NGHIÊN cứu DIỄN BIẾN bồi LẮNG LÒNG hồ hòa BÌNH và PHÂN TÍCH một số NGUYÊN NHÂN gây bồi LẮNG làm cơ sở KHOA học CHO VIỆC QUẢN lý bền VỮNG hồ

Để có được những phân tích, đánh giá cho các vấn đề nghiên cứu trong luận văn, tác đã tham khảo tổng quan một số các nghiên cứu trong nước và nước ngoài về vận chuyển bùn cát trong sông

ĐÁNH GIÁ TÍNH DỄ BỊ TỔN THƯƠNG ĐỐI VỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU CỦA THÀNH

PHỐ CẦN THƠ

-

18/01/2012)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Thị Hồng Chiên

NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN BỒI LẮNG LÒNG HỒ HÒA BÌNH VÀ PHÂN TÍCH MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN GÂY BỒI LẮNG LÀM CƠ

SỞ KHOA HỌC CHO VIỆC QUẢN LÝ BỀN VỮNG HỒ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Thị Hồng Chiên

NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN BỒI LẮNG LÒNG HỒ HÒA BÌNH VÀ PHÂN TÍCH MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN GÂY BỒI LẮNG LÀM CƠ

SỞ KHOA HỌC CHO VIỆC QUẢN LÝ BỀN VỮNG HỒ

Chuyên ngành : Khoa học Môi trường

Mã số : 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC CHÍNH:

TS Nguyễn Thị Phương Loan NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PHỤ: PGS.TS Dương Hồng Sơn

Hà Nội - 2015

Lời cảm ơn

Tác gi xin ư c c ơ ến các thầy cô giáo và cán b nhân viên Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Qu c gia Hà N i ã ạo mọi iều kiện thuận

l i cho tác gi trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành Khóa học

Tác gi ặc biệt xin gửi lời c ơ â ới các thầy giáo, cô giáo

K oa ôi rường, các thầy cô trong b môn Sinh thái ã ấp các kiến thức khoa học về ôi rường và kiến thức các ngành khoa học khác, những kiến thứ ó

sẽ tạo tiề ề cho tác gi trong quá trình nghiên cứu và công tác sau này

Với lòng kính trọng và biế ơ â ắc, tác gi xin gửi lời c ơ ới TS Nguyễn Thị P ươ Loa , i viê K oa ôi rường - Trườ Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Qu c gia Hà N i, PGS.T Dươ H ơ , P ó Viện rưởng - Viện Khoa họ K í ư ng Thủ vă v Biế ổi khí hậu ã iú ỡ tác gi

ó ư c nhữ ưở ba ầu về ề tài ũ ư ro t quá trình nghiên cứu

và hoàn thiện Khóa luận Cô và thầ ã l ô ủng h , ng viên và hỗ tr những iều kiện t t nhấ ể tác gi hoàn thành luận vă

Tác gi ũ xin gửi lời c ơ chân thành ến tập thể cán b công nhân viên chứ v ười lao ng của Trạm quan trắc ôi rường và Lắ ọng axít Hòa Bình, Trung tâm Nghiên cứ ôi rường, Viện Khoa họ K í ư ng Thủ vă

và Biế ổi khí hậu ã ù tác gi trong su t các chuyến kh o sát thự ịa trên h

và cho phép tác gi sử dụng các tài liệu, kết qu quan trắc vào trong luậ vă

Để hoàn thành ư c khoá luận này, tác gi ũ xi â ơ ự

iú ỡ của ng nghiệp, sự ng viên và tạo mọi iều kiện của ia ì , ười thân và bạn bè

Hà N i, ngày 31 tháng 12 ă 5

TÁC GIẢ

Nguyễn Thị Hồng Chiên

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG iii

DANH MỤC HÌNH iv

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu 4

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 4

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 6

1.1.3 Các công trình nghiên cứu tại khu vực nghiên cứu 10

1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 12

1.2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Đà 12

1.2.2 Điều kiện kinh tế xã hội 18

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Đối tượng nghiên cứu 22

2.2 Phương pháp nghiên cứu 23

2.2.1 Phương pháp kế thừa tài liệu thứ cấp 23

2.2.2 Phương pháp phân tích nhân quả và phân tích tổng hợp 24

2.2.3 Phương pháp đo đạc, khảo sát và thu thập, xử lý số liệu 25

2.2.3.1 Đánh giá nhanh môi trường 25

2.2.3.2 Đo và tính bồi lắng lòng hồ 26

2.2.3.3 Phương pháp đo đạc tính toán xói mòn sườn dốc trên bãi thực nghiệm 30

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 31

3.1 Đánh giá diễn biến bồi lắng lòng hồ Hòa Bình theo không gian và thời gian 31

3.1.1 Kết quả tính toán bồi lắng của hồ Hòa Bình 31

3.1.2 Đánh giá diễn biến bồi lắng lòng hồ Hòa Bình theo không gian và thời gian 32

3.1.2.1 Diễn biến bồi lắng lòng hồ theo thời gian 32

3.1.2.2 Diễn biến bồi lắng lòng hồ theo không gian 37

3.2 Nghiên cứu và phân tích một số nguyên nhân gây bồi lắng lòng hồ 41

3.2.1 Lượng bùn cát gia nhập theo dòng chính sông Đà 42

3.2.2 Lượng bùn cát gia nhập khu giữa 44

3.2.2.1 Tác động của xói mòn, rửa trôi trên lưu vực 44

3.2.2.2 Bùn cát từ các nhập lưu gia nhập khu giữa 52

3.2.2.3 Đặc điểm địa hình lưu vực và hình thái của hồ 52

3.3 Những tác động của bồi lấp lòng hồ đến môi trường và hoạt động tổ máy của Nhà máy thủy điện Hòa Bình 55

3.4 Một số giải pháp hạn chế bồi lắng và tăng tuổi thọ dung tích của hồ 56

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

1 Kết luận 58

2 Kiến nghị 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

PHỤ LỤC 64

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Một số thông số của hồ chứa Hòa Bình 22Bảng 2 Kết quả tính bồi lắng lòng hồ Hòa Bình (1990 - 2013) 31Bảng 3 Kết quả tính toán tỷ lệ bồi lắngtheo diện tích mặt cắt trong các giai đoạn vận hành hồ chứa Hoà Bình 1990 - 2013 34Bảng 4 Lưu lượng chất lơ lửng từ năm 2010 - 2014 44Bảng 5 Tổng hợp kết quả quan trắc xói mòn đất (2005 - 2014) 45Bảng 6 Biểu tổng hợp liên quan giữa lượng dòng chảy và xói mòn theo loại rừng và địa hình 48Bảng 7 Độ đục trung bình nhiều năm trên một số nhập lưu vào hồ Hòa Bình 52

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Sơ đồ lưu vực hồ chứa Hòa Bình 13

Hình 2 Sơ đồ vị trí các mặt cắt ngang hồ chứa Hòa Bình 27

Hình 3 Sơ đồ đo bình đồ lòng hồ Hòa Bình 29

Hình 4 Sơ đồ đoạn sông, hồ có số liệu mặt cắt ngang 30

Hình 5 Biểu đồ diễn biến mức độ bồi lắng hồ Hòa Bình theo thời gian 33

Hình 6 Biểu đồ mức độ bồi lắng lòng hồ Hòa Bình theo tỷ lệ diện tích mặt cắt ngang giai đoạn 1990-1996 35

Hình 7 Biểu đồ mức độ bồi lắng lòng hồ Hòa Bình theo tỷ lệ diện tích mặt cắt ngang giai đoạn (1996-2009) 35

Hình 8 Biểu đồ thể hiện mức độ bồi lắng lòng hồ Hòa Bình theo tỷ lệ diện tích mặt cắt ngang (2009-2013) 35

Hình 9.Biểu đồ phân bố tổng lượng bồi lắng theo không gian dọc hồ (năm 2013) 38

Hình 10 Biểu đồ thể hiện cao trình đáy hồ tại mặt cắt 44 năm 1990 - 2013 40

Hình 11 Biểu đồ thể hiện cao trình đáy hồ tại mặt cắt 37 năm 1990 - 2013 40

Hình 12 Biểu đồ thể hiện cao trình đáy hồ tại mặt cắt 22 năm 1990 - 2013 40

Hình 13 Biểu đồ thể hiện cao trình đáy hồ tại mặt cắt 19 năm 1990 - 2013 40

Hình 14 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi diện tích tại các mặt cắt (1990-2013) 41

Hình 15 Biểu đồ mặt cắt dọc hồ Hòa Bình qua các thời kỳ (1990 - 2013) 41

Hình 16 Hiện tượng đốt nương làm rẫy trên lưu vực hồ 49

Hình 17 Hiện tượng sạt lở vùng bán ngập hồ Hòa Bình, tháng 6 - năm 2014 54

Ký hiệu diện tích mặt cắt Thủ tướng

Thể tích lần đo sau Thể tích lần đo trước

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Thủy điện Hòa Bình trên sông Đà là công trình thế kỷ, được xây dựng từ thập niên 70 của thế kỷ 20, gồm hai hạng mục chính là Nhà máy thủy điện và hồ chứa nước Hồ chứa Hòa Bình là hồ chứa dạng sông, dài, hẹp, sâu Trước khi có hồ thủy điện Sơn La, hồ chứa Hòa Bình từng giữ kỷ lục là có các loại dung tích tổng, dung tích hữu ích, dung tích phòng lũ lớn nhất, còn Nhà máy thủy điện thì giữ kỷ lục về công suất phát điện (1.920MW) với 8 tổ máy

Công trình thủy điện Hòa Bình được thiết kế phục vụ đa mục tiêu, bao gồm tích nước cắt lũ cho hạ lưu, cung cấp nguồn nước phục vụ sản xuất điện, cấp nước tưới cho nông nghiệp, cải thiện giao thông thuỷ và nuôi trồng thuỷ sản Công trình

đã đem lại nhiều lợi ích kinh tế và xã hội, đặc biệt sau khi đường dây tải điện 500KV Bắc - Nam hoàn thành đã cho phép dòng điện của Hòa Bình đi khắp mọi miền đất nước Sự hiện diện của hồ chứa Hòa Bình cũng đồng thời tạo ra nhiều thay đổi trong đời sống kinh tế xã hội của cư dân, từ đó gây ra những tác động đáng kể đến quá trình hình thành dòng chảy và xói mòn trên lưu vực hồ

Việc đắp đập ngăn sông tạo hồ chứa đã làm thay đổi sâu sắc chế độ thủy văn - thủy lực của dòng sông Đà và sông Hồng Tốc độ dòng chảy khi vào hồ bị giảm đột ngột, nước từ trạng thái động chuyển sang trạng thái tĩnh làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy sinh, chất lượng nước và tổng lượng bùn cát trong hồ Hồ Hòa Bình đã chính thức tích nước và điều tiết từ năm 1989 và dâng mực nước đến cao trình bình thường từ năm 1990 Đến nay, hồ đã hoạt động được 25 năm

