướng dòng chảy; t - thời gian; g - gia tốc trọng trường; S - độ dốc đáy của bãi dòng chảy; Sf - độ dốc ma sát; y - độ sâu dòng chảy. Việc xấp xỉ sóng động học được áp dụng đối với phương trình động lượng cho dòng chảy sườn dốc là sự lựa chọn tốt nhất vì các điều kiện biên và điều kiện ban đầu chỉ cần áp dụng đối với phương trình liên tục. Tính đúng đắn của quá trình này đã được nói đến trong nhiều tài liệu [2, 146, 169]. Việc xấp xỉ động học đòi hỏi sự cân bằng giữa các lực trọng trường và quán tính trong phương trình động lượng và dòng chảy là hàm số chỉ phụ thuộc vào độ sâu. Do đó phương trình động lượng có thể rút gọn về dạng: 34 fSS  (1.7) Phương trình có thể biểu diễn dưới dạng phương trình dòng chảy đều như phương trình Chezy – Manning ở công thức (1.6) Sau khi xấp xỉ sóng động học sẽ còn lại hai biến của trường cần xác định là A và Q. Cả hai đều là những đại lượng có hướng, khi được biểu diễn dạng ẩn tại các điểm nút, A và Q có thể được coi là phân bố trong từng phần tử theo x như sau:   ANtAxNtxAtxA n i ii   1 )()(),(*),( (1.8)   QNtQxNtxQtxQ n i ii   1 )()(),(*),( (1.9) trong đó: Ai(t) - diện tích, là hàm số chỉ phụ thuộc vào thời gian; Qi(t) - lưu lượng, hàm số chỉ phụ thuộc vào thời gian; Ni(x) - hàm số nội suy; n - số lượng nút trong một phần tử. Đối với một phần tử tuyến tính một chiều, n = 2 và: )()()()(),(* 11 tAxNtAxNtxA iiii  (1.10) )()()()(),(* 11 tQxNtQxNtxQ iiii  (1.11) trong đó: i i i x xx xN Δ )( 1    và i i i x xx xN Δ )(1   với ),( 1 ii xxx Các hàm nội suy thường được coi là các hàm toạ độ vì chúng xác định mối quan hệ giữa các toạ độ tổng thể và địa phương hay tự nhiên. Các hàm nội suy đối với các phần tử tuyến tính đã được bàn luận tương đối kỹ trong nhiều công trình về phương pháp phần tử hữu hạn [106, 126, 146 -148, 152, 160, 161]. 3.Tìm hệ phương trình phần tử hữu hạn: bao gồm việc xây dựng hệ phương trình đại số từ tập hợp các phương trình vi phân cơ bản. Có bốn quy trình thường được sử dụng nhất là phương pháp trực tiếp, phương pháp cân bằng năng lượng, phương pháp biến thiên và phương pháp số dư có trọng số. Phương pháp số dư có trọng số của Galerkin được dùng để thiết lập các phương trình vì nó đã chứng tỏ là một phương pháp tốt đối với các bài toán về dòng chảy mặt [152]. Phương pháp Galerkin cho rằng tích phân: 35   D i RdDN 0 (1.12) với D: khối chứa các phần tử; R: số dư được gán trọng số trong hàm nội suy Ni. Do phương trình (1.12) được viết cho toàn bộ không gian nghiệm nên nó có thể được áp dụng cho từng dải dòng chảy, ở đó hàm thử nghiệm sẽ được thay thế vào phương trình (1.12) và lấy tích phân theo các phần tử của dải: 0 1                 NE i D eie dDqA x Q N    (1.13) trong đó: NE: số phần tử trong phạm vi tính toán A: đạo hàm theo thời gian của A. De: phạm vi của một phần tử (dải dòng chảy, đoạn sông). Xét riêng một phần tử, phương trình (1.13) trở thành:     0       e eD iji j i dDqNANNQ x N N    (1.14) Và phương trình này có thể viết lại như sau     0 2 1        dxqNANNQx N N x x iiji j i    (1.15) Lấy tích phân của từng số hạng trong (1.15):    Qdx x N N x N N x N N x N N Qdx x N N x x x x j i                      2 1 2 1 2 2 1 2 2 1 1 1           2 1 )( 212 1 12 2 12 2 1 1 1 2 1 2                dx xx xx dx xx xx xxx xx dx x N N x x x x x x x x     Tương tự, lấy tích phân của tất cả các số hạng khác, cuối cùng nhận được:       QFQQdx x N N Q x x j i                     2 1 2 1 2 1 2 1 2 1   36         * 3 1 6 1 6 1 3 1 2 1 AFAxAdxNN A x x ji               q x x i FqxqdxqN             2 1 2 1 2 1 Kết hợp ba số hạng cho phương trình đối với một phần tử hữu hạn tuyến tính:         0 qQA FqQFAF . * (1.16) Nếu đạo hàm của diện tích theo thời gian được lấy xấp xỉ ở dạng:   ttAttAtA  /)().()( phương trình (1.16) trở thành:            011       ttqttQtAttA FqQFAF t AF t (1.17) Hệ phương trình thiết lập cho lưới phần tử hữu hạn gồm n phần tử sao cho có thể bao hàm được toàn bộ số phần tử. ở đây, do các dải được diễn toán một cách độc lập nên phương trình tổng hợp cần phải viết cho từng dải và từng kênh dẫn. 4. Giải hệ phương trình cho véc tơ các biến của trường tại các nút. Hệ phương trình phần tử hữu hạn (1.17) với các ẩn số là các biến tại các nút có thể được giải bằng phương pháp khử Gauss. Hệ phương trình phi tuyến cần phải giải thông qua các bước lặp. Các điều kiện ban đầu là điều kiện bắt buộc để giải phương trình (1.17). Ví dụ đối với một dải chứa n phần tử tuyến tính và n+1 nút, trên các bãi dòng chảy sườn dốc của kênh tại thời điểm t = 0, có một vài số hạng sẽ bằng 0. Phương trình phần tử hữu hạn trở thành:      qttA fAF t    1 (1.18) Sau khi giải đồng thời hệ phương trình này tìm các ẩn  A , phương trình Manning được sử dụng để tìm các ẩn  Q . Điều kiện biên trên là cần thiết để giải hệ phương trình sóng động học vì chỉ 37 có một sóng xuôi theo chiều dòng chảy. Trong trường hợp biên tại ranh giới lưu vực và nguồn sông, điều kiện biên là 0Q , còn tại nơi nhập lưu của sườn dốc và trong sông điều kiện biên vào bằng tổng nhập lưu tại nút hợp lưu. Các giá trị   ttA  ,   ttQ  {Q} tại một bước thời gian tính toán sẽ trở thành các giá trị  tA và  tQ trong bước thời gian tính toán tiếp theo. Quá trình này được thực hiện cho đến khi tìm được kết quả cần thiết. 5. Tổng hợp hệ phương trình đại số cho toàn bộ miền tính toán gồm n phần tử sao cho có thể bao hàm được toàn bộ số phần tử. Quá trình tổng hợp hệ phương trình cho n phần tử tuyến tính với (n+1) nút được thực hiện như sau: Viết phương trình (1.17) cho 1 phần tử: 0 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 3 1 6 1 6 1 3 1 3 1 6 1 6 1 3 1 11 2 1 2 11 2 11                                                                  ql Q Q A A t l A A t l ttt ΔΔ Δ Triển khai phương trình cho 3 phần tử, 4 nút: 0 22 1 2 1 6 1 3 1 6 1 3 1 11 2121 1 21 1                     ql QQAA t l AA t l tttt ΔΔ Δ 0 22 1 2 1 3 1 6 1 3 1 6 1 11 2121 1 21 1                     ql QQAA t l AA t l tttt ΔΔ Δ 0 22 1 2 1 6 1 3 1 6 1 3 1 22 3232 1 32 2                     ql QQAA t l AA t l tttt ΔΔ Δ 0 22 1 2 1 3 1 6 1 3 1 6 1 22 3232 1 32 2                     ql QQAA t l AA t l tttt ΔΔ Δ 0 22 1 2 1 6 1 3 1 6 1 3 1 33 4343 1 43 3                     ql QQAA t l AA t l tttt ΔΔ Δ 0 22 1 2 1 3 1 6 1 3 1 6 1 33 4343 1 43 3                     ql QQAA t l AA t l tttt ΔΔ Δ Hệ phương trình trên được viết dưới dạng ma trận như sau: 38         011 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1                                   qQA tt A F Q Q Q Q F A A A A F t A A A A F t ΔΔ Δ trong đó:                         36 00 636 0 0 6336 00 63 33 322 2211 11 ll lll llll ll FA                            2 1 2 1 00 2 1 0 2 1 0 0 2 1 0 2 1 00 2 1 2 1 QF                            2 2 2 2 33 3322 2211 11 ql qlql qlql ql f q Tổng quát cho n phần tử tuyến tính ta có phương trình dạng:            011       ttqtQtAttA fqQFAF t AF t (1.19) Một cách tiệm cận khác để giải quyết bài toán khi số liệu địa hình lòng dẫn thiếu. Khi đó cần thiết tiến hành một số thủ thuật để thay biến A bằng Q. Từ (1.6), phương trình Manning có thể viết lại là: 2/13/5 3/2 2/1 3/2 1 . 