Luận văn thạc sĩ "KHAI THÁC SỬ DỤNG SỐ LIỆU MƯA VỆ TINH TRONG DỰ BÁO LŨ LƯU VỰC SÔNG MÊ KÔNG (TỪ CHIANG SAEN ĐẾN STUNG TRENG) "

Chia sẻ: Phạm Huy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

159
lượt xem 41
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Việc cung cấp các thông tin dự báo lũ kịp thời, đủ độ chính xác và chi tiết đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc phòng chống và giảm nhẹ thiên tai do nó gây ra nhằm phát triển kinh tế xã hội của một quốc gia. Các nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa như khu vực Đông Nam Á, sự hình thành dòng chảy lũ trong lưu vực sông chủ yếu được hình thành từ mưa. Như vậy, trong công tác dự báo tác nghiệp thủy văn, số liệu mưa được cho là dữ liệu đầu vào sống còn cho...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ "KHAI THÁC SỬ DỤNG SỐ LIỆU MƯA VỆ TINH TRONG DỰ BÁO LŨ LƯU VỰC SÔNG MÊ KÔNG (TỪ CHIANG SAEN ĐẾN STUNG TRENG) "

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------------ Nguyễn Quốc Anh KHAI THÁC SỬ DỤNG SỐ LIỆU MƯA VỆ TINH TRONG DỰ BÁO LŨ LƯU VỰC SÔNG MÊ KÔNG (TỪ CHIANG SAEN ĐẾN STUNG TRENG) LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------------- Nguyễn Quốc Anh KHAI THÁC SỬ DỤNG SỐ LIỆU MƯA VỆ TINH TRONG DỰ BÁO LŨ LƯU VỰC SÔNG MÊ KÔNG (TỪ CHIANG SAEN ĐẾN STUNG TRENG) Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 604490 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN THANH SƠN Hà Nội – 2012
LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sỹ khoa học “Khai thác sử dụng số liệu mưa vệ tinh trong dự báo lũ lưu vực sông Mê Kông (từ Chiang Saen đến Stung Treng)” được hoàn thành vào năm 2012 tại Khoa Khí tượng, Thủy văn và Hải dương học, thuộc trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều của các thầy cô giáo và đồng nghiệp. Trước hết, tác giả xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thanh Sơn là người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ trong quá trình hoàn thành luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn đến lãnh đạo, đồng nghiệp Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương, Ủy hội sông Mê Kông Quốc tế (Mekong River Commission Secretariat - MRCS), Ủy ban sông Mê Kông Việt Nam (Vietnam Mekong Commission - VNMC) trong việc hoàn thành nghiên cứu này. Đặc biệt, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Chương trình quản lý và giảm thiểu lũ (Flood Management and Mitigation Programeme - FMMP) đã tạo điều kiện tốt nhất trong quá trình hoàn thành luận văn. Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các Thầy, Cô giáo trong Khoa Khí tượng, Thủy văn và Hải dương học đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Cuối cùng, tác giả cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Với kiến thức còn hạn hẹp, chắc chắn luận văn vẫn còn nhiều hạn chế và thiếu sót. Vì vậy, tác giả mong muốn nhận được sự góp ý quý báu của độc giả và các bạn đồng nghiệp. Hà nội, ngày 16 tháng 10 năm 2012 Tác giả Nguyễn Quốc Anh i
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LƯU VỰC SÔNG MÊ KÔNG .................................. 5 1.1 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG MÊ KÔNG ................ 5 1.1.1 Vị trí địa lý ............................................................................................... 5 1.1.2 Địa hình, địa chất, thảm phủ ..................................................................... 6 1.1.3 Điều kiện khí tượng, khí hậu .................................................................... 8 1.1.4 Điều kiện thủy văn ................................................................................. 11 1.2 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH DỰ BÁO LŨ SÔNG MÊ KÔNG ............. 15 1.2.1 Sự ra đời của Trung tâm quản lý và giảm nhẹ lũ vùng (RFMMC) .......... 15 1.2.2 Hệ thống dự báo cảnh báo lũ sông Mê Kông .......................................... 