Trong suốt quá trình hoạt động của hồ chứa Hòa Bình, việc đo đạc, quan trắc

số liệu dòng chảy, dòng phù sa và đánh giá bồi lắng lòng hồ là hoạt động thường niên của Trạm Môi trường hồ chứa Hòa Bình (nay là Trạm quan trắc Môi trường và Lắng đọng axít Hòa Bình) thuộc Trung tâm Nghiên cứu Môi trường, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu Theo kết quả đo đạc và tính toán, đã có khoảng hơn 1,4 tỷ m3 bùn cát bồi lắng tại lòng hồ [27] Và đã có khá nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến vấn đề bồi lắng lòng hồ Hòa Bình liên tục được triển

khai, công bố trong suốt quá trình hoạt động của hồ chứa Tuy nhiên, những nghiên cứu trước đây mới chỉ xem xét, đánh giá từng giai đoạn hoạt động cụ thể của hồ mà chưa đánh giá được tổng thể mức độ bồi lắng lòng hồ theo không gian và thời gian, đặc biệt khi công trình thủy điện Sơn La đi vào hoạt động

Việc nghiên cứu diễn biến bồi lắng lòng hồ Hòa Bình dựa trên chuỗi số liệu thực đo và phân tích một số nguyên nhân gây bồi lắng làm cơ sở khoa học cho việc quản lý bền vững hồ là rất cần thiết và cấp bách Đó là cơ sở giúp các nhà nghiên khoa học đưa ra một số giải pháp quản lý và khai thác hồ chứa Hòa Bình, Sơn La và tương lai là hồ chứa Lai Châu một cách hiệu quả Ngoài ra, với việc hồ chứa thủy điện Sơn La bắt đầu tích nước và điều tiết, chuỗi quan trắc dòng chảy và phù sa của

hồ Hòa Bình cũng chịu tác động của các yếu tố mới, nên việc tổng hợp và nghiên cứu trên chuỗi số liệu đồng nhất của giai đoạn hồ Hòa Bình hoạt động không chịu ảnh hưởng của hồ Sơn La là cần thiết và kịp thời

Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu

- Nghiên cứu, đánh giá hiện trạng, diễn biến bồi lắng lòng hồ Hòa Bình và phân tích một số nguyên nhân gây bồi lắng, làm cơ sở cho việc đề xuất một số giải pháp hạn chế bồi lắng, góp phần quản lý sử dụng bền vững hồ

Phạm vi nghiên cứu

Hồ chứa thủy điện Hòa Bình trên sông Đà, nằm trên địa phận hai tỉnh Hòa Bình và Sơn La

N i dung nghiên cứu và cấu trúc luậ vă

Nội dung nghiên cứu bao gồm:

- Nghiên cứu đặc điểm khí tượng thủy văn và hoạt động phát triển kinh tế xã hội vùng lòng hồ;

- Phân tích, xác định diễn biến bồi lắng lòng hồ theo không gian và thời gian;

- Phân tích một số nguyên nhân chính gây bồi lắng lòng hồ;

- Đề xuất một số biện pháp hạn chế mức độ bồi lấp lòng hồ

Cấu trúc luận văn

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 2 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Chương 3 Kết quả nghiên cứu và thảo luận Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Nghiên cứu bồi lắng hồ chứa tập trung giải đáp 2 vấn đề chính là: 1-Xác định lượng bùn cát bồi lắng và tốc độ bồi lắng theo thời gian vận hành hồ; 2-Nghiên cứu phân bố vật liệu bồi lắng theo không gian và thời gian

Để có được những phân tích, đánh giá cho các vấn đề nghiên cứu trong luận văn, tác đã tham khảo tổng quan một số các nghiên cứu trong nước và nước ngoài về vận chuyển bùn cát trong sông nói chung và bồi lắng trong các hồ chứa nói riêng Trong đó, một số nghiên cứu liên quan đến luận văn như sau:

“Sedimentation of rives, reservoirs and canals” K.G Ranga Raju, Univesity

of Roorkee, India đã nghiên cứu và đưa ra được một số phương pháp tính toán tải lượng bùn cát đến hồ và hiệu suất của hồ bằng các công thức kinh nghiệm

“Accumulation of sediment in reservoirs” T.Sumi, T.Hirose, Water storage,

Transport and Distribution đã nhận định quá trình bồi lắng trong hồ chứa rất phức tạp, thay đổi phụ thuộc vào lượng bùn cát từ lưu vực, hàm lượng vận chuyển và loại bồi lắng Bồi lắng làm giảm dung tích hiệu dụng, khả năng cấp nước, phòng lũ, phát điện, giao thông,… của hồ, việc mất dung tích có thể gây nên một số vấn đề ở cả thượng lưu và hạ lưu đập, như gây tác hại đến hệ sinh thái, cân bằng bùn cát, cán cân dinh dưỡng, Các phương pháp quản lý bùn cát cho hồ chứa là một trong những phương pháp tiết kiệm và đáng quan tâm đối với việc cung cấp bùn cát cho hạ du

EP31A-0789 “Two-dimensional sediment transport modeling for reservoir sediment management: Reventazon River, Costa Rica” của Ian M Dubinski đã nghiên cứu sự phân bố trầm tích theo không gian, thời gian ở hồ chứa thuộc sông Reventazón, Costa Rica trong 40 năm hoạt động, theo các kịch bản bồi lắng khác nhau Tổng lượng bùn cát đến được tính toán dựa vào lượng bùn cát lơ lửng tính toán và đo đạc được kết hợp với lượng bùn cát đáy, dựa vào phương trình của Wilcock và Crowe (2003) Nghiên cứu cho thấy sự tổn thất dung tích trữ dự kiến trong trường hợp không có quản lý bùn cát sẽ lên đến khoảng 35% tổng số và 33%

dung tích hoạt động trong khoảng thời gian 40 năm Những tổn thất dung tích trữ dự báo là ít hơn đáng kể khi thực hiện xả rút toàn phần và một phẩn đã được mô phỏng

“Uncertainty analysis of reservoir sedimentation”, Jose D Salas and Suk Shin, Journal of Hydraulic Engineering, Vol 125, No 4, April, 1999 đã nghiên cứu, việc dự báo sự bồi tích của bùn cát trong hồ chứa là một vấn đề phức tạp, tính toán bồi lắng và tích tụ bùn cát hồ chứa có một số các nhân tố bất định xuất hiện liên quan đến lượng dòng chảy, lượng bùn cát đến, kích thước hạt trầm tích và khối lượng riêng, thành phần khoáng chất và vận hành hồ chứa Trong nghiên cứu, mô phỏng Monte Carlo và lấy mẫu siêu lập phương La Tinh được sử dụng để định lượng các yếu tố bất định của bồi lắng hồ chứa hàng năm và lũy tích bồi lắng theo thời gian

Hyun-và đề xuất áp dụng cho hộ Kenny trên lưu vực sông White thuộc Colorado

“Surface erosion, sediment transport, and reservoir sedimentation”, Chih Ted Yang, Timothy J.Randle Các tác giả đã xác định tỉ lệ xói mòn bề mặt lưu vực, vận chuyển bùn cát, lắng đọng và phân phối bùn cát trong hồ chứa đối với tuổi thọ của

hồ chứa và giảm thiểu tác động tiêu cực của bồi lắng Các phương trình mất đất kinh nghiệm tổng quát để xác định lượng xói đất nông nghiệp ở miền Đông Hoa Kỳ vẫn tồn tại những vấn đề trong các trường hợp tính toán khác Phần lớn các mô hình ứng dụng tính toán xói mòn và bồi lắng là mô hình một chiều Nghiên cứu đã cung cấp cách tiếp cận tổng hợp và hệ thống dựa trên những phương trình vận chuyển bùn cát

đã thiết lập, lý thuyết tỉ lệ tổn thất năng lượng tối thiểu và mô hình của Cục cải tạo đất cho mô phỏng đất phù sa sông (GSTAS 2.0)

“Deposition and simulation of sediment transport in the lower Susquehana

river reservoir system” Robert A.Hainly et al đã mô phỏng quá trình vận chuyển bùn

cát hạ lưu sông Susquehana, New York Phía thượng lưu sông có 3 đập thủy điện là Safe Harbor (Hồ Clarice) và Holtwood (Hồ Aldred) ở miền nam Pennsylvania, và Conowingo (Conowingo Reservoir) ở miền bắc Maryland Khoảng 259 triệu tấn phù

sa đã được giữ lại trong ba hồ chứa Dữ liệu lịch sử cho thấy rằng Hồ Clarke và Hồ Aldred đã đạt đến trạng thái cân bằng, và không còn lưu trữ trầm tích So sánh dữ liệu cắt ngang từ Hồ Clarke và Hồ Aldred với dữ liệu từ hồ Conowingo cho thấy hồ Conowingo sẽ đạt trạng thái cân bằng trong vòng 20 đến 30 năm tới Vì hồ chứa này

đầy trầm tích và tiệm cận cân bằng, lượng trầm tích vận chuyển đến vịnh Chesapeake sẽ tăng lên Sự gia tăng đáng chú ý nhất sẽ diễn ra khi dòng phía trên xói trầm tích lắng đọng Nghiên cứu đã sử dụng mô hình HEC-6 để mô phỏng quá trình bồi lắng tại các hồ, mô hình được sử dụng để hiệu chỉnh tải lượng bùn cát theo năm 1987, quá trình hiệu chỉnh được xây dựng với giả thiết với hiệu suất tối đa và phân phối kích thước hạt trầm tích tự nhiên

Luận văn “2 modelling of turbulent transport of cohesive sediments in shallow reservoirs” của JWL de Villiers năm 2006 đã nghiên cứu vận chuyển và nồng độ bùn cát lơ lửng trong các hồ chứa ở Nam Phi Tác giả đã nghiên cứu và phát triển nhiều lý thuyết và phương trình để tính toán trạng thái cân bằng, vận chuyển bùn cát trong dòng chảy hỗn loạn cho vận chuyển bùn cát thô, đó là hiệu chỉnh phương trình khuếch tán hai chiều không ổn định bằng mô hình 2 chiều Mike 21C của Viện Thủy lực Đan Mạch dùng để mô phỏng diễn biến thủy lực và hình thái lòng trong sông

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Quy luật chung của quá trình bồi lắng hồ chứa kiểu đập chắn ngang sông, tương tự như hồ Hòa Bình, là lượng bồi lắng lớn nhất trong những năm đầu do nguồn phù sa sông bị giữ lại trong hồ (có thể dự báo được) và do nguồn vật liệu bổ xung từ quá trình tái tạo vùng bờ, đáy, xói mòn lưu vực mất rừng do bị chuyển đổi thành đất nông nghiệp hoặc bị khai thác chặt phá, cháy … (khó dự báo) Phân bố bồi lắng cũng có quy luật nhất định, đó là trong giai đoạn đầu bồi lắng xảy ra mạnh phần thượng lưu hồ, với cấp hạt bồi lắng nhỏ dần từ cửa hồ về xuôi, bồi lắng có tác động

là trơn dần các địa hình khúc khuỷu vùng đáy và hình thành một nêm bồi tích nổi rõ trên nền đáy, kéo dài đến khoảng giữa hồ, nơi mặt cắt ngang rộng nhất và có thể cao đến trên mực nước chết trong những năm đầu hoạt động Nêm bồi lắng này sẽ dần dịch chuyển về chân đập trong những năm sau do vật liệu bồi lắng trên sườn nêm bị trượt, di đẩy về phía trán nêm Nhờ đó vùng nước gần chân đập được bảo toàn dung tích chết và độ sâu trong thời gian dài, nước hồ hầu như rất trong, không ảnh hưởng đến hoạt động của tua bin thủy điện, nhưng không tốt cho cân bằng bùn cát hạ lưu và cung cấp dinh dưỡng cho thủy sinh và phù sa cho nông nghiệp