1 SA nP SA P A n Q        (1.20) 6.0 6.0 2/1 3/2 2/1 3/2 3/5 Q S nP AQ S nP A          Viết dưới dạng tổng quát   Q S nP A          2/1 3/2 , đặt β β QA S nP        21 32 / / Trong phương trình Manning  = 0.6. Khi đó (1.6) có thể viết lại là: q t Q Q x Q       1βαβ (1.21) Đặt 1βαβQ , phương trình (1.21) trở thành: 39 q t Q x Q        (1.22) Dễ dàng nhận thấy, áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (1.8), (1.9) vào (1.22) nhận được:        qAQ fQFQF  μ        QFfQF QqA  (1.23) Đặt )( 2 1 Δ tttt QQQ   , phương trình (1.23) trở thành:           QFQFftQF QtAttqttA   μμ ΔΔ           ttQttQtAttq QFtQFtQFft Δ5.05.0μΔ ΔΔ                tQAttqttQA QFtFftQFtF Δ5.0μ5.0 ΔΔ           ttqttt FQCQB ΔΔ   Biểu thức cuối cùng sẽ là:            ttqttt FBQCBQ Δ 11 Δ     (1.24) Phương trình (1.24 ) có thể giải được chỉ phụ thuộc vào lưu lượng. 1.3. Phương pháp SCS 1.3.1. Giới thiệu phương pháp SCS Cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ (1972) đã phát triển một phương pháp để tính tổn thất dòng chảy từ mưa rào (gọi là phương pháp SCS) [111, 138]. Theo đó, trong một trận mưa rào, độ sâu mưa hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy trực tiếp Pe không bao giờ vượt quá độ sâu mưa P. Tương tự, sau khi quá trình dòng chảy bắt đầu, độ sâu nước bị cầm giữ có thực trong lưu vực, Fa bao giờ cũng nhỏ hơn hoặc bằng một độ sâu trữ nước tiềm năng tối đa nào đó S (Hình 1.3). Đồng thời có một lượng Ia bị tổn thất ban đầu không sinh dòng chảy trước thời điểm sinh nước đọng trên bề mặt lưu vực. Do đó, có lượng dòng chảy tiềm năng là P - Ia. Trong phương pháp SCS, giả thiết rằng tỉ số giữa hai đại lượng có thực Pe và Fa bằng với tỉ số giữa hai đại lượng tiềm năng P - Ia và S, có nghĩa là: 40 a ea IP P S F   (1.25) Từ nguyên lí liên tục, có: aae FIPP  (1.26) Kết hợp (1.25) và (1.26) để giải Pe   SIP IP P a a e    2 (1.27) Đó là phương trình cơ bản của phương pháp SCS để tính độ sâu mưa hiệu dụng hay dòng chảy trực tiếp từ một trận mưa rào [111]. Qua nghiên cứu các kết quả thực nghiệm trên nhiều lưu vực nhỏ [111, 141] đã xây dựng được quan hệ: SIa 2,0 (1.28) Trên cơ sở này, ta có:   SP SP Pe 8.0 2.0 2    (1.29) Hình 1.3. Các biến số có tổn thất dòng chảy trong phương pháp SCS Ia - độ sâu tổn thất ban đầu, Pe - độ sâu mưa hiệu dụng, Fa - độ sâu thấm liên tục, P - tổng độ sâu mưa. Nguồn: Chow V. T., [111] Lập đồ thị quan hệ giữa P và Pe bằng các số liệu của nhiều lưu vực, đã tìm ra được họ các đường cong tiêu chuẩn hoá, sử dụng số hiệu CN làm thông số. Đó là một số không thứ nguyên, lấy giá trị trong khoảng 1000  CN . Đối với các mặt không thấm hoặc mặt nước, CN = 100 ; đối với các mặt tự nhiên, CN < 100. Số hiệu của đường cong CN và S liên hệ với nhau qua phương trình: 41 10 1000  CN S (inch) hay        10 1000 4.25 CN S (mm) (1.30) Các số hiệu của đường cong CN đã được cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ lập thành bảng tính sẵn [111] dựa trên các bảng phân loại đất theo 4 nhóm và các loại hình sử dụng đất. Trong phương pháp SCS, độ ẩm của đất trước trận mưa đang xét (gọi là độ ẩm kì trước) cũng được tính đến. Độ ẩm này được phân chia ra làm ba nhóm: độ ẩm kì trước trong điều kiện bình thường (AMC II), trong điều kiện khô (AMC I) và trong điều kiện ẩm ướt (AMC III). Việc phân loại các nhóm độ ẩm này theo các chỉ tiêu dựa vào lượng mưa 5 ngày trước đó [111]. Các số hiệu đường cong áp dụng cho các điều kiện AMC II, AMC I và AMC III của độ ẩm kì trước có liên hệ với nhau qua các công thức sau: )(.0568,010 )(.2,4 )( IICN IICN ICN   (1.31) )(.13,010 )(.23 )( IICN IICN IIICN   (1.32) Công thức (1.31) và (1.32) được rút ra qua các quan hệ thực nghiệm trên nhiều lưu vực ở Mỹ [111]. Nếu lưu vực được tạo thành bởi nhiều loại đất và có nhiều loại hình sử dụng đất khác nhau, có thể tính một giá trị hỗn hợp của CN theo công thức bình quân trọng số diện tích [138]. 1.3.2. Phát triển SCS Cho dù sự phát triển khởi đầu với ý định chủ yếu là bảo vệ thổ nhưỡng, nhưng phương pháp SCS đã tiến triển xa hơn so với mục tiêu ban đầu của nó. Cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ đã phát triển thành phương pháp diễn toán lượng dòng chảy từ lượng mưa trong những trận mưa rào. Phương pháp SCS được sử dụng rộng rãi để đánh giá tổng lượng dòng chảy và lưu lượng lớn nhất ở những khu vực không được đo đạc như các vùng đô thị hoặc nông thôn nằm trên lưu vực, và trở thành một phần quan trọng trong các mô hình tổng hợp mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy [97, 105, 112, 136, 150, 154]. Mặc dù hiện nay việc áp dụng phương pháp SCS trong việc đánh giá dòng chảy đã khác so với năm 1960, nhưng tính phổ 42 biến của nó vẫn được duy trì qua nhiều năm bởi dễ áp dụng và cũng bởi những số liệu mặt đệm ngày càng dễ cập nhật để có thể lựa chọn giá trị thông số theo những đặc trưng tự nhiên của lưu vực. Phương pháp SCS được sử dụng rộng rãi trong việc đánh giá dòng chảy trên các lưu vực từ loại nhỏ và vừa. Phần lớn giả thiết tới hạn của phương pháp SCS cho rằng tỷ lệ giữa lượng cầm giữ thực và tiềm năng bằng tỷ lệ giữa lượng dòng chảy thực và tiềm năng, nhưng không nói rõ là từ lý luận hay từ kinh nghiệm. Nhằm chứng minh về mối quan hệ này Bofu Yu (1998) [107] trong nghiên cứu của mình, đã cho rằng tính lý luận của phương pháp SCS về đánh giá dòng chảy có thể bắt nguồn từ giả thiết bởi: (1) Khả năng thấm biến đổi trong không gian phân bố theo hàm số mũ; (2) Tốc độ mưa biến đổi theo thời gian cũng phân bố theo hàm số mũ. Cơ sở lý luận của phương pháp SCS cho phép xác nhận tính hợp lý của