Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới lũ thiết kế và khả năng phòng lũ hạ du các hồ chứa lưu vực sông vu gia – thu bồn

Sơ đồ vị trí trí các công trình thủy điện nằm trong Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn .... Thông số kỹ thuật chủ yếu của các hồ chứa thủy điện nằm trong

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn được thực hiện dựa trên các số liệu thu thập từ nguồn thực

tế, đã được công bố, đăng tải trên các tạp chí, sách, báo chuyên ngành Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực, không sao chép bất kỳ một luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào khác đã thực hiện trước đó

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu độc lập của bản thân với sự giúp đỡ

của giáo viên hướng dẫn Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm

ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2016

Học viên

Ngô Mạnh Hà

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Ngô Lê An và PGS.TS Ngô Lê Long đã

hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp các kiến thức khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Khoa Thuỷ văn – Tài nguyên nước, phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học trường Đại học Thủy Lợi đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành tốt luận văn thạc sỹ của mình

Tác giả chân thành cảm ơn các đồng nghiệp và lãnh đạo Cục Quản lý tài nguyên nước

đã tạo điều kiện, cung cấp các tài liệu liên quan và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn bè và gia đình đã động viên, khích lệ tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Học viên

Ngô Mạnh Hà

MỤC LỤC

MỤC LỤC HÌNH vi

MỤC LỤC BẢNG viii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của Đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan tính toán lũ thiết kế có xét đến BĐKH 3

1.1.1 Các phương pháp tính lũ thiết kế 3

1.1.2 Tổng quan tính toán lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu 5

1.1.2 .1 Các nghiên cứu trên thế giới 5

1.1.2.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam 7

1.2 Tổng quan nghiên cứu vận hành hồ chứa phòng lũ hạ du 9

1.2.1 Các nghiên cứu vận hành hồ chứa phòng lũ hạ du trên thế giới 9

1.2.2 Các nghiên cứu vận hành hồ chứa phòng lũ hạ du ở Việt Nam 13

1.3 Đề xuất những vấn đề nghiên cứu trong luận văn 15

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ TÌNH HÌNH LŨ LỤT VÙNG NGHIÊN CỨU 16

2.1 Đặc điểm tự nhiên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn 16

2.1.1 Vị trí địa lý 16

2.1.2 Đặc điểm địa hình 16

2.1.3 Đặc điểm thảm phủ thực vật 17

2.2 Mạng lưới sông ngòi 18

2.2.1 Sông Vu Gia 18

2.2.2 Sông Thu Bồn 19

2.3 Mạng lưới trạm quan trắc khí tượng, thủy văn trên lưu vực 20

2.4 T ình hình mưa, lũ trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn 22

2.4.1 Tình hình mưa lũ 22

2.4.2 Đặc điểm dòng chảy lũ trên lưu vực 24

2.4.3 Khả năng xảy ra lũ lớn nhất trong năm trên lưu vực 26

2.4.4 Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến đặc trưng dòng chảy lũ 28

2.5 Hiện trạng hệ thống hồ chứa thủy điện trên lưu vực 29

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ SỰ THAY ĐỔI LŨ THIẾT KẾ CÁC HỒ CHỨA TRÊN L ƯU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 37

3.1 Lựa chọn kịch bản BĐKH 37

3.1.1 Đặc điểm các mô hình mô phòng kịch bản biến đổi khí hậu 37

3.1.2 Phân tích lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu 38

3.2 Phân tích, đánh giá sự thay đổi lượng mưa tại các trạm trên lưu vực dưới tác động của BĐKH 40

3.2.1 Phương pháp tính toán, xác định lượng mưa tại các trạm theo các kịch bản BĐKH 40

3.2.2 Kết quả tính toán, dự báo sự thay đổi lượng mưa tại các trạm theo các kịch bản BĐKH lựa chọn 43

3.3 Phân tích, đánh giá thay đổi dòng chảy lũ thiết kế tại hồ A Vương dưới tác động của BĐKH 46

3.3.1 Xác định dòng chảy lũ thiết kế tại hồ A Vương 46

3.3.2 Xác định dòng chảy lũ thiết kế tại hồ A Vương theo các kịch bản BĐKH 47

CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐIỀU TIẾT LŨ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA KHI XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 51

4.1 Thiết lập bài toán vận hành liên hồ chứa kiểm soát lũ lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn 51

4.1.1 Phân tích lựa chọn các trận lũ điển hình 51

4.1.2 Thiết lập bài toán vận hành liên hồ chứa kiểm soát lũ lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn 54

4.1.2.1.Nguyên tắc vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn 54

4.1.2.2.Thiết lập bộ công cụ mô hình toán phục vụ bài toán vận hành liên hồ chứa phòng lũ 56

4.2 Đánh giá hiệu quả cắt giảm lũ hạ du của hồ A Vương 64

4.2.1 Đánh giá sự gia tăng mực nước hạ du theo sự biến đổi lưu lượng đến hồ A Vương 65

4.2.2 Hiệu quả cắt giảm lũ của hồ A Vương 66

4.3 Đánh giá hiệu quả cắt giảm lũhạ du của hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn 70

4.3.1 Tính toán với trận lũ năm 1998 (từ 18 ÷ 25/11) 72

4.3.2 Tính toán với trận lũ năm 2007 (từ 09 ÷ 17/11) 75

4.3.3 Tính toán với trận lũ năm 2009 (từ 28/9 ÷ 4/10) 76

4.4 Nghiên cứu điều chỉnh quy tắc vận hành hồ chứa A Vương trong trường hợp lũ đến hồ là lũ thiết kế, lũ thiết kế (có xét BĐKH) 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

1 Các kết quả đạt được 87

2 Những tồn tại trong luận văn 89

3 Những kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

Tiếng Việt 90

Tiếng Anh 91

PHỤ LỤC 93

MỤC LỤC HÌNH

Hình 2.1 Phạm vi lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 18

Hình 2.2 Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực Vu Gia - Thu Bồn 22

Hình 2.3 Xu thế biến đổi mưa 1,3,5,7 ngày max trạm Thành Mỹ (1979 - 2008) 23

Hình 2.4 Tổng hợp quá trình lũ chính vụ trạm Thành Mỹ 28

Hình 2.5 Thời gian xuất hiện lũ lớn nhất trạm Thành Mỹ 28

Hình 2.6 Sơ đồ vị trí trí các công trình thủy điện nằm trong Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 36

Hình 3.1 Phạm vi mô hình HadGEM3-RA 39

Hình 3.2 Ô lưới mô hình khí hậu HadGEM3-RA cho vùng Việt Nam 41

Hình 3.3 Các trạm khí tượng, thủy văn sử dụng để tính toán chi tiết hoá lượng mưa từ mô hình HadGEM3-RA 42

Hình 3.4: Vị trí công trình thủy điện A Vương trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 46

Hình 3.5 Đường tần suất X1max trạm Hiên và Đà Nẵng kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 48

Hình 4.1 Quá trình lũ đến hồ A Vương – mô hình lũ năm 1988 53

Hình 4.2 Quá trình lũ đến hồ A Vương – mô hình lũ năm 2007 53

Hình 4.3 Quá trình lũ đến hồ A Vương – mô hình lũ năm 2009 54

Hình 4.4 Sơ đồ khối bài toán quy trình vận hành liên hồ chứa 56

Hình 4.5 Mạng mô hình thuỷ lực lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn 60

Hình 4.6.Sơ đồ quy trình hiệu chỉnh bộ thông số mô hình 60

Hình 4.7 Kết quả mô phỏng quá trình mực nước lũ tại trạm Thành Mỹ 62

Hình 4.8 Kết quả mô phỏng quá trình mực nước lũ tại trạm Hội Khách 62

Hình 4.9 Kết quả mô phỏng quá trình mực nước lũ tại trạm Ái Nghĩa 63

Hình 4.10 Kết quả mô phỏng quá trình mực nước lũ tại trạm Nông Sơn 63

Hình 4.11 Kết quả mô phỏng quá trình mực nước lũ tại trạm Giao Thủy 64

Hình 4.12 Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-điều tiết hồ A Vương (mô hình lũ thiết kế năm 1998) 66

Hình 4.13 Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-điều tiết hồ A Vương (mô hình lũ thiết kế có xét BĐKH năm 1998) 67

Hình 4.14 Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-điều tiết hồ A Vương (mô hình lũ

thiết kế năm 2007) 67

Hình 4.15 Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-điều tiết hồ A Vương (mô hình lũ thiết kế có xét BĐKH năm 2007) 68

Hình 4.16 Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-điều tiết hồ A Vương (mô hình lũ thiết kế năm 2009) 68

Hình 4.17 Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-điều tiết hồ A Vương (mô hình lũ thiết kế có xét BĐKH năm 2009) 69

Hình 4.18 Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-mô hình lũ thiết kế đến hồ A Vương năm 1998 74

Hình 4.19 Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa- mô hình lũ thiết kế đến hồ A Vương (có xét BĐKH) năm 1998 74

Hình 4.20 Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-mô hình lũ thiết kế đến hồ A Vương năm 2007 75

Hình 4.21 Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa- mô hình lũ thiết kế đến hồ A Vương (có xét BĐKH) năm 2007 76