16 1.2.3 Nhiệm vụ dự báo lũ sông Mê Kông ........................................................ 21 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÔNG CỤ KHAI THÁC SỐ LIỆU MƯA VỆ TINH . 24 2.1 KHÁI QUÁT MƯA VỆ TINH PHỤC VỤ DỰ BÁO LŨ SÔNG MÊ KÔNG .............................................................................................................................. 24 2.1.1 Nguồn số liệu SRE (Satellite Rainfall Estimate) ..................................... 24 2.1.2 Nguồn số liệu GFAS (Global Forecast Alert System) ............................. 25 2.1.3 Nguồn số liệu GSMaP (Global Satellite Mapping of Precipitation) ........ 26 2.1.4 Nguồn số liệu TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) ............... 27 2.2 XÂY DỰNG CÔNG CỤ KHAI THÁC DỮ LIỆU GFAS ............................ 28 2.2.1 Cấu trúc dữ liệu của GFAS..................................................................... 29 2.2.2 Các thành phần của công cụ khai thác .................................................... 29 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN THỦY VĂN NAM DỰ BÁO DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG MÊ KÔNG ...................................................... 36 3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH NAM ....................................................... 36 3.1.1 Cấu trúc mô hình NAM .......................................................................... 36 3.1.2 Bộ thông số mô hình .............................................................................. 39 3.2 PHƯƠNG PHÁP DIỄN TOÁN LŨ MUSKINGUM .................................... 41 ii
3.2.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp Muskingum ........................................ 41 3.2.2 Các thông số và giới hạn của Muskingum .............................................. 42 3.3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH NAM SỬ DỤNG SỐ LIỆU MƯA GFAS ............. 42 3.3.1 Xây dựng công cụ phục vụ dự báo tác nghiệp ........................................ 42 3.3.2 Kết quả mô phỏng của mô hình NAM .................................................... 45 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 63 PHỤ LỤC............................................................................................................. 65 iii
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 – Bản đổ lưu vực sông Mê Kông................................................................. 5 Hình 2 – Mô tả địa lý sông Mê Kông....................................................................... 6 Hình 3 – Lượng mưa trung bình nhiều năm một số trạm ........................................ 10 Hình 4 – Bản đồ mạng lưới sông suối và trạm thủy văn lưu vực sông Mê Kông .... 12 Hình 5 – Sơ đồ mô tả hệ thống cảnh báo, dự báo lũ sông Mê Kông. ...................... 18 Hình 6 – Mô hình hóa trong mô hình URBS .......................................................... 19 Hình 7 – Giao diện mô hình URBS ....................................................................... 19 Hình 8 – Giao diện thể hiện kết quả của mô hình dưới dạng đồ họa....................... 20 Hình 9 – Giao diện chính của mô hình ISIS ........................................................... 20 Hình 10 – Bản tin dự báo và kết quả dưới dạng đồ thị ........................................... 21 Hình 11 – Mô phỏng mưa vệ tinh bằng bản đồ trực quan ....................................... 21 Hình 12 – Sơ đồ dự báo lũ lưu vực sông Mê Kông ................................................ 23 Hình 13 – Số liệu mưa SRE được thể hiện bởi GIS – ArcGIS. ............................... 25 Hình 14 – Bản đồ lượng mưa GFAS được lấy từ trang web ................................... 26 Hình 15 – Số liệu GSMaP với độ phân giải 0.1 x 01 độ kinh/vĩ độ ....................... 26 Hình 16 – Số liệu GSMaP với độ phân giải 0.25 x 0.25 độ kinh/vĩ độ .................. 