Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du sông lô gâm khi công trình thủy điện tuyên quang đưa vào vận hành phát điện và chống lũ

tóm tắt nội dung chính của đề tài Chương I Tổng quan về tình hình xói phổ biến và dự báo xói phổ biến ở hạ du công trình thuỷ điện I.1 Tổng quan chung tình hình xói sau công trình đập t

Viện khoa học thuỷ lợi

-o0o -

đề tài

Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm khi Công trình thuỷ

điện Tuyên Quang đ−a vào vận hành phát điện và chống lũ

báo cáo tổng kết

7913

tóm tắt nội dung chính của đề tài

Chương I

Tổng quan về tình hình xói phổ biến

và dự báo xói phổ biến ở hạ du công trình thuỷ điện

I.1 Tổng quan chung tình hình xói sau công trình đập thuỷ điện 7

I.2 Tổng quan chung về kết quả tính toán dự báo xói phổ biến ở hạ du các công trình thuỷ điện

đặc điểm tự nhiên lưu vực sông Lô - Gâm

và khu vực hạ du công trình thuỷ điện tuyên quang

II.3 Đặc điểm đoạn sông hạ du thuỷ điện Tuyên Quang 39

II.3.5 Đặc điểm địa chất công trình 43

Chương III

Xác định các kịch bản cho tính toán dự báo

diễn biến Lòng dẫn hạ du thuỷ điện tuyên quang

III.1 Tính toán lựa chọn biểu đồ lưu lượng điều tiết thường xuyên tháo xuống hạ lưu đập Tuyên Quang

46

III.2 Tính toán lựa chọn lượng bùn cát tháo xuống hạ lưu 53

III.3 Lựa chọn các kịch bản bất lợi cho tính toán biến động chế độ thuỷ động lực ở hợp lưu Lô - Gâm

57

Chương IV

Tính toán dự báo xói phổ biến lan truyền xuống

hạ lưu Do ảnh hưởng thuỷ điện tuyên quang

IV.1 Các đặc điểm chính về hệ thống sông có liên quan tới tính toán hình thái dự báo diễn biến lòng dẫn hạ du

76

IV.2.3 Thiết lập các dữ liệu thuỷ văn cho kiểm định và tính toán mô hình thuỷ lực

81

IV.2.5 Thiết lập dữ liệu chiều sâu xói tới hạn của lòng sông từ số liệu

địa chất và số liệu điều tra ghềnh - thác

85

IV.3 Kết quả tính toán dự báo xói phổ biến lan truyền hạ du thủy điện Tuyên Quang

86

IV.4 Kết quả tính dự báo độ hạ thấp mực nước ở hạ du thuỷ điện Tuyên 90

IV.5 chế độ thuỷ lực và diễn biến khu vực ngã ba

Lô - Gâm và sông Lô tại thị xã Tuyên Quang

93

IV.5.4 Tính toán dự báo diễn biến vùng ngã ba Lô - Gâm và khu vực

thị xã Tuyên Quang

96

Chương v

Kiến nghị các giải pháp khoa học công nghệ giảm

thiểu các tác động bất lợi ở vùng hạ lưu do vận hành

thủy điện Tuyên Quang

V.1 Đề xuất Giải pháp phi công trình hạn chế các tác động bất lợi 106

V.2 Đề xuất giải pháp công trình tại các trọng điểm 107

Phụ lục

tóm tắt nội dung chính của đề tài

Mở ĐầU

Khi xây dựng đập ngăn sông tạo kho nước cho mục đích thủy điện hoặc cấp nước sẽ làm cho chế độ thủy lực, thủy văn và lòng dẫn của thượng và hạ lưu đập có những thay đổi căn bản ở vùng thượng lưu đập dâng sẽ hình thành một kho trữ nước lớn và được điều tiết theo chế độ vận hành của nhà máy thủy

điện hoặc công trình đầu mối ở đó mực nước dâng cao, diện tích, dung tích tăng lên và tốc độ dòng chảy giảm nhỏ có thời gian giảm gần như tuyệt đối làm cho bùn cát của sông lắng đọng lại trong hồ chứa Quá trình bồi lắng kéo dài theo tuổi thọ của hồ ở vùng hạ lưu xuất hiện một quá trình biến đổi hình thái lòng dẫn kéo theo sự thay đổi quan hệ thủy văn giữa mực nước (H) và lưu lượng (Q) Do bùn cát tự nhiên của sông bị giữ lại ở thượng lưu đập trong hồ chứa, tháo xuống hạ lưu qua tuốc bin thủy điện hoặc tràn xả lũ là dòng nước mang rất ít bùn cát Do đó có sự mất cân bằng giữa khả năng tải cát của dòng nước (St) với lượng chuyển cát thực tế của dòng sông hạ lưu (S0) mà St luôn lớn hơn S0 (St >S0) Dòng chảy luôn “đói” bùn cát này sẽ phải đào xói lòng dẫn hạ lưu để lấy lại trạng thái cân bằng vận chuyển bùn cát, vì vậy lòng dẫn hạ lưu dần dần bị xói hạ thấp Quá trình xói lòng sông như trên được gọi là xói phổ biến ở hạ du công trình thủy điện Xói phổ biến kéo dài theo thời gian và lan truyền theo không gian xuôi về hạ lưu Xói phổ biến ngừng lại sau một khoảng thời gian nhất định và trên chiều dài đoạn sông nhất định Tuỳ theo từng điều kiện địa chất, địa hình và chế độ vận hành của thuỷ điện Biến đổi lòng dẫn ở hạ du đập thủy điện, trong đó có xói phổ biến đã làm thay đổi chế

độ Q – H ở hạ lưu sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới các họat động kinh tế khai thác

và quản lý lòng sông ở vùng hạ lưu, lòng sông bị xói hạ thấp xuống kéo theo sạt lở hai bờ sông rất mạnh làm mất ổn định cho bản thân công trình thủy điện

và các công trình ven sông như cầu, bến cảng, cống, trạm bơm, đặc biệt là hệ

thống đê chống lũ Mực nước ở hạ lưu hạ thấp làm cho các cửa lấy nước được xây dựng trước đây có thể bị “treo” không lấy được nước, các hoạt động giao thông thủy cũng bị ảnh hưởng Đặc biệt các vùng phân nhập lưu trong phạm vi của xói phổ biến cũng bị ảnh hưởng và lan truyền ra các nhánh sông theo các hiệu ứng của vùng phân nhập lưu Đó là chưa kể vận hành theo chế độ điều tiết phụ tải ngày đêm của thủy điện làm thay đổi đột ngột mực nước hạ lưu cũng dẫn tới gia tăng mất ổn định bờ, gây sạt lở bờ vùng hạ lưu rất mạnh Tình hình trên thể hiện rất rõ ở hạ du thuỷ điện Hoà Bình

Công trình thuỷ điện Tuyên Quang đang ở thời kỳ hoàn thành Năm

2007 tổ máy số 1 sẽ bắt đầu vận hành Những vấn đề diễn biến ở hạ du cần phải được đặt ra, trong đó có diễn biến lòng dẫn tại các khu vực dân sinh kinh

tế quan trọng như thị trấn Na Hang, thị xã Tuyên Quang, các huyện lỵ, khu dân cư ven sông và các khu vực phân nhập lưu Cho đến nay chưa có một đánh giá dự báo nào về tình hình biến động này sau khi thuỷ điện Tuyên Quang đi vào vận hành Trong khi các vấn đề diễn biến hạ du của thuỷ điện Hoà Bình

đã cho chúng ta những bài học lớn và vẫn còn nhiều tồn tại bức xúc Chính vì vậy để có những câu trả lời thoả đáng tình hình ở hạ du thuỷ điện Tuyên Quang, Bộ KH&CN đã cho xây dựng và triển khai đề tài độc lập cấp Nhà

nước “Nghiên cứu dự báo xói lở hạ du Lô - Gâm khi Công trình thuỷ điện

Nội dung chính của báo cáo bao gồm các chương sau:

Chương I : Tổng quan chung về tình hình xói phổ biến và phương pháp tính toán dự báo xói phổ biến ở hạ du công trình thuỷ điện

Chương II : Đặc điểm tự nhiên lưu vực sông Lô - Gâm và khu vực hạ du công trình thuỷ điện Tuyên Quang

Chương III : Xác định các kịch bản cho tính toán dự báo diễn biến Lòng dẫn hạ du thuỷ điện Tuyên Quang

Chương IV : Tính toán dự báo xói phổ biến lan truyền xuống hạ lưu Do ảnh hưởng thuỷ điện Tuyên Quang

Chương V : Kiến nghị các giải pháp khoa học công nghệ giảm thiểu các tác

động bất lợi ở hạ lưu do vận hành thuỷ điện Tuyên Quang

I Mục tiêu đặt ra của đề tài

1 Đánh giá được khả năng diễn biến sau hạ du công trình thuỷ điện Tuyên Quang khi hồ chứa đưa vào vận hành chống lũ và phát điện

2 Đề xuất được các giải pháp KHCN chủ động giảm thiểu thiệt hại cho hạ

du do các diễn biến bất lợi gây ra

* Mục tiêu trên được thực hiện bằng việc trả lời được các câu hỏi sau đây:

• Dự báo quá trình diễn ra xói phổ biến ở hạ du đập Tuyên Quang ?

- Dự báo được phạm vi không gian và thời gian của xói phổ biến ?

- Khoảng cách lan truyền xói phổ biến xuống hạ du?

- Chiều sâu xói phổ biến trên từng đoạn sông ?

- Thời kỳ xói phổ biến đạt tới trạng thái ổn định ?

- Khoảng cách tối đa xói phổ biên lan truyền đạt tới trạng thái ổn định ?

• Độ hạ thấp đáy sông và thay đổi quan hệ Q - H ở các vị trí của hạ lưu đập

do xói phổ biến

• Tình hình thuỷ động lực và diễn biến lòng dẫn ở khu vực trọng điểm hợp

lưu Lô - Gâm và khu vực thị xã Tuyên Quang ?