Đã từ lâu, Việt Nam có khá nhiều công trình nghiên cứu khoa học về vấn đề bồi lắng hồ chứa bao gồm: xác định dung tích chết của các hồ chứa thủy lợi - thủy điện, các phương pháp tính toán bồi lắng hồ chứa và một số mô hình toán một chiều, hai chiều để tính toán và dự báo tốc độ bồi lắng hàng năm cho hồ chứa Một số công trình nghiên cứu tại một số hồ chứa mà tác giả đã tham khảo là:

Nguyễn Kiên Dũng, Cao Phong Nhã, Viện Khí tượng Thủy văn (2005) [16]

đã sử dụng mô hình HEC-6 để đánh giá hiện trạng và dự báo diễn biến bùn cát hồ chứa Thác Bà, kết quả cho thấy: Dung tích còn lại của hồ Thác Bà sau 30 năm vận hành vào khoảng 94-95% dung tích ban đầu, ước tính lượng bùn cát đi vào hồ tính đến vị trí đập trung bình nhiều năm theo phương pháp triết giảm theo diện tích là 5,89 x 106m3 và dự báo sau 50 năm vận hành tiếp theo (tính từ năm 2001) tổng lượng bùn cát bồi lắng là 225,87 x 106m, lượng bồi lắng trong phần dung tích chết là 107,10 x 106m3 (chiếm 47,42 % tổng lượng bồi lắng sau 50 năm hồ hoạt động) Kết quả này có thể được sử dụng như một tài liệu tham khảo cần thiết cho công tác vận hành hồ, đặc biệt trong bối cảnh các hồ Na Le, Bắc Hà sắp được xây dựng tạo nên hệ thống thủy điện bậc thang trên sông Chảy

Cao Đăng Dư và Nguyễn Kiên Dũng “Tính toán bồi lắng hồ chứa Sơn La” [12] đã sử dụng phương pháp cân bằng lượng phù sa qua hồ đối với hồ chứa Sơn La Lượng phù sa chuyển đến hồ từ lưới sông được tính toán dựa trên kết quả đo đạc từ các trạm thủy văn, lượng phù sa gia nhập được tính bằng lượng xói mòn từ diện tích đất dốc hai bờ đổ vào hồ chứa, lượng phù sa tháo ra khỏi hồ được tính toán theo phương pháp Churchill và Brune Các tác giả đã ước tính được lượng phù sa tháo ra trong quá trình vận hành bằng khoảng 7% lượng phù sa lơ lửng đổ vào hồ hàng năm

Công ty Tư vấn điện I - Tổng công ty điện lực Việt Nam (2005) “Tính toán nước dềnh và hồ chứa thủy điện Sơn La” [8] trong Dự án thuỷ điện Sơn La đã sử dụng mô hình HEC-6 để mô phỏng quá trình thủy lực và bùn cát trong hồ chứa và cho ra kết quả: trong những năm đầu vận hành hồ chứa thuỷ điện Sơn La, chưa có quá trình bồi lắng, khi xảy ra lũ tần suất p=1% trên toàn bộ lưu vực sông Đà thì mực nước cao nhất tại tuyến Pa Vinh là 215m, trạm Quỳnh Nhai cách tuyến Pa Vinh 72,3km là 215,12m, trạm Lai Châu cách Pa Vinh 151,7km là 215,75m, Nậm Nhùn là

217,21m Như vậy sau khi hồ chứa thuỷ điện Sơn La được vận hành khi có lũ p=1% thì mực nước cao nhất hồ chứa Sơn La tại chân đập Lai Châu tuyến Nậm Nhùn là 217,21m Dự báo khi có lũ tần suất 1% xảy ra: sau 30 - 50 năm vận hành hồ chứa Sơn La, mực nước tại Quỳnh Nhai là 215,16m dềnh 4cm-5cm, tại Lai Châu 218,05m dềnh 2,28m-2,30m và tại Nậm Nhùn 221,18m dềnh 3,97m- 4,07m và sau 100 năm mực nước tại Quỳnh Nhai là 215,81m dềnh 0,59m, tại Lai Châu là 227,69m dềnh 9,94m-11,97m và tại tuyến Nậm Nhùn là 229,96m dềnh 12,75m- 15,60m so với thời điểm ban đầu

“Thiết kế kỹ thuật Thủy điện A Lưới” sử dụng mô hình HEC-6 để tính toán bồi lắng và nước dâng hồ chứa thuỷ điện A Lưới và đã xác định tổng dung tích, sự phân bố của dung tích phù sa bồi lắng theo từng cấp mực nước dâng hồ chứa, theo thời gian vận hành; dự báo quá trình diễn biến lòng hồ, đường nước dềnh hồ chứa ứng với các phương án mực nước dâng bình thường khi có lũ với tần suất p=1% theo không gian và thời gian vận hành hồ chứa và xác định quá trình bùn cát xả xuống hạ lưu tuyến đập

Lương Văn Thanh (2007) [24] sử dụng số liệu đo đạc khí tượng thủy văn và bùn cát từ năm 1995 đến 2002 và mô hình hai chiều để mô phỏng chế độ thủy lực và khả năng bồi lắng của hồ Trị An, dựa vào kết quả tính toán xây dựng bản đồ phân vùng mức độ bồi lắng lòng hồ, từ đó đánh giá khả năng bồi lắng theo từng giai đoạn trong năm và dự đoán được khả năng nâng cao lòng hồ theo thời gian do ảnh hưởng của bồi lắng để có một kế hoạch quản lý vận hành, duy tu và bảo dưỡng hồ hợp lý và

an toàn Tác giả đã tính được có khoảng 25  30% diện tích đáy lòng hồ sẽ bị bồi lắng đáng kể hàng năm, hiện tượng bồi lắng chủ yếu xảy ra trong hồ chính và một phần đầu hồ và không có ảnh hưởng lớn đến cơ chế vận chuyển nước từ hồ chính sang hồ phụ, trong hồ phụ đáp ứng yêu cầu cấp nước cho các tổ máy phát điện của nhà máy điện Kết quả dự báo bồi lắng lòng hồ Trị An (với điều kiện hiện trạng về thuỷ văn, sử dụng đất, thảm phủ rừng đầu nguồn tương tự như thời điểm tính toán): Sau 10 năm, khu vực có bề dày lớp bồi lắng > 50cm chỉ chiếm khoảng 2,9% diện tích đáy hồ và chưa gây ra sự cản trở đáng kể đối với quá trình tích nước và sự vận chuyển của nước trong hồ, các luồng vận chuyển chính của dòng nước trong hồ

không bị ảnh hưởng; sau 50 năm, lòng hồ sẽ thay đổi phần đầu và bên trái hồ chính, còn phần hạ du và bên phải hồ chỉ thay đổi rất ít, có vài khu vực, bề dày lớp bồi tích lên đến 3m và có khoảng 30% diện tích đáy hồ bị bồi tích dày hơn 1m Quá trình bồi lắng của khu vực đầu hồ thường xảy ra dưới dạng bờ hồ lấn ra lòng hồ thì sự bồi lắng trong lòng hồ chính chủ yếu xảy ra vùng xa bờ, đáy vùng ven bờ của vùng đầu

sẽ lấn ra luồng chảy hàng trăm mét, vùng hồ chính sẽ xuất hiện các bãi bồi ngầm Ngô Lê Long (2012) [18] đã nghiên tính toán được trung bình hồ Núi Cốc mỗi năm bị bồi 520.000m3

, tạo lớp bùn cát bồi lắng trung bình năm là 0,02m/năm và dùng công thức của Borland Miller đã dự báo được: sau 25 năm vận hành, lượng bùn cát bồi lắng tại lòng hồ là 12,7 triệu m3; sau 60 năm vận hành, cao trình đáy hồ trước đập là 33m và khi hồ bị bồi vượt cao trình 34m thì lượng bùn cát sẽ lấp dần cửa cống lấy nước, việc lấy lưu lượng bình quân Qbq = 15m3/s qua cửa cống là rất khó

Lê Quang Linh (2012) [17] đã phân tích cơ sở khoa học và khả năng áp dụng một số giải pháp công trình, phi công trình và quản lý vận hành nhằm hạn chế bồi lắng, tăng tuổi thọ dung tích hữu ích, kéo dài thời gian vận hành hồ chứa và làm sống lại các hồ đã bị bồi lấp Các biện pháp đề xuất đều tập trung vào 3 mục tiêu chính sau: 1-Giảm thiểu và hạn chế khả năng tạo thành dòng chảy bùn cát; 2-Hạn chế dòng chảy bùn cát xâm nhập vào hồ; 3-Đưa bùn cát ra khỏi hồ

Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và Môi trường (2014) [33] đã ứng dụng 3

mô hình trong tính toán, dự báo bồi lắng hồ Tuyên Quang gồm: 1-Mô hình SWAT tính toán lượng bùn cát hiện trạng đến hồ và dự báo đến năm 2050; 2-Mô hình Mike

11 xác định và dự báo bồi lắng dọc sông; 3-Mô hình Mike 21 xác định phân bố bùn cát bồi lắng theo không gian và cho ra kết quả tính toán như sau: đến năm 2050, tổng lượng bùn cát lơ lửng đổ đến là 189,47 triệu tấn và nếu lượng bùn cát đáy bằng 40% lượng bùn cát lơ lửng thì tổng lượng bùn cát đổ vào hồ khoảng 265 triệu m3

, trung bình 6,6 triệu m3/năm, trong đó lượng bùn cát gia nhập hồ từ thượng lưu Nà Vuồng chiếm đến 71%, sông Ma chiếm 16%, sông Năng chiếm 3%, các sông khác chiếm 10% Tổng lượng bùn cát hàng năm gia nhập hồ Tuyên Quang qua các thời kỳ (trung bình 10 năm) gia tăng khoảng 14% Sau 40 năm vận hành, tổng lượng bồi lắng 144 triệu m3, trung bình là 3,6 triệu m3/năm và xét phân bố theo không gian: khu vực bồi

khá mạnh từ mặt cắt 45 đến 20, cao trình đáy tăng đến 28m; Khu vực bồi lắng mạnh nhất từ mặt cắt 35 đến 25 cách đập khoảng 40- 60km về phía thượng lưu (thuộc hạ lưu tam giác châu); Khu vực bồi ít từ mặt cắt 24 đến 1, cao trình đáy hồ không thay đổi nhiều Chênh lệch cao trình đáy khoảng từ 20 đến 30m