27 Hình 17 – Sơ đồ vệ tinh TRMM đo và phân tích mưa............................................ 27 Hình 18 – Sơ đồ khai thác và sử dụng số liệu GFAS cho mô hình NAM ............... 28 Hình 19 – Số liệu mưa GFAS thể hiện bằng ArcGIS ............................................ 29 Hình 20 – Giao diện phần mềm Filezilla tải xuống số liệu GFAS ......................... 30 Hình 21 – Số liệu GFAS ban đầu được nén bằng file zip ...................................... 30 Hình 22 – Mô tả chuyển đổi tự động số liệu GFAS............................................... 31 Hình 23 – Sơ đồ thuật toán lấy số liệu GFAS theo điểm ....................................... 31 Hình 24 – Bản đồ phân bố mưa theo không gian .................................................. 32 Hinh 25 – Điểm đo GFAS gần 56 trạm đo thực tế trên lưu vực Mê Kông ............. 33 Hình 26 – Tạo đầu vào cho mô hình NAM ........................................................... 34 Hình 27 – Số liệu GFAS được lấy theo tiểu lưu vực ............................................ 34 Hình 28 – Cấu trúc mô hình NAM........................................................................ 37 Hình 29 – Sơ đồ mô tả làm việc của công cụ ......................................................... 44 iv
Hình 30 – Giao diện chính của công cụ ................................................................. 45 Hình 31 – Giao diện một số thuộc tính của công cụ .............................................. 45 Hình 32 – Mô tả diễn toán MUSKINGUM cho một đoạn sông.............................. 45 Hình 33 – Các tiểu lưu vực nghiên cứu .................................................................. 46 Hình 34 – Kết quả mô phỏng đỉnh lũ tại trạm LuangPraban ................................. 50 Hình 35 – Kết quả mô phỏng đỉnh lũ tại trạm Vientaine ........................................ 51 Hình 36 – Kết quả mô phỏng đỉnh lũ tại Nakhonphanon ....................................... 53 Hình 37 – Kết quả mô phỏng đỉnh lũ tại trạm Mudhan ......................................... 54 Hình 38 – Kết quả mô phỏng đỉnh lũ tại trạm Pakse ............................................. 56 Hình 39 – Kết quả mô phỏng đỉnh lũ tại trạm Strungtreng .................................... 57 Hình 40 – Quá trình thực đo và tính toán tại trạm Luangbang ............................... 58 Hình 41 – Quá trình lũ thực đo và tính toán trạm Vien Tiane................................. 59 Hình 42 – Quá trình lũ thực đo và tính toán tại trạm Pakse .................................... 59 Hình 43 – Quá trình lũ thực đo và tính toán tại trạm Tung Streng .......................... 60 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 – Lưu vực Mê Kông qua 04 quốc gia thuộc tiểu vùng.................................. 8 Bảng 2 – Tổng quan về các mùa của lưu vực sông Mê Kông ................................... 8 Bảng 3 – Tổng lượng mưa trung bình tháng nhiều năm của một số trạm................ 10 Bảng 4 – Tỷ lệ đóng góp dòng chảy của các nhánh sông bờ tả bờ hữu ................... 13 Bảng 5 – Danh sách các trạm dự báo trên lưu vực sông Mê Kông ......................... 22 Bảng 6 – Thời gian dự kiến dự báo lũ trên lưu vực sông Mê Kông ........................ 22 Bảng 7 – Số liệu GFAS được lấy theo điểm gần điểm đo thực tế ........................... 32 Bảng 8 – Kết quả mưa bình quân tiểu lưu vực 1 từ dữ liệu GFAS......................... 34 Bảng 9 – Điều kiện ban đầu của mô hình NAM .................................................... 47 Bảng 10 – Kết quả thông của NAM và MUSKINGUM ........................................ 48 Bảng 11 – Đánh giá kết quả mô phỏng lũ tại Luang Prabang ................................. 49 Bảng 12 – Đánh giá kết quả mô phỏng lũ tại Vientaine ......................................... 51 Bảng 13 – Đánh giá kết quả mô phỏng lũ tại Nakhonphanon ................................. 52 Bảng 14 – Đánh giá kết quả mô phỏng lũ tại Mudhan............................................ 53 Bảng 15 – Đánh giá kết quả mô phỏng lũ tại Pakse ............................................... 55 v