• Các giải pháp giảm thiểu các ảnh hưởng bất lợi do xói phổ biến gây ra ở

vùng hạ du thuỷ điện Tuyên Quang

II Phương pháp nghiên cứu :

- Phân tích đánh giá, tính toán tài liệu thực đo làm cơ sở cho tính toán các kịch bản đầu vào của bài toán

- Tính toán dự báo xói lòng dẫn vùng hạ du bằng mô hình toán diễn biến lòng dẫn 1 chiều (1D) MIKE11 với môđun HD kết hợp môđunST

- Tại khu vực hợp lưu Lô Gâm sử dụng mô hình toán 2 chiều MIKE21C (Môđun HD) để tính toán thay đổi chế độ thuỷ động lực trong các trường hợp cắt xả lũ hồ Tuyên Quang

- Tại khu vực thị xã Tuyên Quang sử dụng mô hình toán 2 chiều MIKE 21C, môđun HD và môđun ST để tính toán dự báo diễn biến hình thái

III Phạm vi tính toán :

+ Theo trục chính : Sông Gâm, sông Lô, sông Hồng

+ Biên trên : Đập Tuyên Quang (Sông Gâm), Hàm Yên (Sông Lô), Yên

+ Biên dưới : Hưng Yên (sông Hồng), Bến Hồ (sông Đuống)

Phạm vi đưa ra kết quả tính toán diễn biến từ đập Tuyên Quang tới ngã

ba Lô Hồng (Việt Trì) đây là khu vực chịu ảnh hưởng nhiều của điều tiết thuỷ

điện Tuyên Quang

IV Tài liệu sử dụng cho tính toán :

1 Tài liệu địa hình :

- Tài liệu thể hiện trạng thái tự nhiên khi chưa có công trình gồm 66 mặt cắt ngang từ hạ lưu đập Tuyên Quang cho tới Việt Trì Trong đó có 3 mặt cắt trên sông Lô, 3 mặt cắt trên sông Chảy, do cán bộ của đề tài thực hiện, hoàn thành tháng 04/2005 phục vụ tính toán mô hình MIKE11

- Trên sông Hồng, sông Thao sông Đà sử dụng tài liệu mặt cắt ngang đo

đạc hàng năm và từ chương trình chống lũ sông Hồng năm 2000

- Bình đồ khu vực hợp lưu sông Lô sông Gâm và thị xã Tuyên Quang phục vụ tính toán mô hình MIKE21C, do cán bộ của đề tài thực hiện

2 Tài liệu địa chất :

- Là tài liệu rất cần thiết để tính toán diễn biến lòng dẫn Gồm 10 mặt cắt

địa chất phân bổ dọc hạ lưu từ đập tới Việt Trì do cán bộ đề tài thực hiện

Trên lòng dẫn sông Hồng từ Việt Trì xuôi về hạ lưu địa chất của lớp tạo lòng sông được tham khảo từ các tài liệu nghiên cứu về lòng dẫn sông Hồng

3 Tài liệu thuỷ văn :

- Tài liệu H – Q – ρ của tất cả các trạm chính trên sông Gâm, sông Lô, sông Thao, sông Đà, sông Hồng từ 1957 tới 2004

- Lưu lượng tháo xuống hạ lưu (QTháo = QXả + QTuốc bin) của thuỷ điện Tuyên Quang mô phỏng theo quá trình Q ~ t từ 1957 tới 2001 được cung cấp bởi cơ quan tư ván thiết kế công trình Tuyên Quang

IV Nội dung thực hiện & những đóng góp mới của đề tài

a Nội dung thu thập tài liệu và khảo sát kỹ thuật cơ bản :

1 Đã thu thập một khối lượng lớn tài liệu thuỷ văn tại các trạm cơ bản, tài liệu địa hình, biểu đồ vận hành của nhà máy thuỷ điện Tuyên Quang để phục vụ cho tính toán diễn biến hạ du

2 Đã khảo sát đo đạc 66 mặt cắt ngang và 1 mặt cắt dọc trên sông Gâm, sông Lô, sông Chảy từ đập tới Việt Trì Đây là tài liệu cơ bản được xác

định là địa hình trạng thái tự nhiên của lòng dẫn sông khi chưa có công trình thuỷ điện Tuyên Quang

3 Đã khảo sát 10 mặt cắt địa chất, phân bố dọc lòng sông từ đập tới Việt Trì để tính toán diễn biến lòng sông

4 Đã khảo sát bình đồ tỷ lệ 1 : 5000 khu vực trọng điểm nhất là ngã ba Lô Gâm và thị xã Tuyên Quang để xác định thay đổi chế độ thuỷ động lực

và dự báo diễn biến hình thái hai khu vực chịu ảnh hưởng mạnh của Thuỷ điện Tuyên Quang

b Nội dung nghiên cứu và những đóng góp mới của đề tài :

1 Đã tổng quan được tình hình diễn biến lòng dẫn ở hạ lưu các sông trên thế giới và tổng kết rút ra bài học từ thực tế xói hạ du thuỷ điện Hoà Bình

2 Đã tổng quan được các kết quả tính toán dự báo xói hạ du các công trình thuỷ điện trên thế giới và tính toán dự báo xói hạ du công trình Hoà Bình, làm bài học rút kinh nghiệm cho tính toán xói hạ du hồ Tuyên Quang

3 Đã tổng quan được các phương pháp tính toán dự báo diễn biến hạ du của Liên Xô cũ, của thế giới và xác lập mô hình tính toán xói cho hạ du thuỷ điện Tuyên Quang

4 Đã nêu được tính ưu việt và các điểm cần thiết khi sử dụng mô hình

được lựa chọn tính toán là mô hình MIKE11, MIKE21C

5 Đã phân tích được đặc điểm tự nhiên, địa hình, địa chất lòng dẫn khu vực nghiên cứu hạ du thuỷ điện Tuyên Quang

6 Đã xây dựng được mạng lưới tính toán theo mô hình MIKE11 cho toàn

hệ thống sông nghiên cứu chịu ảnh hưởng của vận hành hồ Tuyên Quang

7 Đã tính toán, phân tích xác lập các kịch bản và thông số đầu vào cho mô hình tính toán dự báo diễn biến hạ du Đây là khâu phức tạp nhất và quyết định cho độ tin cậy của kết quả dự báo Ưu điểm nổi bật trong việc lựa chọn thông số đầu vào của mô hình so với các phương pháp tính trước đây cho hồ Hoà Bình là :

- Tính toán diễn biến theo quá trình tháo xuống hạ lưu (Qt) trong xuốt một năm (365 ngày) mà không phải chỉ tính với một trị số lưu lượng bình quân như đã tính cho hồ Hoà Bình Việc tính một giá trị lưu lượng bình quân như trước đây là rất sơ lược và rất xa với thực tế

- Tính toán chi tiết lượng tháo bùn cát từ hồ xuống hạ lưu sau khi

đã trữ lại trên hồ Các tính toán của Liên Xô và tính cho hồ Hoà Bình trước đây đều giả thiết dòng nước tháo xuống hạ lưu là dòng nước trong không mang bùn cát (ρ = 0) Giả thiết này không phù hợp với thực tế vì

sẽ có một phần bùn cát tháo xuống hạ lưu qua Tuôc bin và qua xả đáy

và tràn khi hồ hoạt động được nhiều năm

Xử lý các thông số đầu vàobài toán tính diễn biến phù hợp với thực tế hơn

8 Đã tính toán dự báo chi tiết diễn biến hạ du theo từng năm : 1, 3, 5, 10, 30,50 năm bằng mô hình MIKE11 Đưa ra được các kết quả dự báo về :

- Chiều sâu xói ở mỗi mặt cắt

- Chiều dài xói phổ biến lan truyền theo không gian

- Sự thay đổi mực nước hạ du ở vùng gần đập

Phạm vi diễn biến do ảnh hưởng của thuỷ điện Tuyên Quang được xác

định tới Việt Trì Phạm vi biến động dòng chảy do điều kiện tự nhiên kết hợp với ảnh hưởng một phần của vận hành hồ Tuyên Quang và hồ Hoà Bình được xác định rất rộng tới Hà Nội – Hưng Yên

9 Đã áp dụng mô hình MIKE21C (Môđun HD) để xác định biến động thuỷ động lực vùng ngã ba Lô Gâm do ảnh hưởng bất lợi của thuỷ điện Tuyên Quang trong các trường hợp : Hồ Tuyên Quang cắt lũ, xả lũ, tích nước v.v… kết hợp với các trường hợp cực đoan trên sông Lô

10 Đã áp dụng mô hình MIKE 21C Môđun HD và ST tính toán diễn biến hình thái khu vực thị xã Tuyên Quang do ảnh hưởng của điều tiết hồ Tuyên Quang Từ đây đưa ra được dự báo tình hình khu vực thị xã Tuyên Quang làm cơ sở cho các giải pháp phòng chống sạt lở

11 Đã đề xuất giải pháp KHCN phi công trình và công trình chủ động giảm thiểu các bất lợi ở vùng hạ du do ảnh hưởng của vận hành hồ Tuyên Quang Đề xuất các giải pháp cho các khu vực trọng điểm trong

đó có thị trấn Na Hang và thị xã Tuyên Quang

điện ở đó mực nước dâng cao, diện tích, dung tích tăng lên và tốc độ dòng chảy giảm nhỏ làm cho bùn cát của sông lắng đọng lại Quá trình bồi lắng kéo dài theo theo tuổi thọ của hồ ở vùng hạ lưu xuất hiện một quá trình biến đổi hình thái lòng dẫn kéo theo sự thay đổi quan hệ thủy văn giữa mực nước (H)

và lưu lượng (Q) Tháo xuống hạ lưu qua tuốc bin thủy điện hoặc tràn xả lũ là dòng nước mang rất ít bùn cát Do đó có sự mất cân bằng giữa khả năng tải cát của dòng nước (St) với lượng chuyển cát thực tế của dòng sông hạ lưu (S0) mà