nó với việc nghiên cứu cường độ mưa và khả năng thấm thực biến đổi theo thời gian và không gian một cách riêng biệt và có thể mô tả bằng phương pháp giải tích. Qua khảo sát các nghiên cứu về phương pháp SCS, Bofu Yu cũng đánh giá hạn chế của nó là phụ thuộc vào tỷ lệ không gian và thời gian, nơi phương pháp được áp dụng, hay nói cách khác sự thành công của phương pháp SCS bị giới hạn bởi cỡ lưu vực. Do tính dễ áp dụng, phương pháp SCS từ lâu đã được áp dụng rộng rãi ngoài Hoa Kỳ và mang lại những thành công nhất định ở ấn Độ [98, 128], úc [108], Ba Lan [100], Niu Di lân [101] v.v.. Tuy nhiên, khi áp dụng phương pháp SCS ngoài lãnh thổ nước Mỹ đòi hỏi có những cải tiến cho phù hợp. Có thể nhận thấy rằng các cải tiến này tập trung vào các hướng: (1) Xem xét lại công thức quan hệ giữa lượng tổn thất ban đầu Ia và lượng cầm giữ tiềm năng S cho phù hợp với điều kiện địa phương và khái quát công thức tính mưa hiệu quả (1.29) thành: 43   SP SP Pe )1( 2      (1.33) với 0 <  < 1. (2) Xem xét lại công thức liên hệ để tính hệ số CN (1.31) và (1.32) trong các trường hợp ứng với độ ẩm kỳ trước giữa ACM II với ACM I và ACM III. (3) Xây dựng lại bảng tra cứu mối quan hệ giữa các loại đất và tình hình sử dụng đất và chỉ số CN trong trường hợp ACM II (Ia = 0.2 S) [92]. * * * Với mục tiêu là "Nghiên cứu mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước và đất một số lưu vực sông thượng nguồn Miền Trung", tác giả lựa chọn phương pháp SCS và phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng trong mô hình sóng động học 1 chiều để giải quyết bài toán mô phỏng lũ và đánh giá tác động của các điều kiện sử dụng đất, thảm thực vật trên lưu vực đến dòng chảy, phục vụ cho việc tối ưu hoá khai thác sử dụng nước và đất trên lãnh thổ. Tác giả cùng tập thể hướng dẫn khoa học đã tiến hành các nghiên cứu nhằm nâng cao độ ổn định của mô hình sóng động học phương pháp phần tử hữu hạn [3, 5, 70]. Đã sử dụng mô hình sóng động học một chiều KW-1D mô phỏng lũ cho các lưu vực sông Tả Trạch đến trạm Thượng Nhật [65] sông Thu Bồn đến trạm Nông Sơn [62], sông Trà Khúc đến trạm Sơn Giang [24, 55, 56] và sông Vệ đến trạm An Chỉ [57, 59] cho kết quả khả quan. Nhằm nâng cao hiệu quả của phương pháp SCS đã tiến hành hiệu chỉnh các công thức tính thấm [61] và sử dụng phương pháp nằy để đánh giá các kịch bản sử dụng đất trên 4 lưu vực nói trên [62]. Nâng cao hiệu quả của mô hình để phục vụ công tác dự báo và cảnh báo lũ, tiến hành liên kết sử dụng mưa dự báo từ mô hình khí tượng RAMS để dự báo lũ 3 ngày trên sông Trà Khúc đến trạm trạm Sơn Giang cho kết quả đầy triển vọng [77, 154]. Kết luận chương 1. Qua việc tổng quan về các tài liệu và phương pháp luận về phát triển mô hình toán mưa – dòng chảy trên thế giới và thực tiễn áp dụng ở Việt Nam cho thấy: 44 1. Có nhiều công trình nghiên cứu về dự báo, cảnh bão lũ cũng như quản lý tài nguyên nước lưu vực sông trên địa bàn nghiên cứu, nhưng đều dựa trên các mô hình có sẵn tiếp thu từ nước ngoài. Chưa có một công trình nào về xây dựng mô hình toán mưa – dòng chảy kết hợp cả hai mục đích dự báo lũ và sử dụng hợp lý tài nguyên nước và đất lưu vực sông ở Miền Trung. 2. Việc lựa chọn mô hình sóng động học một chiều, phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp SCS là có cơ sở khoa học để xây dựng một mô hình toán đáp ứng mục tiêu “Nghiên cứu mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên nước và đất một số lưu vực sông ngòi Miền Trung”. Đây là một hướng tiếp cận mới. 45 Chương 2 điều kiện địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội một số lưu vực thượng nguồn Miền Trung trong mối liên quan với quá trình mưa – dòng chảy 2.1. điều kiện địa lý tự nhiên 2.1.1 Vị trí địa lý Các lưu vực sông được lựa chọn để nghiên cứu là sông Tả Trạch đến trạm Thượng Nhật, sông Thu Bồn đến trạm Nông Sơn, sông Trà Khúc đến trạm Sơn Giang và sông Vệ dến trạm An Chỉ nằm trên địa bàn các tỉnh Thừa Thiên - Huế, Quảng Nam và Quảng Ngãi trong giới hạn 14030' - 16030' độ vĩ Bắc và 107000' đến 109015' độ kinh Đông (Hình 2.1). Với vị trí địa lý phía Tây được chắn bởi dãy Trường Sơn, phía Đông là miền chuyển tiếp, đồng bằng gần biểnĐông có nguồn ẩm lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành mưa lũ trên các sông. 2.1.2 Địa hình Các sông suối trong phạm vi nghiên cứu đều bắt nguồn từ dãy Trường Sơn và đổ ra Biển Đông, phân dị địa hình các lưu vực sông có thể chia ra hai miền. Miền núi, nơi thượng lưu của các con sông, có độ dốc lớn, nước tập trung nhanh, thuận lợi cho việc hình thành những trận lũ ác liệt, thời gian chảy truyền nhỏ. Miền đồng bằng tương đối bằng phẳng lại bị chắn bởi những cồn cát, làm cản trở hành lang thoát lũ, dễ gây ngập lụt. Dựa trên chỉ tiêu nguồn gốc địa hình, theo [14] trong vùng nghiên cứu thống trị các kiểu địa hình sau: - Nhóm kiểu địa hình núi với các ngọn núi cao, độ dốc từ 30 -450, cấu tạo từ đá nguyên khối ít bị chia cắt 46 - Nhóm kiểu địa hình thung lũng hẹp, hai sườn dốc với các bãi bồi hẹp là sản phẩm tích tụ hỗn hợp aluvi - proluvi. - Nhóm kiểu địa hình đồng bằng rải dọc theo bờ biển. Hình 2.1. Vị trí các lưu vực sông nghiên cứu [155] Đối với các lưu vực lựa chọn có thể mô tả địa hình như sau: - Lưu vực sông Tả Trạch đến trạm Thượng Nhật có địa hình rất phức tạp, chủ yếu là núi, một phần là trung du và đồng bằng với nhiều nhánh núi từ dãy Trường Sơn đâm ngang ra biển theo hướng Tây Bắc - Đông Nam hình thành nên các 47 thung lũng. Địa hình lưu vực có độ cao từ 100 – 1000m. Đỉnh cao nhất trên 1000m thuộc dãy Trường Sơn, địa hình dốc, có xu thế thấp dần theo hướng Tây Nam - Đông Bắc và hướng Tây- Đông. Vùng đồi núi có độ dốc từ 150 đến 300, khống chế dòng chảy chung từ Tây - Đông và đóng vai trò như bức tường chắn bão và áp thấp nhiệt đới gây "mưa địa hình". Vùng trung du gồm những đồi núi thấp, nhấp nhô, độ cao từ 100 – 500m độ dốc trung bình tương dối lớn. Vùng đồng bằng địa hình có độ dốc trung bình dưới 50, độ cao dưới 100m. Địa hình phức tạp và độ dốc lớn của lưu vực, đặc biệt là vùng núi làm tăng khả năng tập trung dòng chảy mặt. - Lưu vực sông Thu Bồn đến trạm Nông Sơn có địa hình lưu vực khá phức tạp gồm các kiểu địa hình núi, thung lũng và đồng bằng. Các dãy núi bóc mòn kiến tạo dạng địa lũy uốn nếp khối tảng trên các đá biến chất và đá trầm tích lục nguyên có độ cao dưới 700m ở hạ lưu