Bảng 16 – Đánh giá kết quả mô phỏng lũ tại Strungtreng ...................................... 56 Bảng 17 – Kết quả đánh giá mức đảm bảo dự báo cho một số trạm ....................... 58 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT - ĐBSCL: Đồng Bằng Sông Cửu Long - FMMP: Flood Mitigation and Managent Programme – Chương trình quản lý và giảm nhẹ lũ - FEWS: Flood E Warning System – Hệ thống cảnh báo lũ (công cụ của FMMP) - GIS : Geographic Information System - GFAS : Global Forecast Alert System – Hệ thống cảnh báo toàn cầu - GSMaP: Global Satellite Mapping of Precipitation – Bản đồ mưa vệ tinh toàn cầu - IDI: Infrastructure Development Institute – Viện phát triển Cơ sở hạ tầng (Nhật bản) - IFNet: International Flood Nework – Mạng lưới lũ Quốc tế - JAXA: Japan Aerospace Exploration Agency – Cơ quan thám hiểm vũ trụ Nhật bản - JSI: Japan Science Institute – Viện khoa học Nhật bản - MRCS: Mekong River Commission Secretariat – Ban thư ký Ủy hội sông Mê Kông. - NASA: National Aeronautics and Space Administration – Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ - NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration – Cơ quan hải dương và khí quyển Mỹ - RFMMC: Regional Flood Mitigation and Management Center – Trung tâm quản lý và giảm nhẹ lũ vùng. - SRE: Satellite Rainfall Estimate – Mưa vệ tinh ước lượng - SSARR: Stream Synthesis and Reservoir Regulation – Mô hình toán thủy văn của Mỹ. - TRMM: Tropical Rainfall Measuring Mission – Vệ tinh đo mưa khu vực nhiệt đới vi
MỞ ĐẦU Việc cung cấp các thông tin dự báo lũ kịp thời, đủ độ chính xác và chi tiết đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc phòng chống và giảm nhẹ thiên tai do nó gây ra nhằm phát triển kinh tế xã hội của một quốc gia. Các nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa như khu vực Đông Nam Á, sự hình thành dòng chảy lũ trong lưu vực sông chủ yếu được hình thành từ mưa. Như vậy, trong công tác dự báo tác nghiệp thủy văn, số liệu mưa được cho là dữ liệu đầu vào sống còn cho các mô hình toán mô phỏng quá trình mưa – lũ. Do nhiều điều kiện kinh tế, địa hình mà khả năng xây dựng các trạm đo mưa là không thể đối với một số khu vực. Khi đó, các số liệu có độ tin cậy cao từ các thiết bị viễn thám như vệ tinh là hết sức quan trọng và có thể nói rằng là giải pháp tốt nhất để khắc phục cho khả năng không thể đặt được trạm đo mưa. Tuy nhiên, sau khi đã có được sản phẩm số liệu từ vệ tình này thì việc khai thác nó như thế nào để phục vụ cho mục tiêu của bài toán đặt ra là vấn đề không hề đơn giản. Ngày nay, do sự phát triển mạnh mẽ của công cụ thông tin địa lý (GIS) và viễn thám nên việc khai thác các số liệu từ sản phẩm vệ tinh trở nên linh hoạt và hữu hiệu hơn. Với những kiến thức được đào tạo trong suốt quá trình học tập cao học tại Khoa Khí tượng thủy văn và Hải dương học thuộc Đại học Khoa học Tự nhiên Hà nội, cũng như kinh nghiệm được làm việc tại cơ quan đầu ngành về dự báo thủy văn của Việt Nam, đặc biệt thời gian được thực tập làm việc tại Chương trình quản lý và giảm thiểu lũ (FMMP), Ủy hội sông Mê Kông Quốc tế, học viên đã thực hiện đề tài “Khai thác sử dụng số liệu mưa vệ tinh trong dự báo lũ lưu vực sông Mê Kông (từ Cheang Sean đến Stung Treng)” nhằm ứng dụng kỹ thuật GIS khai thác số liệu mưa vệ tinh làm đầu vào cho mô hình thủy văn NAM phục vụ việc mô phỏng, dự báo lũ sông Mê Kông (đoạn từ Cheang Sean đến Stung Treng). Mê Kông là một chủ lưu rộng lớn chạy dài từ biên giới Miến Điện (Myanmar) đến biển, dọc theo dòng chảy không gặp một hợp lưu nào đáng kể, gây ấn tượng: “sự hình thành dòng chảy trên sông chủ yếu do mưa, chuyển động của nước dọc dòng chính chủ yếu do tác động của dòng chảy tuyến trên”. Là một dòng sông quốc tế, sông Mê Kông đóng vai trò quan trọng đặc biệt trong sự phát triển kinh tế, chính 1
