Luận văn Áp dụng phương pháp ước lượng bất định khả năng (GLUE) cho dự báo lũ trên lưu vực sông Vệ
Quy trình dự báo lũ nói chung bao gồm các bƣớc: thu thập thông tin phục vụ
dự báo lũ, giải mã số liệu, cập nhật số liệu, chuẩn bị Ffile dự báo, dự báo lũ, hiệu
chỉnh – đánh giá và lựa chọn kết quả dự báo, in bản tin và kết thúc. Quy trình dự
báo lũ đƣợc thực hiện theo thứ tự từ thƣợng lƣu đến hạ lƣu, tùy theo điều kiện của
từng khu vực mà các nhà dự báo xây dựng các quy trình dự báo cụ thể trên từng lƣu
vực. Các quy trình dự báo đƣợc xây dựng theo nguyên tắc chung nhƣng các phƣơng
pháp, chƣơng trình hay các mô hình áp dụng trong dự báo lũ trên từng khu vực dự
báo có thể khác nhau.
Trong quy trình dự báo lũ số liệu luôn đƣợc cập nhật, trao đổi qua hệ thống tin theo
sơ đồ nhƣ sau:
Hình 1: Sơ đồ các bƣớc trong quy trình dự báo lũ2
Sự phát triển của quy trình dự báo lũ ngày càng cao cùng với sự phát triển
của khoa học công nghệ. Thể hiện rõ rệt ở công nghệ quan trắc, kỹ thuật đo đạc, xử
lý số liệu và công nghệ thông tin . không ngừng nâng cải tiến phục vu vụ cho
công tác dự báo lũ. Công nghệ ứng dụng trong quy trình dự báo lũ trong luận văn
này chủ yếu là vấn đề áp dụng mô hình toán thủy văn trong dự báo dòng chảy.
Có thể phân loại các phƣơng pháp dự báo thủy văn ra thành các nhóm nhƣ:
hồi quy, phân tích chuỗi thời gian, mô hình nhận thức, thống kê khách quan, tổng
hợp địa lý, địa mạo Trong dự báo lũ (hạn ngắn) thì nhóm phƣơng pháp sử dụng
các mô hình nhận thức đang đƣợc phát triển và ứng dụng rộng rãi nhất. Nguyễn
Thanh Sơn đã tổng quan khá đầy đủ các mô hình nội và ngoại nhƣ HYDROGIS,
KOD, VRSAP, NLRRM, HMC, SSARR, TANK, NAM, MIKE, MARINE, v.v.
đƣợc ứng dụng ở Việt Nam [7].
Ở nƣớc ta, đã có nhiều các công trình công bố liên quan đến nghiên cứu, xây
dựng quy trình dự báo lũ. Bùi Văn Đức và nnk (2000), đã nghiên cứu xây dựng
công nghệ dự báo mực nƣớc lũ sông Cửu Long tại Tân Châu và Châu Đốc; Cao
Đăng Dƣ (2003, 2005) đã đề xuất các quy trình dự báo, cảnh báo lũ trên các sông
Trà Khúc và sông Vệ; Đặng Ngọc Tĩnh (2002) đã đề nghị áp dụng tin học trong dự
báo, cảnh báo lũ Miền Trung; Nguyễn Lan Châu và nnk (2000) đã đề xuất công
nghệ dự báo lũ thƣợng lƣu hệ thống sông Thái Bình; Trần Tân Tiến và nnk (2006)
đã xây dựng công nghệ dự báo lũ bằng mô hình số thời hạn 3 ngày cho khu vực
Trung Bộ Việt Nam; Trần Thục và nnk (2003) đã xây dựng công nghệ dự báo lũ hệ
thống sông Hồng - Thái Bình. Kết quả thu đƣợc từ những công trình này đã và đang
mang lại những lợi ích thiết thực trong việc phòng chống lũ lụt, góp phần phát triển
kinh tế xã hội [2].