1.1.3 Các công trình nghiên cứu tại khu vực nghiên cứu

Liên quan đến bài toán thiết kế và nghiên cứu bồi lắng cho hồ Hòa Bình, chúng ta đã nhận được sự hỗ trợ tích cực từ Nhà nước và các nhà khoa học thuộc Liên Xô cũ Khi dự án bắt đầu được hình thành, đã có khá nhiều công trình trong nước và Quốc tế nghiên cứu cho dự án Việt Nam cũng đã tích lũy được những kinh nghiệm nhất định từ việc nghiên cứu dòng chảy và xói mòn lưu vực, bồi lắng các hồ chứa thủy lợi

Nghiên cứu đầu tiên về vấn đề bồi lắng hồ chứa Hòa Bình là của Viện thiết kế thủy công Mátxcơva (1974) [2], sử dụng mô hình toán với bước tính 05 ngày trong mùa lũ, cho kết quả dự báo hồ sẽ bị bồi lấp đến cao trình 85m sau 60 năm vận hành Lượng bồi hàng năm trung bình là 60 triệu m3/năm

Vi Văn Vị, Phạm văn Sơn, Trần Bích Nga (1985) [31] đã nghiên cứu vấn đề xói mòn sườn dốc lưu vực đe dọa tăng bồi lấp lòng hồ Hòa Bình giai đoạn đầu và ước tính được lượng cát bùn gia nhập khu giữa của hồ Hòa Bình là 1,0 triệu tấn/năm

Cao Đăng Dư (1992) [6] đã sử dụng mô hình USLE nghiên cứu xói mòn lưu vực hồ Hòa Bình, xác định lượng bùn cát gia nhập khu giữa là 1,92 triệu tấn/năm, đồng thời nghiên cứu bùn cát di đáy qua Tạ Bú bằng một số công thức khác nhau và

đi đến kết luận lượng bùn cát di đáy bằng 30% lượng bùn cát lơ lửng

Nguyễn Kiên Dũng, Trần Văn Quyết (1998) [13] sử dụng bộ số liệu khảo sát của Viện Khí tượng Thủy văn đã tính được lượng bùn cát bồi lắng lòng hồ Hòa Bình thời kỳ 1990 - 1995 là 60 triệu m3/năm, bùn cát di đáy qua cửa vào Tạ Bú bằng 30 % bùn cát lơ lửng

Nguyễn Kiên Dũng, Trần Thục (1999) [14] đã sử dụng mô hình toán với bước tính 01 tháng tính lượng bồi lắng bùn cát lòng hồ Hòa Bình và đưa ra kết quả là trung bình bồi lắng 60 triệu m3/năm

Mai Văn Biểu, Vũ Đình Hòa (1998) [4] đã sử dụng bộ số liệu khảo sát của Viện Khí tượng Thủy văn thời kỳ 1990 - 1998 và tính được tốc độ bồi lắng sau 8 năm đầu tích nước của hồ Hòa Bình trung bình là 69,4 triệu m3/năm

Nguyễn Kiên Dũng (2002) [15] đã sử dụng mô hình toán một chiều HEC-6 tính bồi lắng lòng hồ Hòa Bình trước và sau khi có hồ thủy điện Sơn La, và đã nhận được các kết quả như sau:

Trong trường hợp không có hồ thủy điện Sơn La, diễn biến bồi lắng lòng hồ Hòa Bình như sau: Thời kỳ tích nước 1992 - 2000 bồi 62,5 triệu m3/năm; thời kỳ

2001 - 2020 bồi 57,1 triệu m3/năm; thời kỳ 2021 - 2040 bồi 54,2 triệu m3/năm; thời

kỳ 2041 - 2060 bồi 51,7 triệu m3/năm; thời kỳ 2061 - 2080 bồi 46,5 triệu m3/năm và trung bình cả thời kỳ 1992 - 2080 lượng bồi lấp lòng hồ Hòa Bình là 54,5 triệu

m3/năm, nghĩa là sau 75 năm vận hành, đến năm 2065, lượng bùn cát bồi lắng trong

hồ Hòa Bình tăng gấp hai lần so với không có công trình thủy điện Sơn La

Trong trường hợp công trình thủy điện Sơn La có đập cao 265m, tốc độ bồi lắng hồ Hòa Bình trung bình thời kỳ 1992 - 2240 là 14,1 triệu m3/năm và sau 250 năm vận hành, đến năm 2240, lượng lượng bùn cát bồi lắng trong hồ gần bằng dung tích chết, thời gian hoạt động có hiệu quả của hồ tăng gấp ba lần so với không có công trình thủy điện Sơn La

Nguyễn Thị Hồng Chiên và nnk (2008) [5] sử dụng bộ số liệu thực đo của Trạm môi trường và Lắng đọng axít Hòa Bình giai đoạn 1989 - 2007 đã tính được tốc độ bồi lắng sau 19 năm là 65,8 triệu m3/năm

Như vậy, các nghiên cứu trên đã tính toán, dự báo mức độ bồi lắng hàng năm của hồ Hòa Bình trung bình từ 60 - 66 triệu m3/năm, lượng bùn cát gia nhập khu giữa dao động từ 1,0 - 1,92 triệu tấn/năm và lượng bùn cát di đáy tại cửa vào trạm

Tạ Bú bằng 30% tổng lượng bùn cát lơ lửng

Có thể thấy việc nghiên cứu bồi lắng lòng hồ dựa vào số liệu đo đạc thủy văn hay dùng mô hình toán cho kết quả tính lượng bồi lắng trung bình năm không hoàn toàn trùng khớp nhau Chưa có cơ sở để khẳng định độ tin cậy vượt trội của bất kỳ kết quả nào và các nhà nghiên cứu luôn kỳ vọng vào việc theo thời gian các quá trình trên lưu vực và trong lòng hồ trở nên ổn định hơn thì việc tính toán sẽ cho kết quả có độ tin cậy cao hơn

Tuy nhiên, với việc hồ chứa Sơn La đã tích nước và điều tiết đến cao trình mực nước dâng bình thường được 4 năm, chuỗi số liệu đo đạc bồi lắng lòng hồ Hòa Bình khi hồ hoạt động độc lập không thể kéo dài hơn Đồng thời số liệu đo đạc bồi lắng lòng hồ Hòa Bình khi có sự hoạt động của hồ Sơn La cũng đã thu được kết quả

Vì vậy, việc sử dụng bộ số liệu hiện có này để tính toán bồi lắng lòng hồ Hòa Bình

là một việc làm cần thiết mà tác giả của luận văn đặt ra trong công trình nghiên cứu của mình Việc được sử dụng chuỗi số liệu khảo sát bồi lắng lòng hồ tương đối dài

và mang tính đại diện cho các thời kỳ hoạt động của hồ, là điều kiện thuận lợi cho phép tác giả luận văn nghiên cứu diễn biến mức độ bồi lắng của hồ Hòa Bình qua các thời kỳ hoạt động của hồ, tác giả đồng thời đã nghiên cứu phân tích một số nguyên nhân gây phát sinh bồi lắng và bước đầu đánh giá ảnh hưởng do hoạt động tích nước của hồ chứa thủy điện Sơn La đến lượng bồi lắng bùn cát lòng hồ hồ Hòa Bình Để có cơ sở khoa học cho việc đề xuất một số giải pháp hạn chế gây phát sinh bồi lắng lòng hồ Kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ kiểm chứng cho các nghiên cứu trước đây về mức độ bồi lắng hồ Hòa Bình

1.2 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

Vị rí ịa lý của h Hòa Bình

Hồ chứa Hòa Bình nằm trên sông Đà, một phụ lưu chính của sông Hồng, chạy dài trên địa phận hai tỉnh Hòa Bình và Sơn La Hồ có tọa độ địa lý từ 20o48’30” vĩ

độ Bắc, 105o19’26” kinh độ Đông đến 21o19’43” vĩ độ Bắc, 103o54’52” kinh độ Đông

1.2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Đà

a) Đặ iểm hệ th ng sông su i lư vự ô Đ

Sông Đà bắt nguồn từ vùng núi Ngụy Sơn (Vân Nam, Trung Quốc) ở độ cao trên 1500m Sông Đà là chi lưu lớn nhất ở phía hữu ngạn sông Hồng, chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, sau đó ngoặt sang hướng Đông, tới thành phố Hòa Bình chuyển sang hướng Bắc và đổ vào sông Hồng ở đoạn Trung Hà cách thành phố Việt Trì 12km Tổng chiều dài của sông Đà là 1.010km, trong đó có 570km trên phần lãnh thổ nước ta Lưu vực sông Đà kéo dài từ 20o40’ đến 25o00’ độ vĩ Bắc và

từ 100o22’ đến 105o24’ độ kinh Đông và nằm theo hướng Tây bắc - Đông nam, có chiều dài 690km (phần thuộc lãnh thổ Việt Nam là 380km), chiều rộng trung bình là 76km (phần Việt Nam là 80km); nơi rộng nhất là 165km nằm trên lãnh thổ Việt Nam Diện tích toàn bộ lưu vực sông là 52.900km2 (chiếm 31% diện tích tập trung nước của lưu vực sông Hồng), phần lưu vực nằm trên lãnh thổ nước ta là 26.800km2(chiếm khoảng 16,9%) diện tích toàn miền Bắc và hơn 2 lần lưu vực sông Thao) Diện tích phần lưu vực sông Đà nằm trên lãnh thổ Trung Quốc là 24.980km2, nằm trên lãnh thổ Lào là 1.120km2 Độ cao trung bình toàn lưu vực là 1.130m (phần ở Việt Nam có độ cao trung bình 965m) [2]