cao dần đến trên 2000m ở trung tâm các khối kiến tạo. Đồng bằng cao tích tụ xâm thực trên thềm sông biển cổ cao từ 10 – 15m phía biển đến 40 – 50m ở chân núi và chúng bị chia cắt mạnh bởi các dòng chảy thường xuyên. Đặc điểm địa hình chung của lưu vực: dốc, ngắn, tập trung nước lớn, dễ xảy ra lũ lụt. - Lưu vực sông Trà Khúc đến trạm Sơn Giang nghiêng từ Tây, Tây Nam sang Đông và Đông Bắc, chủ yếu là loại địa hình miền núi thuộc sườn Đông của dãy Trường Sơn Nam và một diện tích nhỏ địa hình đồng bằng do sông Trà Khúc tạo nên. Địa hình miền núi chiếm gần 3/4 diện tích lưu vực nên các dòng sông có độ dốc lớn với khả năng chia cắt, xâm thực mạnh. Đường phân nước của lưu vực có độ cao từ 150 m - 1760 m. Vùng chuyển tiếp giữa miền núi và đồng bằng có nhiều đồi, các đỉnh núi cao 200 m - 300 m. Vùng thung lũng và đồng bằng có độ cao dưới 10 m, các cồn cát ven biển cao trên 10 m. Các đặc điểm địa hình lưu vực nổi bật là: sông dốc, cùng với lượng mưa và tốc độ dòng chảy lớn tạo điều kiện hình thành những trận lũ ác liệt. - Lưu vực sông Vệ đến trạm An Chỉ có địa hình phức tạp, gồm miền núi, trung du và đồng bằng với nhiều nhánh núi từ dãy Trường Sơn chạy ra vùng đồng bằng ven biển, tạo nên những thung lũng theo hướng Tây Nam - Đông Bắc. Địa hình 48 Hình 2.2. Địa hình lưu vực sông Trà Khúc Nguồn: Atlas Vietnam,1999 [155] 49 Hình 2.3. Độ dốc lưu vực sông Trà Khúc Tác giả: Nguyễn Thanh Sơn, Ngô Chí Tuấn 50 lưu vực có độ cao trung bình biến động từ 100 - 1000m, địa hình dốc, có xu thế thấp dần theo hướng Tây Nam - Đông Bắc và Tây - Đông. Vùng trung du gồm những đồi núi thấp, nhấp nhô, độ cao 100 - 500 m, độ dốc địa hình còn tương đối lớn. Vùng đồng bằng nằm ở hạ lưu các dòng sông, nhìn chung địa hình không được bằng phẳng, độ cao khoảng 100 m. 2.1.3. Địa chất, thổ nhưỡng Vùng nghiên cứu có đặc điểm kéo dài theo kinh tuyến nên chịu ảnh hưởng của nhiều cấu trúc địa chất khác nhau [14]. Dựa vào chế độ kiến tạo và thành phần thạch học, lãnh thổ nghiên cứu chịu ảnh hưởng của các phân vùng kiến tạo sau: - Đới khâu Quảng Nam - Đà Nẵng có đặc điểm là các hoạt động macma xâm nhập tuổi Paleogen - Mezozoi sớm phát triển mạnh. - Đới Bình Trị Thiên có chế độ đại động lực yếu, các thành tạo xâm nhập kém phát triển tuổi Paleozoi sớm - giữa. Về cấu trúc địa chất, thành phần thạch học các lưu vực sông cụ thể như sau: - Lưu vực sông Tả Trạch đến trạm Thượng Nhật. Các chi lưu của sông Tả Trạch chảy qua các vùng đá gốc khác nhau. Thượng nguồn sông Tả Trạch chảy qua các đá mắc ma của phức hệ Hải Vân, Quế Sơn, Hải Lộc và chảy qua các đá trầm tích - biến chất thuộc hệ tầng A Vương, hệ tầng Tân Lâm. Trên lưu vực sông Tả Trạch có móng đá gốc cấu tạo bởi các đá thuộc hệ tầng Cô Bai hệ tầng Long Đại và hệ tầng Tân Lâm. Khu vực này có các móng đá gốc bồn trũng nằm ở độ sâu khoảng 50 – 70 m. Bề mặt móng đá gốc ở trên lưu vực có hướng nghiêng từ Tây sang Đông, độ dốc khoảng 50. ở lưu vực sông Tả Trạch Mioxen có các lớp cơ bản sau: (1) lớp cuội, sỏi, lẫn ít tảng màu vàng xám đến màu xám trắng; (2) lớp cát kết chứa trên cuội sỏi màu xám tro, xám trắng, có chứa nhiều vật chất ...over Hue city" Journal of Science VNU. Natural sciences and technology, T.XIX, No1-2003, p. 82-89, Hanoi 136. Olivera, F., and D. Maidment, (1999), "Geographical information system IS)- based spatially distributed model for runoff routing" Water Res. Research. 35 137. Parlange JY, Rose CW, Sander G. (1981), “Kinematic flow approximation of runoff on plane an exact analytical solution”. J Hydrol ;52:171-6. 138. Philip B. Bedient. Wayne C. Huber (1992), Hydrology and Floodplain Analysis. Addison-Wesley Publishing Company, 139. Remson, I., Hornberger, G.M., and Molz F. I., (1971), Numerical methods in sub-suface hydrology. Wiley-Interscience, NewYork, 389pp. 144 140. Ross B. B, Contractor D.N and Shanholtz V. O., (1979), "Finite element model of overland and channel flow for assessing the hydrologic impact of land - use change". Journal of Hydrology, (41), p.11-30. 141. "SCS Hydorlogic Method" (2004), Review DRAFT. ISWM Design Manual for Development/ Redevelopment, p. (14-26) 142. Segerlind L. J. (1984), Applied finite element analysis. 2nd ed. New York:Wiley. 143. Sharda V.N., Singh S.R. (1994), “A finite element model for simulaling runoff and soil erosion from mechanically treated agricultural lands”. I. Governing equations and solutions. Water Resour Res;30(7):2287-98. 144. Sherif M. M., Singh, V. P., and Amer, A. M. (1988), “A two dimensional finite element model for dispresion (2D-FED) in coastal aquifer”. Journal of Hydrology, (103), p.11-36. 145. Singh VP, editor (1995), Computer models in watershed hydrology. Colorado: Water Resources Publications. 146. Singh, V. P., (1996), Kinematic wave modelling in water resources:surface- water hydrology. New York. Wiley & Sons. 147. Singh V. P, Agiralioglu N. (1981) Diverging overland flow. Adv Water; Resou. 4(3): 117-24. 148. Smith I. M., Farraday R. V., and O’Conner B. A., (1973), “Rayleygh – Ritz and Galerkin finite elements for diffusion convection problems”. Water Resources Research. (9), 593-606 149. Steve W. Lyon, M. Todd W., Pierre G. Pierre M. and Steenhuis T.S. (2004), "Using a topographic index to distribute variable source area runoff predicted with the SCS curve - number equation". Hydrological Processes, 2757-2771 150. Steenhuis, T. S., M. Winchell, J. Rossing, J. A. Zollweg, and M. F. Walter, (1995), "SCS runoff equation revisited for variable source runoff area". J. Irrig. 145 and Drain. Engineering. 121, 234-238. 151. Symeonakis E., Koukoulas S., Calvo - Cases A., Arnau - Rosalen E. and Markis I. (2004) "A landuse change and land degradation study in Spain and Greece using remote sensing and GIS". Commisson VII, WG VII/4. 152. Taylor C, (1974), "A finite element approach to watershed runoff" Journal of Hydrology, 21(3). 153. Tisdale, T. S., P. D. Scarlatos, and J. M. Harick, (1998), "Sreamline upwind finite element method for overland flow". Journal. Hydraulic Eng., 350-357. 154. Tran Tan Tien, Nguyen Thanh Son, Nguyen Minh Truong, Ngo Chi Tuan and Cong Thanh (2006), "An Integraed System to Forecast Flood in Tra Khuc River Basin for 3-day Term". Vietnam - Japan joint workshop on Asian monsoon, 173-182. Ha Long 155. Vietnam Atlas (1999) Natural Resources and Environment Status, CD - ROM Product. Ministry of Science, Technology and Environment. 