trị cho các Quốc gia thuộc tiểu vùng Mê Kông (Lào, Campuchia , Thái Lan và Việt Nam). Nhằm sử dụng tài nguyên nước một cách tổng hợp và bền vững, Ủy hội sông Mê Kông Quốc tế được thành lập sau Hiệp định “hợp tác phát triển bền vững lưu vực sông Mê Kông – năm 1995” [12]. Thực tế, theo các báo cáo hàng năm kể từ sau khi Ủy hội được thành lập cho đến trước khi Trung tâm quản lý và giảm thiểu lũ (RFMMC) ra đời; nằm trong Chương trình quản lý và giảm thiểu (FMMP) của Ủy hội ; ngoài những lợi ích do lũ đem lại thì thiệt hại do lũ đối với con người và của cải cho các quốc gia tiểu vùng thật khôn lường. Có lẽ, những thiệt hại từ lũ đã thúc đẩy Chính phủ Việt Nam, và được các quốc gia khác đồng ủng hộ, Chiến lược quản lý lũ của Ủy hội sông Mê Kông Quốc tế đã được thông qua năm 2001[`12]. Tiếp theo đó, dựa trên chiến lược thì Chương trình quản lý và giảm nhẹ lũ (FMMP – Flood Management and Mitigation Programme) được thực hiện từ năm 2004 với mục tiêu chung là “ngăn chặn và giảm thiểu thiệt hại về người và của do lũ gây ra, nhưng vẫn duy trì được những lợi ích do lũ mang lại”[12]. Đến đầu năm 2005, Ủy hội sông Mê Kông Quốc tế và được sự đồng ý của các Quốc gia thuộc tiểu vùng sông Mê Kông (Lào, Campuchia, Thái Lan và Việt Nam) đã thành lập Trung tâm quản lý và giảm thiểu lũ vùng (RFMMC) đặt tại Camphuchia với nhiệm vụ chính là cảnh báo và dự báo lũ cho toàn hệ thống sông Mê Kông nhằm quản lý và giảm thiểu các thiệt hại do lũ gây ra trong lưu vực. Từ khi được thành lập đến nay, RFMMC đã không ngừng phát triển hệ thống cảnh báo, dự báo lũ. Đã có nhiều nghiên cứu trong việc ứng dụng công cụ kỹ thuật cao như GIS nhằm khai thác sản phẩm của vệ tinh như: mưa, gió, nhiệt độ phục vụ làm đầu vào cho các mô hình thủy văn, thủy lực phục vụ bài toán dự báo lũ. Hiện nay, Trung tâm đã và đang sử dụng một công nghệ hoàn hảo trong đó tích hợp việc phân tích không gian, thời gian các số liệu đầu vào, vận hành hệ thống mô hình toán thủy văn, thủy lực nhằm phục vụ dự báo tác nghiệp cho toàn bộ lưu vực sông Mê Kông. Tuy nhiên, là tổ chức Quốc tế, công cụ của hệ thống có tính bản quyền cao nên không được sử dụng khi chưa có sự cho phép của tác giả. Đây là một trong những lý do chính cùng với mong muốn được học hỏi, nâng cao trình độ chuyên 2
môn và mong muốn áp dụng các kiến thức được đã được đào tạo qua khóa học thạc sỹ. Dưới sự hướng dẫn của PGS. TS Nguyễn Thanh Sơn, tác giả đã làm việc nghiêm túc và đã hoàn thành luận văn với những nội dung chính sau đây: Về phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp thu thập số liệu - Phương pháp thống kê - Phương pháp mô hình hóa Về phạm vi của luận văn: - Phạm vi không gian Lưu vực sông Mê Kông (từ Cheang Sean đến Stung Treng) - Phạm vi chuyên môn: Khai thác số liệu mưa vệ tinh trong dự báo thủy văn Mục tiêu của luận văn: - Tìm hiểu về đặc điểm lưu vực sông Mê Kông, các khái niệm cơ bản về số liệu mưa vệ tinh. - Nghiên cứu khai thác số liệu mưa vệ tinh bằng công cụ GIS. - Sử dụng số liệu mưa vệ tinh làm đầu vào cho mô hình thủy văn phục vụ bài toán dự báo thủy văn. - Ứng dụng mô phỏng, dự báo dòng chảy lưu vực sông Mê Kông từ Cheang Sean đến Stung Streng) bằng mô hình toán thủy văn NAM. Bố cục của luận văn: Phần mở đầu: Nội dung chủ yếu là giới thiệu tổng quát về dự báo thủy văn nói chung, việc sử dụng số liệu mưa vệ tinh trong dự báo thủy văn (mục đích và lợi ích), giới thiệu sơ qua về việc thành lập Ủy hội sông Mê Kông Quốc tế, Trung tâm quản lý và giảm thiểu lũ vùng. Chương 1 “Tổng quan lưu vực sông Mê Kông”: có hai nội dung chính; i) trình bày điều kiện khí tượng thủy văn, khí hậu của lưu vực sông Mê Kông. ii) giới thiệu sự ra đời của RFMMC và hệ thống cảnh báo, dự báo lũ đang được sử dụng tại Trung tâm. Chương 2 “Xây dựng công cụ khai thác mưa vệ tinh” : có hai nội dung chính trong chương này; i) Giới thiệu các nguồn dữ liệu vệ tinh đang được ứng dụng trong 3