Việc ứng dụng mô hình toán trong dự báo lũ đã góp phần đáng kể trong sự
phát triển của công nghệ dự báo lũ. Tuy nhiên, các mô hình thủy văn có thể áp dụng
trong dự báo nghiệp vụ cần phải mất nhiều công sức tìm đƣợc bộ tham số của mô
hình, đặc biệt với các mô hình thủy văn phân phối. Hơn nữa, do thiếu sự hiểu biết3
về lƣu vực nghiên cứu và số liệu thực đo nên dẫn đến các trƣờng hợp có nhiều bộ
tham số trong mô hình hay nhiều mô hình cùng đƣa ra kết dự báo có chất lƣợng nhƣ
nhau [20,28]. Để chọn đƣợc một mô hình cùng bộ thông số có thể dùng trong dự
báo tác nghiệp cho một trƣờng hợp cụ thể, các thành phần sau đây cần đƣợc xác
định, đo đạc và ƣớc lƣợng [29]: (1) Mô hình: cấu trúc, các tham số, các biến trạng
thái, điều kiện ban đầu và điều kiện biên, và (2) Dữ liệu: giá trị đo đạc các biến vào
và ra mô hình. Tất cả các thành phần trên đều chứa đựng tính bất định làm ảnh
hƣởng đến giá trị dự báo. Trong khi đó, kết quả dự báo lũ hiện nay chỉ cho một kết
quả duy nhất tƣơng ứng với số liệu đầu vào và bộ thông số nhất định vì vậy không
thể xem xét đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của những sai số gặp phải trong quá trình.
Tuy nhiên dự báo lũ hiện nay vẫn luôn là một bài toán khó đối với các nhà
khoa học, các chuyên gia dự báo khí tƣợng thủy văn không chỉ Việt Nam mà cả các
nƣớc tiên tiến trên thế giới. Việc xây dựng một công nghệ dự báo chuẩn xác vẫn
còn nhiều khó khăn, luôn tồn tại những sai số yếu tố ảnh hƣởng đến tính chính xác
của kết quả dự báo. Vì vậy, đánh giá độ bất định cấu trúc, tham số và số liệu đầu
vào của mô hình dự báo đóng vai trò rất quan trọng [9, 10]. Đồng thời, vai trò của
việc lƣợng hoá các loại bất định trong dự báo, đặc biệt là dự báo lũ ở nƣớc ta hiện
nay chƣa đƣợc xem xét và đánh giá đúng. Một trong những hƣớng nghiên cứu mới
trên thế giới hiện nay là thể hiện những sai số quá trình vào kết quả dự báo. Trong
[29] M.G.F. Werner, N.M. Hunter và P.D. Bates đã sử dụng phƣơng pháp ƣớc
lƣợng bất định khả năng (GLUE) để đánh giá các giá trị bất định về phân phối sử
dụng đất trong mô hình thủy động lực tƣơng tác 1D, 2D trên lƣu vực sông. Meuse.
A. Bahremand và F. De Smedt [12] kiểm định tự động và phân tích độ nhạy các
thông số sử dụng mô hình ƣớc lƣợng thông số độc lập (PEST) với mô hình WetSpa
cho lƣu vực Torysa có diện tích khá lớn ở Slovakia đã đạt đƣợc những kết quả khả
quan. Ryan Fedak (1999) đã nghiên cứu ảnh hƣởng của kích thƣớc ô lƣới với hai
mô hình HEC-1 và TopModel [27]. Ngoài ra, có thể kể đến các nghiên cứu của
Iman và Helton [24], Campolongo và Saltelli [16], Nguyen T.G. và De Kov J. [20],
.4
Với mục đích bƣớc đầu nghiên cứu đánh giá độ bất định cấu trúc, tham số và
lƣợng hóa các loại bất định trong mô hình dự báo lũ nhằm đƣa ra một số kết quả
khả năng phục vụ cho dự báo lũ luận văn đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng
phƣơng pháp ƣớc lƣợng bất định (GLUE) vào mô hình dự báo lũ”. Đây là một vấn
đề rất mới trong nghiên cứu dự báo lũ hiện nay. Vì vậy mục tiêu chính là nghiên
cứu cơ sở lý thuyết và áp dụng thử nghiệm đối với lƣu vực sông Vệ, đại diện cho
các lƣu vực sông miền Trung và đã có nhiều nghiên cứu đánh giá tính toán, dự báo
lũ và tình hình lũ lụt, nhƣng chƣa có nghiên cứu nào có xét đến độ bất định. Cụ
thể, nội dung luận văn tập trung vào hai vấn đề chính:
- Nghiên cứu phƣơng pháp ƣớc lƣợng bất định (GLUE) ứng dụng đối với mô
hình dự báo lũ WetSpa - một mô hình mới đƣợc ứng dụng trong dự báo lũ.