Hình 1 Sơ đồ lưu vực hồ chứa Hòa Bình

Ngu n: Viện Khoa họ K í ư ng Thủ vă v iế Đổi khí hậu

Sông Đà chảy uốn khúc trong một thung lũng hẹp và sâu nằm giữa các dẫy núi cao Sông có các phụ lưu và nhiều thác ghềnh, đoạn từ biên giới Việt - Trung đến Lai Châu có 24 thác ghềnh, đoạn chảy cắt qua núi đá vôi thành yên ngựa dài 20km, sâu 50m, tách khỏi bình nguyên Tà Pình và Sín Chải có 16 thác ghềnh Ở đây sông Đà chạy theo thung lũng rộng, tạo thành khúc ngoặt về phía Bắc, sau đó về phía Nam và tiếp theo về phía Đông Nam, lòng sông mở rộng hơn, đoạn từ phía dưới cửa sông Nậm Mu khoảng 20km đến thị trấn Suối Rút có 35 thác ghềnh Sau khi chảy qua thác Bờ, lòng sông mở rộng tới 200m vào mùa kiệt và hơn 800m vào mùa

lũ, xuất hiện nhiều bãi bồi Các phụ lưu chính trên sông bao gồm: 1-Nậm Pô nằm cách cửa sông 445km, dài 73,5km, diện tích lưu vực 2.280km2; 2-Nậm Na nằm cách cửa sông 415km, dài 235km, diện tích lưu vực 6.860km2; 3-Nậm Mức nằm cách cửa sông 400km, dài 165km, diện tích lưu vực 2.930km2; 4- Nậm Ma nằm cách cửa sông 380km, dài 45km, diện tích lưu vực 765km2; 5- Nậm Mu nằm cách cửa sông 272km, dài 165km, diện tích lưu vực 3.400km2; 6-Nậm Chiến nằm cách cửa sông 256km, dài 45km, diện tích lưu vực 460km2; 7-Nậm Bú nằm cách cửa sông 252km, dài 81,5km, diện tích lưu vực 1.410km2; 8-Nậm Sập cách cửa sông 96km, dài 83km, diện tích lưu vực 1.110km2 Tại biên giới Việt - Trung, cao trình đáy sông 310m [2]

b) Chế mưa m lưu vự ô Đ

Lưu vực sông Đà có độ ẩm cao và ít thay đổi, độ ẩm tương đối trung bình năm khoảng 78 - 92% Trên lưu vực sông Đà, do ảnh hưởng của hướng và độ cao địa hình, nên mưa biến đổi rõ rệt theo không gian lưu vực sông Phần thượng lưu thuộc địa phận Trung Quốc mưa ít, lượng mưa năm dao động từ 800 - 2.000mm, trung bình là 1.500mm và có xu hường tăng dần từ thượng nguồn về đến biên giới Việt - Trung Vùng dọc biên giới Việt Trung và các khu vực phía bờ trái thuộc sườn phía Tây dẫy Hoàng Liên Sơn là vùng có mưa lớn và sinh lũ chủ yếu ở lưu vực sông

Đà với lượng mưa năm dao động từ 2.000 - 3.000mm Trong vùng này có 2 tâm mưa lớn là: 1- Tâm mưa ở vùng núi cao thượng nguồn sông Đà, từ khu vực Mường Tè phát triển lên vùng núi cao biên giới Việt - Trung, lượng mưa năm dao động từ 2.400

- 3.000mm; 2- Tâm mưa phía Tây Hoàng Liên Sơn, nằm trên lưu vực sông Đà, dọc sườn Tây Hoàng Liên Sơn và cùng với sườn phía Đông trên lưu vực sông Thao tạo

thành một tâm mưa lớn gọi chung là tâm mưa Hoàng Liên Sơn có lượng mưa dao động từ 2.500 - 3.000mm (ví dụ tại Tam Đường 2.521mm, SaPa 2.858mm) [25] Lượng mưa tháng lớn nhất xuất hiện vào tháng VI hoặc tháng VII Nguyên nhân gây mưa chính là gió mùa Tây Nam (gây ra khoảng 85% tổng lượng mưa năm, đặc biệt tập trung vào 3 tháng VII, VIII và IX) Mưa năm tăng đột ngột chủ yếu do bão,xảy

ra ở phần dưới lưu vực Lượng mưa tháng lớn nhất đo được tại trạm Hòa Bình là 734mm, mưa ngày lớn nhất đo được là 224mm Cường độ mưa 5 phút lớn nhất có thể vượt quá ngưỡng 26mm Mùa hè, số ngày mưa đạt 100 - 140 ngày, riêng tháng VII và VIII thường đạt 18 - 22 ngày/tháng Gió ở Hòa Bình, vào mùa đông có hướng Bắc và Tây bắc, vào mùa hè có hướng Nam và Tây nam, tốc độ trung bình tháng dao động trong khoảng 1,3 - 2,4m/s Tốc độ gió lớn nhất xảy ra vào mùa hè, đạt tới 28m/s tại trạm khí tượng Hòa Bình, 40m/s tại trạm khí tượng Mộc Châu [2,15,28]

c) Đặc iể ịa chấ , ịa hình lư vực ô Đ

Lưu vực sông Đà có đặc điểm cấu tạo địa chất phức tạp và chưa ổn định, bao gồm nhiều phức hệ vật chất kiến trúc từ cổ đến trẻ, phát triển theo trật tự từ đá phun trào Bazơ dưới biển, xâm nhập Mafic và kết thúc với đá trầm tích, phun trào axit, xâm nhập Granrit dạng Batolit Toàn bộ lưu vực phân bố trên nền đá vôi, tạo địa hình Karst phức tạp, nhiều đứt gãy ngang Do điều kiện địa chất kém ổn định, vùng Tây Bắc có hoạt động địa chấn cao nhất trong cả nước, nằm trong vùng động đất cấp

7 và cấp 8 [15,28]

Đặc điểm nổi bật của địa hình lưu vực sông Đà là núi và cao nguyên đều cao,

bị chia cắt mạnh theo chiều thẳng đứng Độ cao trung bình của lưu vực là 1.130m, riêng phần lưu vực thuộc lãnh thổ Việt Nam là 9.165m [15], [28] Phía Đông lưu vực

có dẫy núi Hoàng Liên Sơn - Pu Luông với đỉnh cao từ 2.500 - 3.000m, là đường chia nước giữa lưu vực sông Thao và sông Đà Phía Tây có các dẫy núi cao Pu Đen Đinh (1.886m), Pu Huổi Long (2.178m), Pu Ta Ma (1.801m) là đường chia nước giữa lưu vực sông Đà với sông Mã và sông Mê Kông Phía cực Bắc có dẫy núi cao

Pu Xi Lung (3.076m) và Ngũ Đài Sơn (3.048m), Dội Trôi (1.189m) là đường chia nước giữa lưu vực sông Đà và sông Đáy Hướng dốc chung của lưu vực là Tây bắc - Đông nam Dẫy núi cao Phan Xi Păng - Pu Luông như một bức tường tự nhiên ngăn

cản và làm suy yếu ảnh hưởng của gió mùa Đông bắc Các dẫy núi cao thuộc biên giới Việt - Lào tạo hiệu ứng phơn vào mùa gió mùa Tây nam Núi và thung lũng chạy song song theo hướng Tây bắc - Đông nam, tạo điều kiện thuận lợi cho gió Đông nam có thể xâm nhập sâu vào lưu vực [15], [28]

Mạng lưới sông ngòi lưu vực sông Đà dầy và trẻ (biểu hiện ở độ chia cắt mạnh, thung lũng sâu, hẹp có hình chữ V) Do sự khác nhau về địa hình, địa chất, mưa, thực vật, mật độ sông suối trong lưu vực không đồng nhất và phân hóa khá phức tạp Vùng núi đá phún suất ở bờ trái sông Đà, phía Tây Hoàng Liên Sơn - Pu Luông, có độ cao lớn, mưa nhiều, nên mật độ sông suối rất dày (1,5 - 1,7km/km2) Vùng núi thấp ở Tà Phình - Sín Chải, bờ trái sông Đà phía Đông nam sông Nậm Pô

và Nậm Mức, có mưa ít hơn, đất đá chủ yếu là sa diệp thạch, khí hậu khô nóng, nên mật độ sông suối dày (0,5 - 1,5km/km2) Vùng cao nguyên đá vôi mưa ít, nên mật độ sông suối chỉ từ thưa đến tương đối dày (0,5 - 1,0km/km2) Vùng thượng lưu sông Nậm Bú mưa ít, nhiều đá vôi hạn chế sự phát triển của dòng chảy mặt, nên mật độ sông suối thưa nhất (dưới 0,5km/km2) [2], [15], [28]

d) Đặ iểm th m phủ rừng của ô Đ

Diện tích rừng có xu thế diễn biến giảm mạnh; diện tích rừng của tỉnh Sơn La các năm 1945, 1968, 1976, 1985 tương ứng là 55%, 35%, 17% và 6%, của tỉnh Lai Châu năm 1976 là 28,2% đến năm 1989 chỉ còn dưới 10% [11] Diện tích rừng trên lưu vực sông Đà (phần lãnh thổ Việt Nam) năm 1993 là 282.340ha, chiếm 10,8% tổng diện tích đất tự nhiên Rừng giàu chiếm khoảng 4% diện tích, phân bố chủ yếu trên các vùng núi cao 1.000 - 2.000m ở tỉnh Sơn La và huyện Đà Bắc (tỉnh Hòa Bình) Rừng trung bình và nghèo phân bố rải rác khắp lưu vực, với hơn một nửa diện tích nằm ở các chân núi đầu nguồn Cácvùng tập trung nhiều rừng là: huyện Đà Bắc, Tuần Giáo, Phù Yên, thị xã Sơn La Vùng ít rừng nhất là Sìn Hồ, Mường Lay, Bắc Yên, Quỳnh Nhai, Phong Thổ, Yên Châu [2], [15], [28] Nguyên nhân chính gây suy giảm diện tích rừng là do khai thác gỗ quá mức và không có quy hoạch, không chú trọng đến tái sinh rừng, đốt phá nương làm rẫy, cháy rừng Thảm thực vật bị tàn phá mạnh đã gây xói mòn đất tầng mặt, làm đất thoái hóa nghiêm trọng

e) Đặ iểm thủ vă ủa lòng chính ô Đ

có nơi lượng mưa phía bờ phải giảm rõ rệt, mô đun dòng chảy chỉ đạt 1.300 - 1.400mm [2], [15], [28]

* Dòng chảy lũ

Dòng chảy lũ sông Đà thuộc loại lớn nhất trong hệ thống sông Hồng, do có sự hiện diện của hai trung tâm mưa lớn Đặc điểm nổi bật nhất của dòng chảy sông Đà làcó lũ hình thành nhanh chóng, ác liệt, với lưu lượng lũ lớn và đỉnh lũ cao Tỷ trọng dòng chảy mùa lũ chiếm bình quân 77,6 - 78,5% dòng chảy năm, chỉ riêng tháng VIII chiếm 23,7% là tháng có lượng dòng chảy lớn nhất Dòng chảy tháng lớn nhất đều lớn hơn 20% lượng dòng chảy năm, xuất hiện vào tháng VII ở thượng lưu (chủ yếu do hoạt động sớm của áp suất phía Tây) và tháng VIII ở trung, hạ lưu Mô đun dòng chảy lũ lớn nhất đã đo được ngày 21/VIII/1996 tại Tạ Bú là 484l/s.km2 Tại Lai Châu, nơi lưu vực có mưa cường độ lớn, địa hình dốc, trơ trọi, cộng với thung lũng sông bị thu hẹp, bình quân cường suất lũ lớn nhất đạt tới 77,4cm/h [2], [15], [28]

* Dòng chảy kiệt

Dòng chảy kiệt trên lưu vực phân hóa tùy thuộc đặc điểm mặt đệm và mưa Nhìn chung, nơi sông chảy qua vùng đá vôi mưa ít thì dòng chảy kiệt nhỏ Tại Lai Châu, cực tiểu tháng của mô đun dòng chảy bình quân là 6,42l/s.km2, của lưu lượng bình quân là 218m3/s và tại Hòa Bình cực tiểu tháng của mô đun dòng chảy bình quân là 6,72l/s.km2 và của lưu lượng bình quân là 346m3/s (thường xuất hiện vào tháng III), chiếm trên dưới 2% lượng dòng chảy cả năm Khu vực Mộc Châu - Sơn