dự báo tác nghiệp tại RFMMC. ii) trình bày chi tiết việc xây dựng công cụ khai thác số liệu mưa vệ tinh làm đầu vào cho mô hình thủy văn NAM; được tác giả xây dựng trên ngôn ngữ Visual Basic 6. Chương 3 “Ứng dụng số liệu mưa vệ tinh làm đầu cho mô hình toán thủy văn NAM trong dự báo lũ sông Mê Kông”: có bốn nội dung chính trong chương này i) Giới thiệu lý thuyết mô hình NAM. ii) Giới thiệu lý thuyết phương pháp diễn toán Muskingum. iii) Trình bày việc xây dựng công cụ phục vụ việc ứng dụng mô hình toán NAM cho mô phỏng, dự báo lũ sông Mê Kông. iiii) Nhận xét kết quả mô phỏng mưa dòng chảy lũ sông Mê Kông bằng mô hình NAM từ đầu vào là số liệu mưa vệ tinh. Phần kết luận và kiến nghị: Trình bày một số kết quả của luận văn đã đạt được và kiến nghị một số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu. Tài liệu tham khảo: Thống kê các tài liệu đã được tác giả tham khảo trong quá trình làm luận văn. Phụ lục: Trình bày một số đoạn mã lập trình bằng ngôn ngữ Visual Basic được trong quá trình làm luận văn 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LƯU VỰC SÔNG MÊ KÔNG 1.1 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG MÊ KÔNG 1.1.1 Vị trí địa lý Sông Mê Kông là con sông lớn nhất ở Đông Nam Châu Á, đứng thứ 12 trên thế giới về tổng lượng dòng chảy năm, sông bắt nguồn từ cao nguyên Tây Tạng Trung Quốc chảy qua lãnh thổ của 6 nước là Trung Quốc (tỉnh Vân Nam), Myanmar, Lào, Thái Lan, Cămpuchia và Việt Nam. Sông Mê Kông có chiều dài 4.880 km, tổng diện tích 795.000 km2 [6] và được chia thành 2 phần chính: phần thượng lưu gồm phần diện tích lưu vực nằm trên lãnh thổ của Trung Quốc (tỉnh Vân Nam) và Myanma có diện tích 189.000 km2 (chiếm 24% diện tích toàn lưu vực). Phần hạ lưu của lưu vực, tính từ Tam Giác Vàng - biên giới chung của 3 nước Thái Lan, Lào và Myanma ra Biển Đông nằm Hình 1 – Bản đổ lưu vực sông Mê Kông 5
trong lãnh thổ của 4 nước Lào, Thái Lan, Campuchia và Việt Nam có tổng diện tích là 606.000 km 2 (chiếm 76% diện tích toàn lưu vực) [6]. Phần thượng nguồn Mê Kông chảy trong lãnh thổ Trung Quốc được gọi là sông Lang Thương (hay còn gọi Lạng Xang, Lạng Cang tùy theo phiên âm). Dòng chính sông Mê Kông, phần hạ lưu có một số đoạn chảy theo đường biên giới giữa Thái Lan và Lào, phần còn lại sông chảy hoàn toàn trong lãnh thổ Lào, Campuchia và Việt Nam (hình 1). Dân số ở hạ lưu sông Mê Kông hiện nay vào khoảng 60 triệu người, được dự kiến tăng lên 100 triệu vào năm 2025, hơn 80% dân số sống dựa vào nguồn tài nguyên nước và các nguồn tài nguyên khác trong lưu vực. Hơn 30% số dân đang ở mức sống nghèo khổ và từ 50-80% dân chưa tiếp cận với nguồn nước sạch[6]. 1.1.2 Địa hình, địa chất, thảm phủ Bắt nguồn từ độ cao khoảng 4500 m ở Tây Tạng qua vùng Tân Cương với chiều dài 800 km trước khi vào Vân Nam có địa hình đồi núi cao, có nhiều thác ghềnh là vùng thượng lưu sông Mê Kông. Hạ lưu được bắt nguồn từ vùng tam giác vàng giữa 3 nước Lào, Thái Lan và Myanma, với cao độ khoảng 500 m, từ đây chiều dài sông đổ ra biển khoảng hơn 2500 km. Các lưu vực nhánh của sông Mê Kông tại Vân Nam hẹp hơn so với các lưu vực nhánh khác ở hạ lưu, sông chính và các chi lưu của nó chảy qua hẻm núi hẹp. Các sông nhánh không lớn, chỉ có 14 lưu vực sông nhánh có diện tích vượt quá 1.000 km 2. Càng về hạ lưu các thung lũng sông trở nên rộng lớn hơn, lòng sông trở nên rộng lớn hơn, lưu tốc chậm hơn. Là một lưu vực sông quốc tế nên địa hình, thổ những cũng như thảm phủ thực vật của lưu vực sông Mê Kông biến đổi phức Hình 2 – Mô tả địa lý sông Mê Kông 6