- Xây dựng quy trình dự báo lũ có tính độ bất định, áp dụng thử nghiệm đối
với lƣu vực sông Vệ tính đến trạm An Chỉ.
Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận văn Áp dụng phương pháp ước lượng bất định khả năng (GLUE) cho dự báo lũ trên lưu vực sông Vệ
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Phạm Thị Thu Hiền ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP ƢỚC LƢỢNG BẤT ĐỊNH KHẢ NĂNG (GLUE) CHO DỰ BÁO LŨ TRÊN LƢU VỰC SÔNG VỆ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2010 Style Definition: TOC 3: Space Before: 3 pt, Tab stops: 15,4 cm, Right,Leader: + Not at 16,07 cm Style Definition: TOC 1: Tab stops: 15,4 cm, Right,Leader: + Not at 16,07 cm ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Phạm Thị Thu Hiền ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP ƢỚC LƢỢNG BẤT ĐỊNH KHẢ NĂNG (GLUE) CHO DỰ BÁO LŨ TRÊN LƢU VỰC SÔNG VỆ Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 60.44.90 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Tiền Giang Hà Nội- 2010 iii LỜI CẢM ƠN Luận văn này đƣợc thực hiện tại Khoa Khí tƣợng Thủy văn và Hải dƣơng học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên. Luận văn nằm trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu khoa học cấp Đại học Quốc gia “Phân tích độ nhạy và độ bất định của mô hình WetSpa sử dụng phƣơng pháp Monte Carlo để dự báo lũ (áp dụng cho lƣu vực sông Vệ)”, thực hiện một phần công việc của đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô, đặc biệt là TS. Nguyễn Tiền Giang đã hƣớng dẫn và khích lệ tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ của GS. Yongbo Liu ở Trƣờng Đại học Tự do Brussel, là một trong những ngƣời tham gia xây dựng mô hình đã cung cấp phiên bản mới nhất của mã nguồn mô hình WetSpa. Tôi xin chân thành cảm ơn sinh viên Đoàn Thị Đoan khoa Khí tƣợng Thủy văn và Hải Dƣơng học đã hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Thạc sỹ Phạm Thị Phƣơng Chi và hai bạn sinh viên của Trƣờng đại học Twente, Hà Lan: Daniël Van Puten và Tom Doldersum đã phối hợp cùng tôi thực hiện và cung cấp cho tôi một số kết quả phục vụ cho nghiên cứu này và những chƣơng trình Matlab giúp tôi tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình Matlab và Fortran. Cuối cùng xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, động viên tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Do thời gian và kinh nghiệm hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tôi rất mong sự góp ý của các thầy cô và các bạn để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Học viên Phạm Thị Thu Hiền iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... III BẢNG KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................ VI MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 11 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................................. 55 1.1 Tổng quan về công nghệ dự báo lũ...5 1.2 Tổng quan về mô hình sử dụng trong dự báo lũ.....5 1.2.1 Phân loại mô hình toán thủy văn .......................................................................... 55 1.2.2 Một số mô hình thủy văn sử dụng trong dự báo lũ ............................................... 77 1.3 Đánh giá tính bất định trong quy trình dự báo lũ.......................................................7 1.4 Tổng quan về lƣu vực sông Vệ......................................................................................8 1.4.1 Vị trí địa lý ......................................................................................................... 