La, nơi mưa ít và nhiều đá vôi, là vùng có ít nước nhất trong mùa cạn Cực tiểu tháng mô đun dòng chảy tại Thác Vai là 2,58l/s.km2, tại Thác Mộc là 4,86l/s.km2

Vùng có lượng dòng chảy nhỏ nhất dồi dào hơn (khoảng trên 10l/s.km2) phân bố trên các phụ lưu bờ trái, nơi có mưa nhiều và còn lớp phủ rừng Cực tiểu dòng chảy tháng bình quân xuất hiện đồng bộ vào tháng III, chiếm trên dưới 2% lượng dòng chảy năm Phần sông Đà thuộc Trung Quốc dòng chảy nhỏ nhất thấp hơn hẳn ở Việt Nam Cực tiểu dòng chảy tháng trên dòng chính sông Đà ít biến đổi từ thượng lưu về

hạ lưu, nhưng biến đổi mạnh hơn trên các phụ lưu (từ 2,58 - 11,6l/s.km2) [2], [15]

1.2.2 Điều kiện kinh tế xã hội

a) Đặ iể dâ ư v lao ng

Dân số toàn lưu vực là 2.650.100 người, chiếm 3,11 % dân số cả nước Đây là vùng có nhiều dân tộc sinh sống, trong đó có người Mường (chiếm 1,2% dân số cả nước), người Thái (chiếm gần 1,3% dân số của cả nước), người Mông (chiếm khoảng 0,7% dân số cả nước), người Dao…và người Kinh

Mật độ dân số toàn vùng rất thấp và không đồng đều Nơi tập trung đông nhất

là các thị xã, thị trấn,thị tứ và trên các trục đường giao thông các điểm dân cư tập trung (nông, lâm trường) Dân số đô thị của bốn thành phố, thị xã Điện Biên, Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình là 300.800 người, chiếm 12% dân số toàn vùng.Ở các khu vực núi cao, đường giao thông ít, đi lại khó khăn thường chỉ có các dân tộc ít người sinh sống, nên mật độ dân cư thưa thớt

Tổng lao động trong độ tuổi ở Tây Bắc khoảng 986.000 người, trong đó có 878.000 lao động đang làm việc trong các ngành kinh tế quốc dân (chiếm 90,7%

tổng số lao động) Lao động khu vực nông nghiệp chiếm ưu thế 76,6%, còn lại là công nghiệp và dịch vụ

b) Hiện trạng phát triển kinh tế xã h i

Đặc điểm kinh tế chung của vùng là có tiềm năng thuỷ điện lớn nhất cả nước,

có tài nguyên rừng phong phú, nhưng đã bị khai thác quá mức.Công nghiệp nhỏ bé,

có tính chất địa phương, sản xuất còn mang nặng tính tự nhiên, tự túc, tự cấp Cơ cấu kinh tế tuy có chuyển biến, nhưng còn chậm và chủ yếu là nông lâm nghiệp Các ngành công nghiệp, xây dựng và dịch vụ tăng chưa nhanh

Các ngành kinh tế chủ yếu của vùng là:

Nông nghiệp: Chăn nuôi gia súc, gia cầm phát triển Cây công nghiệp chiếm

ưu thế là chè, trồng ở Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình Trong vùng còn có bông ở Tô Hiệu (Sơn La), đậu tương ở Sơn La, Lai Châu, và những năm gần đây mới phát triển thêm cây càphê ở Tây Bắc

Lâm nghiệp: diện tích rừng tự nhiên bước đầu được bảo vệ, diện tích đất trồng, đồi núi trọc được thu hẹp dần Công nghiệp Tây Bắc (trừ thuỷ điện Hoà Bình

và Sơn La) còn rất nhỏ bé, nhưng đã bước đầu chuyển hướng vào việc khai thác thế mạnh của vùng, đáp ứng nhu cầu hàng hoá Nhà máy thủy điện Sơn La đi vào hoạt động đã góp phần thúc đẩy nền kinh tế khu vực Tây Bắc ngày càng phát triển

Giao thông: Trục giao thông chính là hệ thống các quốc lộ số 6, 37, 4D, 32,

15, ngoài ra còn có đường thuỷ và đường hàng không

c) Nhữ a ổi kinh tế xã h i sau khi có h

Hồ chứa Hòa Bình chạy dài hơn 200km từ huyện Mường La, Sơn La về đến thành phố Hòa Bình Do điều kiện tự nhiên, địa hình địa mạo của lưu vực hồ chứa Hòa Bình không thuận lợi cho phát triển khu dân cư, hầu hết các trung tâm huyện lỵ, thị trấn, thị xã đều nằm cách xa hồ, nên công nghiệp và thương mại chưa có điều kiện phát triển Trên hồ chủ yếu phát triển hai loại hình dịch vụ là hoạt động giao thông thuỷ, hoạt động du lịch và tập trung tại các khu vực đông dân như Phà Vạn Yên, Chợ Bờ Trong vùng dân cư thưa thớt, sống theo đơn vị bản và rải rác trên các quả đồi Đời sống dân cư còn gặp nhiều khó khăn, nguồn thu nhập chủ yếu là từ nông nghiệp du canh du cư đốt nương làm rẫy và từ lâm nghiệp, thủy sản trên hồ

Tình trạng văn hóa và giáo dục còn hạn chế: nhiều trẻ em ở độ tuổi cấp tiểu học không được đến trường, hiện tượng tái mù chữ và trẻ em bỏ học trở nên phổ biến do thiếu đói, không có lớp, thiếu giáo viên Bản sắc dân tộc với các truyền thống tập tục, lễ hội bị mai một, quan hệ dòng họ không còn chặt chẽ như trước, tệ nạn xã hội như trộm cắp, ma túy, mại dâm vốn xa lạ với vùng cao cũng đã xuất hiện

Việc tích nước hồ chứa thủy điện Hòa Bình đã chôn vùi 700km đường giao thông, 70 công trình thủy lợi, 83.000m2 trường học, trạm y tế, nhiều di tích lịch sử

và mỏ khoáng sản Trong 152.000ha bị ngập có trên 300 ha rừng trồng, 813,1ha rừng gỗ, 795,7ha rừng tre nứa và nhiều thảm cỏ, gây tác động hủy diệt nhiều động vật quý hiếm Nước cũng nhấn chìm 1.600ha lúa hai vụ, 1.100ha lúa một vụ, 2.426ha hoa màu với những cánh đồng từng đạt sản lượng cao 5tấn/ha (Đà Bắc), 10tấn/ha (Phù Yên) và hàng trăm ha vườn cây ăn quả có giá trị Nước ngập đã khiến 8.000 hộ dân, với khoảng 50.000 người phải di chuyển khỏi nơi cư trú lâu đời của

họ, bỏ lại nhà cửa, mồ mả, cầu cống công trình vệ sinh Tại nơi ở mới, sinh kế mới chưa đáp ứng đủ nhu cầu lao động của người dân, thiếu đất sản xuât, đặc biệt là đất lúa, người dân phải chuyển từ thâm canh lúa nước hai vụ sang canh tác nương rẫy trên đất có độ dốc lớn, gây tăng xói mòn sườn dốc,giảm năng suất cây trồng: trung bình lúa chỉ đạt 6tạ/ha, ngô vụ nương đầu đạt 8tạ/ha và giảm dần theo thời gian do

du canh Cuộc sống của người dân ven hồ trở nên rất khó khăn, dẫn đến người dân phải khai thác triệt để nguồn tài nguyên thiên nhiên, kể cả việc chặt đốt những cánh rừng còn lại Hậu quả là rừng mất, thời tiết khắc nghiệt hơn

Điều kiện vệ sinh môi trường của cộng đồng dân di cư rất khó khăn: Thay đổi môi trường vật lý, như tăng độ ẩm, ngập nước ở các sông nhánh chảy chậm, hình thành bán đảo và đảo trong hồ , tạo điều kiện thuận lợi cho các loại ký sinh trùng và

vi khuẩn gây bệnh phát triển Tập tục lạc hậu như nuôi gia súc, gia cầm dưới sàn nhà, nuôi lợn thả rông, phóng uế bừa bãi cùng với mạng lưới y tế xuống cấp, thiếu thuốc men, điều kiện sinh hoạt ở nơi cư trú mới chưa đảm bảo vệ sinh, không đủ nước sạch sinh hoạt đã tạo điều kiện cho nhiều loại bệnh phát triển như các bệnh về nội tiết, rối loạn dinh dưỡng, thấp khớp, suy dinh dưỡng, viêm phế quản cấp, bệnh ngoài da và trong đó đáng chú ý nhất là bệnh sốt rét

Việc xây dựng đập còn liên quan đến những vấn đề nhạy cảm khác về dân tộc, chính trị xã hội và đoàn kết cộng đồng Phần lớn những người chịu ảnh hường trực tiếp của hồ chứa lại chưa được hưởng các tác động tích cực của nó, có khoảng

30 - 40% số xã của 2 tỉnh Hòa Bình và Sơn La chưa có đường dây điện lưới

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu chính là những vấn đề liên quan đến bồi lắng lòng hồ chứa thủy điện Hòa Bình Hồ Hòa Bình có các thông số cơ bản sau (bảng 1) [15]

Bảng 1 Một số thông số của hồ chứa Hòa Bình

Mực nước chết (Mực nước có thể hoạt động được) m 80 (75)

Cửa xả đáy:

Số lượng 12 cửa, Cao trình đáy cửa 56 m, Kích thước 6 m x 10 m,

Lưu lượng xả tối đa qua cửa xả đáy 21.900 m3

/s Cửa xả mặt:

Số lượng 6 cửa, Cao trình đáy cửa 102m, Kích thước 15m x 15m,

Lưu lượng xả tối đa qua cửa xả mặt 13.500m3/s

Ngu n: Nguyễ Kiê Dũ - 2002

Hồ chứa Hòa Bình được thiết kế phục vụ cắt lũ lớn, đảm bảo mực nước Hà Nội ≤13,3m Hồ vận hành cắt lũ theo Quy trình ban hành trong Quyết định số 198/2011 QĐ-TTg [26], trong đó quy định cao trình mực nước dâng bình thường là 117m, cao trình mực nước dâng gia cường là 122m và 3 thời kỳ vận hành cắt lũ là:

1-Thời kỳ lũ sớm từ 15/VI - 19/VII: Trước 25/VI để cắt lũ tiểu mãn bảo vệ sản xuất và xây dựng, hồ được tích nước đến 105m và duy trì xả xuống hạ du lưu lượng ≤ 4000m3/s bằng 3 cách: 1-tích nước đến cao trình 107; 2- nhờ hồ Sơn La tích đến cao trình 205m; 3-xả xuống hạ du bằng lưu lượng đến hồ Từ 26/VI đến 19/VII: Khi mực nước tại Hà Nội >11,5m, hồ Hòa Bình tích nước đến108m để cắt lũ, sau