156. Vieux B. E., Segerlind L. J., Mohtar R. H., (1990), “Surfacc/subsurfacc flow equations interactions: identifying sources of groundwater contamination”. Report no. 89-01569-02, Institute of Water Research, Michigan State University, East Lansing, MI;.45 p. 157. Vue J. (1989), “Selective lumping effects on depth-integrated finite element model of channel flow”. Adv Water Resour;12(2): 74-8. 158. Wang, H. F., and Anderson M. P., (1982). Introduction to Groundwater Modelling. Freeman and Co., San Francisco, 237 p 159. Zhang W, Cundy TW. (1989), “Modeling of two-dimensional overland flow”. Water Resour Res; 25(9):2019-35. 160. Zienkiewicz, O. C., (1971), The finite element method in Engineering Science. McGraw Hill, NewYork 161. Zijl, W. (1984), “Finite element methods based on a transport velocity 146 representation for groundwater motion”. Water Resources Research. ), 137-145 Tiếng Nga 162. Алексеев Г.А. (1989), "Возможность и путь совершенния вычисли- тельных методов гидрологического расчета и прогноза для производства и проектирования".Научный сборник 5-огоГидрологического Всесоюзного съезда. Т.6 163. Бефани А. Н. (1949), "Основы теории ливнего стока". Научный сборник Гидрометеорологического института (Юбилейный) Одесса c. 39-162 164. Великанов. М. А. (1958), Динамика русловых потоков. Гидрометеоиздат Ленинград 165. Горошков Г. А (1976), Гидрологические расчеты. Гидрометеоиздат, Ленинград 166. Демидов В. Н. Милюкова И. П. Смахчин В.Ю (1989), "Физико-мате- матический модел формирования речного стока". Научный сборник 5-го Гидрологического Всесоюзного съезда. Т.6 167. Кучмен Л. С. Корен В. И. (1969), Математическое моделирование фор- мирования дождевых поводков. Обшиник 168. Кучмен Л. С. (1972), Математическое моделирование формирования речного стока. Гидрометеоиздат Ленинград 169. Кучмен Л. С. (1980), Математическое моделирование формирования речных процессов. Гидрометеоиздат Ленинград 170. Кучмен Л. С. (1989), "Физико-математический модел гидрологических. материковых циклонов и возможность его применений в гидрорасчете". Научный сборник 5-ого Гидрологического Всесоюзного съезда. Т.6 171. Сванидзе Г. Г. (1977), Математическое моделирование гидрологиче- ских рядов. Гидрометеоиздат Ленинград 147 phụ lục 148 Phụ lục 1. Các bản đồ sử dụng trong luận án Hình P 2.1. Địa hình lưu vực sông Tả Trạch – Thượng Nhật Hình P 2. 2. Độ dốc lưu vực sông Tả Trạch – Thượng Nhật Hình P 2.3. Thảm thực vật lưu vực sông Tả Trạch – Thượng Nhật Hình P 2.4. Sử dụng đất lưu vực sông Tả Trạch – Thượng Nhật Nguồn: Atlas Vietnam,1999 [155] 149 Hình P 2.5. Địa hình lưu vực sông Thu Bồn – Nông Sơn Nguồn: Atlas Vietnam,1999 [155] 150 Hình P 2.6. Độ dốc lưu vực sông Thu Bồn – Nông Sơn Nguồn: Atlas Vietnam,1999 [155] 151 Hình P 2.7. Thảm thực vật lưu vực sông Thu Bồn – Nông Sơn Nguồn: Atlas Vietnam,1999 [155] 152 Hình P 2.8. Sử dụng đất lưu vực sông Thu Bồn – Nông Sơn Nguồn: Atlas Vietnam,1999 [155] 153 Hình P 2.9. Địa hình lưu vực sông Vệ – An Chỉ Nguồn: Atlas Vietnam,1999 [155] 154 Hình P 2.10. Độ dốc lưu vực sông Vệ – An Chỉ Tác giả: Nguyễn Thanh Sơn, Nguyễn Hiệu 155 Hình P 2.11. Thảm thực vật lưu vực sông Vệ – An Chỉ Nguồn: Atlas Vietnam,1999 [155] 156 Hình P 2.12. Sử dụng đất lưu vực sông Vệ – An Chỉ Nguồn: Atlas Vietnam,1999 [155] 157 Phụ lục 2. các trận lũ dùng để hiệu chỉnh và kiểm định mô phỏng bằng mô hình kw – 1d PL2.1. Kết quả mô phỏng lũ trên lưu vực sông Tả Trạch – Thượng Nhật 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 50 100 150 Tgian(h) Q(m3/s) TD TT 13h/1/12-13h/7/12/1999 7h/7/11-19h/13/11/2000 6h/20/IX-6h/24/IX/2001 0 100 200 300 400 500 600 0 20 40 60 80 T gian(h) TD TT 0 100 200 300 400 500 600 0 20 40 60 80 T gian(h) Q(m3/s) TD TT 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 Tgian(h) td tt 01h/21/10-19h/23/10/2001 01h/10/11 – -01h/14/11/2001 01h/03/11 – 19h/05/11/2002 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 20 40 60 80 100 120 TD TT 0 20 40 60 80 100 120 140 0 10 20 30 40 t (h) Q (m 3/s) Q(td) Q(tt) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 10 20 30 40 50 60 t (h) Q (m3/s) Q(td) Q(tt) 01h/18/11 – 13h/23/11/2002 19h/02/10 – 07h/04/10/2003 13h/05/10– 16h/07/10/2003 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 Tgian(h) Q(m3/s) TD TT 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 50 100 150 200 Tgian(h) Q(m3/s) TD TT 158 PL2.2. Kết quả mô phỏng lũ trên lưu vực sông Thu Bồn – Nông Sơn 0 500 1000 1500 2000 2500 0 20 40 60 Tg (h) Q Qtt Qtd 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 20 40 60 80 100 120 Tg(h) Q Q(db) Q(td) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 20 40 60 80 Qtd Qtt Q(m^3/s) Tg (h) 17/10 – 19/10/1999 3/12I – 7//12I/1999 28/10 – 30/10/2000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 24 48 72 96 Qtt Qtd Q (m^3/s) Tg (h) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 24 48 72 Qtd QttQ (m^3/s) Tg(h) 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 0 24 48 72 96 Tg(h) Qtd Qtt Q(m^3/s 20/10 – 23/10/2001 25/10 - 27/10/2002 7/11 – 10/11/2002 0 500 1000 1500 2000 2500 0 20 40 60 80 Q(m^3/s) Tg (h) Qtd Qtt 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 50 100 150 200 Tg(h) Qtd Qtt Q(m^3/s) 2/10 – 8/10/2003 10/11 – 18/11/2003 159 PL2.3. Kết quả mô phỏng lũ trên lưu vực sông Trà Khúc – Sơn Giang 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 5 10 15 Q (m ^3/s ) Q td 0 20 00 40 00 60 00 80 00 100 00 120 00 15 1 7 19 2 1 23 2 5 Q (m ^3 /s) Q d b Q td 0 5 0 0 10 0 0 15 0 0 20 0 0 25 0 0 30 0 0 35 0 0 40 0 0 45 0 0 24 2 6 2 8 30 3 2 Q (m ^3/s) Q db Q td 4/11 đến 12/11/1998 17/11 đến 25/11/1998 25/11 đến 30/11/1998 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 7 9 11 13 15 Q (m ^3/s ) Q d b Q td 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 2 4 6 8 10 Q (m^3/s) Qdb Qtd 0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 10 1 2 1 4 1 6 1 8 20 Q (m ^3 /s ) Q db Q td 9/12 đến 3/12/1998 1/11 đến 8/11/1999 12/X11 đến 18/11/1999 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 50 100 150 200 t(giờ) Q(m 3 /s) pa1 pa2 td 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Qtd Qdb t (h) Q (m 3^/s) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 10 20 30 