Hình 4.22 Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-mô hình lũ thiết kế đến hồ A Vương năm 2009 77

Hình 4.23 Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa- mô hình lũ thiết kế đến hồ A Vương (có xét BĐKH) năm 2009 77

Hình 4.24.Điều tiết hồ A Vương trận lũ thiết kế (mô hình năm 1998) 80

Hình 4.25.Điều tiết hồ A Vương trận lũ thiết kế có xét BĐKH (mô hình năm 1998) 81

Hình 4.26.Điều tiết hồ A Vương trận lũ thiết kế (mô hình năm 2007) 81

Hình 4.27.Điều tiết hồ A Vương trận lũ thiết kế có xét BĐKH (mô hình năm 2007) 82

Hình 4.28.Điều tiết hồ A Vương trận lũ thiết kế (mô hình năm 2009) 82

Hình 4.29 Điều tiết hồ A Vương trận lũ thiết kế có xét BĐKH (mô hình năm 2009) 83

Hình 4.30.Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-năm 1998 83

Hình 4.31.Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-năm 1998 (tiếp) 84

Hình 4.32.Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-năm 2007 84

Hình 4.33.Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-năm 2007 (tiếp) 85

Hình 4.34.Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-năm 2009 85

Hình 4.35.Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-năm 2009 (tiếp) 86

M ỤC LỤC BẢNG

Bảng 2.1 Đặc trưng hình thái sông chính vùng nghiên cứu 20

Bảng 2.2 Mạng lưới các trạm khí tượng và đo mưa trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn 20

Bảng 2.3 Mạng lưới các trạm thủy văn trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 21

Bảng 2.4 Xu thế biến đổi lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày max các trạmtrên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn (1979 - 2008) 23

Bảng 2.5 Tần số xuất hiện lũ lớn nhất năm vào các tháng trong năm (Đơn vị: %) 27

Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật chủ yếu của các hồ chứa thủy điện nằm trong Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 34

Bảng 3.1 Đặc trưng của các kịch bản biến đổi khí hậu 38

Bảng 3.2 Sự thay đổi lượng mưa 1 ngày lớn nhất so với thời kỳ nền theo Kịch bản RCP 4.5 (đơn vị: %) 44

Bảng 3.3 Sự thay đổi lượng mưa 1 ngày lớn nhất (%) so với thời kỳ nền theo Kịch bản RCP 8.5 45

Bảng 3.4 Đường đơn vị cho tuyến đập A Vương 47

Bảng 3.5 Mưa 1 ngày lớn nhất và lưu lượng đỉnh lũ thiết kế hồ A Vương 47

Bảng 3.6 Lượng mưa ngày lớn nhất theo hiện trạng và Kịch Bản BĐKH (mm) 48

Bảng 3.7 So sánh lưu lượng đỉnh lũ thiết kế theo hiện trạng và các kịch bản BĐKH 49

Bảng 4.1 Các năm lũ điển hình trên lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn 52

Bảng 4.2 Kết quả hiệu chỉnh mô hình (trận lũ 31/10 ÷ 11/11/1999) 61

Bảng 4.3 Kết quả hiệu chỉnh mô hình (trận lũ 27/10 - 7/11/1996) 64

Bảng 4.4 Đặc trưng đỉnh lũ hồ A Vương và Ái Nghĩa 66

Bảng 4.5 Dung tích điều tiết của các hồ 72

Bảng 4.6.Các đặc trưng trận lũ năm 1998 73

Bảng 4.7.Các đặc trưng trận lũ năm 2007 75

Bảng 4.8.Các đặc trưng trận lũ năm 2009 76

Bảng 4.9 Tổng hợp lưu lượng xả lớn nhất hồ A Vương các phương án mô phỏng 79

Bảng 4.10 Tổng hợp hiệu quả giảm mực nước trạm Ái Nghĩa theo các phương án 86

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn nằm ở khu vực Trung bộ Việt Nam, thuộc vùng kinh

tế trọng điểm miền Trung, là nơi có nhiều di sản văn hóa được thế giới công nhận Tuy nhiên, do đặc điểm của lưu vực, về mùa lũ dòng chảy ở thượng nguồn có tốc độ lớn, lũ tập trung nhanh đổ xuống đồng bằng, vùng đồng bằng sông có độ dốc bé, lòng nông, bờ sông thẳng, các cửa sông thường bị bồi và thắt hẹp dẫn đến khả năng thoát lũ kém, đại bộ phận dòng chảy lũ khi gần đến Ái Nghĩa và Giao Thủy đã chảy tràn bờ và gây ngập úng cho toàn bộ hạ lưu sông

Ngày 07 tháng 9 năm 2015 Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 1537/QĐ-TTg về

việc ban hành quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn Trong đó quy định các hồ chứa ngoài nhiệm vụ phát điện còn phải đảm bảo an toàn công trình đối với các trận lũ kiểm tra tại tuyến công trình và góp phần giảm lũ hạ du Dưới tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu, lũ lụt ở các tỉnh Miền Trung nói chung và lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn nói riêng sẽ gia tăng cả về tần suất lẫn cường độ Vì thế

đề tài “Đánh giá tác động của Biến đổi khí hậu tới lũ thiết kế và khả năng phòng lũ

tiễn sâu sắc trong việc đánh giá lại khả năng phòng lũ hạ du của các hồ chứa, làm cơ sở đưa ra các giải pháp vận hành hợp lý, phát huy hiệu quả giảm lũ của các hồ chứa phía thượng lưu, góp phần giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra đối với dân cư hạ du các hồ chứa

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu đề xuất được phương pháp tính toán lũ thiết kế hồ chứa có xét đến biến đổi khí hậu, đồng thời đánh giá lại khả năng phòng lũ hạ du của một số hồ chứa thượng nguồn lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn

- Đề xuất phương án vận hành hồ A Vương ứng với các trận lũ thiết kế và trận lũ thiết

kế có xét đến biến đổi khí hậu, phối hợp với các hồ chứa Đak Mi 4, Sông Tranh 2, Sông Bung 4 giảm lũ hạ du lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Các hồ chứa lớn trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn tham gia cắt giảm lũ cho hạ du

- Về phạm vi nghiên cứu: lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

+ Phương pháp thống kê, xử lý số liệu: Thu thập và xử lý số liệu, các tài liệu liên quan

cần thiết đến lĩnh vực nghiên cứu

+ Phương pháp mô hình toán: Phân tích và lựa chọn các mô hình toán phù hợp để sử

dụng trong phân chia vùng nghiên cứu, tính toán thủy văn thủy lực cho lưu vực sông

Vu Gia - Thu Bồn

+ Phương pháp kế thừa: Tham khảo và kế thừa các tài liệu, kết quả, các hồ sơ có báo cáo liên quan đến nội dung báo cáo đã được nghiên cứu trước đây của các tác giả, cơ quan và tổ chức

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan tính toán lũ thiết kế có xét đến BĐKH

1.1.1 Các phương pháp tính lũ thiết kế

Lũ thiết kế được định nghĩa là đường quá trình lũ hay lưu lượng đỉnh lũ tức thời thu được dùng để thiết kế một công trình thuỷ lợi hoặc chỉnh trị sông sau khi đã xem xét các yếu tố chính trị, xã hội, kinh tế và thuỷ văn Tính toán lũ thiết kế là một nội dung quan trọng trong thiết kế và thi công các công trình thủy nói chung trong đó có đập và

hồ chứa, đê sông, đê biển Kết quả tính toán lũ thiết kế sẽ quyết định quy mô công trình và các thông số thiết kế của công trình có liên quan đến an toàn vùng hạ du Các đặc trưng lũ thiết kế được tính toán bao gồm lưu lượng đỉnh lũ Qmax, tổng lượng lũ thiết kế Wmaxvà đường quá trình lũ thiết kế (Q~t)maxp

Các phương pháp tính toán lũ thiết kế có thể đưa ra dưới nhiều dạng khác nhau bao

gồm: (a) các phương pháp thống kê, (b) các phương pháp tất định và (c) các phương pháp kết hợp cả 2 nhóm phương pháp trên

a) Phương pháp thống kê tính toán lũ thiết kế bằng cách khớp một phân bố tần suất lũ

với các đỉnh lũ thực đo Nếu chuỗi quan trắc lũ dài thì phương pháp này thường được

sử dụng và được coi như là một “phương pháp chuẩn” trong việc tính toán tần suất lũ Trong trường hợp không có chuỗi quan trắc lũ thì phân bố tần suất lũ có thể được lấy

bằng cách sử dụng các phương pháp phân vùng mưa (lưu vực tương tự) Hạn chế lớn

nhất của phương pháp thống kê này là cần phải có chuỗi số liệu lũ quan trắc dài đại

biểu Các sai số lớn có thể xảy ra khi các chuỗi đo ngắn và cần phải được ngoại suy để ước tính lũ có tần suất nhỏ

b) Các phương pháp tất định lựa chọn một trận mưa thiết kế từ đường IDF (cường độ,

thời đoạn và tần suất) với thời đoạn xác định Trận mưa này sẽ là đầu vào cho mô hình dòng chảy để tính đường quá trình lũ thiết kế Thời khoảng của trận mưa bị thay đổi vì