1212 1.4.2 Địa hình ............................................................................................................. 1313 1.4.3 Địa chất, thổ nhưỡng ......................................................................................... 1414 1.4.4 Thảm phủ thực vật ............................................................................................. 1515 1.4.5 Khí hậu .............................................................................................................. 1515 1.4.6 Đặc điểm thủy văn ............................................................................................. 2020 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................. 2424 2.1 Giới thiệu mô hình WetSpa.........................................................................................25 2.1.1 Lịch sử phát triển của mô hình WetSpa ............................................................ 2424 2.1.2 Mô hình WetSpa ................................................................................................ 2424 2.1.3 Mô hình Wetpass ............................................................................................... 2525 2.1.4 WetSpa cải tiến .................................................................................................. 2626 2.2 Phƣơng pháp ƣớc lƣợng bất định khả năng - GLUE...............................................28 2.2.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp GLUE ................................................................. 4343 2.2.2 Xác định chỉ tiêu đánh giá độ phù hợp ............................................................. 4545 2.2.3 Xác định khoảng giá trị và hàm phân bố của các thông số .............................. 4747 2.2.4 Thiết lập quy trình sử dụng chỉ tiêu đánh giá độ phù hợp để tính toán khoảng bất định ............................................................................................................................. 4747 2.2.5 Thiết lập quy trình cập nhật độ phù hợp khi có thêm số liệu ............................ 4949 2.2.6 Chế độ mô phỏng và chế độ dự báo .................................................................. 4949 CHƢƠNG 3: ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP ƢỚC LƢỢNG BẤT ĐỊNH CHO DỰ BÁO LŨ TRÊN SÔNG VỆ .................................................................................................... 5151 3.1 Thu thập và xử lý dữ liệu.............................................................................................53 3.1.1 Số liệu không gian ............................................................................................. 5151 3.1.2 Số liệu khí tượng thủy văn ................................................................................. 5252 3.2 Tính toán trong Arcview..............................................................................................54 3.3 Các thông số toàn cục của mô hình............................................................................55 Formatted: Font: 12 pt Formatted: Tab stops: 15,4 cm, Left Formatted: Space Before: 0 pt Formatted: Space Before: 0 pt Formatted: Space Before: 0 pt Formatted: Space Before: 0 pt Formatted: Left Formatted: Space Before: 0 pt v 3.4 Xây dựng quy trình dự báo lũ có tính đến độ bất định của bộ thông số.................58 3.4.1 Lựa chọn thông số ............................................................................................. 5757 3.4.2 Khoảng bất định của các thông số .................................................................... 5757 3.4.3 Phương pháp lấy mẫu ....................................................................................... 