St luôn lớn hơn S0 (St >S0) Vì thế dòng chảy luôn “đói” bùn cát này sẽ phải

đào xói lòng dẫn hạ lưu để lấy lại trạng thái cân bằng vận chuyển bùn cát

Cũng vì vậy lòng dẫn hạ lưu dần dần bị hạ thấp Quá trình xói lòng sông như

trên được gọi là xói phổ biến ở hạ du công trình thủy điện Xói phổ biến kéo

dài theo thời gian và lan truyền theo không gian xuôi về hạ lưu cho tới giai

đoạn ổn định có thể tới hàng trăm năm và khu vực xói có thể tới hàng trăm

km Biến đổi lòng dẫn ở hạ du đập thủy điện, trong đó xói phổ biến đã làm thay đổi chế độ Q – H ở hạ lưu và ảnh hưởng trực tiếp tới các họat động kinh

tế khai thác và quản lý lòng sông

ở vùng hạ lưu lòng sông bị hạ thấp xuống kéo theo sạt lở hai bờ sông rất mạnh làm mất ổn định cho bản thân công trình thủy điện và các công trình ven sông như cầu, bến cảng, cống, trạm bơm, đặc biệt là hệ thống đê chống lũ Mực nước ở hạ lưu hạ thấp làm cho các cửa lấy nước được xây dựng trước đây

có thể bị “treo” không lấy được nước, các hoạt động giao thông thủy cũng bị

ảnh hưởng Đặc biệt các vùng phân nhập lưu trong phạm vi của xói phổ biến

cũng bị ảnh hưởng và lan truyền ra các nhánh sông theo các hiệu ứng của

vùng phân nhập lưu Đó là chưa kể vận hành theo chế độ điều tiết phụ tải ngày

đêm của thủy điện làm thay đổi đột ngột mực nước hạ lưu cũng dẫn tới gia

tăng mất ổn định bờ, gây sạt lở bờ vùng hạ rất mạnh

Hầu như tất cả các công trình thủy điện trên thế giới ở vùng hạ du đều

diễn ra xói phổ biến theo các mức độ nhiều ít khác nhau ở bảng I.1 cho thấy

độ sâu xói phổ biến khi đạt tới trạng thái tới hạn ổn định ở một số sông trên

thế giới Bảng I.2 cho thấy sự thay đổi mực nước ở hạ du một số công trình

thủy điện ở Liên Xô cũ

Bảng I.1: Độ sâu xói phổ biến ở hạ du một số hồ chứa trên thế giới

(m)

Số năm vận hành (năm)

Công trình thủy điện Hòa Bình là công trình có quy mô và công suất lớn nhất

nước ta hiện nay Công trình thủy điện Hòa Bình chính thức được vận hành từ

năm 1988 khi tổ m máy thứ 8 tổ máy cuối cùng được phát điện Thông số kỹ

thuật của thủy điện Hòa Bình được thể hiện ở bảng I 3

Tình hình xói phổ biến diễn ra ở hạ du thủy điện Hòa Bình cũng nằm

trong quy luật chung của vùng hạ du

Kể từ năm 1988 tới nay qua theo dõi khảo sát đo đạc vùng hạ du thủy

điện Hòa Bình cho thấy như sau:

+ Trong khoảng 7-8 năm đầu đoạn sông Đà ở hạ du khoảng 9-10 Km

cách đập diễn ra xói phổ biến rất mạnh, xói sâu tới 6 – 7m và tới năm 1995

đạt trạng thái tới hạn ổn định

- Xói tiếp tục lan truyền xuôi về hạ du sông Đà, bước đầu tiên là xói sâu

hạ thấp lòng sông sau đó diễn ra xói ngang mở rộng lòng sông và gây sạt lở

+ Từ năm 1995 tới 2004 nghĩa là sau 16 năm vận hành các đoạn tiếp theo ở hạ du từ khoảng cách 10Km tới 15 Km xói sâu phổ biến đã đạt tới trạng thái tới hạn

+ Từ khoảng cách 15Km tới 30 Km trên sông Đà, xói sâu phổ biến diễn

ra rất mạnh với chiều sâu xói từ 1m tới 2m kéo theo xói ngang, sạt lở bờ rất mạnh

+ Từ khoảng cách 30Km tới cuối sông Đà (55Km) Quá trình xói sâu phổ biến diễn ra kết hợp với bồi lòng dẫn xen kẽ nhau Song xu thế xói chiếm

ưu thế hơn Quá trình bồi thường diễn ra so le đối với bờ đối diện đang có xu thế xói Xói sạt lở bờ vùng Tu Vũ (1198) Xuân Lộc (1999) là điển hình cho

ảnh hưởng của xói phổ biến trên khu vực này

+ Sau gần 20 năm xói phổ biến đã ảnh hưởng mạnh tới vùng hợp lưu Thao Đà gây ra biến động mạnh ở khu vực này như:

- Xói sạt lở mạnh vùng Phong Vân bên bờ phải cửa sông Đà (2003)

- Xói sạt lở mạnh vùng Thụy Vân, Minh Nông, Tâm Đức (2002 – 2004) bên bờ trái sông Hồng khu vực hợp lưu Thao Đà Lô

- Đặc biệt xói do chế độ điều tiết và thay đổi chế độ thủy lực của sông

Đà đã ảnh hưởng lên sông Thao gây biến động mạnh vùng cửa sông Thao từ Kinh Kệ, Lạng Thị tới cửa sông (2003 – 2005)

I.2 Tổng quan chung về kết quả tính toán dự báo xói phổ biến ở hạ du các công trình thủy điện

Do những biến động mạnh ở vùng hạ du công trình thủy điện và các biến động này ảnh hưởng rất lớn tới các hoạt động dân sinh kinh tế vùng hạ du

đặc biệt là ảnh hưởng trực tiếp tới ổn định và chế độ vận hành của thủy điện, nên khi thiết kế công trình thủy điện người ta đều phải tính toán dự báo xói phổ biến và độ hạ thấp mực nước ở vùng hạ du Đối với Việt Nam, cơ quan thiết kế chỉ tính toán dự báo xói phổ biến đối với các công trình lớn, ví dụ như công trình Hòa Bình, Sơn La Với các công trình loại trung bình như: Tuyên Quang, Thác Bà, Thác Mơ, Cửa Đạt, Tả Trạch … cơ quan thiết kế đã bỏ qua không tính toán

Bài toán dự báo xói phổ biến hạ du là bài toán rất phức tạp nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố ngẫu nhiên Vì vậy có những công trình có nhiều tác giả

hoặc cơ quan cùng tính toán theo phương pháp của mình Có những công trình

lại được tính toán qua nhiều giai đoạn khác nhau

Ví dụ như tính toán xói hạ du các công trình thủy điện trên sông Nin

(Ai Cập) đã được 8 tác giả và cơ quan tính toán Riêng cơ quan Hydroproject

của Liên Xô cũ đã tính toán dự báo 2 lần và cho hai kết quả khác nhau (xem

bảng I.4)

Từ bảng 1.4 cho thấy kết quả tính toán dự báo của các tác giả và cơ

quan với thực tế trên sông Nin những năm đầu sai khác rất nhiều Thực tế trên

sông Nin ở hạ du các công trình thuỷ điện những năm đầu hạ thấp mực nước

mới chỉ từ 0,23m tới 0,7m và độ hạ thấp đáy sông chỉ từ 0,61 tới 0,99m tùy

theo vị trí hạ lưu cách đập khác nhau, trong khi kết quả tính toán dự báo tới

6-10m

Bảng I.2 : Độ hạ thấp mực nước và đáy sông do xói phổ biến từ tính toán lý

thuyết và kết quả thực tế ở hạ du và các đập trên sông Nin Ai Cập

TT Các tác giả và các cơ quan

nghiên cứu

Hạ lưu đập ASoan (m)

Hạ lưu

đập Es

Na (m)

Hạ lưu đập Hamadi (m)

Hạ lưu đập Asamict (m)

Đối với công trình thủy điện Hòa Bình khi đang ở giai đoạn thiết kế

(1972 – 1986) nhà nước ra đã tập trung nghiên cứu tính toán dự báo xói phổ

biến Đây là một cố gắng rất lớn của Nhà nước ta vì trong lúc này điều kiện

kinh tế và kỹ thuật của chúng ta còn rất khó khăn và hạn chế Trên cơ sở các

phương pháp tính toán của Liên Xô trước đây đã có các cơ quan và tác giả tính toán xói phổ biến hạ du thủy điện Hòa Bình là:

1 - Hydrproject (Liên Xô cũ) – 1973

2 - Hydrproject (Liên Xô cũ) – 1976

3 - Lê Ngọc Bích (Viện Khoa học Thủy lợi ) – 1975

4 - Lưu Công Đào (Đại học Xây dựng) – 1977

5 - Hoàng Hữu Văn (Viện Khoa học Thủy lợi ) – 1985

- Cùng dựa vào tài liệu địa hình hạ du sông Đà đo năm 1972

- Chỉ tính với 1 giá trị Qxả xuống hạ lưu: hoặc là QTB nhiều năm (phương pháp từ số 1 tới số 4) hoặc là giá trị Q tạo lòng (phương pháp số 5) trong suốt thời gian tính toán dự báo Riêng phương pháp số 6 tính theo biểu

- Khác nhau ở công thức sức tải cát của mỗi phương pháp

- Khác nhau ở lựa chọn lớp tới hạn tính toán Có tác giả đã chú ý tới các gềnh thác trên sông Đà là khu vực lòng dẫn không thể xói (phương pháp số 5) Có tác giả không chú ý tới vấn đề này

Năm 1994 sau khi hồ Hòa Bình hoạt động được 6 năm, dự án quy hoạch tổng thể đồng bằng sông Hồng (Red River delta Master plan project) đã tính toán dự báo xói phổ biến hạ du thủy điện Hòa Bình đã áp dụng mô hình tính Wendy của Hà Lan để tính toán dự báo Ưu điểm của lần tính toán này là :