40 50 60 Qtd Qdb t (h) Q (m^3/s) 22/27-10-1999 7h/9/10/đến 3h/12/10/2000 7h/17/10/đến 13h/19/10/2000 160 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 20 40 60 80 100 Qtd Qdb t (h) Q (m 3^/s) 0 500 1000 1500 2000 2500 0 20 40 60 80 100 120 Qtd Qdb t (h) Q (m^3/s) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 20 40 60 80 Qtd Qdb t (h) Q (m 3^/s) v 7h/27/10/ đến 1h/31/10/2000 13h/20/12/ đến 13h/24/12/2000 19h/20/10/ đến 13h/23/10/2001 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 20 40 60 80 100 120 Qtd QdbQ (m 3^/s) t (h) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 20 40 60 80 100 120 Qtd QdbQ (m^3/s) t (h) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 20 40 60 80 100 Qtd Qdb t (h) Q (m^3/s) 13h/11/11/đến 1h/16/11/2001 1h/14/12/ đến 1h/18/12/2001 7h/25/10/ đến 13h/28/10/2002 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Qtd QdbQ (m^3/s) t (h) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 10 20 30 40 50 60 70 Qtd QdbQ (m 3^/s) t (h) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 20 40 60 80 Qtd Qdb (Xtd) Qdb (Xdb)Q (m^3/s) t (h) 19h/6/11/ đến 19h/9/11/2002 1h/10/11/ đến 19h/12/11/2002 1h/2/10/ đến 19h/5/10/2003 161 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 10 20 30 40 50 60 70 Qtd Qdb (Xtd) Qdb (Xdb)Q (m 3^/s) t (h) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 50 100 150 t (giờ) Q (m 3 /s) PA2 PA3 Td 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 20 40 60 80 100 Qtd Qdb (Xtd) Qdb (Xdb) t (h) Q (m^3/s) 1h/14/11/đến 19h/16/11/2003 25 đến 28-11-2003 1h/2/11/đến 19h/5/11/2004 PL2.4. Kết quả mô phỏng lũ trên lưu vực sông Vệ – An Chỉ 0 300 600 900 1200 1500 1800 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Q Thuc do Du bao ` 0 400 800 1200 1600 2000 2400 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Q Thuc do Du bao 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Q Thuc do Du bao 25/11/đến27/11/1998 19/11/đến 21/11/1998 21/11/đến 24/11/1998 0 300 600 900 1200 1500 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Q Thuc do Du bao 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Q Thuc do Du bao 0 200 400 600 800 1000 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Q Thuc do Du bao 13/12/ đến 16/12/1998 5/11/ đến 7/11/1999 9/10/ đến 12/10/2000 162 0 200 400 600 800 1000 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Q Thuc do Du bao 0 200 400 600 800 1000 1200 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Q Thuc do Du bao 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Q Thuc do Du bao 27/12/đến 29/12/2000 19/10/ đến 20/10/2001 21/10/đến 24/10/2001 0 300 600 900 1200 1500 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Q Thuc do Du bao 0.0 300.0 600.0 900.0 1200.0 1500.0 1800.0 2100.0 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Q Thuc do Du bao 0 200 400 600 800 1000 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Q Thuc do Du bao 11/11/ đến 13/11/2001 25/10/ đến 27/10/2002 9/11/ đến 12/11/2002 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Q Thuc do Du bao 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Q Thuc do Du bao 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 t Q Thuc do Du bao 14/10/ đến 16/10/2003 16/10/ đến 18/10/2003 23/11/ đến 26/11/2003 163 Phụ lục 3. Kết quả đánh giá các kịch bản sử dụng đất trên các lưu vực bằng mô hình kw – 1d PL3.1. ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình lũ lưu vực sông Tả Trạch – Thượng Nhật 120 125 130 135 140 145 150 0 5 10 15 20 25 30 %Diện tích Qmax 4200 4400 4600 4800 5000 5200 5400 0 5 10 15 20 25 30 W % Diện tích HP3.1. ảnh hưởng của quá trình sử dụng lớp phủ đât đô thị đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ 23h/4/12/1999 đến 10h/6/12/1999 460 480 500 520 540 0 5 10 15 20 25 30 % Diện tích Qmax 18500 19000 19500 20000 20500 21000 21500 0 5 10 15 20 25 30 W % Diện tích H. P3.2. ảnh hưởng của quá trình sử dụng lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 16h/21/10/2000 đến 4h/23/10/2000 510 515 520 525 530 535 540 0 5 10 15 20 25 30 % Diện tích Qmax 21400 21600 21800 22000 22200 22400 22600 0 5 10 15 20 25 30 W % Diện tích H.P3.3ảnh hưởng của quá trình sử dụng lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 16h/21/10/2001 đến 7h/23/10/2001 440 460 480 500 520 540 0 5 10 15 20 25 30 % Diện tích Qmax 21000 22000 23000 24000 25000 26000 0 5 10 15 20 25 30 W % Diện tích H.P3.4. ảnh hưởng của quá trình sử dụng lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ 1h/12/11/2001 đến 1h/14/11/2001 164 150 170 190 210 230 250 270 0 5 10 15 20 25 30 % Diện tích Qmax 52000 54000 56000 58000 60000 62000 0 5 10 15 20 25 30 W % Diện tích H.P3.5.ảnh hưởng của quá trình sử dụng lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 19h/18/11/2002 đến 1h/22/11/2002 200 220 240 260 280 300 0 5 10 15 20 25 30 % Diện tích Qmax 6000 7000 8000 9000 10000 0 5 10 15 20 25 30 W % Diện tích H.P3.6. ảnh hưởng của quá trình sử dụng lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 19h/2/10/2003 đến 7h/4/10/2003 200 220 240 260 280 300 0 5 10 15 20 25 30 % Diện tích Qmax 12000 13000 14000 15000 16000 0 5 10 15 20 25 30 W % Diện tích HP3.7. ảnh hưởng của quá trình sử dụng lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 13h/5/10/2003 đến 16h/7/10/2003 130 140 150 160 170 0 5 10 15 20 25 30 % Diện tích Qmax 12000 13000 14000 15000 16000 17000 0 5 10 15 20 25 30 W % Diện tích HP3.8 ảnh hưởng của quá trình sử dụng lớp phủ đât đô thị đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 7h/13/11/2003 đến 1h/17/11/2003 165 60 80 100 120 140 0 5 10 15 20 25 30 % Diện tích Qmax 4000 5000 6000 7000 8000 0 5 10 15 20 25 30 W % Diện tích HP3.9. ảnh hưởng của quá trình sử dụng lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 1h/3/11/2002 – 19h/5/11/2002 PL3.2. ảnh hưởng của lớp phủ rừng đến quá trình lũ trên lưu vực sông Tả Trạch – Thượng Nhật 90 100 110 120 130 140 150 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 Qmax % Diện tích rừng hiện trạng 3000 3500 4000 4500 5000 5500 20 30 40 50 60 70 W % Diện tích rừng hiện trạng HP. 3.10 ảnh hưởng của việc trồng và khai thác rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ 23h/4/12/1999 đến 10h/6/12/1999 450 470 490 510 530 550 20 30 40 50 60 70 Qmax % Diện tích