tạp, qua từng quốc gia mà nó chảy qua. Để tiện cho việc nghiên cứu về vấn đề này, sau khi tham khảo một số tài liệu có thể chia lưu vực sông Mê Kông làm ba đoạn theo độ cao giảm dần dạng bậc thang như sau:  Đoạn thượng lưu Bắt nguồn từ Tây Tạng đến biên giới Trung Quốc, Mianmar và Lào dài trên 3.000 km, lưu vực hẹp chiếm khoảng 19% tổng diện tích lưu vực. Đoạn này sông chảy mạnh, lòng sông hẹp và sâu, lắm ghềng thác, qua nhiều vùng núi cao.  Đoạn trung lưu Kéo dài từ Bắc Viêntiane (Lào) đến vùng Stung Treng - Kratié (Campuchia) hơn 750 km, chiếm 57% diện tích lưu vực. Đoạn sông này chảy song song với dãy Trường Sơn băng qua một cao nguyên sa thạch khổng lồ với các tầng địa chất nằm ngang. Đến đây, dòng sông mở rộng và sâu hơn vì nhận nhiều nguồn nước. Ở tả ngạn, sông nhận các phụ lưu của sông Nậm Re, Nậm U, Nậm Suông, Nậm Ngừm, Nậm Thưng, Sê Bang Phai, Sê Bang Hiên, Sê Pôn, ... Phía hữu ngạn, sông nhận các phụ lưu Nậm Mum bao trùm cao nguyên Càrạt, các phụ lưu Mênam Xongkhram, ... (Thái Lan). Đoạn này có 2 thác rất lớn là thác Kemmarat có dạng một hẻm vực dài 150 km, rộng 60 m và sâu 100 m, bao gồm 9 thác lớn nhỏ, nước chảy xiết, thuyền bè không dám vượt qua và thác Khone dài 15 km, cao 20 m rất hiểm trở. Chính thác Khone này là trở ngại lớn nhất khiến thuyền bè từ Campuchea không thể đi ngược lên Lào được. Sang đến Campuchia, Mekong nhận các phụ lưu sông Sêkong, Sêsan, SêPôc từ Tây Nguyên Việt Nam đổ xuống ở tả ngạn và dòng TôngLê Sáp ở Tây Bắc Campuchia đổ vào. Đặc biệt, TôngLê Sáp có chế độ sông hồ. Ở đây tồn tại một hồ nước khổng lồ ở giữa dòng TôngLê Sáp có chiều dài 150 km, bề ngang nơi rộng nhất là 32 km gọi là Biển Hồ. Diện tích mặt nước Biển Hồ mùa cạn là 3.000 m2, sâu trung bình 0,8 - 2,0 m, mùa lũ lên đến 11.000 m2, sâu 8 - 10 m làm ngập nhiều cánh rừng chung quanh. Biển Hồ có dung tích đến 60 tỷ m 3 nước có tác dụng lớn trong điều tiết dòng chảy sông Cửu Long và là nguồn thủy sản to lớn của Campuchia. Đoạn trung lưu này là nơi phát sinh chủ yếu các cơn lũ của sông Mekong.  Đoạn hạ lưu 7
Bao gồm các vùng đồng bằng từ Kratié đến Biển Đông dài trên 450 km, chiếm khoảng 5,5 triệu ha. Đến đây dòng sông ngày càng mở rộng do địa hình bằng phẳng dần, tốc độ dòng chảy giảm và lượng phù sa bồi lắng nhiều. Đặc biệt từ Phom Pênh, sông Mekong chia làm 2 nhánh là sông Tiền (Trans-Bassac) và sông Hậu (Bassac) chảy vào nước ta. Ở ĐBSCL, sông Tiền và sông Hậu lại tiếp tục mở rộng dần và thoát ra biển Đông bằng 8 cửa: Cửa Tiểu, Cửa Đại, Cửa Ba Lai, Cửa Hàm Luông, Cửa Cổ Chiên, Cửa Cung Hầu, Cửa Định Anh và Cửa Trần Đề. Hiện các khảo sát liên quan đến dòng Me Kông chủ yếu tập trung từ đoạn biên giới Thái Lan - Mianmar xuống đến biển, trong một khu vực rộng chừng 607.000 km2, chiếm 75% tổng diện tích lưu vực, liên quan mật thiết đến 4 quốc gia dọc theo sông, như sau: Bảng 1 – Lưu vực Mê Kông qua 04 quốc gia thuộc tiểu vùng Quố gia Diện tích lưu vực (Km 2) Diện tích quốc gia (Km2) Lào 201.000 236.800 Thái Lan 182.000 514.820 Campuchia 156.000 181.035 Việt Nam 65.000 329.565 1.1.3 Điều kiện khí tượng, khí hậu  Gió Sông Mê Kông chủ yếu là gió mùa Tây Nam, được phân thành 2 mùa rõ rệt với khoảng thời gian tương đối bằng nhau, mùa mưa khoảng từ giữa tháng 5 đến cuối tháng 9 đầu tháng 10. Cuối tháng mùa mưa, các trận bão và áp thấp nhiệt đới khác ảnh hưởng lớn đến lưu vực làm cho tháng 8, tháng 9 thậm chí tháng 10 (vùng đồng bằng sông Cửu Long) có tháng có lượng mưa nhiều nhất. Bảng 2 – Tổng quan về các mùa của lưu vực sông Mê Kông Mát Nóng Mát Mưa Lạnh Khô Lạnh I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Gió mùa Chuyển Gió mùa Gió mùa đông bắc mùa tây nam đông bắc 8
Gió mùa đông bắc, thường bắt đầu vào cuối tháng 10, hay mang theo không khí lạnh kết hợp với mưa phùn từ phía bắc Việt Nam sang, vùng hạ lưu sông Mê Kông bị giảm ảnh hưởng của gió mùa Đông bắc do bị chắn bởi dãy Trường Sơn [6].  Nhiệt độ Biến đổi của nhiệt độ trung bình ở các vùng đồng bằng và thung lũng sông của lưu vực tương đối nhỏ, thể hiện tính chất nhiệt đới và cận nhiệt đới của khí hậu. Tuy nhiên, cũng có thay đổi đáng kể cả theo mùa và theo ngày ở các vùng cao trong điều kiện khí hậu ôn đới phía bắc. Theo số liệu nghiên cứu thống kê của Ủy hội sông Mê Kông quốc tế thì nhiệt độ trung bình ở vùng thượng lưu sông biến đổi tương đối lớn; từ vùng có nhiệt độ trung bình thấp đến vùng có nhiệt độ trung bình cao là 15ºC. Sự khác biệt này cho thấy khí hậu lưu vực từ vùng ôn đới sang nhiệt đới gió mùa và biến đổi mạnh về cao độ từ đầu nguồn đến hạ lưu sông Mê Kông. Trong khoảng 2000 km chiều dài sông cao độ đã giảm hơn 4000 m. Đặc trưng khác biệt của vùng này là biến thiên nhiệt độ trong năm lớn, trung bình các tháng lạnh nhất và nóng nhất khoảng gần 20ºC càng về hạ lưu thì biến đổi nhiệt độ theo mùa càng giảm [6].  