- Đã sử dụng quá trình xả xuống hạ lưu theo biểu đồ xả của một năm

điển hình trong 6 năm vận hành để mô phỏng tính toán Đây là điểm nổi bật

nhất vì các tác giả trước chỉ tính với một giá trị lưu lượng trung bình Tính

toán theo biểu đồ xả phù hợp với thực tế hơn

- Đã coi năm vận hành đầu tiên của hồ Hoà Bình (1988) là năm gốc cơ

sở để so sánh tính toán

- Dùng giá trị thực đo bùn cát của trạm hạ lưu là trạm Hòa Bình sau khi

hồ vận hành để mô phỏng suốt quá trình tính toán

Bảng I.3 : Kết quả dự báo lan truyền xói phổ biến hạ du thủy điện Hòa Bình

I.3.1 Nguyên tắc chung của tính toán dự báo biến đổi lòng dẫn ở hạ du

Cho đến nay người ta đã sử dụng rất nhiều cỏc phương phỏp tớnh toỏn

cho phộp dự báo biến đổi lũng dẫn sụng và sự thay đổi mực nước ở hạ lưu

cỏc đập nước trờn sụng Cú thể phõn chia một cỏch tương đối các phương

pháp ra thành hai nhóm là nhóm phương phỏp cơ học thuỷ lực và nhóm

phương phỏp hỡnh thỏi học

Nhóm phương pháp cơ học thủy lực dựa trờn việc đồng giải cỏc hệ

phương trỡnh của dũng chảy và dòng bùn cát trong lũng sụng Nhóm phương

pháp thái học được hỡnh thành trờn cơ sở các quan hệ tương quan giữa các

thông số cơ bản của dòng chảy với các thông số hình thái của lòng sông Các phương pháp của nhóm cơ học thuỷ lực thể hiện tính chặt chẽ của lý thuyết và bản chất vật lý của cỏc hiện tượng chính trong biến đổi lũng sụng Tuy nhiờn các phương trình mô phỏng của nhóm phương pháp này vẫn khụng thể thể hiện hết được các đặc thự và tính ngẫu nhiên của quỏ trỡnh dũng chảy và lòng dẫn Nhóm phương phỏp hỡnh thỏi học có thể còn hạn chế về luận chứng bản chất vật lý, nhưng đụi khi chỳng vẫn cú hiệu quả hơn trong một số đánh giá chung có tính khai quát về diễn biến vùng hạ du

a Phương pháp thứ nhất của Levi

Trong phương phỏp thứ nhất, Levi đã đơn giản hoỏ hệ phương trỡnh ( 1.2) bằng cỏch đưa vào hệ phương trỡnh những giả thiết phụ sau đây

- Giả thiết : Lưu lượng nước khụng đổi đi qua đoạn sông nghiên cứu trong khoảng thời gian tớnh toỏn, tương ứng với việc thay phương trỡnh (1.2)

cú tớnh liờn tục của pha lỏng bằng phương trỡnh:

- Giả thiết : Độ cao đỏy yd và độ sõu h của dũng chảy được cho là hàm

số liờn tục của toạ độ dọc x

Sau khi biến đổi hệ phương trỡnh (1.1), (1.2), (1.3) LeVi đã tiến hành giải hệ phương trỡnh này Kết quả nhận được biến thuộc của sự thay đổi theo thời gian của độ sõu đỏy yd = yd(t) tương ứng với thiết diện x= x(t)

Tác giả Kabulovưi đã kết hợp hệ phương trỡnh (1.1), (1.2), (1.3) với phương trỡnh của Levi đối với khả năng tải cát của dũng chảy Việc giải hệ phương trỡnh do Kabulovưi nờu ra cũng dẫn đến kết quả là sự xỏc định mối tương quan yd = yd(t) và x = x(t)

Cỏc phương trỡnh (1.2), (1.3) được Lờvi gọi là cỏc phương trỡnh của dũng chảy thay đổi chậm, vỡ đặc điểm khụng ổn định của nú được tạo nờn bởi

sự biến đổi lũng dẫn khi lưu lượng nước khụng đổi

b Phương pháp thứ hai của Levi :

Trong phương phỏp thứ 2, Lờ Vị đề xuất cho dũng chảy ờm dựa trờn cơ

sở giả thiết tiếp theo của hệ phương trỡnh tổng quát

- Giả thiết bỏ qua giỏ trị nhỏ của phần tử 1 V

g t

∂

∂ trong phương trỡnh (1.2) Thực chất giả thiết này khụng thể được coi như một giả thiết độc lập vỡ

nú được nảy sinh trực tiếp từ giả thiết Qω = const, vậy thỡ khi

∂

∂ 2

t C+ 1=∫F dx1 ; (1.7)

F

F C

∂ dx

dx x

∂

∂ +

Hình I.1 : S¬ đồ thiÕt lập phương trình cân bằng bùn cát

§ưêng mÆt nưíc và ®ưêng đáy trong thời điểm t

§ưêng mặt nưíc và ®ưêng đáy vào thời điểm t + dt

2 Phư¬ng ph¸p cña Bernadxki

Bernadxki là một trong những t¸c gi¶ ®Çu tiên sử dụng phương trình cân bằng bùn cát để tính to¸n biến d¹ng lòng dẫn ở vùng h¹ lưu đập §ề xuất của ông được dùng trong thiết kế đập Rưbinxki Việc tính to¸n biến d¹ng lòng sông theo phương pháp Bernadxki được thực hiện tõ việc tính bình đồ dòng chảy §ối với mỗi bã dòng, phương trình cân bằng bùn cát là:

t

y b x

Trong đú R và RB : Bỏn kớnh cỏc đường cong của dòng trong mặt ngang

và mặt đứng Biến đổi phương trỡnh (1.1 với sự trợ giỳp của hệ thức (1.10) và giả thiết rằng cú sự phụ thuộc giữa qs và V trong dạng :

Qsb = QsboVτ, Trong đú Qsbo và τ – Cỏc giá trị được xỏc định từ đo đạc lưu lượng bùn cát và tốc độ dũng chảy trong thực tế, Bernadxki đó nhận được phương trỡnh biến dạng của lũng sụng trong phạm vi của dòng mà ta nghiờn cứu trong dạng:

d

R R V

Q t

Phương trỡnh này được giải bằng phương pháp sai phõn hữu hạn

3 Phương pháp của Roxinki và Kuzmin

Đây là phương phỏp được sử dụng nhiều nhất ở Liên Xô cũ Phương phỏp của Roxinxki và Kuzmin được sử dụng trong cỏc cụng trình thuỷ điện của Viện Thiết kế Thuỷ năng mang tờn Juk Trờn cơ sở phương phỏp này ta

cú cỏch giải phương trỡnh (1.1) kết hợp với phương trỡnh (1.2) và (1.3) dưới dạng sai phõn hữu hạn Ở đõy phương trỡnh (1.2) được tối giản đến phương trỡnh chuyển động đều của Sezi và Manning:

∆ +

t tbt

tbt mt t mt

h

h y y

Trong đú :

∆ym : Độ hạ mực nước trờn độ dài ∆x của đoạn sụng cần tớnh toỏn

Htb : Độ sõu trung bỡnh của dũng chảy trờn đoạn sụng

n : Hệ số nhám

Cỏc chỉ số t và (t+∆t) trong cỏc đại lượng ∆ym và htp tương ứng với thời điểm đầu t và (t+∆t) cuối của khoảng thời gian tớnh

Khỏc với các phương phỏp cơ học thuỷ lực khỏc, trong phương phỏp của Roxinxki và Kuzmin cũng như của Bernadxki đã đưa ra quan hệ giữa lưu lượng bùn cát và cỏc thụng số thuỷ lực của dũng chảy Đại lượng cú tớnh quyết định cho lưu lượng dũng chảy mà các tỏc giả đó tiếp nhận tổ hợp V/h0,33như đề xuất của Velicanov Cỏc tỏc giả đã dựng cỏc đường cong độ đục của dũng chảy theo quan hệ ε = f(V/h0,33) Trong quỏ trỡnh thực hiện tớnh toỏn ε được tiếp nhận hoặc là theo đường cong trờn hoặc đường cong dưới phụ thuộc vào thụng số V/h0,33 giảm hay tăng Hướng đi như thế được dựng để xỏc định

độ đục ε và qua nú xỏc định lưu lượng bùn cát Qs = εQ

Trờn cơ sở phương phỏp của Roxinxki và Kuzmin đó cú phỏt triển tiếp theo của Kuzmin và Vikulov Các tác giả đó bổ sung thêm phương phỏp tớnh toán xúi lở bờ Với mục đớch này phương trỡnh biến đổi lũng dẫn (1.1) được biểu thị ở dạng đầy đủ

t

y B t

B h x

d b

hb : Độ sõu từ đỏy đến cao trỡnh bờ sụng

k : Hệ số phụ thuộc vào dạng chất tạo lòng sông và bờ sụng k cú giỏ trị

từ 0,05 trong trường hợp chất tạo lòng sông là hạt đồng nhất, và 0,01- 0,005 trong trường hợp chất tạo lòng sông là cỏt hạt nhỏ Như vậy hệ phương trỡnh (1.15) cho phộp giải bài toỏn về sự biến dạng lũng dẫn với việc tớnh sạt lở bờ

I.3.3 Nhóm Các phương pháp hình thái học

Cơ sở cỏc phương phỏp hỡnh thỏi học là sử dụng số liệu quan trắc thực tế quan hệ giữa hỡnh thỏi học lòng dẫn và dũng chảy ở trạng thỏi tự nhiờn và tớnh toỏn theo sự phụ thuộc với cỏc thụng số của lũng dẫn mới sau khi vận hành

Sự thay đổi lũng dẫn kộo theo quỏ trỡnh thớch nghi của nú đối với chu trỡnh thay đổi dũng chảy vì sự điều tiết của sụng được đỏnh giỏ bằng phương trỡnh cõn bằng bựn cỏt :

dt P

hỡnh thỏi học, bởi vỡ sự liờn quan cơ bản của hỡnh thỏi học và cỏc hệ số của

trong chỳng theo nguyờn tắc cú liờn quan đến một lưu lượng nào đú được cỏc

tỏc giả đưa vào trong tớnh toỏn đó là Qtạo lòng

Các phương pháp hình thái học được tiến hành với giả thiết rằng trong

quỏ trỡnh xúi phổ biến độ dốc ổn định của lũng dẫn được thiết lập và được xỏc

định từ cỏc hệ thức hỡnh thỏi học.Khối lượng biến dạng lòng dẫn được xỏc

định bằng độ dày lớp xúi phổ biến ∆yd trên hiều dài vựng xúi X và độ rộng B

bị xúi

1 Phương pháp của Altunin và Buzunov

Altunin và Buzunov đã tính toỏn biến dạng lũng dẫn vựng hạ lưu đập với

2 giả thiết : a) Bỏ qua lưu lượng cực đoan của lũ Qωр ; b) Chỉ tính toán với lưu

lượng trung bỡnh Qωc trong thời kỳ có chuyển động mạnh của bựn cỏt đỏy

Tương ứng với các giả thiết đú, thể tớch lăng trụ xúi hạ lưu là :

x B y

∆ 2

được tớnh bằng hệ thức hỡnh thỏi học khỏc nhau đối với mỗi giả thiết

Bc : Độ rộng vựng xúi mũn

X : Chiều dài miền xúi

Đó là cỏc hàm số hoặc của Qωр, hoặc của Qωc và tương ứng với chỳng là

độ sâu dòng chảy và độ dốc nước Cỏc đặc tớnh của lũng sụng bị xúi được thể

hiện qua cỏc thụng số của nú ở trạng thỏi tự nhiên, cũn đường mặt nước của

đoạn bị xúi có dạng nước đổ với dạng parabol bậc 2 đối với lũng dẫn hẹp và

đường parabol bậc 3 với lũng dẫn rộng

Thời gian xúi lũng dẫn trờn chiều dài X được xỏc định từ phương trỡnh

(1.16) bằng cỏch chia thể tớch khối lăng trụ xói được tớnh theo (1.17) cho lưu

lượng bựn cỏt đỏy trung bỡnh năm ở điều kiện tự nhiên

2, Phương pháp của Lapsenkov

Lapsenkov xác định các đặc tớnh khỏc nhau của vật liệu tạo thành lũng

sông Chúng bao gồm các hạt cát xen lẫn các hạt thô là sỏi hoặc cuội Ông

đạt được là do giảm độ dốc mặt nước cho tới giới hạn ổn định Trong trường

hợp lòng dẫn là sỏi cuội thỡ sự cõn bằng của lũng dẫn sẽ đạt được là do ma sát

của cát rất thô tạo nên đối với sự xúi Lapsenkov đưa ra 2 biểu đồ tớnh toỏn

xúi mũn phổ biến vựng hạ lưu ở mỗi biểu đồ những quan hệ hỡnh thỏi học

giữa chiều rộng, độ sõu và độ dốc trong lũng dẫn ổn định được tính toán đầy

đủ với quỏ trỡnh biến đổi lũng dẫn cú liờn quan đến cỏc thành phần của cát tạo

lòng sông Thời gian xúi được xỏc định từ phương trỡnh (1.16) Trong trường

hợp lòng dẫn là sỏi cuội lưu lượng bựn cỏt và chiều dày lớp sỏi được tớnh

toỏn với việc xét đến sự thô hoá của các hạt vật liệu tạo lòng Trong trường

hợp lòng dẫn tạo thành từ hạt cỏt nhỏ thỡ tớnh toán từ sự thay đổi thành phần

bựn cỏt tháo xuống hạ lưu theo thời gian vận hành

3 Phương pháp của Xcrưlnhikov :

Sau này cỏc phương phỏp hỡnh thỏi học xuất hiện xu hướng sử dụng cỏc

mối quan hệ hỡnh thỏi học được xác lập theo lý thuyết thứ nguyờn Xu hướng

này làm nảy sinh sự khác biệt giữa cỏc phương phỏp cơ học thuỷ lực gần

đỳng với một số phương phỏp hỡnh thỏi Cụ thể là phương phỏp thứ 2 của

Xcrưlnhikov và phương phỏp của Sneer

Không xem xột đến chuyển động của dòng nước, Xcrưlnhikov đưa ra

đường mặt nước trong lũng dẫn là cỏt nhỏ bị xúi cú dạng parabol lập phương

và nhận được phương trình của chiều dài lan truyền xói phổ biến là

0 2

Giải những phương trỡnh này bằng cỏch thay giỏ trị ∆W được xỏc định

theo (3.17) khi biết ∆t và độ dốc thuỷ lực ip

Phương phỏp tớnh toỏn sự giảm mực nước ở hạ lưu khi có một phần bựn

cỏt đi qua đập được Sneer nờu ra như sau :

4 3

0

m

S

S P

P

Q i

4 Phương pháp của Rjanixưn và Rabkovụi :

Chiếm vị trớ đặc biệt trong những phương phỏp theo hướng hỡnh thỏi là

phương phỏp của Rjanixưn và Rabkovụi Phương phỏp này dựa vào việc sử

dụng quan hệ hỡnh thỏi giữa độ rộng lũng sụng (B), độ sõu trung bỡnh (h) và

bỏn kớnh đường cong lũng sụng (r), được thể hiện bằng đồ thị ở dạng

B/h=f(r/B) từ số liệu của đoạn sụng nghiờn cứu trong trạng tự nhiên Những

giả thiết chớnh của phương phỏp này là: 1) Sự phụ thuộc B/h=f(r/B) vẫn cũn

phự hợp đối với những sự thay đổi do sự tự điều chỉnh của lòng dẫn ở hạ lưu;

2) Sự biến đổi lũng dẫn xảy ra ở hạ lưu là do tỏc dụng hoặc của lưu lượng lũ

hoặc do lưu lượng nước mựa khụ kéo dài phụ thuộc vào tương quan của lưu

lượng này với thời gian tồn tại của chỳng; 3) Độ sõu xúi mũn theo độ dài sụng

thay đổi tuyến tớnh, như trong phộp gần đỳng thứ 3 của Lờ Vị.Việc tớnh toỏn

được thực hiện bằng cỏch xỏc định diện tớch mặt cắt dũng chảy ổn định của

lũng sụng bị xúi mũn ωp và lưu tốc quan sỏt được trong dũng chảy tự nhiên :

Theo đường cong B/h=f(r/B) chọn cỏc giỏ trị Bp và độ sõu hp, tương ứng

với ωp xỏc định được theo (3.22) Trong giả thiết vẫn tồn tại cỏc bỏn kớnh

đường cong xúi của lũng sụng rp = ro Từ việc so sỏnh giỏ trị ωp nhận được với

diện tớch thiết diện dũng chảy ωo của lũng sụng ở tự nhiên với lưu lượng điều

tiết theo tớnh toỏn đi qua Qωp, xỏc định đượcdiện tớch tăng ωp –ωo Từ đú tớnh

được khối lượng lòng dẫn bị cuốn trụi ∆W và thời gian tương ứng ∆t trong

quỏ trỡnh lan truyền xúi trờn độ dài x Độ hạ thấp mực nước ở vựng hạ lưu

được xỏc định như trong phương phỏp Roxinxki và Kuzmin, từ phương trỡnh

(1.1)

Phương phỏp của Rjanixưn và Rabkovụi cú nhiều vấn đề đang được

tranh luận, trong đú cú cỏch đặt lưu lượng tớnh toỏn hàng ngày Qwo bằng lưu

lượng bỡnh quõn nhiều năm, cũng như giả thiết về sự khụng thay đổi cỏc bỏn

kớnh đường cong trong quỏ trỡnh biến đổi lũng dẫn Đồng thời phương phỏp

này khụng sử dụng cỏc mối liờn quan hỡnh thỏi học với cỏc hệ số đó cú, mà

được tạo ra từ những mối quan hệ chung nhất, phản ỏnh được tớnh quy luật

tĩnh của bất kỳ dũng chảy nào Vì vậy phương pháp của Rjanixưn và

Rabkovụi trở thành phương pháp tổng hợp hơn trong mối quan hệ hỡnh thỏi học so với cỏc phương phỏp khỏc

I.3.4 Đánh giá so sánh các phương pháp tính toán dự báo biến dạng lòng

dẫn hạ du đập

Với mục đớch so sánh phõn tớch định lượng cỏc phương phỏp tớnh biến dạng đổi lũng dẫn Viện nghiờn cứu khoa học Thuỷ lợi Liờn Xụ mang tờn Veđeneeva đó tiến hành tính toán so sỏnh cỏc phương phỏp của Bernadxki và

Lê Vị, Roxinxki và Kuzmin, Gontrarụv v.v…

Đối tượng tớnh toán so sỏnh là đoạn sộng Ôbi ở hạ lưu thuỷ điện Novoxibirxki Lưu lượng điều tiết tớnh toỏn Qw= 3820 m3/c tương ứng với lưu lượng lũ trung bỡnh (năm 1908) Đoạn tớnh toỏn được giới hạn bằng khoảng cỏch từ đập đến đoạn lũng sụng cú đỏ cứng khụng bị xúi và bằng 21,3 km Độ rộng đoạn sụng được cho là khụng đổi và bằng 1010 m

Bảng I.4 : Các phương pháp tính toán dự báo diễn biến lòng dẫn

Tỏc giả Cụng thức tớnh lưu lượng

bựn cỏt và hệ số Lưu lượng bựn cỏt

T/C

Độ đục г/м3 Bernadxki1

1 0,833

gd q h

1

2200 2

d

ω

ϕ γ

Từ 51,0 đến

197 Rjanhixưn Theo số liệu thực tế

Những kết quả nghiờn cứu tớnh toỏn so sỏnh, cũng như những số liệu quan sỏt thực tế được so sỏnh với chỳng cho thấy sự biến đổi lũng dẫn vựng

hạ lưu đồng thời với việc hạ thấp mực nước hạ lưu trong tuyến gần

I.3.4 Nhóm các mô hình toán ứng dụng tính toán xói phổ biến ở hạ du

đập và lựa chọn mô hình tính :

1 Nhóm các mô hình toán ứng dụng tính toán xói phổ biến ở hạ du đập

Các mục trên đã trình bày tổng quan phương pháp tính toán xói phổ biến ở hạ du đập thuỷ điện Tuỳ theo từng mục đích của bài toán và yêu cầu

đặt ra đối với vùng hạ du mà sử dụng nhóm các phương pháp tính khác nhau Nếu yêu cầu ở mức độ đánh giá tổng quát mang tính quy hoạch thì có thể dùng phương pháp hình thái vì phương pháp này đơn gian dễ tính toán hơn Nếu yêu cầu cần xác định quá trình diễn biến xói chi tiết theo không gian vùng hạ du và theo thời gian của quá trình dài vận hành của thuỷ điện thì cần phải dùng phương pháp cơ học thuỷ lực Phương pháp cơ học thuỷ lực đáp ứng