thế trận mưa nào cho đỉnh lũ lớn nhất thường được xem xét lựa chọn Ưu điểm chính

của cách tiếp cận này là dễ dàng thực hiện và xem xét được các quá trình của lưu vực Các quá trình này chính là quá trình vật lý chuyển đổi từ mưa sang dòng chảy và nó

tương tự giữa thời kỳ lặp lại mưa và dòng chảy và lựa chọn điều kiện ẩm của đất trước

trận mưa Phương pháp thường dùng nhất là sử dụng đường quá trình lũ đơn vị tính toán từ đường mưa hiệu quả thiết kế Các đường lũ đơn vị thường dùng là đường đơn

vị tổng hợp SCS, Snyder Hoặc phương pháp khác là sử dụng các công thức kinh nghiệm trong trường hợp không có tài liệu đo dòng chảy, như ở Mỹ thì sử dụng công

thức quan hệ Q = CIA để tính toán lưu lượng đỉnh lũ

c) Các cách tiếp cận khác là sự kết hợp giữa các phương pháp thống kê và phương pháp tất định Eagleson (1972) đề xuất việc kết hợp giữa hàm mật độ xác suất mưa với hàm phản ứng lưu vực để thu được phân bố tần suất lũ Do sự phát triển của khoa học máy tính, cách tiếp cận này được phát triển mạnh và giờ thường được ứng dụng bằng cách kết hợp giữa việc sinh chuỗi mưa ngẫu nhiên dài (sử dụng các mô hình sinh chuỗi

ngẫu nhiên như Monte Carlo) với các mô hình liên tục mưa - dòng chảy để tạo ra chuỗi dòng chảy có thể dùng trong việc phân tích tần suất lũ Trái ngược với phương pháp tính lũ thiết kế dựa trên lũ thực đo, phương pháp mô phỏng liên tục này có lợi thế

là không cần phải giả thiết về thời kỳ lặp lại của lượng mưa thiết kế, thời đoạn và cường độ của nó cũng như độ ẩm kỳ trước của đất Nhược điểm của phương pháp có

thể là mất nhiều thời gian tính toán cũng như mô hình mưa khá phức tạp

Ngoài ra, một số quốc gia phát triển đang dùng đó là sử dụng lũ được gọi là lũ lớn nhất

khả năng - lũ cực hạn (PMF) được định nghĩa là lũ lớn nhất xảy ra do sự kết hợp của các yếu tố khí tượng thuỷ văn cực đoan cho một vùng cụ thể, hay nói cách khác không

có trận lũ nào lớn hơn trận lũ này có thể xảy ra ở vùng nghiên cứu

Phương pháp tính lũ PMF có thể tạm chia thành 2 dạng chính là phương pháp thống kê

và phương pháp tất định Phương pháp thống kê được tính toán dựa trên việc cực đại hoá các thông số gây mưa lũ bằng cách phân tích chuỗi thực đo trong quá khứ Phương pháp tất định thường được sử dụng để tính toán lũ PMF thông qua lượng mưa lớn nhất

khả năng PMP Phương pháp này đòi hỏi rất nhiều tài liệu, số liệu liên quan về khí tượng và thuỷ văn

Đường quá trình lũ thiết kế là quá trình thủy văn đáp ứng tiêu chuẩn thiết kế để đảm

bảo an toàn cho công trình Tiêu chuẩn lũ thiết kế cho hồ chứa dựa trên việc tính toán

lũ cực hạn (PMF) hay lũ ứng với một tần suất nào đó

1.1.2.1 Các nghiên c ứu trên thế giới

Lượng mưa và dòng chảy là hai yếu tố quan trọng hình thành nên dòng chảy lũ Các

dự án biến đổi khí hậu (IPCC, 2007) chỉ ra rằng biến đổi khí hậu làm thay đổi cả chế

độ thủy văn ở nhiều vùng trên thế giới Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu sự thay đổi chế độ thủy văn trên toàn cầu, vùng hay khu vực dưới tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu đang được sự quan tâm chú ý của rất nhiều nhà khoa học

R Dankers, L Feyen (2008) đã đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến hiểm họa

lũ ở châu Âu trong tương lai Nghiên cứu đã sử dụng mô hình HIRHAM để mô phỏng khí hậu vùng với độ phân giải ngang 12 km làm đầu vào cho mô hình thủy văn LISFLOOD nhằm tính toán tần suất của các giá trị lưu lượng cực đoan Kết quả cho

thấy vào cuối thế kỷ này với kịch bản phác thải A2 các giá trị lưu lượng cực đoan ở nhiều sông suối Châu Âu sẽ tăng cả tần số lẫn độ lớn Một số con sông đặc biệt là ở phía Tây và một phần của Đông Âu, các trận lũ ứng với độ lặp lại N=100 năm sẽ giảm

xuống còn 50 năm

Ở Nauy, tính toán lại lũ thiết kế được yêu cầu phải cập nhật sau mỗi 15-20 năm để đảm bảo an toàn đập (OED, 2009) Tác động của BĐKH cũng được xem xét trong bài toán phân tích rủi ro do lũ BĐKH bằng cách sử dụng phương pháp mưa – dòng chảy

để phân tích Kết quả biến đổi được chia thành các mức độ thay đổi 0%, 20%, 40%

Một số vùng của Na Uy được dự báo là có sự suy giảm về dòng chảy lũ, thì mức độ thay đổi được đề xuất là 0% Một số vùng khác tính toán cho thấy lưu lượng đỉnh lũ thiết kế có thể gia tăng thêm 20-40%

Hyun-Han Kwon và cộng sự (2011) đã nghiên cứu đánh giá lại lũ thiết kế có xét đến

biến đổi khí hậu Nghiên cứu đã sử dụng mô hình đa biến ngẫu nhiên về trạng thái thời

tiết như là một mô hình tần suất điều kiện nhằm mô phỏng lượng mưa Một tiền đề quan trọng của nghiên cứu là các đặc trưng khí hậu thuộc vùng rộng lớn sẽ biến đổi liên tục từ năm này sang năm khác trong việc đánh giá tần suất mưa Việc đánh giá tính bất định của biến đổi khí hậu là cần thiết để kiểm tra độ tin cậy của kết quả trong

nghiên cứu này Nghiên cứu cũng áp dụng chuỗi Bayesian Markov để đánh giá độ ẩm đất trong mô hình mưa dòng chảy Nghiên cứu đã ứng dụng tính toán thử nghiệm cho đập Soyang ở Hàn Quốc

D Lawrence, L P Graham, J den Besten (2012) đã đưa ra phương pháp tiếp cận đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đối với lũ thủy văn trong đó sử dụng một chuỗi liên

kết các mô hình khác nhau Bắt đầu từ việc phân tích biến đổi khí hậu dựa trên việc

mô phỏng tỷ lệ lớn bằng việc sử dụng mô hình khí hậu toàn cầu (GCM) Để mô hình hóa cho tương lai, các GCM đã được chạy với các kịch bản phát thải tương ứng với các lựa chọn khác nhau về mức độ phát thải khí nhà kính do phát triển xã hội và công nghệ ở thế kỷ 21 Kết quả đầu ra của mô hình sẽ được downscale về các ô lưới có độ phân giải lớn hơn (ví dụ: 25 x 25 hoặc 55 x 55 km) bằng mô hình khí hậu khu vực (RCMS) trước khi phân tích tác động ở quy mô khu vực

Một số quốc gia khác ở Châu Âu như Thuỵ Điển, Hà Lan cũng xem xét tác động của BĐKH tới lũ thiết kế trong an toàn đập Kết quả phân tích cho thấy, sẽ xuất hiện nhiều

trận lũ cực trị hơn trong tương lai Veijalainen và Vehvilainen (2008) cũng khảo sát tác động của BĐKH tới rủi ro cho đập ở Phần Lan Lũ thiết kế được tính toán từ mưa

thực đo trong 40 năm, và BĐKH không tác động nhiều tới lũ thiết kế cho Phần Lan Graham và nnk (2007) khảo sát các tác động của BĐKH tới thuỷ văn ở vùng Bắc Âu

sử dụng 15 mô hình khí hậu khác nhau Kết quả cho thấy, nhìn chung dòng chảy trên sông tăng nhiều hơn, dòng chảy lũ sớm xuất hiện sớm hơn, và đồng thời cũng làm tăng

tiềm năng thuỷ điện Ở Đan Mạch, Thodzen (2007) cho thấy tác động của BĐKH ở 5 sông chính ở Đan Mạch cho giai đoạn 2071 – 2100 sử dụng mô hình mưa dòng chảy thì cho thấy lũ thiết kế 100 năm (ứng với tần suất 1%) có khả năng tăng thêm 11% Ở Anh, nghiên cứu cho thấy lũ 50 năm có khả năng tăng thêm 50%, trong khi độ lặp lại

lớn hơn Key và nnk (2006) mô phỏng dòng chảy từ mô hình RCM HadRM3 cho thấy lưu lượng đỉnh lũ ở một số lưu vực phía nam và đông của nước Anh giảm, mặc dù lưu lượng lũ mùa đông có tăng thêm Các lưu vực khác phía Bắc hoặc Tây thì lưu lượng đỉnh lũ lại gia tăng, một số trường hợp còn tăng nhiều Lehner và nnk (2006) chỉ ra

rằng một số vùng phía Nam và Đông Nam Châu Âu thì có sự gia tăng đáng kể về tần

số lũ Các trận lũ 100 năm có thể xuất hiện trong mỗi khoảng thời gian 10-50 năm vào

những năm 2070 Các kết quả nghiên cứu này cho thấy sự gia tăng đang kể về thời gian trong chế độ dòng chảy mùa lũ

