Ứng dụng hệ thống phân tích lũ tích hợp IFAS dự báo lũ cho thượng nguồn sông Mã tỉnh Thanh Hóa - Bản tin KHCN&HTQT Quý I năm 2020

Công tác dự báo, cảnh báo lũ, lũ lớn tại lưu vực sông Mã nói chung và tại trạm Thủy văn Mường Lát thượng lưu sông Mã tại Thanh Hóa nói riêng gặp nhiều khó khăn và hạn chế do các nguyên nhân: một là: số liệu đo đạc và điện báo khí tượng thủy văn (KTTV) bên nước bạn Lào là không có, chỉ có thông tin về số liệu KTTV tại một số trạm trên thượng nguồn sông Mã thuộc Đài KTTV khu vực Tây Bắc như trạm thủy văn Xã Là; hai là: chưa có công cụ mô hình tích hợp dữ liệu mưa số trị dự báo cảnh báo, dự báo lũ. Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng IFAS trong dự báo lũ cho thượng nguồn sông Mã là phù hợp và cần thiết.

1. Phương pháp sử dụng

IFAS là hệ thống phân tích lũ - dòng chảy do ICHARM phát triển như một bộ công cụ nhằm dự báo lũ hiệu quả và phù hợp hơn cho các nước đang phát triển. Hệ thống này được gọi là "Hệ thống Phân tích lũ lụt tích hợp" có khả năng cung cấp giao diện để nhập dữ liệu mưa đầu vào không chỉ sử dụng dữ liệu từ vệ tinh mà cả số liệu mưa quan trắc bề mặt, cũng như các chức năng GIS nhằm thiết lập mạng lưới sông ngòi và ước tính các thông số của cơ chế phân tích dòng chảy mặc định và giao diện hiển thị kết quả đầu ra.

Hệ thống phân tích lũ lụt tích hợp bao gồm các hợp phần sau:

- Một hệ thống các vệ tinh quan sát lượng mưa toàn cầu: Hệ thống bao gồm các vệ tinh của Mỹ, Nhật Bản quan sát lượng mưa ở các khu vực trên thế giới với tần suất 02 lần trong ngày.

- Dữ liệu quan sát được xử  lý và cung cấp gần thời gian thực: Dữ  liệu  này  được xử lý và cung cấp theo từng khu vực trên thế giới với tần suất nhất định.

- Các dữ liệu GIS (địa hình khu vực, lớp phủ thực vật/sử dụng đất...) của  khu vực quan sát, thông thường quan sát theo từng lưu vực sông;

- Mô hình thủy văn, kết hợp với các dữ liệu được sử dụng để phân tích  dòng chảy, đưa ra dự báo và cảnh báo ngập lụt trong lưu vực.

Trong hệ thống phân tích lũ tích hợp IFAS (Integrated Flood Analysis System), chương trình tính toán dòng chảy được tiến hành phân tích theo mô hình thủy văn thông số phân bố PWRI (Public Works Research Institute) có những đặc trưng như sau:

- Dòng chảy ở cửa ra từ mỗi ô lưới được mô hình hoá bằng một bể chứa phi tuyến tính. Mặc dù không phảỉ là mô hình hộp đen nhưng có sử dụng hệ số Maning và xấp xỉ hoá hypecbôn.

- Mô hình sử dụng thông tin về dạng đất, loại đất, địa chất và sử dụng đất như các hằng số và có thể đơn giản hoá việc đánh giá các thông số của mô hình.

- Đối với các hệ số lượng trữ, lượng mưa sinh lũ phải thay đổi theo từng trận lũ để thích hợp với trận lũ. Tuy nhiên, rất khó dự báo được lượng mưa sinh lũ trước một trận lũ. Do đó mô hình phân phối PWRI đã sử dụng cấu hình bể chứa phi tuyến kép (2 tầng) để tránh phải thay đổi lượng mưa sinh lũ. Vì vậy không cần đánh giá lượng mưa chưa được xác định gây ra lũ; mô hình được coi như một mô hình dự báo lũ thích hợp.

- Đối với các tính toán số, IFAS không sử dụng tính toán hội tụ để phân tích phương trình vi phân. Nó sử dụng hàm số xấp xỉ để tính phương trình tích phân thời gian có khả năng tiến hành phân tích bằng tính tích phân lặp. Vì lý do trên, hệ thống có thể tiến hành tính toán số một cách trơn tru, nhanh chóng và thích hợp cho tác nghiệp thời gian thực.

- Đối với dòng chảy trong lòng dẫn, IFAS sử dụng mô hình sóng động học để tính thời gian chảy truyền trong sông.

Để mô phỏng quá trình lũ, IFAS sử dụng nguyên lý bể chứa, định luật Manning, định luật Darcy và phương pháp sóng động học. Khi dòng chảy ngang và dọc được thiết lập, IFAS ver 1.3 nay là 2.0 được thiết lập thông qua mô hình 3 bể chứa: Bể mặt, bể chứa nước ngầm, bể trữ nước trong sông.

2. Kết quả dự báo và thảo luận:

Tạo các trạm mưa giả định đối với khu vực không có số liệu KTTV theo kinh độ, vĩ độ và sử dụng tọa độ các trạm KTTV: Mường Lát, Tuần Giáo, Điện Biên, Pha Điên, Sông Mã ; dùng mô hình WRF đưa ra lượng mưa dự báo điểm làm dữ liệu đầu vào dự báo lũ cho trạm Thủy văn Mường Lát trong 48h – 72h tiếp theo. Kết quả số liệu mưa dự báo được xuất ra định dạng file CSV.

Hình 1: Vị trí các trạm có số liệu KTTV và các trạm giả định

Kết quả dự báo thử nghiệm và đánh giá:

 - Kết quả dự báo cho trận lũ từ ngày 29/8 – 03/9/2018:

Đường quá trình Q_db và Q_tđ  trận lũ từ 29/8-03/9/2018 tại Mường Lát

- Đánh giá kết quả dự báo:

Chỉ tiêu đánh giá phương án dự báo

Dựa vào bảng 3.8 ta thấy kết quả dự báo thử nghiệm tại trạm thủy văn Mường Lát bằng mô hình IFAS, sử dụng lượng mưa dự báo điểm bằng mô hình WRF cho trận lũ từ 29/8-03/9/2018 là đạt yêu cầu.

Tin: Trịnh Đăng Ba, Lê Hữu Huấn  – Đài KTTV khu vực Bắc Trung Bộ

Tổng hợp: Vụ KHQT