5858 3.4.4 Tính toán với mô hình WetSpa .......................................................................... 5959 3.4.5 Lựa chọn chỉ tiêu ............................................................................................... 6060 3.4.6 Tính toán khả năng ............................................................................................ 6161 3.4.7 Tính toán bất định (UE) .................................................................................... 6161 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 6767 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 7170 Formatted: Space Before: 0 pt vi BẢNG KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Giải nghĩa Nguyên gốc DEM Mô hình số độ cao Digital Elevation Model GIS Hệ thống thông tin địa lý GeoInformation System WetSpa Water and Energy Transfer between Soil, Plants and Atmosphere ASCII Bộ mã chuyên đổi thông tin chuẩn của Mỹ American Standard Code for Information Interchange BASIN Mô hình lƣu vực DHI Viện thủy lực Đan Mạch Danish Hydraulic Institue GLUE Phƣơng pháp ƣớc lƣợng bất định khả năng Generalized Likelihood Uncertainty Estimation LHS Phƣơng pháp chọn mẫu siêu lập phƣơng Latin Latin Hypercube Sampling NS Hệ số Nash Sutcliffe Nash-Sutcliffe coefficient ME Hiệu quả mô hình Model Efficiency EV Phƣơng sai Error Variance RBS Tính toán khả năng Retain Behavioural Simulations UE Tính toán bất định Uncertainty Estimation Formatted Table 1 MỞ ĐẦU Quy trình dự báo lũ nói chung bao gồm các bƣớc: thu thập thông tin phục vụ dự báo lũ, giải mã số liệu, cập nhật số liệu, chuẩn bị Ffile dự báo, dự báo lũ, hiệu chỉnh – đánh giá và lựa chọn kết quả dự báo, in bản tin và kết thúc. Quy trình dự báo lũ đƣợc thực hiện theo thứ tự từ thƣợng lƣu đến hạ lƣu, tùy theo điều kiện của từng khu vực mà các nhà dự báo xây dựng các quy trình dự báo cụ thể trên từng lƣu vực. Các quy trình dự báo đƣợc xây dựng theo nguyên tắc chung nhƣng các phƣơng pháp, chƣơng trình hay các mô hình áp dụng trong dự báo lũ trên từng khu vực dự báo có thể khác nhau. Trong quy trình dự báo lũ số liệu luôn đƣợc cập nhật, trao đổi qua hệ thống tin theo sơ đồ nhƣ sau: Hình 1: Sơ đồ các bƣớc trong quy trình dự báo lũ 2 Sự phát triển của quy trình dự báo lũ ngày càng cao cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ. Thể hiện rõ rệt ở công nghệ quan trắc, kỹ thuật đo đạc, xử lý số liệu và công nghệ thông tin. không ngừng nâng cải tiến phục vu vụ cho công tác dự báo lũ. Công nghệ ứng dụng trong quy trình dự báo lũ trong luận văn này chủ yếu là vấn đề áp dụng mô hình toán thủy văn trong dự báo dòng chảy. Có thể phân loại các phƣơng pháp dự báo thủy văn ra thành các nhóm nhƣ: hồi quy, phân tích chuỗi thời gian, mô hình nhận thức, thống kê khách quan, tổng hợp địa lý, địa mạo Trong dự báo lũ (hạn ngắn) thì nhóm phƣơng pháp sử dụng các mô hình nhận thức đang đƣợc phát triển và ứng dụng rộng rãi nhất. Nguyễn Thanh Sơn đã tổng quan khá đầy đủ các mô hình nội và ngoại nhƣ HYDROGIS, KOD, VRSAP, NLRRM, HMC, SSARR, TANK, NAM, MIKE, MARINE, v.v. đƣợc ứng dụng ở Việt Nam [7]. Ở nƣớc ta, đã có nhiều các công trình công bố liên quan đến nghiên cứu, xây dựng quy trình dự báo lũ. Bùi Văn Đức và nnk (2000), đã nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo mực nƣớc lũ sông Cửu Long tại Tân Châu và Châu Đốc; Cao Đăng Dƣ (2003, 2005) đã đề xuất các quy trình dự báo, cảnh báo lũ trên các sông Trà Khúc và sông Vệ; Đặng Ngọc Tĩnh (2002) đã đề nghị áp dụng tin học trong dự báo, cảnh báo lũ Miền Trung; Nguyễn Lan Châu và nnk (2000) đã đề xuất công nghệ dự báo lũ thƣợng lƣu hệ thống sông Thái Bình; Trần T ... toán với chuỗi số liệu đầu vào liên tục. Do đó, trong giai đoạn chuẩn bị dữ liệu phải thực hiện kiểm tra tính liên tục và độ tin cậy của số liệu. Các giá trị âm trong chuỗi số liệu đại diện cho trƣờng hợp các dữ liệu thực đo bị thiếu phải đƣợc thay thế bằng các giá trị nội suy. Cách phân chia các loại sử dụng đất không rõ ràng gây khó khăn cho ngƣời sử dụng. Các giá trị đƣợc gán cho mỗi ô lƣới biểu hiện giá trị trung bình trên diện tích mỗi ô. Sự biến thiên trên mỗi ô lƣới càng lớn, sai số sẽ càng tăng. Do đó, kích thƣớc ô lƣới nên đƣợc xác định rõ ràng. Kích cỡ ô lƣới nhỏ có thể biểu hiện tốt hơn sự thay đổi các đặc điểm vật lý trên lƣu vực, nhƣng dẫn đến việc giả định thời gian và tốn bộ nhớ hơn trong suốt thời gian mô phỏng, đặc biệt cho những lƣu vực lớn. - Bƣớc thời gian trong mô hình là ngày hoặc giờ sẽ không khả thi khi dự báo lũ cho một lƣu vực rất nhỏ, nơi lƣợng nƣớc thừa có thể chảy ra ngoài ngay ở bƣớc thời gian đầu tiên. Phần diện tích không thấm ở khu vực đô thị đƣợc đƣa vào mô hình một cách chủ quan, phụ thuộc vào kích cỡ ô lƣới. 68 - Trong một ô lƣới kích cỡ 50x50 m thì 30% diện tích không thấm đƣợc gán vào khu vực dân cƣ, 70% cho khu vực công nghiệp và thƣơng mại và 100% cho bãi đỗ xe, đƣờng chính Điều này không phản ánh thực tế và mang đến nhiều sai số cho kết quả mô hình. - Mô hình sử dụng nhiều hệ số kinh nghiệm đƣợc mặc định qua nội suy và hiệu chỉnh từ các nghiên cứu trƣớc đây và sử dụng cho toàn bộ lƣu vực. Do phạm vi dao động quá lớn, nhiều tham số nhƣ độ dẫn thuỷ lực, hệ số nhámcó thể thay đổi lớn khi ứng dụng mô hình đến những địa điểm khác với môi trƣờng hoàn toàn khác. Do đó, việc hiệu chỉnh mô hình là cần thiết và điều này mang đến những khó khăn cho quá trình tham số hóa của mô hình ở lƣu vực không có trạm đo. WetSpa sử dụng nhiều loại ngôn ngữ lập trình phức tạp nhƣ ArcView Avenue, Fortran và Visual Basic, gây khó khăn cho ngƣời dùng khi muốn thay đổi mô hình cho phù hợp với nhu cầu sử dụng. 2) Về phƣơng pháp GLUE: nghiên cứu phƣơng pháp ƣớc lƣợng bất định GLUE nghiên cứu mới trong công nghệ dự báo lũ. Trong đó đã tính toán, lƣợng hóa các yếu tố bất định và thể hiện bằng kết quả đƣa ra là một dải giá trị thay vì một giá trị duy nhất theo truyền thống. Dải giá trị đƣợc đƣa ra từ những tính toán với nhiều bộ thông số của mô hình WetSpa có khả năng cho kết quả mô phỏng, dự báo tƣơng đối tốt khác với những phƣơng pháp truyền thống (chỉ tính toán với 1 bộ thông số). Trong luận văn, phƣơng pháp GLUE đã đƣợc khai triển theo các quy trình đã trình bày ở chƣơng 2 để áp dụng cho dự báo lũ sử dụng mô hình WetSpa. Ngôn ngữ lập trình cấp cao Matlab có hệ thống tính toán khoa học kỹ thuật, thƣ viện hàm phong phú có khả năng mô phỏng, vẽ đồ thị, biểu đồ và phân tích dữ liệu Vì vậy, sử dụng ngôn ngữ Matlab để thực hiện các bƣớc trong phƣơng pháp GLUE, bao gồm các bƣớc chính nhƣ sau: chọn mẫu LHS; các chỉ tiêu NS, ME, EV: từ kết quả mô phỏng của mô hình sẽ thu đƣợc giá trị các chỉ tiêu phù hợp từ các chỉ tiêu đánh giá; các mô phỏng đƣợc chấp nhận; tính toán khoảng bất định. Trong đó, lựa chọn mẫu LHS và xác định các chỉ tiêu đƣợc đánh giá là quan trọng nhất. Đối với lựa chọn mẫu LHS, vấn đề xác định các thông số và khoảng phân bố của các thông số ảnh hƣởng trực tiếp đến kết quả dự báo. Trong nội dung luận văn này đã tham khảo một số nghiên cứu và lựa chọn đƣợc 7 thông số chính và khoảng phân bố của các thông số đã đƣợc kiểm nghiệm trong quá trình thực hiện. Khoảng 69 phân bố càng nhỏ thì mức độ thể hiện của các mẫu đƣợc chi tiết hơn, dải dự báo càng hẹp nên độ chính xác