1.1.2.2 Các nghiên c ứu ở Việt Nam

Ở nước ta, nghiên cứu tính lũ thiết kế đã có từ năm 1903 -1904, bắt đầu từ công thức kinh nghiệm tính lũ xác định khẩu diện cống thoát lũ do Desbos, kỹ sư người pháp xây

dựng Sau năm 1954 đã có thêm nhiều công thức nửa kinh nghiệm của các nước Liên

Xô (cũ), Trung Quốc và cả trong nước Trừ công thức Desbos các công thức nửa kinh nghiệm thường cho kết quả đỉnh lũ cao song tổng lượng lũ thiết kế thì quá nhỏ do tính theo thời gian mưa hiệu quả Điều này là nguyên nhân gây nên các hồ chứa bị vỡ ở

Lạng Sơn (1968) và ở Nghệ An (1978) Sau năm 1975, lũ thiết kế ngoài tính toán theo công thức nửa kinh nghiệm, tổng lượng lũ được xác định theo tương quan đỉnh – lượng lũ ứng với thời khoảng và quá trình lũ tính toán theo số liệu thực đo Các nhà khoa học thủy văn phần lớn sử dụng mô hình toán thủy văn tất định

Những nội dung tính toán lũ thiết kế cũng đã được hướng dẫn cụ thể trong các quy chuẩn, tiêu chuẩn, quy phạm và các tài liệu liên quan khác: QCVN 04-05: 2012/BNNPTNT; Quy phạm QP.TL.C-6-77 Tuy nhiên, quy chuẩn và tiêu chuẩn của

Việt Nam có sự khác biệt so với các nước phát triển, Quy phạm tính toán đặc trưng

thủy văn thiết kế QP.TL.C-6-77 được biên soạn từ năm 1977 có một số nội dung đã

lạc hậu và chưa được bổ sung kịp thời cũng như thay đổi ký hiệu theo luật TC&QC

Bởi vậy, một số lưu ý khi tính toán lũ thiết kế cho các đập thiết kế mới và cả những đập cần nâng cấp sửa chữa:

Tiêu chuẩn Việt Nam đã nhiều lần được chỉnh sửa, bổ sung và có sự khác biệt trong

mỗi lần chỉnh sửa Thường thì tiêu chuẩn thiết kế ở những lần ban hành sau thường cao hơn lần ban hành trước đó Vì vậy, các công trình đập được xây dựng trước đó thường không đáp ứng tiêu chuẩn mới sau khi đập đã xây dựng

Theo tiêu chuẩn Việt Nam lũ thiết kế được chọn tương ứng với một tần suất nhất định

phụ thuộc vào cấp và qui mô của công trình (công suất phát điện, khả năng cấp nước tưới, sinh hoạt, công nghiệp ) của công trình gọi là tấn suất thiết kế lũ Tiêu chuẩn

chống lũ do Nhà nước quy định tùy thuộc vào cấp của công trình Đối với các công

trình quan trọng (hồ chứa Hoà Bình, hồ chứa Sơn La ) sẽ có quy định riêng và chọn theo cấp đặc biệt Do yêu cầu chống lũ cho các công trình ngày càng tăng nên ở nước

ta tiêu chuẩn lũ quy định cũng thay đổi nhiều lần

Tiêu chuẩn thiết kế ở các nước phát triển thường cao hơn tiêu chuẩn của Việt Nam

Hiện nay, một số công trình lớn ở Việt Nam (Thuỷ điện Sơn La, thuỷ điện Hoà Bình,

hồ Lai Châu ) đã tính toán lũ thiết kế lũ kiểm tra lấy bằng lũ PMF

Tiêu chuẩn mới nhất về tính toán lũ thiết kế là TCVN 9845:2013 do Tổng cục Đường

bộ Việt Nam biên soạn, Bộ Giao thông Vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố TCVN 9845:2013 được xây dựng trên cơ sở tham khảo 22TCN220-95: Tính toán các đặc trưng dòng

chảy lũ Việc tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế, tùy theo diện tích lưu vực, có thể sử dụng

một trong các công thức sau: Đối với lưu vực có diện tích nhỏ hơn 100 km2

, tính theo công thức cường độ giới hạn; Đối với lưu vực có diện tích lớn hơn 100 km2, có thể tính theo công thức triết giảm

Hiện nay, ở Việt Nam có rất nhiều phương pháp tính toán lũ thiết kế được ứng dụng cho các hồ chứa Về cơ bản, việc lựa chọn các phương pháp này phụ thuộc vào mức độ tài liệu đo đạc sẵn có Nếu hồ chứa có chuỗi đo dòng chảy lũ trong thời kỳ dài, lũ thiết

kế sẽ được tính toán trực tiếp từ chuỗi đo dòng chảy này Nếu chuỗi số liệu đo đạc

ngắn hoặc không có thì phương pháp tính chủ yếu dựa trên chuỗi quan trắc mưa lớn

nhất thời đoạn sinh lũ hoặc tính toán dựa trên các lưu vực tương tự Vì thế, có thể nói

số liệu đầu vào trong bài toán tính toán lũ là mưa, các yếu tố khí tượng khác có mức

độ ảnh hưởng ít hơn và thường không sử dụng trong bài toán tính lũ thiết kế Trong

bối cảnh biến đổi khí hậu sẽ làm thay đổi lượng mưa dẫn đến giá trị lũ thiết kế sẽ bị thay đổi Để xác định lũ thiết kế hồ chứa xét trong điều kiện biến đổi khí hậu, ở Việt Nam đã sử dụng một số các phương pháp chính để xây dựng các kịch bản BĐKH cho

một số các khu vực nhỏ:

- Sử dụng trực tiếp kết quả từ mô hình toàn cầu;

- Phương pháp Downscaling thống kê;

- Phương pháp nhân tố địa phương với phần mềm được sử dụng là MAGICC/SCENGEN của NCAR/ Hoa Kỳ và CRU/Anh phối hợp phát triển;

- Ứng dụng mô hình khí hậu động lực cho khu vực, chẳng hạn như RegCM của NCAR/Hoa Kỳ và PRECIS của Trung tâm khí hậu toàn cầu Hadley, Anh

1.2 Tổng quan nghiên cứu vận hành hồ chứa phòng lũ hạ du

Các nghiên cứu về lũ trên thế giới cho thấy “quản lý lũ” (Flood management) thay vì

“kiểm soát lũ” (Flood control) là hết sức cần thiết nhưng cũng gặp nhiều thách thức và

đòi hỏi phải có cách tiếp cận đa chiều, đa tầng và đa lĩnh vực mà ở đó sự tham gia, chia sẻ kiến thức của tất cả các nhóm xã hội là chìa khóa dẫn tới thành công Một trong những công cụ hữu hiệu là việc xây dựng các hồ chứa thượng nguồn nhằm cắt

giảm lũ cho hạ du

Vận hành hồ chứa là một trong những vấn đề được chú ý nghiên cứu nhiều nhất trong

lịch sử hàng trăm năm của công tác quy hoạch, quản lý hệ thống nguồn nước Nghiên

cứu vận hành quản lý hệ thống hồ chứa luôn phát triển cùng thời gian nhằm phục vụ các yêu cầu phát triển của xã hội Mặc dù đã đạt được những tiến bộ vượt bậc nhưng cho đến thời điểm hiện tại vẫn chưa có một lời giải chung cho mọi hệ thống mà tùy đặc thù của từng hệ thống sẽ có các lời giải phù hợp

Có thể tóm tắt các phương pháp xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa thành

03 nhóm chính: mô phỏng, tối ưu, kết hợp giữa mô phỏng và tối ưu

- Phương pháp mô phỏng: Mô hình mô phỏng kết hợp với điều hành hồ chứa bao gồm tính toán cân bằng nước của đầu vào, đầu ra hồ chứa và biến đổi lượng trữ Kỹ thuật

mô phỏng đã cung cấp cầu nối từ các công cụ giải tích trước đây cho phân tích hệ

thống hồ chứa đến các tập hợp mục đích chung phức tạp Theo Simonovic, các khái

niệm về mô phỏng là dễ hiểu và thân thiện hơn các khái niệm mô hình hoá khác Các

mô hình mô phỏng có thể cung cấp các biểu diễn chi tiết và hiện thực hơn về hệ thống

hồ chứa và quy tắc điều hành chúng (chẳng hạn đáp ứng chi tiết của các hồ và kênh riêng biệt hoặc hiệu quả của các hiện tượng theo thời gian khác nhau) Thời gian yêu

cầu để chuẩn bị đầu vào, chạy mô hình và các yêu cầu tính toán khác của mô phỏng là