đó lại xả về 105m Từ 10/VII đến 20/VII bắt đầu điều tiết nước về 101m

2-Thời kỳ lũ chính vụ 20/VII - 21/VIII: Khi dự báo trong 24 giờ mực nước tại

Hà Nội >11,5m, tích nước hồ Sơn La đến 196 - 200m, tích nước hồ Hòa Bình đến 107m để giữ mực nước tại Hà Nội ≤11,5m, sau đó xả nước hồ Sơn La về 194m và Hòa Bình về 101m Khi mực nước tại Hà Nội >11,5m và sẽ tăng trong 24 giờ, hồ Sơn La được tích đến 203 - 205m hoặc cao hơn, hồ Hòa Bình được tích đến 109m hoặc cao hơn để cắt lũ cho Hà Nội ≤13,1m, sau đó xả nước hồ Sơn La về 194m và

hồ Hòa Bình về 101m Khi mực nước tại Hà Nội >13,1m và dự báo sẽ vượt 13,4m trong 24 giờ, tích nước hồ Sơn La đến 215 m, hồ Hòa Bình đến 117m để giữ mực nước tại Hà Nội ≤13,4m, sau đó xả nước hồ Sơn La về 194m, hồ Hòa Bình về 101m Khi hồ Sơn La, Hòa Bình hết dung tích phòng lũ mà dự báo lũ còn lên trong 24 giờ

và tại Hà Nội sẽ vượt 13,4m, cần xem xét công bố lệnh báo động khẩn cấp về lũ lụt,

hồ chứa chuyển sang vận hành đảm bảo an toàn công trình, đồng bằng sông Hồng - Thái Bình cần thực hiện ngay biện pháp chống lũ vượt lũ thiết kế Sau 18-21/VIII được phép tích nước hồ Hòa Bình đến110m

3- Thời kỳ lũ muộn từ 22/VIII - 15/IX: Từ 22/VIII - 30/IX hồ Hòa Bình được xét tích đến 117m, nếu lưu lượng đến hồ tăng, thì được phép xả bằng lưu lượng đến

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp kế thừa tài liệu thứ cấp

Luận văn đã kế thừa có chọn lọc các tài liệu, tư liệu thứ cấp và kết quả của các công trình nghiên cứu đã công bố liên quan đến vấn đề nghiên cứu, để làm cơ sở

cho việc lựa chọn vấn đề nghiên cứu và có được cái nhìn tổng thể, khách quan về hiện trạng, diễn biến bồi lắng bùn cát lòng hồ Hòa Bình Danh mục các tài liệu thứ cấp đã tham khảo được trình bày trong phần “Tài liệu tham khảo” của luận văn

Trong luận văn tác giả đã thu thập và tổng hợp các tài liệu thủy văn, thủy lực của sông Đà và lòng hồ Hòa Bình, kết quả đo đạc phù sa, lưu lượng nước, cao trình đáy hồ hàng năm và kết quả đo thực nghiệm xói mòn đất dốc được thực hiện tại Trạm quan trắc Môi trường và Lắng đọng axít Hòa Bình Do bản thân tác giả từng là nhân viên của trạm từ năm 2000 và hiện nay là người quản lý, điều hành các nhiệm

vụ thường xuyên của trạm, tác giả cũng vừa là người chịu trách nhiệm xây dựng kế hoạch khảo sát bồi lắng và giám sát chất lượng nước hồ chứa Hòa Bình hàng năm cho trạm và vừa trực tiếp tham gia các đợt khảo sát đó Kết quả của việc thu thập số liệu, xử lý số liệu theo quy phạm và xây dựng bộ số liệu đồng bộ qua các năm vừa là tài sản của cơ quan chủ quản, vừa chứa đựng công sức đóng góp của chính tác giả

Trong quá trình công tác, tác giả cũng đã cùng đồng nghiệp công bố được hai

kết quả nghiên cứu là bài viết “X ế diễn biến b i lắng h chứa ước Hòa Bình

iai oạn 1989 - 7” đăng trong tạp chí Khí tượng Thủy văn số 576 xuất bản

tháng 12 năm 2008, trang 46 - 53, 2 bài báo cáo “Đá iá iện trạ ước h chứa

Hòa Bình và những gi i pháp b o vệ chấ lư ướ ” và “ ướ ầ á iá nh ưởng của ưa ến xói mòn khu vực h Hòa Bình (phần Việt Nam)” lần lượt đăng

trong Tuyển tập báo cáo khoa học tại Hội thảo khoa học của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường lần thứ XIV năm 2011, XVI năm 2013, tập 2 trang

297 - 301 Tác giả cũng đã được tham gia thực hiện phần tổng quan về hồ chứa Hòa Bình trong đề tài “Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 và tương đương trong điều tra, dự báo và đánh giá các tai biến địa chất các công trình hồ thuỷ điện, đường giao thông các tỉnh khu vực Tây Bắc” của Viện Địa chất do Tiến sĩ Phạm Quang Sơn làm chủ nhiệm đề tài Đề tài đã nghiên cứu trên 2 hồ lớn điển hình của khu vực là hồ chứa Hòa Bình và Sơn La

2.2.2 Phương pháp phân tích nhân quả và phân tích tổng hợp

Các quá trình sinh dòng chảy và xói mòn trên sườn dốc lưu vực là những quá trình địa lý tự nhiên có tính nhân quả và phụ thuộc phức tạp vào tổ hợp các yếu tố

nhất định một cách có quy luật Như xói mòn sườn dốc là hàm của các yếu tố nguyên nhân chính là đặc trưng mưa sinh dòng chảy, đặc điểm độ dốc và độ dài sườn dốc, đặc trưng kháng xói mòn của đất, đặc trưng lớp phủ thực vật và đặc điểm tác động của hoạt động nhân sinh Khi mưa rơi xuống bề mặt, một phần tiêu hao cho bốc thoát hơi, thấm xưống đất và đọng ở các chỗ trũng, phần còn lại tạo thành lớp nước chảy tràn trên sườn dốc, lượng mưa tham gia tính toán xói mòn là lượng mưa theo trận với lượng mưa đủ lớn để sinh ra dòng chảy Sử dụng tiếp cận phân tích nhân quả, trạm nghiên cứu đã thiết kế xây dựng bãi thực nghiệm đo xói mòn, làm cơ

sở cho việc nghiên cứu nguyên nhân gây bồi lắng lòng hồ Hòa Bình, từ đó đề xuất một số biện pháp hạn chế phát sinh bồi lắng hồ Hòa Bình Trong tính toán xói mòn theo hàm tương quan, các nhà nghiên cứu phải xác định được phần cường độ mưa sinh xói mòn trong cường độ mưa tổng thì hệ số tương quan mới đủ lớn

2.2.3 Phương pháp đo đạc, khảo sát và thu thập, xử lý số liệu

2.2.3.1 Đánh giá nhanh môi trường

a) Kh o sát thự ịa

Quan sát định kỳ, ghi chép, chụp ảnh tuyến nghiên cứu dọc theo hồ để nhận diện các thay đổi tại mặt cắt đo đạc và các vùng bờ, vùng nước; Ghi nhận các thay đổi hoạt động canh tác vùng bán ngập, các vết trượt lở vùng bờ, điểm cháy rừng…

b) Phỏng vấn

Phỏng vấn không chính thức: Phỏng vấn được thực hiện đối với những người

địa phương tình cờ gặp trên đường trong các kỳ đo đạc Thông qua phỏng vấn nhanh

có thể thu thập được các thông tin về hoạt động sản xuất nông nghiệp trên vùng bán ngập, điều kiện sống và những khó khăn mà họ gặp phải trong quá trình canh tác vén trên vùng bán ngập hay khai thác thủy sản trong lòng hồ

Phỏng vấn bán chính thức các chuyên gia: Tác giả sử dụng kỹ thuật phỏng

vấn bán chính thức đối với một số chuyên gia có trình độ chuyên môn cao, hoặc giàu kinh nghiệm trong lĩnh vực đo đạc, tính toán, nghiên cứu bồi lắng hồ chứa, đặc biệt các nhà khoa học đã có những công trình nghiên cứu về bồi lắng hồ Hòa Bình, một

số chuyên gia đã nhiều năm đi khảo sát thực địa cùng tác giả, có bề dầy kinh nghiệm trong lĩnh sử dụng thiết bị đo ngoài hiện trường tham gia góp ý cho Luận văn Với

phương pháp này, tác giả đã tiếp thu được những ý kiến đóng góp quý báu và chuyên sâu hơn trong lĩnh vực bồi lắng, giúp kết quả nghiên cứu của tác giả được

hoàn thiện hơn (Danh sách chuyên gia trong phần phụ lục)

2.2.3.2 Đo và tính bồi lắng lòng hồ

Trong các chuyến đi thực địa, nhiệm vụ chính của tác giả là sử dụng máy hồi

âm đo sâu đa tần, máy định vị GPS 2 tần, để xác định tọa độ, độ sâu tại các điểm

đo trên các mặt cắt ngang của hồ từ thượng lưu về đến hạ lưu, điều tra sạt lở 2 bên

bờ, vị trí và chiều dài các bãi bồi, quan trắc, lấy mẫu trầm tích đáy hồ và đo và lấy mẫu giám sát chất lượng nước hồ

a) Hệ th ng tuyế o ặt cắt ngang h Hòa Bình:

Căn cứ hồ sơ thiết kế xây dựng hồ chứa Hòa Bình và kết quả khảo sát của Viện khoa học Khí tượng Thủy văn, hai mặt cắt Tạ Bú và chân đập được chọn làm tuyến cửa vào và cửa ra của hồ, được bố trí đặt 2 trạm đo đạc thủy văn theo quy chuẩn Viện khoa học Khí tượng Thủy văn và Công ty thủy điện Hòa Bình cũng đã xây dựng được hệ thống mặt cắt chuẩn cố định để đo đạc giám sát bồi lắng lòng hồ theo phương pháp so sánh thể tích Mỗi mặt cắt ngang có 04 mốc bê tông kiên cố:

PA, PB, TA, TB lần lượt là mốc bờ phải chính, phụ và mốc bờ trái chính, phụ Cao

độ và tọa độ của mốc tại các mặt cắt đã được Trung tâm Nghiên cứu Môi trường và Công ty thủy điện Hòa Bình dẫn truyền từ mạng lưới cao - tọa độ Quốc gia hạng IV trong năm 1990 Để thuận tiện cho việc xác định vị trí các điểm đặc trưng của mặt cắt, quy ước lấy mốc chính bờ trái (TjA) làm mốc khởi điểm, hướng đi từ TjA đến

TjB hoặc các điểm nằm giữa TjA và TjB mang dấu âm (-) [27]