càng cao. Về việc xác định các chỉ tiêu đánh giá, hiện nay trên thế giới đã có một vài nghiên cứu mới về việc đƣa ra những chỉ tiêu phù hợp hơn trong phƣơng pháp GLUE. Mức độ phù hợp đƣa ra dựa trên quan điểm của ngƣời sử dụng nên còn phụ thuộc nhiều vào yếu tố chủ quan. Trong nội dung luận văn, học viên lựa chọn 3 chỉ tiêu NS, EV, ME đƣợc xem là phổ biến và đƣợc thử nghiệm trong nhiều nghiên cứu. Áp dụng ba chỉ tiêu đã nêu cho thấy chỉ số NS đƣợc sử dụng cho kết quả tốt nhất. Tuy nhiên, việc xây dựng các chỉ tiêu đánh giá độ phù hợp luôn là quan trọng bậc nhất trong quy trình nhƣng chƣa thể hiện đƣợc mức độ phù hợp trong dự báo và cần đƣợc nghiên cứu thêm trong các giai đoạn tiếp theo. 3) Về kết quả tính toán Kết hợp phƣơng pháp GLUE và mô hình WetSpa xây dựng đƣợc sơ đồ tính toán độ bất định nhằm đƣa ra một dải kết dự báo thay vì một giá trị duy nhất. Kết quả mô phỏng tƣơng đối phù hợp với đƣờng quá trình lũ thực đo của hai trận lũ tháng 11/1999 và tháng 10/2003 cho thấy sử dụng chỉ tiêu NS để tính toán bất định cho kết quả phù hợp hơn nên sử dụng chỉ tiêu NS để thực hiện bƣớc dự báo. Khi sử dụng quy trình ở chế độ dự báo (trận lũ tháng 12/1999), kết quả cho thấy có sự chênh lệch giữa giá trị thực đo và các biên trên (đối với đỉnh lũ thứ 2) và biên dƣới (đối với đỉnh lũ thứ 3) của khoảng bất định dự báo. Tuy nhiên mức độ chênh lệch là không lớn. Sự sai khác ở đỉnh lũ thứ 3 có thể đƣợc giải thích một phần là do với cấp lƣu lƣợng lớn (Q>3500 m3/s), tại An Chỉ có hiện tƣợng nƣớc tràn bờ và trao đổi với lƣu vực sông Trà Khúc. Do đó lƣu lƣợng đo đƣợc không phải là tổng lƣu lƣợng thu đƣợc từ thƣợng lƣu chảy về. Nếu chỉ sử dụng đƣờng trung bình là đƣờng dự báo thì sai số sẽ lớn hơn. Từ sự chênh lệch giữa khoảng dự báo và giá trị thực đo có thể cần tiếp tục nghiên cứu các vấn đề sau: i) áp Áp dụng quy trình cập nhật độ phù hợp sử dụng nhiều trận lũ quá khứ; ii) Áp dụng quy trình hiện tại với các lƣu vực khác mà ở đó không có sự trao đổi nƣớc với lƣu vực xung quanh khi có lũ lớn. 70 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1]. Phạm Thị Phƣơng Chi (2009), Sử dụng phương pháp Morris đánh giá độ nhạy các thông số trong mô hình WetSpa, Luận văn thạc sỹ khoa học ngành Thủy văn, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội. [2]. Nguyễn Lan Châu và các cộng sự, Các bài toán trong ứng dụng mô hình thủy văn Marine để mô phỏng và dự báo lũ sông Đà, Tạp chí Khí tƣợng Thủy văn (2005) 1. [3]. Nguyễn Anh Đức (2005), Hiệu chỉnh, áp dụng công thức SCS và mô hình sóng động học phương pháp phần tử hữu hạn mô phỏng quá trình lũ lưu vực sông Vệ - trạm An Chỉ, Khóa luận tốt nghiệp ngành Thủy văn, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội. [4]. Nguyễn Tiền Giang, Daniel van Putten, Phạm Thị Thu Hiền, Công nghệ dự báo lũ khi xét đến tính bất định của mô hình thủy văn: Cơ sở lý thuyết , Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 25, Số 3S (2009) 403‐411. [5]. Nguyễn Tiền Giang, Nguyễn Thị Thủy, Khai thác mô hình WetSpa phục vụ dự báo lũ các lưu vực sông quốc tế: tính bất định số liệu, tham số, cấu trúc mô hình và đề xuất các giải pháp, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 25 (1S), (2009) 35. [6]. Hồ Thị Minh Hà (2008), Nghiên cứu khả năng mô phỏng mùa các yếu tố khí tượng trên lãnh thổ Việt Nam bằng phương pháp thủy động và thống kê , Luận án Tiến sỹ ngành Khí tƣợng, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội. [7]. Nguyễn Thanh Sơn (2008), 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, Luận án Tiến sỹ ngành Địa lý, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội. 72 [8]. Nguyễn