ít hơn nhiều so với mô hình tối ưu hoá Các kết quả mô phỏng sẽ dễ dàng thỏa hiệp trong trường hợp đa mục tiêu Hầu hết các phần mềm mô phỏng có thể chạy trong máy

vi tính cá nhân đang sử dụng rộng rãi hiện nay Hơn nữa, ngay sau khi số liệu yêu cầu cho phần mềm được chuẩn bị, nó dễ dàng chuyển đổi cho nhau và do đó các kết quả

của các thiết kế, quyết định điều hành, thiết kế lựa chọn khác nhau có thể được đánh giá nhanh chóng Có lẽ một trong số các mô hình mô phỏng hệ thống hồ chứa phổ biến

rộng rãi nhất là mô hình HEC-5, phát triển bởi Trung tâm kỹ thuật thủy văn Hoa Kỳ

Một trong những mô hình mô phỏng nổi tiếng khác là mô hình Acres, tổng hợp dòng

chảy và điều tiết hồ chứa (SSARR), mô phỏng hệ thống sóng tương tác (IRIS) Gói

phần mềm phân tích quyền lợi các hộ sử dụng nước (WRAP) Mặc dù có sẵn một số các mô hình tổng quát, vẫn cần thiết phải phát triển các mô hình mô phỏng cho một (hệ thống) hồ chứa cụ thể vì mỗi hệ thống hồ chứa có những đặc điểm riêng

- Phương pháp tối ưu: Kỹ thuật tối ưu hoá bằng quy hoạch tuyến tính (LP) và quy

hoạch động (DP) đã được sử dụng rộng rãi trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nước Nhiều công trình nghiên cứu áp dụng kỹ thuật hệ thống cho bài toán tài nguyên nước Yeh (1985), Simonovic (1992) và Wurbs (1993) Young (1967) lần đầu tiên đề

xuất sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính để xây dựng quy tắc vận hành chung từ

kết quả tối ưu hoá Phương pháp mà ông đã dùng được gọi là “quy hoạch động (DP) Monte-Carlo” Về cơ bản phương pháp của ông dùng kỹ thuật Monte-Carlo tạo ra một

số chuỗi dòng chảy nhân tạo Quy trình tối ưu thu được của mỗi chuỗi dòng chảy nhân

tạo sau đó được sử dụng trong phân tích hồi quy để cố gắng xác định nhân tố ảnh hưởng đến chiến thuật tối ưu Các kết quả là một xấp xỉ tốt của quy trình tối ưu thực

Một mô hình quy hoạch để thiết kế hệ thống kiểm soát lũ hồ chứa đa mục tiêu đã được phát triển bởi Windsor (1975) Karamouz và Houck (1987) đã đề ra quy tắc vận hành chung khi sử dụng quy hoạch động (DP) và hồi quy (DPR) Mô hình DPR sử dụng hồi quy tuyến tính nhiều biến đã được Bhaskar và Whilach (1980) gợi ý Một phương pháp khác xác định quy trình điều hành một hệ thống nhiều hồ chứa khác là quy hoạch động bất định (Stochastic Dynamic Programing – SDP) Phương pháp này yêu cầu mô

tả rõ xác suất của dòng chảy đến và tổn thất Phương pháp này được Butcher (1971), Louks và nnk (1981) và nhiều người khác sử dụng Mô hình tối ưu hoá thường được

ử dụng trong nghiên cứu điều hành hồ chứa sử dụng dòng chảy dự báo như đầu vào

Datta và Bunget (1984) đề xuất một quy trình điều hành hạn ngắn cho hồ chứa đa mục tiêu từ một mô hình tối ưu hoá với mục tiêu cực tiểu hoá tổn thất hạn ngắn Nghiên

cứu chỉ ra rằng khi có một sự đánh đổi giữa một đơn vị lượng trữ và một đơn vị lượng

xả từ các giá trị đích tương ứng thì phép giải tối ưu hoá phụ thuộc vào dòng chảy tương lai bất định cũng như dạng hàm tổn thất Áp dụng mô hình tối ưu hoá cho điều hành hồ chứa đa mục tiêu là khá khó khăn Sự khó khăn trong áp dụng bao gồm phát triển mô hình, đào tạo nhân lực, giải bài toán, điều kiện thủy văn tương lai bất định, sự

bất lực để xác định và lượng hóa tất cả các mục tiêu và mối tương tác giữa nhà phân tích với người sử dụng Một phương pháp khác đang được sử dụng hiện nay để giải thích tính ngẫu nhiên của đầu vào là logic mờ Lý thuyết tập mờ đã được Zadeth (1965) giới thiệu Nhiều phần mềm vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa đã được xây

dựng, tuy nhiên khả năng giải quyết các bài toán thực tế vẫn còn hạn chế Các phần

mềm tối ưu hiện nay nói chung vẫn chỉ đưa ra lời giải cho những điều kiện đã biết mà không đưa ra được các nguyên tắc vận hành hữu ích Phần lớn các phần mềm vận hành

hồ chứa được kết nối với mô hình diễn toán lũ dựa trên mô hình Muskingum hay sóng động học như các phần mềm thương mại MODSIM, RiverWare, CalSIM Điều này rất

hạn chế cho việc điều hành chống lũ và không áp dụng được cho lưu vực có ảnh hưởng của thủy triều hay nước vật Các nghiên cứu mới nhất gần đây về điều hành

chống lũ cũng chỉ được áp dụng cho hệ thống một hồ

- Phương pháp kết hợp: Theo Wurb (1993), trong tổng quan về các nhóm mô hình chính

sử dụng trong thiết lập quy trình vận hành hệ thống hồ chứa đã tổng kết “Mặc dù, tối ưu hóa và mô phỏng là hai hướng tiếp cận mô hình hóa khác nhau về đặc tính, nhưng sự phân biệt rõ ràng giữa hai hướng này là khó vì hầu hết các mô hình, xét về mức độ nào

đó đều chứa các thành phần của hai hướng tiếp cận trên” Wurb cũng đề cập đến nhóm Quy hoạch mạng lưới dòng (Network Flow Programming) như là một kết hợp hoàn thiện của hai hướng tiếp cận tối ưu và mô phỏng Trong các quy trình tối ưu phục vụ bài toán liên hồ chứa (Labadie, 2004) thì cả hai nhóm quy hoạch ẩn bất định (Implicit stochastic optimization) và quy hoạch hiện bất định (Explicit stochastic optimization) đều cần có mô hình mô phỏng để kiểm tra các quy trình tối ưu được thiết lập

Tại khu vực châu Á, các nghiên cứu về các biện pháp chống lũ và điều hành hệ thống đa

hồ chứa chống lũ được phát triển mạnh mẽ ở Trung Quốc trong những năm gần đây Năm 2004, Chung-Tian Cheng, K.W Chau đã xây dựng chương trình điều khiển lũ hệ

thống hồ chứa ở Trung Quốc Sau đợt lũ năm 1995 ở lưu vực sông Liaohe và lũ lụt năm 1998 ở sông Dương Tử, chính quyền từ trung ương đến địa phương Trung Quốc

đã nhận ra rằng các hoạt động kiểm soát lũ các hồ chứa có thể đóng một vai trò quan

trọng trong việc giảm thiệt hại lũ lụt nhưng hiện còn tồn tại một số vấn đề trong quản

lý kiểm soát lũ cho các hồ chứa Hầu hết các hệ thống quản lý lũ lụt hiện có kiểm soát của hồ chứa đã được thành lập cho các mục đích đặc biệt và thiếu chia sẻ dữ liệu, thông tin liên lạc với chính phủ, điều đó rất khó khăn cho việc ra quyết định

Năm 2006, Xiang-Yang Li, K.W Chau, Chun-Tian Cheng, Y.S Li sử dụng hệ thống

cảnh báo trên Web cho vùng Shuangpai ở Trung Quốc (WFFS) Dự báo lũ truyền

thống và vận hành các hồ chứa ở Trung Quốc trên cơ sở tính toán thủy văn thông qua chương trình tính trên máy tính WFFS mang lại ý nghĩa thuận tiện hơn cho người dự báo lũ và điều khiển, cho phép phân bố thời gian thực trong phạm vi rộng, cảnh báo lũ

tại các vị trí khác nhau theo không gian và thời gian

Năm 2008, Chih-Chiang Wei, Nien-Sheng Hsu đã trình bày thủ tục mô phỏng vận hành thời gian thực để xác định lượng xả hồ chứa trong mùa lũ bằng mô hình thủy văn và mô hình vận hành hồ chứa Trong mô hình vận hành hồ chứa nghiên cứu so sánh 2 quỹ đạo vận hành điều khiển lũ cho hệ thống hồ chứa đa mục đích Ý tưởng sử

dụng của phương pháp này nhận được từ chương trình HEC 5 được phát triển bởi US Army Corps of Engineers Thủ tục mô phỏng này đã được áp dụng cho hệ thống lưu

vực sông Tanshui Đài Loan, sử dụng bước thời gian dự báo 6 giờ So sánh các kết quả đạt được từ hai quỹ đạo biểu thị rằng trong xác định lượng xả thực từ hồ chứa thông qua hệ thống lũ dự phòng để minimum lượng lũ xả