được các yêu cầu của bài toán Tuy nhiên khối lượng tính toán và xác định các

điều kiện cho tính toán khó khăn phức tạp hơn rất nhiều Vào những thập kỷ cuối của thế kỷ trước và những năm đầu của thế kỷ này, do công cụ máy tính

phương pháp cơ học thuỷ lực đã được giải một cách thuận lợi dễ dàng dưới các dạng 1 chiều (1D), 2 chiều (2D) và thậm chí 3 chiều (3D) Về thực chất phương pháp cơ học thuỷ lực là phương pháp tính toán diễn biến chung của lòng dẫn sông kể cả ở trạng thái tự nhiên và khi có các tác động của công trình Tính toán xói phổ biến ở hạ du chỉ là một dạng của tính toán diễn biến

do tác động của công trình ở mọi trường hợp các mô hình tính theo phương pháp cơ học thuỷ lực đều là giải hệ phương trình tổng quát kinh điển của dòng chảy và lòng dẫn đó là :

đây :

+ Mô hình GSTARS (The General Stream Tube Moded for Alluvial

River Simulation) của cục khai hoang Mỹ (1980) Đây là mô hình 1D viết cho dòng ổn định Trong mô hình đã sử dụng khái niệm ống dòng dể tính toán thuỷ lực và vận chuyển bùn cát Mô hình có thể tính toán xói bồi cho hơn 10 cấp hạt khác nhau

1D viết cho dòng không ổn định Trong mô hình tính với 6 hàm sức tải bùn cát khác nhau : Englund – Hansen, Peter, Yang, Graf, Ackers – White, Mayer – Peter – Muller Mô hình có môđun tính diến dạng lòng sông theo chiều ngang, theo chiều dọc, đặc biệt có thể tính toán biến dạng ngang ở các đoạn sông cong

dòng không ổn định trên mạng sóng Trong đó sử dụng hàm sức tải bùn cát của : Englund – Hansen, Rottner Acker, White, Meyer – Peter – Muller, Van Rijn Mô hình WENDY đã được sử dụng tính xói hạ du thuỷ điện Hoà Bình trong dự án quy hoạch tổng thể đồng bằng sông Hồng

+ Mô hình TABS - 2 là mô hình do Thomas và MC Anally xây dựng

năm 1985 : Mô hình mô phỏng diễn biến 2 chiều ngang (2D) mô hình có các mô đun tính toán chất lượng nước TABS – 2 đã được trung tâm kỹ thuật thuỷ văn của quân đội Mỹ phát triển thành phần mềm SWS hoàn chỉnh hơn và công

bố phiên bản đầu tiên năm 1996

+ Mô hình HEC6 của Trung tâm kỹ thuật thuỷ văn quân đội Mỹ là một

trong 6 mô hình của bộ mô hình HEC Đây là một trong các mô hình được ứng dụng tính toán diễn biến xói bòi lòng dẫn hiện nay HEC 6 đã được ứng dụng tính toán bồi lắng hồ chứa Hoà Bình trọng luận án Tiến sỹ của tác giả Nguyên Kiên Dũng

HEC6 là mô hình 1D viết cho dòng ổn định biến đổi dần Mô phỏng

được xu thế dài hạn của quá trình xói bồi lòng dẫn Phương trình biến dạng lòng dẫn trong mô hình sử dụng phương trình cơ bản của EXNER

0

= +

∂

∂ +

∂

∂

SL

O O

t

Y B x

Q

(1.22) Trong HEC6 đã sử dụng 11 hàm sức tải bùn cát khác nhau Ngoài các hàm sức tải cát như trong mô hình WENDY, HEC6 sử dụng thêm hàm sức tải bùn cát của Toffleti, Laussen, Yang, Vanoni, Colby, Madden …

Một vài hạn chế của HEC6 là : Không mô phỏng chuyển động của bùn cát trong các nhánh cấp II trở lên, không mô phỏng được vận chuyển bùn cát theo phương ngang và dòng chảy vòng, giữa hai mặt cắt ngang chỉ cho phép một điểm nhập, tách cục bộ hoặc một điểm giao nhau của dòng chảy, không

có khả nâưng áp dụng cho các đoạn sông bị ảnh hưởng triều

+ Mô hình MIKE11, MIKE21, MIKE21C : Đó là các mô hình tính

toán diễn biến lòng dẫn trong bộ mô hình họ MIKE của Viện Thuỷ lực DHI

Đan Mạch và được nâng cấp liên tục từ 1990 đến nay :

• Mô hình MIKE11 : Là mô hình 1D với nhiều mô đun khác nhau : Môđun

dự báo lũ MIKE11 FF, Mô đun tải khuyếch tán MIKE11AP, mô đun chất lượng nước MIKE11WQ, mô đun vận chuyển bùn cát MIKE11ST, mô đun mưa dòng chảy MIKE11RR… Với tính toán diễn biến sông sử dụng mô hình MIKE11ST

Tính ứng dụng và thân thiện của mô hình MIKE11 là rất cao Đây là mô hình đã được thương mại hoá và được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới

• ở Việt Nam mô hình MIKE11 tính toán diễn biến sông mới được sử dụng ở Viện Khoa học Thuỷ lợi (Trung tâm Động lực Sông) và Viện Khoa học Thuỷ lợi Nam Bộ trong một số đề tài và dự án Kết quả thu được từ MIKE11 được xác

định là rất tốt và được đánh giá là phù hợp với điều kiện sông ở Việt Nam

• Mô hình MIKE21 : Là mô hình 2D dành cho tính toán thuỷ động lực và

diễn biến vùng cửa sông ven biển Mô hình MIKE21 có nhiều môdun tính toán sóng, triều, vận chuyển bùn cát dọc bờ … Mô hình đã được ứng dụng tính toán cho một số vùng cửa sông ven biển ở Việt Nam Sở hữu mô hình này hiện nay ở Việt Nam là : Viện Khoa học Thuỷ lợi Hà Nội, Viện Quy hoạch thuỷ lợi, Tổng Công ty Tư vấn giao thông thuỷ TEDY

• Mô hình MIKE21C : Là mô hình 2D chuyên dành cho tính toán diễn biến

hình thái sông Mô hình MIKE21C là mô hình tính toán thuỷ lực – hình thái lưới cong có khả năng mô phỏng chi tiết hình dạng cong bất kỳ của đường bờ sông, bãi sông Đây là điểm nổi bật so với các mô phỏng của các mô hình khác : lưới chữ nhật, lưới tam giác Tính toán diễn biến hình thái là kết hợp sử dụng hai môdun HD và mô đun ST của mô hình MIKE21C Mô hình MIKE21C mô phỏng tính toán được các diễn biến, xói bồi của lòng dẫn, diễn biến của đường bờ theo 2 chiều đứng và ngang Hàm sức tải bùn cát được sử dụng trong mô hình là của nhiều tác giả khác nhau

Mô hình MIKE21C hiện có ở Viện Khoa học Thuỷ lợi Hà Nội và Viện Khoa học Nam Bộ Mô hình đã được áp dụng tính cho một số đoạn sông Hồng, sông Thái Bình, sông Cửu Long Kết quả tính được đánh giá cao

2 Lựa chọn mô hình tính xói phổ biến hạ du đập thuỷ điện Tuyên Quang

ảnh hưởng do điều tiết của hồ Tuyên Quang với vùng hạ du là rất rộng Vì vậy mặc dù mô hình diễn biến xói bồi lòng dẫn 2 chiều (2D) có thể đáp ứng được các đòi hỏi chi tiết về diễn biến hạ du song khối lượng tính toán là rất to lớn, đồng thời mô hình 2D cũng có các giới hạn cho phép của không gian tính, vì vậy đối với tính toán diễn biến hạ du thuỷ điện Tuyên Quang đã xác định là : áp dung mô hình 1 chiều (1D) tính cho diễn biến trên phạm vi rộng của vùng hạ du bị ảnh hưởng của điều tiết thuỷ điện Mô hình 2 chiều (2D) chỉ áp dụng cho đoạn trọng điểm có ý nghĩa kinh tế xã hội lớn Đó là thị xã Tuyên Quang và khu vực hợp lưu Lô Gâm Mô hình 1 chiều tính cho vùng

hạ du cũng là để xác định điều kiện biên cho tính toán mô hình 2 chiều (2D) của đoạn trọng điểm

Với tính ưu việt của bộ mô hình họ MIKE đã nêu ở mục trên và điều kiện mô hình có thể có được, đề tài đã chọn mô hình MIKE11 môdun ST tính toán diễn biến xói bồi vùng hạ du thuỷ điện Tuyên Quang Chọn mô hình MIKE21C để tính toán diễn biến xói bồi lòng dẫn đoạn trọng điểm là thị xã Tuyên Quang và tính toán cho chế độ thuỷ động lực vùng hợp lưu Lô - Gâm

Từ 21017’40’’ – 23035’00” vĩ độ Bắc

Từ 105020’40’’ – 105037’00” kinh độ Đông

Lưu vực sông Lô Gâm có diện tích 39040 km2 , phần ở Việt Nam là

22600 km2 chiếm 60% diện tích toàn lưu vực Chiều dài lưu vực 470 km Phần lưu vực nằm ở Việt Nam bao gồm 30 huyện thị trải dài trên 7 tỉnh thành với tổng dân số 2.045.125, người tập trung nhiều các dân tộc Kinh, Tày Nùng, Thái, Mèo, H’Mông …

- Diện tích đất nông nghiệp : 296.710 ha

- Diện tích đất canh tác: 195.824 ha

- Diện tích đất lúa: 97.475 ha

II.1.2 Đặc điểm địa hình

Lưu vực sông Lô - Gâm nhìn chung có hướng dốc Bắc Nam, độ cao giảm dần từ thượng nguồn về hạ lưu Địa hình rất phức tạp bị chia cắt bởi đồi núi, sông suối, khe lạch tạo thành những thung lũng nhỏ ở thượng nguồn, ít có những cánh đồng lớn Về hạ lưu mới tạo hình thành một số khu canh tác lớn như cánh đồng ỷ La rộng 1000 ha ở huyện Yên Sơn tỉnh Tuyên Quang Độ cao bình quân toàn lưu vực là 845m Địa hình lưu vực được chia thành 3 vùng:

- Vùng núi cao:

Phần lớn là đất đai của các huyện vùng thượng nguồn như Đồng Văn, Mèo Vạc, Yên Minh, Quảng Bạ, Hoàng Su Phì, Xín mần thuộc tỉnh Hà Giang Bảo Lạc, Ba Bể (Cao bằng), Na Hang (Tuyên Quang) Đây là vùng có nhiều núi đá, núi đất, địa hình dốc, thung lũng hẹp, các cánh đồng tạo thành thường manh mún, xé lẻ khỏi 3 – 5 ha có cao độ trên 1200m

- Vùng núi cao trung bình:

Bao gồm các huyện Bắc Mê, Vị Xuyên, Bắc Quang (Hà Giang), Chiêm Hóa, Hàm Yên (Tuyên Quang), Bảo Yên, Lục Yên (Lào Cai - Yên Bái) Đây

là vùng có cao độ trên 700m, địa hình chủ yếu là núi đỉnh tù, sườn thoải, tạo nên những thung lũng mở rộng dần Các cánh đồng tạo thành thường có diện tích 50 – 100 ha

- Vùng núi thấp

Bao gồm các huyện Yên Sơn, Sơn Dương (Tuyên Quang), Đoan Hùng (Phú Thọ), chủ yếu là núi thấp, thoải tạo thành những cánh đồng rộng, đại bộ phận từ 100 – 150ha, đặc biệt là cánh đồng ỷ La rộng 1000ha

II.1.3 Đặc điểm địa chất và thổ nhưỡng :

1 Đặc điểm địa chất:

a Sơ lược về cấu tạo và kiến tạo:

Đứt gãy sông Chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam đã chia Việt Bắc thành 2 hệ uốn nếp khác nhau, hệ uốn nếp Tây Bắc và hệ uốn nếp Việt Bắc với tên gọi là đới sông Lô Đới sông Lô là đới dương duy nhất phát triển các trầm tích Proteozoi Paleozoi Ranh giới phía Tây Nam của đới là đứt gãy sông Chảy là khu vực có cấu tạo phức tạp nhất, gồm nhiều các đá tuổi khác nhau chờm lên nhau theo hướng Tây nam với đường phương của các đá là Tây Bắc Hoạt động của Mắc ma trong lưu vực có đặc trưng là hoạt động xâm nhập nhiều lần Sự xuất hiện nhiều pha kiến tạo khác nhau đã tạo nên nhiều miền phá hủy, kiến tạo thường có đường phương song với các đứt gãy sâu ven rìa Dọc theo các đứt gãy nham thạch bị vò nhàu, cà nát và phát triển nhiều dăm kết Ngoài các đứt gãy lớn còn có các đứt gãy phụ phân nhánh với nhiều

hệ thống khe nứt theo nhiều hướng

b Đặc trưng về địa chất thủy văn :

Lưu vực sông Lô - Gâm tồn tại nhiều tầng địa chất có tuổi khác nhau với các thành hệ đất đá chứa nước khác nhau Do tính chất chứa nước rất đa dạng, chủ yếu có các phức hệ chứa nước sau:

- Phức hệ chứa nước khe nứt vỉa trong đất đá trầm tích lục nguyên, nước chứa trong các khe nứt ở vùng cao, trong các vùng đồi núi là các loại nước không áp, nguồn cấp chủ yếu là nước mưa, lưu lượng từ 0,1 – 0,5 l/s

- Phức hệ chứa nước trong đá Mắc ma là loại nước không áp, xuất hiện thành mạch nhỏ, lưu lượng các mạch nước thường 0,1 – 0,4 l/s

- Phức hệ chứa nước khe nứt Carsto và nước Carsto phong phú nhưng không đều, lưu lượng thường từ 0,1 đến vài chục l/s

- Phức hệ chứa nước lỗ rỗng trong đất đá bể rời nước chứa trong các bồi tích cuội sỏi, cát pha

Nói chung nước ngầm ở lưu vực sông Lô - Gâm khá phong phú Môdun dòng chảy ngầm từ 2 – 20 l/s/Km2 Trong đó phần lớn diện tích lưu vực nằm trong miền có môdun từ 3-5 l/s/Km2

c Đặc trưng về địa chất vật lý :

Được biểu hiện ở 3 mặt Carstơ phong hóa trượt lở Sự phát triển Carstơ trong khu vực chủ yếu dưới 2 dạng: Hình thái Carstơ trên bề mặt và Carstơ ở dưới sâu Qua nghiên cứu Carstơ trong diện tích 300 Km2 thuộc khu vực Vĩnh Tuy, Chiêm Hóa (Tuyên Quang) thấy rằng Carstơ phát triển trên 3 dải cao độ

100 – 120m, 170 – 200m và trên 300m, loại Carsto ở dưới sâu ít gặp

Phong hóa chủ yếu là cá nhân phong hóa vật lý và phong hóa hóa học sản phẩm phong hóa vùng bề dày lớp phủ pha tàn tích phụ thuộc nhiều yếu tố

đá phiến Cacbonat thường có vỏ phong hóa 30 – 50m, có nơi 90 – 100m trên

đá cứng như cát kết, thạch anh, chiều dày phong hóa trên 10m

Khả năng trượt lở có thể xảy ra do đặc điểm cấu trúc địa chất độ dốc của sườn núi và khí hậu

Động đất : Theo bản đồ phân vùng động đất miền Bắc Việt Nam (1986) lưu vực sông Lô nằm trong vùng động đất cấp 6

2 Thổ nhưỡng:

Theo tài liệu điều tra về thổ nhưỡng lưu vực sông Lô - Gâm có những loại đất chính sau: Đất dốc tụ sườn đồi, đất Feralit, đất phiến thạch, đất sa thạch, đất phù sa được bồi lắng hàng năm và đất phù sa không được bồi lắng hàng năm

II.1.4 Đặc điểm sông ngòi

Dòng chính sông Lô bắt nguồn từ phía nam cao nguyên Vân Quý Trung Quốc chảy theo hướng Tây Bắc, Đông Nam đến thị xã Hà Giang gần như chuyển thành hướng Bắc Nam và gặp sông Hồng tại Việt Trì Chiều dài toàn

bộ sông là 464km

Sông Lô là con sông có độ dốc trung bình lớn nhất trong hệ thống sông Hồng, tuy nhiên phần có độ chênh lớn lại nằm trên đất Trung Quốc, độ cao bình quân lưu vực 884m, đốc dốc lòng sông 19,7%, mật độ lưới sông 0,98 km/km2 tập trung ở sông Gâm Sông Lô có lưu vực hình dẻ quạt, địa thế lưu vực nghiêng từ Bắc xuống Nam Hầu hết thượng nguồn sông Lô đều bắt nguồn

từ các dãy núi có cao độ bình quân từ 1000 - 1500m Dãy núi Con Voi, Pia Oắc, Tam Đảo chạy theo hướng Tây Bắc, Bắc Nam, phân chia lưu vực thành các vùng có chế độ mưa và dòng chảy khác nhau

Nói chung địa thế lưu vực Lô Gâm không cao lắm, độ cao bình quân toàn lưu vực 845m, thấp hơn sông Đà (1130m) và sông Thao (1010m)

- Hệ thống sông Lô Gâm có 4 nhánh chính :

Dòng chính sông Lô :

ở thượng nguồn bắt nguồn từ cao nguyên bằng phẳng phía Trung Quốc

và chảy vào Việt Nam ở Thanh Thuỷ - Hà Giang Hầu hết đoạn có độ dốc lớn nằm ở phía Trung Quốc với độ dốc trung bình 7,8m/km, đoạn dốc nhất có độ dốc 13 m/km Sông Lô có nhiều thác gềnh, có 41 thác gềnh dọc sông các thác này rất nguy hiểm đối với bè mảng vào mùa nước ít

Dòng chính sông Lô gặp sông Gâm ở thượng lưu thị xã Tuyên Quang 10km Sau hợp lưu Lô - Gâm dến hợp lưu Lô - Hồng độ dốc lòng sông nhỏ 0,1m/km ở đoạn này lòng sông mở rộng

- Sông Gâm:

Bắt nguồn từ Vân Sơn Trung Quốc ở độ cao 1600m, là nhánh phía trái sông Lô dài 277km, diện tích lưu vực 17200km2 phần ở Việt Nam 9780 km2

Đoạn thượng nguồn sông Gâm chảy theo hướng Đông Bắc xuống Tây Nam,

độ cao tại biên giới Bảo Lạc là 245m Từ Bảo Lạc đến thác Thượng Lâm có độ dốc lớn 1,28m/km, thác Thượng Lâm cao 30m, từ chân thác Thượng Lâm đến

Na Hang độ dốc còn 0,62m/km Sau Na Hang độ dốc sông Gâm giảm dần, chảy giữa vùng thung lũng có đồi thấp với độ dốc 0,28m/km

- Sông Chảy:

Là nhánh lớn thứ 2 của sông Lô bắt nguồn từ đèo Ha Tao, Hoàng Su Phì

Hà Giang đổ vào sông Lô tại Vân Cường huyện Đoan Hùng tỉnh Phú Thọ Sông Chảy có chiều dài 295 km, diện tích lưu vực 6500 km2 ở Việt Nam 4580

km2 Mật độ lưới sông 1,09 km/km2, độ dốc bình quân 22,7% Sông chảy theo

hướng Tây bắc - Đông Nam và gần như song song với sông Thao, phía thượng nguồn có nhiều nhánh tạo nên thế nan quạt Sông Chảy có độ dốc lớn, bề rộng lưu vực khá hẹp từ 15 – 300Km, nhưng cũng có đoạn lòng sông khá lớn và nhờ vậy đã xây dựng được hồ chứa nước Thác Bà với dung tích 2,6km3, công xuất lắp máy 108 MW và dung tích chống lũ 450.106m3

- Sông Phó Đáy:

Là phụ lưu trái của sông Lô có thể coi là khá độc lập với sông Lô, chủ yếu chảy qua địa phận huyện Sơn Dương tỉnh Tuyên Quang, diện tích lưu vực

1610 km2, độ cao bình quân lưu vực 216m, độc dốc bình quân llv 14,4%, mật

độ sông suối 1,1 km/km2, chiều dài 170 km tính đến Việt Trì

II.2 Đặc điểm khí thượng thủy văn

II.2.1 Đặc điểm khí tượng

Lưu vực sông Lô - Gâm nằm trong miền nhiệt đới của Bắc bán cầu nên khí hậu chịu ảnh hưởng của hoàn lưu tấu phong và hệ thống gió mùa châu á Nhìn chung khí hậu lưu vực là khí hậu nhiệt đới gió mùa có mùa đông lạnh hanh khô và mùa hạ nóng ẩm mưa nhiều