rừng Hiện trạng 18000 19000 20000 21000 22000 23000 20 30 40 50 60 70 W % Diện tích rừng Hiện trạng HP. 3.11 ảnh hưởng của việc trồng và khai thác rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 16h/21/10/2001 đến 7h/23/10/2001 300 350 400 450 500 550 20 30 40 50 60 70 Qmax % Diện tích rừng Hiện trạng 15500 17500 19500 21500 23500 25500 27500 20 30 40 50 60 70 W % Diện tích rừng Hiện trạng HP. 3.12 ảnh hưởng của việc trồng và khai thác rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 1h/12/11/2001 đến 1h/14/11/2001 166 400 450 500 550 600 20 30 40 50 60 70 Qmax % Diện tích rừng Hiện trạng 43000 46000 49000 52000 55000 58000 20 30 40 50 60 70 W % Diện tích rừng Hiện trạng HP. 3.13 ảnh hưởng của việc trồng và khai thác rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 19h/18/11/2002 đến 1h/22/11/2002 130 150 170 190 210 230 250 20 30 40 50 60 70 Qmax % Diện tích rừng Hiện trạng 4500 5500 6500 7500 8500 20 30 40 50 60 70 W % Diện tích rừng Hiện trạng HP. 3.14 ảnh hưởng của việc trồng và khai thác rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 19h/2/10/2003 đến 7h/4/10/2003 150 175 200 225 250 275 20 30 40 50 60 70 Qmax % Diện tích rừng Hiện trạng 8500 10000 11500 13000 14500 16000 20 30 40 50 60 70 W % Diện tích rừng Hiện trạng HP. 3.15 ảnh hưởng của việc trồng và khai thác rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 13h/5/10/2003 đến 16h/7/10/2003 100 115 130 145 160 20 30 40 50 60 70 Qmax % Diện tích rừng Hiện trạng 10000 11000 12000 13000 14000 15000 20 30 40 50 60 70 W % Diện tích rừng Hiện trạng HP. 3.16 ảnh hưởng của việc trồng và khai thác rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 7h/13/11/2003 đến 1h/17/11/2003 50 60 70 80 90 100 110 20 30 40 50 60 70 Qmax % Diện tích rừng Hiện trạng 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 20 30 40 50 60 70 W % Diện tích rừng Hiện trạng HP. 3.17 ảnh hưởng của việc trồng và khai thác rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 1h/3/11 - 19h/5/11/2002 167 PL3.3. ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị khi tăng lớp phủ rừng trên lưu vực sông Tả Trạch – Thượng Nhật đến quá trình lũ 400 430 460 490 520 550 0 5 10 15 20 25 30 hiện trạng tăng rừng Qmax % Diện tích 15000 16000 17000 18000 19000 20000 21000 22000 0 5 10 15 20 25 30 thực trạng tăng rừng W % Diện tích HP. 3.18 ảnh hưởng của sự kết hợp sử dụng lớp phủ đất đô thị với tăng diện tích rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 16h/21/10/2000 đến 4h/23/10/2000 450 470 490 510 530 550 0 5 10 15 20 25 30 hiện trạng tăng rừng Qmax % Diện tích 20000 20500 21000 21500 22000 22500 23000 0 5 10 15 20 25 30 thực trạng tăng rừng W % Diện tích Hp. 3.19 ảnh hưởng của sự kết hợp sử dụng lớp phủ đất đô thị với tăng diện tích rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 16h/21/10/2001 đến 7h/23/10/2001 300 350 400 450 500 550 0 5 10 15 20 25 30 hiện trạng tăng rừng Qmax % Diện tích 17000 19000 21000 23000 25000 27000 0 5 10 15 20 25 30 thực trạng tăng rừng W % Diện tích HP. 3.20 ảnh hưởng của sự kết hợp sử dụng lớp phủ đất đô thị với tăng diện tích rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 1h/12/11/2001 đến 1h/14/11/2001 400 450 500 550 600 650 0 5 10 15 20 25 30 hiện trạng tăng rừng Qmax % Diện tích 5000 6500 8000 9500 0 5 10 15 20 25 30 thực trạng tăng rừng W % Diện tích W HP. 3.21 ảnh hưởng của sự kết hợp sử dụng lớp phủ đất đô thị với tăng diện tích rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 19h/18/11/2002 đến 1h/22/11/2002 168 150 170 190 210 230 250 270 0 5 10 15 20 25 30 hiện trạng tăng rừng Qmax % Diện tích 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 10 20 30 thực trạng tăng rừng W % Diện tích HP. 3.22 ảnh hưởng của sự kết hợp sử dụng lớp phủ đất đô thị với tăng diện tích rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 19h/2/10/2003 đến 7h/4/10/2003 200 220 240 260 280 300 0 5 10 15 20 25 30 hiện trạng tăng rừng Qmax % Diện tích 10000 11500 13000 14500 16000 0 5 10 15 20 25 30 thực trạng tăng rừng W % Diện tích HP. 3.23 ảnh hưởng của sự kết hợp sử dụng lớp phủ đất đô thị với tăng diện tích rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 13h/5/10/2003 đến 16h/7/10/2003 100 120 140 160 180 0 5 10 15 20 25 30 hiện trạng tăng rừng Qmax % Diện tích 10000 11500 13000 14500 16000 17500 0 5 10 15 20 25 30 thực trạng tăng rừng W % Diện tích HP. 3.24 ảnh hưởng của sự kết hợp sử dụng lớp phủ đất đô thị với tăng diện tích rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận từ 7h/13/11/2003 đến 1h/17/11/2003 50 70 90 110 130 0 5 10 15 20 25 30 % Diện tích Qmax hiện trạng tăng rừng 3500 5000 6500 8000 0 5 10 15 20 25 30 thực trạng tăng rừng W % Diện tích HP. 3.25 ảnh hưởng của sự kết hợp sử dụng lớp phủ đất đô thị với tăng diện tích rừng đến dòng chảy trên sông Tả Trạch, trận lũ từ 1h/3/11 - 19h/5/11/2002 169 PL3.4. ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy lũ trên lưu vực sông Thu Bồn – Nông Sơn % Dt 2000 2200 2400 2600 2800 0 10 20 30 40 50 Q max (m^3/s) Hiện trạng 8000 8500 9000 9500 10000 10500 11000 0 10 20 30 40 50 %dt W (m^3) Hiên trạng HP. 3.26 ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 1h/17/10 – 7h/19/10-1999 % Dt 5100 5200 5300 5400 5500 5600 0 10 20 30 40 50 Q max (m^3/s) Hiện trạng % Dt 18500 19500 20500 21500 22500 0 10 20 30 40 50 W (m^3) Hiện trạng HP. 3.27 ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 7h/28/10 – 19h/30/10-2000 % Dt 14100 14600 15100 15600 16100 0 10 20 30 40 50 HIện trạng Q max1 (m^3/s) % Dt 110000 112000 114000 116000 118000 0 10 20 30 40 50 HIện trạng W (m^3) HP. 3.28 ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 7h/3/12 – 13h/7/12-1999 % Dt 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 10000 0 10 20 30 40 50 Q max1 (m^3/s) Hiện trạng % Dt 62000 64000 66000 68000 70000 72000 74000 76000 0 10 20 30 40 50 W (m^3) Hiện trạng HP. 3.29 ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 7h/28/10 – 7h/20/10 – 19h/23/10-2001 % Dt 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 0 10 20 30 40 50 Q max (m^3/s) Hiện trạng % Dt 18000 19000 20000 21000 22000 23000 0 10 20 30 40 50 W (m^3) Hiện trạng HP. 3.30 ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 1h/25/10 – 19h/27/10-2002 170 % Dt1800 2000 2200 2400 0 10 20 30 40 50 Q max (m^3/s) Hiện trạng % Dt 13500 14000 14500 15000 15500 16000 16500 0 10 20 30 40 50 W (m^3) Hiện trạng HP. 3.31 ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 1h/7/11 – 1h/10/11-2002 % Dt1900 2100 2300 2500 2700 0 10 20 30 40 50 Q max (m^3/s) Hiện trạng % Dt 8000 9000 10000 11000 12000 0 10 20 30 40 50 W (m^3) Hiện trạng HP. 3.32 ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 19h/2/10 – 13h/8/10-2003 % Dt 4000 4400 4800 5200 0 10 20 30 40 50 Q max (m^3/s) Hiện trạng % Dt 13000 13500 14000 14500 15000 15500 0 10 20 30 40 50 W (m^3) Hiện trạng HP. 3.33 ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 7h/10/11 – 7h/18/11-2003 PL3.5. ảnh hưởng của lớp phủ rừng đến dòng chảy lũ trên lưu vực sông Thu Bồn – Nông Sơn % dt1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 0 20 40 60 80 100 Qmax (m 3^/s) Hiện trạng % dt7600 7800 8000 8200 8400 8600 0 20 40 60 80 100 W (m 3^) Hiện trạng HP. 3.34 ảnh hưởng của rừng đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 1h/17/10 – 7h/19/10-1999 % dt1800 1850 1900 1950 2000 0 20 40 60 80 100 Qmax(m 3^/s) Hiện trạng % dt13600 13700 13800 13900 14000 14100 0 20 40 60 80 100 Hiện trạng W(m 3^) HP. 3.35 ảnh hưởng của lớp phủ rừng đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 7h/28/10 – 19h/30/10-2000 171 % dt13400 13600 13800 14000 14200 14400 0 20 40 60 80 100 Qmax1(m 3^/s) HIện trạng % dt20800 21000 21200 21400 21600 21800 22000 22200 0 20 40 60 80 100 W(m^3) HIện trạng HP. 3.36 ảnh hưởng của lớp phủ rừng đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 7h/3/12 – 13h/7/12-1999 % dt5950 6000 6050 6100 6150 6200 6250 6300 0 20 40 60 80 100 Qmax1(m^3/s) Hiện trạng % dt 54000 56000 58000 60000 62000 64000 66000 0 20 40 60 80 100 W(m 3^) Hiện trạng HP. 3.37 ảnh hưởng của lớp phủ rừng đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 7h/28/10 – 7h/20/10 – 19h/23/10-2001 % dt 6150 6200 6250 6300 6350 0 20 40 60 80 100 Qmax(m 3^/s) Hiện trạng % dt8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 0 20 40 60 80 100 W(m 3^) Hiện trạng HP. 3.38 ảnh hưởng của lớp phủ rừng đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 1h/25/10 – 19h/27/10-2002 % dt1800 1850 1900 1950 2000 0 20 40 60 80 100 Qmax(m^3/s) Hiện trạng % dt13600 13700 13800 13900 14000 14100 0 20 40 60 80 100 Hiện trạng W(m^3) HP. 3.39 ảnh hưởng của lớp phủ rừng đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 1h/7/11 – 1h/10/11-2002 % dt1700 1800 1900 2000 2100 0 20 40 60 80 100 Qmax(m 3^/s) Hiện trạng % dt8000 8200 8400 8600 8800 9000 0 20 40 60 80 100 W(m^3) Hiện trạng HP. 3.40 ảnh hưởng của lớp phủ rừng đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 19h/2/10 – 13h/8/10-2003 % dt3900 4000 4100 4200 4300 4400 4500 0 20 40 60 80 100 Qmax(m 3^/s) Hiện trạng % dt13000 13200 13400 13600 13800 0 20 40 60 80 100 W(m^3) Hiện trạng HP. 3.41. ảnh hưởng của lớp phủ rừng đến quá trình dòng chảy trên sông Thu Bồn, 7h/10/11 – 7h/18/11-2003 172 PL3.6. ảnh hưởng của lớp phủ rừng đến dòng chảy lũ trên lưu vực sông Trà Khúc - Sơn Giang HP. 3.42 ảnh hưởng của rừng đến quá trình dòng chảy trên sông Trà Khúc, 4/11 đến 12/11năm 1998 HP. 3.43 ảnh hưởng của rừng đến quá trình dòng chảy trên sông Trà Khúc, 25 đến 30/11 năm 1998 HP. 3.44 ảnh hưởng của rừng đến quá trình dòng chảy trên sông Trà Khúc, 22 đến 27/10 năm 1999 Hiện trạng 800 1000 1200 1400 20 40 60 80 100 % Diện tích Qmax Hiện trạng 27000 32000 37000 42000 47000 20 40 60 80 100 % Diện tích W Hiện trạng 1900 2200 2500 2800 3100 20 40 60 80 100 % Diện tích Qmax Hiện trạng 30000 35000 40000 45000 50000 55000 20 40 60 80 100 % Diện tích W Hiện trạng 2100 2200 2300 2400 2500 2600 20 40 60 80 100 % Diện tích Qmax Hiện trạng 80000 85000 90000 95000 100000 105000 110000 20 40 60 80 100 % Diện tích W 173 PL3.7. ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy lũ trên lưu vực sông Trà Khúc - Sơn Giang HP. 3.45 ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình dòng chảy trên sông Trà Khúc, 4 đến 12/11 năm 1998 HP. 3.46 ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình dòng chảy trên sông Trà Khúc, 25 đến 30/11 năm 1998 HP. 3.47 ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình dòng chảy trên sông Trà Khúc, 22 đến 27/10 năm 1999 Hiện trạng 1200 1400 1600 1800 2000 2200 0 10 20 30 40 50 % diện tích Qmax Hiện trạng 36000 46000 56000 66000 76000 86000 0 10 20 30 40 50 % diện tích W Hiện trạng 2000 2500 3000 3500 4000 4500 0 10 20 30 40 50 % diện tích Qmax Hiện trạng 36000 46000 56000 66000 76000 86000 96000 0 10 20 30 40 50 % diện tích W Hiện trạng 2000 2400 2800 3200 3600 0 10 20 30 40 50 % diện tích Qmax Hiện trạng 76000 96000 116000 136000 156000 176000 0 10 20 30 40 50 % diện tích W 174 PL3.8. ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến dòng chảy lũ trên lưu vực sông Vệ – An Chỉ HP. 3.48. ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình dòng chảy trên sông Vệ , 21 đến 24/11năm 1998 HP. 3.49. ảnh hưởng của lớp phủ đất đô thị đến quá trình dòng chảy trên sông Vệ , 25 đến 27/11 năm 1998 PL3.9. ảnh hưởng của lớp phủ rừng đến dòng chảy lũ trên lưu vực sông Vệ – An Chỉ HP. 3.50. ảnh hưởng của lớp phủ rừng đến quá trình dòng chảy trên lưu vực sông Vệ , 21 đến 24/11 năm 1998 HP. 3.51. ảnh hưởng của lớp phủ rừng đến quá trình dòng chảy trên lưu vực sông Vệ , 25 đến 27/10ăm 1998 Hiện trạng 500 700 900 1100 1300 1500 0 20 40 60 80 100 % Diện tích Qmax Hiện trạng 2000 2400 2800 3200 3600 0 10 20 30 40 % diện tích Qmax Hiện trạng 30000 35000 40000 45000 50000 55000 60000 0 10 20 30 40 % diện tích W Hiện trạng 1000 1400 1800 2200 2600 0 10 20 30 40 % diện tích Qmax Hiện trạng 10000 15000 20000 25000 30000 0 10 20 30 40 % diện tích W Hiện trạng 1500 1700 1900 2100 2300 2500 0 20 40 60 80 100 % Diện tích Qmax Hiện trạng 20000 24000 28000 32000 36000 0 20 40 60 80 100 % Diện tích W Hiện trạng 5000 7000 9000 11000 13000 0 20 40 60 80 100 % Diện tích W 175 Phụ lục 4. Giao diện và các thực dơn chính của phần mềm KW-1D MoDEL Hình P 4.1. . Giao diện chính của phần mềm KW-1D MODEL FE & SCS Hình P4.2 . Menu File 176 Hình P4.3. Menu Hiệu chỉnh Hình P 4.4.. Vĩ dụ Flie DATA.txt Hình P4.5. Menu Chạy chương trình HìnhP4.6. Menu Hiển thị 177 Hình P4.7 . Menu Đánh giá Hình P4.8 Đánh giá kết quả mô phỏng Hình P4.9 Đánh giá kết quả dự báo Hình P4.10. Menu Trợ giúp