Năm 2012, Wan Xin-yu, Zhong Ping-an, Chen Xuan, Dai Li, Jia Ben-you đã mô

phỏng tính toán quá trình lũ trong hệ thống điều khiển lũ lớn, bao gồm nhiều dự án điều khiển lũ khác nhau, như đê bao, hồ chứa chậm lũ Bằng cách ứng dụng tiếp cận phân tích hệ thống Nghiên cứu này phân tích hệ thống điều khiển lũ phức tạp vào

trong xây dựng các dự án cân bằng nước, mô phỏng tương ứng và sau đó kết nối với các phần tử đơn lại, dùng các kỹ thuật như tại nút, nút mã hóa, cấu trúc liên kết ma

trận và số thứ tự mã tính toán, cuối cùng mô phỏng trên hệ thống điều khiển lũ ở thượng lưu Zhengyanghuan, thông qua sử dụng mô hình kết hợp Theo đó mô phỏng

kết quả, kết hợp mô phỏng hệ thống điều khiển lũ phức tạp có thể nhận được hỗ trợ ra quyết định tốt, hiệu quả và nhanh chóng

Năm 2005, Nguyễn Lan Châu và Nguyễn Quốc Anh đã trình bày kết quả ứng dụng hệ

thống thủy văn thủy lực trong bài toán điều hành hồ Hoà Bình mùa lũ năm 2005, sử

dụng các mô hình MARINE+TL (cho thượng lưu sông Đà), mô hình FIRR (cho thượng nguồn sông Lô, Thao và Đà), mô hình điều tiết dự báo hồ Hòa Bình, mô hình thủy lực 2 chiều cho các vị trí hạ lưu Hà Nội trên sông Hồng, Phả Lại trên sông Thái Bình

Năm 2005, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Đức Diện, nnk, xây dựng mô hình dự báo lũ

và đề xuất các kịch bản tính toán Các tác giả đã xây dựng và đưa vào áp dụng thử nghiệm mô hình dự báo lũ trung hạn (5 ngày) nhằm phục vụ điều hành hồ chứa trong mùa mưa lũ

Năm 2006, Ngô Huy Cẩn, Nguyễn Thành Đôn và Nguyễn Tuấn Anh đã nghiên cứu tính toán cho hệ thống sông Hồng - Thái Bình với các mục tiêu:

- Gia cố hệ thống đê

- Điều tiết lũ bằng các hồ chứa Hòa Bình, Thác Bà

- Phân lũ vào sông Đáy

- Chậm lũ và các khu chậm lũ

- Cho tràn qua một số đoạn đê đã chuẩn bị sẵn gọi là các đường tràn cứu hộ

Các tác giả dùng mô hình dòng chảy một chiều và mô hình hai chiều, đánh giá khả năng cắt lũ của các hồ chứa

Năm 2006, Đoàn Xuân Thủy, Hà Ngọc Hiến, Nguyễn Văn Điệp, Ngô Huy Cẩn và ộng sự, tính toán điều tiết lũ phục vụ quy trình vận hành liên hồ cho hệ thống sông

Hồng – Thái Bình với dung tích khoảng 500-700 triệu m3

Các tác giả đã trình xây

dựng các kịch bản lũ cho trận lũ 125 năm, phục vụ cho việc xây dựng quy trình tính toán liên hồ chứa Kết quả tính toán cho thấy khi có thêm hồ Tuyên Quang thì có thể nâng cao được mực nước trước lũ của thủy điện Hòa Bình lên 2-3m, làm tăng 6,8%

sản lượng điện trong mùa lũ

Năm 2007, Nguyễn Hữu Khải và Lê Thị Huệ áp dụng mô hình HEC-RESSIM điều tiết

lũ hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hương, mô hình cho phép xác định các thông số và

thời gian thích hợp trong vận hành hệ thống để đảm bảo an toàn hạ lưu và an toàn bản thân các hồ chứa

Năm 2010, Hà Ngọc Hiến, Nguyễn Hồng Phong và Trần Thị Hương đã xây dựng mô hình vận hành tối ưu chống lũ theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa trên sông Đà

và sông Lô với các mục tiêu là tối đa tổng dung tích chống lũ của các hồ chứa Mô hình đã được áp dụng cho hệ thống sông Hồng gồm bốn hồ chứa là Sơn La, Hòa Bình, Tuyên Quang và Thác Bà Kết quả tính toán cho thấy hiệu quả chống lũ của mô hình Năm 2011, Ngô Lê Long đã áp dụng mô hình MIKE 11 mô phỏng hệ thống liên hồ

chứa sông Srêpôk với mục đích cắt giảm lũ cho hạ du, tác giả đã ứng dụng kết hợp với

mô đun vận hành công trình (SO) mô phỏng vận hành các công trình cửa van Bước đầu đã đề xuất được nguyên tắc điều tiết hệ thống hồ chứa phục vụ cắt giảm lũ cho hạ

du, tạo cơ sở khoa học cho việc đề xuất qui trình vận hành liên hồ chứa phòng chống

lũ cho hạ du

Năm 2011, Hoàng Thanh Tùng, Vũ Minh Cát và Ngô Lê An đã tích hợp dự báo mưa trung hạn trong vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ cho lưu vực sông Cả, tiến hành vận hành thử nghiệm cho các kịch bản dòng chảy lũ khác nhau đến các hồ chứa, từ đó xây

dựng cơ sở khoa học vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ cho lưu vực sông Cả

Ngày 13/10/2010 Phó Thủ tướng Chính phủ Hoàng Trung Hải đã ký văn bản số 1879/QĐ-TTg phê duyệt danh mục các hồ thủy lợi, thủy điện trên lưu vực sông phải xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa Hiện nay, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quy trình vận hành liên hồ chứa trên 11 lưu vực sông Các quy trình này được xây dựng nhằm đảm bảo yêu cầu phòng lũ, phát điện và dòng chảy tối thiểu và nhu

cầu sử dụng nước tối thiểu ở hạ du Tuy nhiên, do diễn biến bất thường của thời tiết, nhiều lưu vực các hồ không tích đủ nước, việc vận hành gặp nhiều khó khăn, không đảm bảo theo đúng quy trình Mặt khác, do có sự xuất hiện thêm của một số hồ chứa

mới cần đưa vào quy trình vận hành Chính vì thế việc xem xét đánh giá khả năng lại

khả năng phòng lũ của các hồ này là cần thiết

1.3 Đề xuất những vấn đề nghiên cứu trong luận văn

Từ phân tích tình hình nghiên cứu thiết kế lũ trên thế giới và trong nước, đồng thời sự

xuất hiện lũ, bão ngày càng lớn về cường độ, lẫn tần số với quy luật thất thường đã cho

thấy các tiêu chuẩn thiết kế lũ ở nước ta mặc dù đã có qui chuẩn, tiêu chuẩn tính toán

từ lâu và thay đổi nhiều lần song vẫn chưa đáp ứng yêu cầu của thực tế đã, đang gây nên những hiểm họa không đáng có Trong bối cảnh biển đổi khí hậu như hiện nay,

việc phòng chống lũ đang là một đòi hỏi mang tính sống còn đối với sự phát triển bền

vững của môi trường, xã hội và nền kinh tế của lưu vực Các nghiên cứu về lũ nói chung và lũ hồ chứa nói riêng cần được thực hiện thường xuyên và phải có sự gắn kết của

tất cả các khâu từ chuẩn bị, quy hoạch tới ứng phó và khôi phục mới đảm bảo đạt được

hiệu quả toàn diện, hạn chế mức rủi ro về người và của Chính vì thế luận văn sẽ tập trung nghiên cứu: (i) tính toán lũ thiết kế hồ chứa có xét đến biến đổi khí hậu và, (ii) đánh giá

khả năng phòng lũ của các hồ chứa thượng nguồn lưu vực Vu Gia – Thu Bồn

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ TÌNH HÌNH LŨ LỤT VÙNG NGHIÊN CỨU

2.1 Đặc điểm tự nhiên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn

Sông Vu Gia - Thu Bồn là hệ thống sông lớn ở vùng Duyên hải Trung Trung Bộ Toàn

bộ lưu vực nằm ở sườn Đông của dãy Trường Sơn có diện tích lưu vực: 10.350 km2, trong đó diện tích nằm ở tỉnh Kon Tum: 301,7 km2, còn lại chủ yếu thuộc địa phận tỉnh Quảng Nam và Thành phố Đà Nẵng

Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn bao gồm đất đai của 17 huyện, thành phố của 3 tỉnh Kon Tum, Quảng Nam và Thành phố Đà Nẵng, đó là Bắc Trà My, Nam Trà My, Tiên Phước, Phước Sơn, Hiệp Đức, Đông Giang, Tây Giang, Nam Giang, Quế Sơn, Duy Xuyên, Đại Lộc, Điện Bàn, Thành phố Hội An, thành phố Đà Nẵng, Hoà Vang và một phần của huyện Thăng Bình, Đăk Glei (Kon Tum)