Về nguyên tắc, nếu các mặt cắt ngang bố trí càng dày thì kết quả tính toán thể tích lòng hồ và lượng bùn cát bồi lắng càng chính xác, song như vậy sẽ rất tốn kém Dựa theo kết quả nghiên cứu 57 hồ chứa có diện tích vực từ 30 ha đến 15.000 ha, Cục khai hoang Hoa Kỳ đã xây dựng được công thức kinh nghiệm (2) tính số mặt cắt ngang tối thiểu Ncstheo diện tích mặt hồ As (ha) ứng với mực nước dâng bình thường, phục vụ tính bồi lắng hồ chứa bằng phương pháp so sánh thể tích theo công thức (1):

Ncs = 2,942As0,3652 (1)

Năm 1989, khi hồ bắt đầu tích nước đến cao trình 90m và điều tiết phát điện,

hệ thống thiết lập được 39 mặt cắt phân bố từ cửa đập (mặt cắt số 1) đến Chim Vàn, huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La (cách đập 154km) Năm 1990, khi mực nước dâng đến cao trình bình thường, hệ thống phát triển lên đến Bản Trang, huyện Mường La, tỉnh Sơn La và có 64 mặt cắt (hình 2)

Hình 2 Sơ đồ vị trí các mặt cắt ngang hồ chứa Hòa Bình

Ngu n: Trung tâm Nghiên cứu Môi rường

Ứng với cao trình 115m, mặt hồ Hòa Bình rộng 19.730ha, nên theo công thức (1), hồ phải được giám sát với số mặt cắt ngang tối thiểu là 110 mặt cắt Thực tế trước đây chỉ bố trí được 64 mặt cắt trên lòng chính, trung bình khoảng 3km/1 mặt cắt, nhưng có nơi cách tới trên 10km (mặt cắt 18-19), các phụ lưu lớn của hồ như Hiền Lương, suối Rút, Suối Tốc không có tuyến khống chế nghiên cứu, nên kết quả tính toán bồi lắng chỉ đạt được độ tin cậy nhất định [15] Từ năm 1998 các tuyến mặt cắt trên đoạn hồ từ Tạ Bú đến Bản Trang (mặt cắt 56 - 60) bị loại bỏ không quan trắc Năm 2013, hệ thống lại thay đổi, xây thêm được 33 mặt cắt tại những vị trí giữa các mặt cắt có khoảng cách lớn như một số mặt cắt tại phía hạ lưu, do đó tổng cộng

có 97 mặt cắt, sẽ được đưa vào đo đạc từ năm 2015

b) P ươ á o kh o á ịa hình lòng h :

Thời gian khảo sát địa hình lòng hồ thường được tiến hành vào cuối tháng XII hàng năm (thời điểm mực nước hồ cao và ổn định, lượng bùn cát về hồ nhỏ nhất, lòng hồ tương đối ổnđịnh để đảm bảo tính đồng nhất của bộ số liệu đo đạc) [27]

Địa hình lòng hồ phần bị ngập nước được đo bằng máy hồi âm đo sâu FURUNO-600 và FURUNO-400 của Nhật, phần không bị ngập nước (phần cạn) được đo bằng máy thủy chuẩn Ni-025 của Đức Góc định vị của các điểm phất cờ được đo bằng máy kinh vĩ THEO-020A của Đức Đường đáy và khoảng cách giữa hai mốc PA-TA được đo bằng máy đo khoảng cách bằng ánh sáng của Nga

Từ năm 2002, đo bồi lắng lòng hồ đã được thay đổi và áp dụng theo nguyên

lý tích hợp số liệu GPS 2 tần TSIMBLE-R4 và máy hồi âm đo sâu đa tần HDROTRAC-II của Mỹ Mô hình đo bình đồ lòng hồ được thể hiện trong hình 3

Tọa độ các điểm được xác định bằng công nghệ DGPS RTK - kỹ thuật đo nhanh có độ chính xác cao của máy 2 tần, trong đó:

Tọa độ của điểm B là: (XB=XA+dX, YB=YA+dY, ZB=ZA+dZ) (2) Tọa độ của điểm C là: (XC=XB, YC=YB , ZC=F+H+XB) (3) Trong đó: A là điểm gốc đã biết tọa độ, nơi đặt trạm máy tĩnh, B là điểm của trạm máy động (tọa độ xác định bằng công nghệ DSPS RTK), dX, dY, dZ là gia số tọa độ được tính toán sau khi giải mã các tín hiệu vệ tinh thu được từ 2 máy thu tĩnh và động, C là điểm cần các xác định tọa độ và độ sâu, F là khoảng cách từ ăng ten máy GPS động đến ăng ten máy đo sâu hồi âm, H là độ sâu xác định bằng máy đo sâu hồi

âm theo công thức:

Hình 3 Sơ đồ đo bình đồ lòng hồ Hòa Bình

c) P ươ á í b i lắng h Hòa Bình

Để xác định lượng bùn cát bồi lắng hồ Hòa Bình, dùng phần mềm TOBO nội suy đường đồng mức ở khu vực mặt cắt theo mô hình mặt cắt Vẽ mặt cắt chính qua điểm đầu TA và điểm cuối PA với khoảng cách giữa 2 điểm đo sâu là 10 - 15m Xuất số liệu sang file TXT rồi dùng phần mềm trong NC để tính ra thể tích

Thể tích hồ ứng với cao trình 120 m tính theo công thức (4) hoặc (5) [22]:

(4)

hoặc: (5)

Trong đó: V là thể tích hồ ứng với mực nước nào đó (m3), A là diện tích mặt cắt ngang ứng với mực nước nào đó (m2), ∆F là diện tích mặt hồ khống chế giữa 2 mặt cắt ngang (m2), B là độ rộng của hồ ứng với mực nước nào đó (m), ∆L là khoảng cách giữa 2 mặt cắt ngang liên tiếp (m), J là số thứ tự các mặt cắt ngang

Hình 4 Sơ đồ đoạn sông, hồ có số liệu mặt cắt ngang

2.2.3.3 Phương pháp đo đạc tính toán xói mòn sườn dốc trên bãi thực nghiệm

Hệ thống bãi đo xói mòn gồm 8 bãi được xây dựng năm 1996, thiết kế cho 4

độ dốc 3%, 7%, 10% và 15%, mỗi độ dốc 2 bãi với 2 kiểu thảm thực vật khác nhau, diện tích mỗi bãi là 50m2 Các bãi có tường xây bao giữ dòng chảy và có 2 bể (có mái che mưa) đặt ở cuối bãi để hứng dòng chảy và vật chất xói mòn cuốn theo (1 bể hứng dòng mặt, một bể hứng dòng ngầm) [27]

Xói mòn trên đất dốc được đo và tính theo phương pháp sau:

* Phương pháp cân đong trực tiếp: Khi mưa kết thúc, đọc mực nước, đo độ đục Sau

đó tháo nước, vét bùn đáy bể, cân sấy và tính toán theo các bước sau:

- Tính lượng dòng chảy V hứng được theo công thức: V= (Hc- Hđ) x S (m3) (6) Trong đó: Hđ, Hc là mực nước đọc lần đầu,l ần cuối, S là diện tích đáy bể

- Lượng bùn cát lơ lửng (BCLL) tính theo công thức: BCLL =  x V (kg) (7) Trong đó:  là độ đục trung bình

- Tổng lượng bùn cát (BCTT) tính theo công thức: BCTT = BCLL+BCĐ (kg)(8) Trong đó: BCĐ là bùn cát đáy

Từ đó tính được lượng đất bị xói mòn, rửa trôi của từng bãi

hi

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Đánh giá diễn biến bồi lắng lòng hồ Hòa Bình theo không gian và thời gian

3.1.1 Kết quả tính toán bồi lắng của hồ Hòa Bình

Kết quả tính lượng bồi lắng lòng hồ được trình bày trong bảng 2 [5], [27]

Bảng 2 Kết quả tính bồi lắng lòng hồ Hòa Bình (1990 - 2013)

Năm Lượng nước về (10 9 m 3 )

Khối lượng bồi lắng

3.1.2 Đánh giá diễn biến bồi lắng lòng hồ Hòa Bình theo không gian và thời gian

Để có thể đánh giá quá trình bồi lắng hồ Hòa Bình một cách chi tiết, tác giả chia thời gian đánh giá làm 3 giai đoạn là: 1-Giai đoạn chưa hình thành hồ chứa Hòa Bình; 2-Giai đoạn hình thành hồ chứa Hòa Bình và bắt đầu tích nước; 3-Giai đoạn

tích nước và điều tiết đến cao trình mực nước dâng bình thường 115 - 117m

* Giai đoạn chưa hình thành hồ (1961 - 1986):

Theo số liệu thống kê, khi chưa có hồ chứa Hòa Bình, hàng năm lượng cát bùn chuyển qua mặt cắt Tạ Bú là 93,4 triệu tấn, qua mặt cắt Hòa Bình là 83,9 triệu tấn, nghĩa là đã bị hụt khoảng 9,5 triệu tấn (7,3 triệu m3) do bồi lắng hoặc chuyển sang di đẩy (trường hợp thiếu hụt như trên chiếm 80% số năm tính toán) Năm thiếu hụt lớn là 1966 (56,7 triệu tấn) [15]

* Giai đoạn hình thành hồ và bắt đầu tích nước:

Trong 3 năm đầu xây dựng mạnh mẽ nhất (1987 - 1989), trung bình lượng bùn cát chuyển vào hồ qua mặt cắt Tạ Bú đạt khoảng 57 triệu tấn/năm, bằng 63% bình quân nhiều năm, qua mặt cắt Hòa Bình giảm mạnh chỉ còn 10,1 triệu tấn/năm

Do đập chưa hoàn thiện, ổn định, mực nước hồ thường chỉ được duy trì ở cao trình

22 - 42m, hồ vận hành như sông, nước về bao nhiêu xả qua đập bấy nhiêu, nên lượng bùn cát bị giữ lại trong hồ không nhiều, khoảng 36,1 triệu m3/năm [15], [30]

* Giai đoạn hồ tích nước và điều tiết đến cao trình mực nước dâng bình thường:

Đây là thời kỳ có mức độ bồi lấp diễn biến phức tạp, phân bố không đều theo không gian và thời gian Theo số liệu thực đo, trong giai đoạn 1990 - 2013, lượng bồi lắng lòng hồ trung bình là 57,8 triệu m3/năm [27] Tổng lượng bồi lắng đã bằng 37% dung tích chết, một số mặt cắt khu vực trung lưu hồ đã bị bồi lấp vào phần dung tích hữu ích

3.1.2.1 Diễn biến bồi lắng lòng hồ theo thời gian

Diễn biến bồi lắng lòng hồ qua các năm được thể hiện trong hình 4

Phân tích hình 4 cho thấy: Khối lượng bồi lắng qua các năm là khác nhau, năm có lượng bồi lắng lớn nhất là năm 1996 với khối lượng là 87,5 triệu m3, nguyên nhân là do năm 1996 có lũ lịch sử với lưu lượng đỉnh lũ đạt 22.650m3/s đã chuyển về

hồ một lượng bùn cát khổng lồ Năm có lượng bồi lắng ít nhất là năm 2013, nguyên