Mưa Phân bố theo không gian của lượng mưa trung bình nhiều năm vùng hạ lưu sông Mê Kông như hình biểu đồ dưới đây cho thấy, chúng biến đổi khá mạnh, các tiểu lưu vực thuộc Thái có lượng mưa ít hơn khoảng từ 1500 mm trong khi đó lượng mưa tăng lên gấp đôi trong các tiểu lưu vực vùng cao nguyên thuộc Lào. Biểu đồ cho thấy phân bố mưa trung bình nhiều năm có thể chỉ rõ khu vực nào có khả năng đóng góp dòng chảy lớn hơn, đó là vùng bờ tả của sông Mê Kông, chủ yếu nằm trên đất bạn Lào. 9
Nguồn: MRCS Hình 3 – Lượng mưa trung bình nhiều năm một số trạm Hạ lưu sông Mê Kông được chia thành 6 vùng nhỏ hơn để dễ so sánh biến động của mưa theo thời gian và không gian. Vùng đông bắc Thái lan và lưu vực sông Mun/Chi được xác định là vùng tương đối khô cằn. Điều ngạc nhiên là vùng ngập lũ thuộc đồng bằng sông Mê Kông tại Việt nam và Campuchia có lượng mưa tương đối nhỏ như nhau khoảng 1300 mm (chỉ lớn hơn vùng được xác định là tương đối khô cằn là Khorat – đông bắc Thái lan – khoảng 100mm) nhưng lại là vùng nhận được nhiều nước nhất từ thượng lưu đổ về nên không có cảm giác khô hạn, với lượng mưa nhỏ như này, vùng đồng bằng không thể tự cung cấp nước cho nhu cầu của chính nó. Vùng có lượng mưa cao nhất thuộc về Tây nguyên, vùng thung lũng sông như Pakse. Bảng 3 – Tổng lượng mưa trung bình tháng nhiều năm của một số trạm Đơn vị: mm Tháng Chiang Pakse Khon Pleiku Phnom Chau Doc Rai Kaen Penh I 13 2 5 6 8 8 II 10 7 15 6 3 3 III 20 20 35 25 15 15 IV 85 70 60 85 65 75 V 190 220 170 225 115 165 VI 210 380 180 350 125 110 10
VII 310 390 160 360 160 140 VIII 390 500 185 460 160 170 IX 280 320 260 360 265 160 X 140 100 120 220 255 250 XI 60 20 10 75 130 160 XII 20 3 3 20 20 40 Tổng 1730 2050 1210 2200 1320 1300 Nguồn: MRCS Lượng mưa cũng phân bố rất không đều trong năm, lượng mưa vào 6 tháng mùa mưa chiếm đến hơn 85% lượng mưa cả năm, trong đó có những tháng mùa khô không đo đạc được chút mưa nào. Từ thượng lưu của sông xuống, thời gian mùa khô và mùa mưa không thay đổi, nhưng có sự thay đổi về thời điểm lượng mưa trung bình tháng lớn nhất. Vùng thượng lưu, phía bắc lưu vực tại Chiang Rai lượng mưa trung bình tháng vào tháng 8 trong khi đó xuống tới hạ lưu, lượng mưa tháng lớn nhất lại xảy ra vào tháng 10 tại trạm Châu Đốc, chính vì thế nên cũng có sự lệch pha về mùa lũ phần thượng lưu và đồng bằng của lưu vực [6]. 1.1.4 Điều kiện thủy văn  Mạng lưới sông suối Theo số liệu thống kê, nguồn nước trung bình nhiều năm của sông Mê Kông vào khoảng 367 tỷ m3. Là một lưu vực rộng lớn, trên bản đồ mạng lưới sông suối ta thấy Mê Kông là một chủ lưu rộng lớn chạy dài từ biên giới và trên đường đi của nó không gặp một hợp lưu nào đáng kể. Mật độ sông suối trên toàn lưu vực phân bố không đều và theo số liệu thống kê của MRC, tỷ lệ đóng góp dòng chảy của các sông nhánh bên tả có tỷ lệ cao hơn bên hữu khá nhiều. Phần đóng góp vào dòng chính thuộc về các tiểu lưu vực của Lào. Các lưu vực này thuộc vùng núi, chưa bị ảnh hưởng nhiều bởi các hoạt động phát triển. Tuy nhiên, vùng này cũng có tiềm năng thủy điện lớn, dự báo sẽ có nhiều hoạt động xảy ra trong các năm tới. Từ Vientian/Nong Khai đến Pakse có sự thay đổi về chế độ thủy văn của sông Mê Kông, từ chỗ thành phần thượng lưu chiếm ưu thế cả mũa lũ đến mùa kiệt đến ảnh 11
hưởng lớn hơn của các nhánh sông thuộc Lào như Nậm Ngum, Nam Theun, Nam Hinboun, Se Bang Fai, Se Bang Hieng và Se Done Hình 4 – Bản đồ mạng lưới sông suối và trạm thủy văn lưu vực sông Mê Kông Cũng phải kể đến sự đóng góp vào dòng chảy từ bờ hữu sông Mê Kông từ các nhanh Chi/ Mun. Lưu vực sông Chi/Mun đã được phát triển, trong đó có một số các hồ chứa dùng cho sản xuất nông nghiệp. Khu vực bờ trái sông Mê Kông thuộc Lào 12