1 Nhiệt độ:

Nhiệt độ trung bình hàng năm ở các nơi trong lưu vực thay đổi từ

15-230, thấp nhất ở Phó Bảng 15,70 cao nhất từ 22-230 cở nhiều nơi.So với các nơi

ở miền núi Bắc Bộ thì Phó Bảng của lưu vực sông Lô Gâm có nhiệt độ hàng năm khá thấp Nhiệt độ trong lưu vực xảy ra từ 30 – 400C cụ thể ở Phó Bảng 30,50C ngày, tháng V và tháng VII, tại Hà Giang 400C tháng VII năm 1935 Nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối tại Phó Bảng –5,60C ngày 14/II/1968, ở Bảo Lạc –5,60C ngày 30/XII/1975

3 Gió:

Cũng như nhiều nơi ở Bắc Bộ, lưu vực sông Lô - Gâm chịu ảnh hưởng của gió mùa, nó làm cho mưa, nhiệt độ , độ ẩm thay đổi lớn So với các vùng khác như vùng đồng bằng và Đông Bắc Bắc Bộ, thì lưu vực sông Lô - Gâm có tốc độ gió không lớn và ảnh hưởng của bão cũng nhỏ hơn, tốc độ gió trung bình nhiều năm chỉ từ 0,9 – 1,3 m/s, tốc độ gió mạnh nhất đã quan trắc tại lưu vực tại Bắc Mê là 45m/s xảy ra ngày 12/IV/1975 và 40m/s tại Hoàng Su Phì xảy ra nhiều ngày trong tháng IV và VI Đó là tốc độ của những cơn lốc kèm theo mưa cục bộ Trong tháng VII và VIII những tháng có bão lớn ở Bắc bộ thì tốc độ gió mạnh nhất ở nhiều nơi trong lưu vực chỉ từ 20m – 35m/s

4 Bốc hơi:

Lượng bốc hơi hàng năm phụ thuộc vào 2 yếu tố chính là nhiệt độ và độ

ẩm Nhìn chung lượng bốc hơi hàng năm ở lưu vực sông Lô - Gâm thuộc loại thấp chỉ từ 500 – 1000 mm/năm Thấp nhất đã đo được tại Hàm Yên là 543 mm/năm và cao nhất ở Việt Trì 977 mm/năm Hoàng Su Phì có 956mm/năm, tháng có lượng bốc hơi lớn là các tháng đầu mùa hạ tháng IV, V và các tháng

có lượng bốc hơi nhỏ là các tháng có nhiệt độ thấp lại hanh khô như tháng XII

và tháng I

5 Mưa:

Mưa năm : Do điều kiện tự nhiên chi phối mà lượng mưa hàng năm tại các nơi trong lưu vực sông Lô - Gâm có nhiều khác nhau, trung bình nằm trong khoảng 1200 – 4800mm Nơi mưa nhiều nhất là tâm mưa Bắc Quang 4800mm/năm và xung quanh Bắc Quang như thị xã Hà Giang, Vị Xuyên, Vĩnh Tuy khoảng 2000 mm/năm Vùng ít mưa nhất trong lưu vực là Vùng Bảo Lạc trung bình nhiều năm 1276 mm, còn các nơi khác trung bình 1700 - 2000mm/năm

Ngoài sự biến đổi theo không gian thì lượng mưa năm còn biến đoỉo theo thời gian rất lớn và được phân làm 2 mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô Mùa mưa thường được bắt đầu từu tháng V đến tháng IX Tuy nhiên cũng có năm mưa sớm hoặc mưa muộn Mùa khô từ tháng X đến tháng V năm sau

Lượng mưa hàng năm cũng có nhiều thay đổi lớn, năm mưa nhiều thường gấp 2 – 3 lần năm mưa ít, tháng có mưa nhiều nhất trong lưu vực là tháng VII và tháng VIII, tháng ít mưa nhất thường là tháng XII và tháng I

II.2.2 Đặc điểm thủy văn:

1 Chế độ dòng chảy

a Dòng chảy năm:

Với chế độ nhiệt đới gió mùa mà trên lưu vực sông Hồng nói chung là lưu vực sông Lô - Gâm nói riêng có lượng mưa khá lớn và vì thế lượng dòng chảy cũng không nhỏ

Hàng năm sông Lô góp vào sông Hồng khoảng 32,7km3 nước chiếm khoảng 26,4% lượng nước sông Hồng tại Sơn Tây

Một số dòng chảy trung bình trên toàn lưu vực 26,6 l/s.km2 đánh giá chung tuy diện tích lưu vực sông Lô - Gâm nhỏ song nguồn góp vào sông Hồng đứng thứ 2 sau sông Đà

Sông Lô có một phần lưu vực ở địa phận Trung Quốc, lượng mưa tở vùng này nhỏ, theo kết quả tính toán ở phần lưu vực 16400km2 này chỉ khoảng 9,7km3, chiếm gần 30% lượng nước toàn lưu vực

Lượng nước trung bình nhiều năm của toàn lưu vực: 32,7 km3

- Phần ở Việt Nam : 23,0 km3

- Phần ở Trung Quốc : 9,7 km3

Trên sông Lô lượng nước tăng nhanh trên địa phận Việt Nam, tuy diện tích lưu vực sông Gâm lớn nhanh hơn diện tích lưu vực sông Lô, nhưng sông Lô lại có lượng nước nhiều hơn tính đến ngã ba Lô - Gâm, lượng nước trung bình sông Gâm là 11,15Km3 chiếm 34,9%, trong khi đó lượng nước dòng chính sông Lô là 12,3 km3 chiếm 38,4% Trong khi diện tích lưu vực sông Lô 12,530 km2 chiếm 32,2% và sông Gâm 17.000 km2 chiếm 43,6% Mô số dòng chảy tạo ngã ba Lô - Gâm trên sông Lô là 31,2 l/s.km2 còn trên sông Gâm chỉ

là 20,8 l/s.km2

Sự phân bố dòng chảy trong năm không đều, lượng nước mùa lũ từ tháng VI đến tháng X chiếm trung bình 77% ở sông Gâm, sông Chảy và hạ lưu sông Lô, trên sông Lô tỷ lệ này là 75% từ Hà Giang đến Hàm Yên, lượng nước tháng VIII thường lớn nhất chiếm 22% lượng nước cả năm, tháng III là tháng ít nước nhất, lượng nước chỉ có 2% lượng nước cả năm

Bảng II.1 : Lưu lượng bình quân nhiều năm tại các trạm

Vũ

Quang

Lô 381 352 324 387 725 1500 2160 2380 1760 1080 764 471 1048

Ngòi Sảo Lô 4.84 4.26 9.94 5.52 14.8 22.8 30.8 25.6 17 13 9.51 6.3 13.2Ninh Kim Bợ 0.545 0.516 0.476 0.781 1.18 1.85 2.28 3.07 2.15 1.38 0.849 0.634 1.31Bảo Lạc Gâm 16.3 13.3 13.8 15.3 40.1 120 161 188 104 58.3 39.6 22.5 66.5Chiêm

Hóa

Gâm 116 101 101 134 298 607 797 890 589 354 260 154 367

Đầu Đẳng Năng 15.6 13.6 13.4 16 20.2 65.1 83.9 102 67.7 39.5 29.0 19.9 41.4Thác Hốc Quẵng 8.76 8.35 8.91 12.9 23.6 45.8 48.7 53.7 34 23.5 17.0 10.5 24.5Cốc Ly Chảy 40.4 33.7 30.6 38.1 42.7 139 225 266 149 126 103 520 104Bảo Yên Chảy 62.1 51.9 47 49.8 69.1 176 225 354 382 179 152 85.8 153Lục Yên Chảy 63.5 52.6 49.6 61.7 71.5 192 293 387 247 196 161 88.1 156Thác Bà Chảy 74.9 63.7 61.9 79.5 105 249 288 463 330 229 172 99.4 194Quảng Cư P.Đáy 8.05 7.17 7.04 11.7 19.1 33.8 41.3 63.2 47.8 27.4 16.7 16 24.5

b Dòng chảy lũ :

Mùa lũ hàng năm bắt đầu chậm hơn so với mùa mưa 1 tháng (từ tháng

VI đến tháng X) và cũng kết thúc muộn hơn mùa mưa 1 tháng

Về lượng lũ thì tuy diện tích lưu vực sông Lô thuộc loại nhỏ trong 3 sông (Sông Đà, sông Thao, sông Lô) nhưng lượng lũ của nó góp vào sông Hồng thuộc loại lớn Từ Việt Trì nhìn lên thấy các dòng chính của sông Lô tạo nên hình nan quạt, do vậy dễ tập trung lưu lượng nhanh Về lượng lũ như năm

1971 lưu lượng tại Phù Ninh chiếm tới 36% lượng lũ tại Sơn Tây, bình quân chiếm 29,4% (tính lượng lũ 8 ngày lớn nhất)

Như vậy lũ sông Lô góp vào sông Hồng đứng thứ 2 sau sông Đà tuy diện tích lưuvực của nó đứng vào hàng thứ 3 Lưu lượng lớn nhất đã quan trắc

Mô số dòng chảy lớn nhất trên lưu vực sông Lô - Gâm thay đổi lớn tùy thuộc vào lượng mưa và điều kiện của lưu vực ở những lưu vực nhỏ quanh dãy Tây Côn Lĩnh khá cao Max từ 3000 l/s.km2 ở Ngòi Sảo và 6000 l/s.km2 ở Ngòi Lĩnh, còn lại các nơi khác trong lưu vực thì môdun dòng chảy nhỏ hơn nhiều Trên dòng chính thì Môdun lớn nhất thay đổi trong khoảng từ 380 – 530 l/s.km2

Bảng II.2 : Đặc trưng lưu lượng lớn nhất tại các trạm

Trạm Sông Qmax (m 3 /s) Mmax (l/s.km 2 ) Thời gian xuất hiện

c Dòng chảy mùa kiệt

Dòng chảy mùa kiệt bắt đầu từ tháng XI đến tháng V năm sau