Thị Thủy (2008), Ứng dụng mô hình WetSpa cải tiến dự báo lũ cho lưu vực sông Cả tính đến trạm Dừa, Khóa luận tốt nghiệp ngành Thủy văn, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội. [9]. Viện Quy hoạch Thủy lợi (2003), Quy hoạch sử dụng tổng hợp nguồn nước lưu vực sông Trà Khúc - Tỉnh Quảng Ngãi, Hà Nội. [10]. Bofu Yu (2004), Báo cáo Thủy văn và Hình thái địa hình bồi tích các sông Trà Bồng, Trà Khúc và sông Vệ tại Quảng Ngãi, Việt Nam Tiếng Anh [11]. Aronica G., Bates P. D., Horritt M. S. (2002), Assessing the uncertainty in distributed model predictions using observed binary pattern information within GLUE, Hydrological processes, 16, 2001-2016. [12]. K. J. Beven, Uncertainty in Predictions of Floods and Hydraulic Transport, Publs. Inst. GeoPhys. Pol. Acad. Sc., E-7 (2007) 401. [13]. K.J. Beven, A.M. Binley, The future of distributed models: model calibration and uncertainty prediction, Hydrological Process 6 (1992) 279. [14]. Beven K., Binley A. (1992), The future of distributed models [15]. Beven Keith (2001), How far can we go in distributed hydrological modelling, Hydrology and Earth System Sciences, 5, 1-12. [16]. Campolongo F., Saltelli A. (1997), Sensitivity analysis of an environmental model: an application of different analysis methods, Reliability Engineering & System Safety, 57, 49-69. [17]. Daniel Van Puten (2009), Estimating and updating uncertainty with the GLUE methodology, Bachelor thesis Twente University, Enschede, The Netherlands. [18]. FAO (2006), World reference base for soil resources 2006, Italia. [19]. FAO (2006), FAO Soil Unit, Italia. 73 [20]. Nguyen, T. G., De Kok J. (2006), Systematic testing of an integrated systems model for coastal zone management using sensitivity and uncertainty analyses, Environmental Modelling & Software 22 (2007), 1572-1587. [21]. V.B. Liu, F.De Smedlt, Document and user manual WetSpa extension, Belgium 2004. [22]. Y. B. Liu et al., A diffusive transport approach for flow routing in GIS- based flood modeling, Journal of Hydrology 283 (2003) 91. [23]. Granger Morgan, Max Herion, Mitchell Small (1990), Uncertainty, Cambridge University Press, The United Stated of America. [24]. Iman R.L., Helton J.C. (1988), An investigation of uncertainty and sensitivity analysis techniques for computer models, Risk Analysis 8 (1), 71-90. [25]. NSW Department of Commerce Manly Hydraulics Laboratory (2006), Review and Assesment of Hydrologic/Hydralic Flood Models. [28]. Nurmohamed, R., Naipal, S., De Smedt, F. (2006), Hydrologic modeling of the Upper Suriname River basin using WetSpa and ArcView GIS, Journal of spatial Hydrology, 6, 1-17. [26]. Roberta-Serena Blasone, Jasper A. Vrugt, Henrik Madsen, Dan Rosbjerg, Bruce A. Robinson, George A. Zyvoloski (2008), Generalized likelihood uncertainty estimation (GLUE) using adaptive Markov Chain Monte Carlo sampling, Water Resources, 31, 630-648. [27]. Ryan Fedak (1999), Effect of Spatial Scale on Hydrologic Modeling in a Headwater Catchment, Master Thesis. [28]. Tom Doldersum (2009), Global sensitivity analysis of the WetSpa model, Bachelor thesis, Twente University, Enschede, The Netherlands. 74 [29]. S. Uhlenbrook et al., Prediction uncertainty of conceptual rainfall- runoff models caused by problems in identifying model parameters and structures, Hydrological Sciences Bulletin 44 (5), (1999) 779. [30]. T. Wagener, H.V. Gupta, Model identification for hydrological forecasting under uncertainty, Stochastic Environmental Research and Risk Assessment 19 (2005) 378.
File đính kèm:
- luan_van_ap_dung_phuong_phap_uoc_luong_bat_dinh_kha_nang_glu.pdf