2.1.2 Đặc điểm địa hình

Nhìn chung địa hình của lưu vực biến đổi khá phức tạp và bị chia cắt mạnh Địa hình

có xu hướng nghiêng dần từ Tây sang Đông đã tạo cho lưu vực có 4 dạng địa hình chính sau:

a Địa hình vùng núi

Vùng núi chiếm phần lớn diện tích của lưu vực, dãy núi Trường Sơn có độ cao phổ biến từ 500 ÷ 2.000 m Đường phân thuỷ của lưu vực là những đỉnh núi có độ cao từ 1.000 m ÷ 2.000 m, được kéo dài từ đèo Hải Vân ở phía Bắc có cao độ 1.700 m sang phía Tây rồi Tây Nam và phía Nam lưu vực hình thành một cánh cung bao lấy lưu vực Điều kiện địa hình này rất thuận lợi đón gió mùa Đông Bắc và các hình thái thời

tiết từ biển Đông đưa lại hình thành các vùng mưa lớn gây lũ quét cho miền núi và ngập lụt cho vùng hạ du

d Địa hình vùng cát ven biển

Vùng ven biển là các cồn cát có nguồn gốc biển Cát được sóng gió đưa lên bờ và nhờ tác dụng của gió, cát được đưa đi xa bờ về phía Tây tạo nên các đồi cát có dạng lượn sóng chạy dài hàng trăm km dọc bờ biển

2.1.3 Đặc điểm thảm phủ thực vật

Quảng Nam và Thành phố Đà Nẵng có 894.000 ha đất lâm nghiệp chiếm 74% diện tích toàn tỉnh, trong đó diện tích đất có rừng khoảng 450.000 ha bằng khoảng 38% diện tích tự nhiên và rừng trồng khoảng 16.200 ha, bằng 3,5% đất lâm nghiệp Rừng Quảng Nam - Đà Nẵng chủ yếu là rừng gỗ, khoảng 430.000 ha chiếm 36% diện tích tự nhiên và rừng tre nứa chỉ có 6.500 ha chiếm xấp xỉ 1,5%

Điều kiện tự nhiên và đất đai rất thuận lợi cho rừng phát triển, tuy nhiên diện tích rừng

bị suy giảm một cách nhanh chóng do việc khai thác và chặt phá bừa bãi Diện tích rừng nguyên sinh chỉ còn khoảng 10%, rừng trung bình là 38%, còn lại là rừng thưa, rừng tái sinh

Do diện tích rừng bị thu hẹp dần, lượng mưa có xu thế tăng lên là nguyên nhân chủ yếu làm xói mòn bề mặt tăng lên, lượng dòng chảy lũ cũng tập trung nhanh hơn, ngược lại mùa khô lượng dòng chảy ít hơn, làm tăng mức độ khắc nghiệt về chế độ dòng chảy lưu vực

Hình 2.1 Phạm vi lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn

2.2 Mạng lưới sông ngòi

Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn là một trong 11 hệ thống sông lớn của Việt Nam, bắt nguồn từ vùng núi Ngọc Lĩnh sườn phía Đông của dãy Trường Sơn, có độ dài của sông ngắn và độ dốc lòng sông lớn Hướng dốc chủ yếu của lưu vực sông này là Tây Nam - Đông Bắc Vùng núi lòng sông hẹp, bờ sông dốc đứng, sông có nhiều ghềnh thác, độ uốn khúc từ 1 - 2 lần Phần giáp ranh giữa trung lưu và hạ lưu lòng sông tương đối rộng và nông, có nhiều cồn bãi giữa dòng, về phía hạ lưu lòng sông thường thay đổi, bờ sông thấp nên vào mùa lũ hàng năm nước tràn vào đồng ruộng, làng mạc gây ngập lụt Sông Vu Gia - Thu Bồn gồm 2 nhánh chính:

- Sông Cái (Đắk Mi): Được bắt nguồn từ những đỉnh núi cao trên 2.000 m (Ngọc Linh) thuộc tỉnh Kon Tum Sông có chiều dài 129 km với diện tích lưu vực 1.900 km2 có hướng chảy Bắc Nam sau nhập vào sông Bung

- Sông Bung: Bắt nguồn từ những dãy núi cao ở phía Tây Bắc, sông chảy theo hướng Tây Đông, với chiều dài 131 km có diện tích lưu vực 2.530 km2 Sông Bung có nhiều nhánh nhỏ nhưng đáng kể là sông A Vương có diện tích Flv = 898 km2, chiều dài sông 84 km

- Sông Con: Được bắt nguồn từ vùng núi cao của huyện Đông Giang, diện tích lưu vực

627 km2, chiều dài sông 47 km với hướng chảy chính Bắc Nam

2.2.2 Sông Thu Bồn

Sông được bắt nguồn từ vùng biên giới 3 tỉnh Quảng Nam, Kon Tum và Quảng Ngãi ở

độ cao hơn 2.000 mm sông chảy theo hướng Nam - Bắc, về Phước Hội sông chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc khi đến Giao Thuỷ sông chảy theo hướng Tây - Đông và

đổ ra biển tại Cửa Đại Diện tích lưu vực từ thượng nguồn đến Nông Sơn: 3.150 km2, dài 126 km, diện tích lưu vực tính đến Giao Thuỷ là 3.825 km2

, dài 152 km Sông Thu Bồn gồm có nhiều sông suối, đáng kể là các sông sau:

- Sông Tranh có diện tích lưu vực 644 km2với chiều dài 196 km

- Sông Khang có diện tích lưu vực 609 km2, chiều dài 57 km

- Sông Trường có diện tích lưu vực 446 km2, chiều dài 29 km

Diện tích toàn bộ lưu vực Vu Gia- Thu Bồn tính từ thượng nguồn đến cửa sông là 10.350 km2 Phần hạ lưu dòng chảy của 2 sông có sự trao đổi với nhau là: Sông Quảng Huế dẫn 1 lượng nước từ sông Vu Gia sang sông Thu Bồn Cách Quảng Huế 16 km, sông Vĩnh Điện lại dẫn 1 lượng nước sông Thu Bồn trả lại sông Vu Gia

Có thể nói phần hạ lưu mạng lưới sông ngòi khá dày, ngoài sự trao đổi dòng chảy của hai sông với nhau còn có sự bổ sung thêm bởi một số nhánh sông khác Phía sông Vu Gia có sông Tuý Loan, diện tích lưu vực: 309 km2, dài 30 km Sông Thu Bồn có nhánh sông Ly Ly, diện tích lưu vực: 275 km2, chiều dài: 38 km

Bảng 2.1 Đặc trưng hình thái sông chính vùng nghiên cứu

Chi ều dài sông (km)

Chiều dài lưu vực (km)

Độ cao nguồn sông (m)

bình quân lưu vực (m)

H ệ số

u ốn khúc

Thu Bồn Biển 10.350 205 148 1.600 552 12,5 0,47 1,86

Vu Gia Thu Bồn 5.800 163 85 2.000 453 21,3 0,41 1,74 Bung Cái 3.530 131 74 1.300 816 37,0 0,31 2,02 Cái Thành Mỹ 1.850 125 58 1.850 798 23,7 0,52 1,84 Con Vu Gia 627 47 34 800 527 31,0 0,66 1,62

2.3 Mạng lưới trạm quan trắc khí tượng, thủy văn trên lưu vực

Trong lưu vực nghiên cứu có 3 trạm đo các yếu tố khí tượng: một trạm đo đại diện cho vùng đồng bằng là trạm Đà Nẵng, hai trạm đại diện cho vùng miền núi là trạm Trà

My, Tam Kỳ và 19 trạm đo mưa khác

Bảng 2.2 Mạng lưới các trạm khí tượng và đo mưa trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn

TT Tên tr ạm Tên sông

tích lưu vực (km 2 )

Y ếu tố quan tr ắc

Th ời gian quan tr ắc

hi ệncó) Kinh độ Vĩ độ

1 Thành Mỹ Vu Gia 107050' 15046' 1.850 X 1980-2011

2 Nông Sơn Thu Bồn 1080

03' 15042' 3.150 X 1980-2011

3 Hội Khách Vu Gia 107049' 15049' X 1980-2011

4 Ái Nghĩa Vu Gia 108007' 15053' X 1980-2011

5 Giao Thuỷ Thu Bồn 1080

TT Tên tr ạm Tên sông

tích lưu vực (km 2 )

Y ếu tố quan tr ắc

Th ời gian quan tr ắc

hi ệncó) Kinh độ Vĩ độ

Ghi chú: X - mưa, T - nhiệt độ, Z - bốc hơi, U - độ ẩm, V - tốc độ gió

Tài liệu thủy văn được quan trắc trong và lân cận có các trạm đo dòng chảy là Nông Sơn trên sông Thu Bồn, Thành Mỹ trên sông Vu Gia, còn lại là các trạm đo mực nước:

Hiệp Đức, Giao Thủy, Câu Lâu, Hội An (sông Thu Bồn), Hội Khách, Ái Nghĩa, Cẩm

Lệ (sông Vu Gia) và trạm triều Sơn Trà

Bảng 2.3 Mạng lưới các trạm thủy văn trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn

TT Tr ạm Flv (km 2

V ị trí trạm

Li ệt tài liệu Kinh

4 Giao Thuỷ Thu Bồn X, H 108001' 15048' 1980-2011

5 Câu Lâu Thu Bồn X, H 108017' 15051' 1980-2011

6 Cẩm Lệ Vu Gia X, H 108002' 16000' 1980-2011

TT Tr ạm Flv (km 2

V ị trí trạm

Li ệt tài liệu Kinh

7 Ái Nghĩa Vu Gia X, H 108007' 15053' 1980-2011

8 Sơn Tân Thu Bồn X,H 108002' 15034' 1980-2011

9 Hội Khách Vu Gia X,H 107049' 15049' 77-89,96-11

10 Sơn Trà Biển X,H 108013' 16006' 1983-2011

Ghi chú: H: Mực nước Q: Lưu lượng D : Độ đục X: Lượng mưa

Hình 2.2 Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực Vu Gia - Thu Bồn

2.4 Tình hình mưa, lũ trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn

2.4.1 Tình hình mưa lũ

Lũ trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn chủ yếu gây nên do mưa lớn Để đánh giá được sự biến đổi của dòng chảy lũ dưới tác động của BĐKH trên các lưu vực sông khu

vực nghiên cứu, đề tài đã tiến hành phân tích xu thế diễn biến mưa 1, 3, 5, 7 ngày lớn

nhất các trạm đo mưa trên lưu vực theo chuỗi năm quan trắc Kết quả tính toán xu thế

biến đổi lượng mưa 1 ngày lớn nhất hàng năm được thể hiện trong Bảng 2.4

Hình 2.3 Xu thế biến đổi mưa 1,3,5,7 ngày max trạm Thành Mỹ (1979 - 2008)

Bảng 2.4 Xu thế biến đổi lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày max các trạmtrên lưu vực sông

Vu Gia – Thu Bồn (1979 - 2008)

Tr ạm mưa S th ố năm ống kê M ức tăng (+); Mức giảm (-) (mm/năm)

thượng lưu như Thành Mỹ, Nông Sơn đều có xu hướng tăng nhẹ đối với lượng mưa 1,

3 ngày max, nhưng lại giảm với lượng mưa 5, 7 ngày max

2.4.2 Đặc điểm dòng chảy lũ trên lưu vực

Mùa lũ hàng năm trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn thường kéo dài từ tháng IX đến tháng XII Trong mỗi mùa lũ trung bình có từ 3-5 trận lũ lớn với các đợt lũ liên tiếp xảy

ra trong thời gian ngắn tạo nên đường quá trình lũ có dạng nhấp nhô nhiều đỉnh (lũ kép) Một trong những đặc điểm lũ trên lưu vực là lũ lên nhanh, xuống nhanh với biên độ

và cường suất lũ lớn ở thượng và trung lưu, lũ lên tương đối nhanh nhưng rút chậm ở

hạ lưu Ở thượng lưu và trung lưu các sông, do cường suất mưa lớn, địa hình dốc, lòng sông hẹp nên lũ lên nhanh xuống nhanh với cường suất lũ lên trung bình khoảng 30-70cm/giờ, lớn nhất tới 100-400cm/giờ Biên độ lũ 5,0-14,0 m như: trận lũ XI/1999, biên độ lũ tại Thành Mỹ: 10,95m, tại Hiệp Đức 12,58 m, tại Sơn Tân: 13,85 m, tại Nông Sơn: 11,7 m Ở hạ lưu, do độ dốc lòng sông nhỏ (2 ‰ trong đoạn sông từ Thành

Mỹ đến Ái Nghĩa, 0,08 ‰ từ Ái Nghĩa đến Câu Lâu, 0,04 ‰ từ Câu Lâu ra biển) và hơn nữa do có nhiều phân lưu đổ ra biển cũng như tác động của thuỷ triều, địa hình, địa vật nên lũ lên chậm hơn, và rút rất chậm khi gặp triều cường Thí dụ, trong trận lũ XI/1999, biên độ lũ lên tại các trạm ở hạ lưu khoảng 3-5 m (5,46 m tại Ái Nghĩa, 4,22 m tại Cẩm

Lệ, 4,52 m tại Câu Lâu, 3,32 m tại Hội An) Cường suất lũ lên trung bình khảng 5-10 cm/giờ, lớn nhất cũng chỉ đạt khoảng 20-50 cm/giờ

Thời gian lũ lên khoảng 20-60 giờ ở trung thượng lưu, ở hạ lưu: 70-80 giờ, trung bình

là 48 giờ nhưng thời gian lũ rút rất dài, thậm chí 2-5 ngày điển hình như trận lũ XII/1999 Đặc biệt, mực nước duy trì ở mức cao (trên báo động cấp III) kéo dài từ 15-

42 giờ, có khi tới 3-5 ngày Trong 2 trận lũ cuối năm 1999, mực nước duy trì trên mức báo động III tới hơn 5 ngày Ở hạ lưu, khi mực nước dưới báo động I, thuỷ triều ảnh hưởng rất mạnh và triều cường có thể làm gia tăng mực nước đỉnh lũ tới 15-25 cm tại Câu Lâu

Theo số liệu quan trắc trong 40 năm qua, trận lũ XI/1964 là trận lũ lớn nhất ở sông Thu Bồn - Vu Gia và nhiều sông ở Trung Trung Bộ Mực nước đỉnh lũ sông Thu Bồn tại Câu Lâu đạt tới 5,78 m, trên báo động III là 2,08 m (theo cao độ mới) Trong vòng hơn

31 năm gần đây (1977-2007) đã xẩy ra một số trận lũ đặc biệt lớn trên các sông trong hệ thống sông Thu Bồn-Vu Gia Ở nhánh sông Vu Gia, trận lũ XI/1998 là trận lũ có mực nước đỉnh lũ cao nhất trong thời kỳ quan trắc (1977-2000), còn ở sông Thu Bồn, trận lũ XI/1998 và XII/1999 là 2 trận lũ lớn nhất ở trung và thượng lưu sông Thu Bồn

Lưu lượng lũ lớn nhất trong thời kỳ quan trắc đạt tới 10.600 m3/s tại trạm Nông Sơn trên sông Thu Bồn (XI/1998, XII/1999), 7.000 m3/s (XI/1998) tại trạm Thành Mỹ trên sông Vu Gia, tương ứng với mô đun lưu lượng đỉnh lũ bằng 3,35 m3/s.km2 và 3,78

m3/s.km2

Tuy nhiên, trận lũ XI/1964 còn lớn hơn 2 trận lũ XI/1998 và XII/1999 Mực nước đỉnh lũ (Hmax) của trận lũ XI/1999 thấp hơn Hmax của trận lũ XI/1964 tại Ái Nghĩa: 0,47 m; tại Cẩm Lệ: 0,12 m; tại Câu Lâu: 0,55 m và tại Hội An: 0,19 m

Theo kết quả điều tra, lưu lượng đỉnh lũ của trận lũ XI/1964 tại trạm Nông Sơn là 18.200 m3/s, tương ứng với mô đun đỉnh lũ 5,76 m3/s.km2, lớn hơn 1,7 lần so với 2 trận lũ XI/1998 và XII/1999 Trận lũ này có tần suất khoảng 3% tại Câu Lâu

Nhìn chung, lũ xuất hiện tương đối đồng bộ trên các nhánh sông trong hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia Hệ số tương quan Qmax hàng năm giữa trạm Nông Sơn trên sông Thu Bồn với trạm Thành Mỹ trên sông Vu Gia đạt tới 0,79

Thời gian xuất hiện đỉnh lũ (Hmax) từ thượng lưu về hạ lưu không lớn, chỉ khoảng trên dưới 10 giờ Trong trận lũ XI/1999 trên sông Vu Gia, thời gian xuất hiện đỉnh lũ vào lúc 10 giờ ngày 2 tại Thành Mỹ, 5 giờ ngày 3 tại Ái Nghĩa, chênh lệch 16 giờ Trên sông Thu Bồn, thời gian xuất hiện Hmax giữa Hiệp Đức tới Sơn Tân và Nông Sơn chỉ chênh lệch nhau có 1 giờ (3 giờ ngày 3 tại Hiệp Đức; 4 giờ ngày 3 tại Sơn Tân và Nông Sơn và lúc 13 giờ ngày 3 và tại Câu Lâu và Hội An) Như vậy, thời gian xuất hiện Hmax từ Hiệp Đức tới Câu Lâu khoảng 10 giờ

Một trong những đặc điểm quan trọng nữa là khi mưa có cường độ lớn, lũ quét thường

xẩy ra ở các sông suối nhỏ có địa hình dốc, gây thiệt hại rất lớn Trận lũ lớn XI/1998

đã gây ra lũ quét ở một số huyện như Đại Lộc, Quế Sơn ; trận lũ đặc biệt lớn XI/1999

đã gây ra lũ quét trên sông Tuý Loan và nhiều nơi khác Lũ quét xảy ra bất ngờ, có

sức tàn phá lớn và gây nên những thiệt hại rất nghiêm trọng về người và của cải, tàn phá môi trường sinh thái

Lũ lớn nhất năm chủ yếu tập trung vào cuối tháng X với tần suất xuất hiện vào khoảng 42,7 % tại Nông Sơn, 47.6 % tại Thanh Mỹ Ở hạ du khả năng xảy ra lũ lớn vào cuối tháng X chiếm 57.1 % tại Giao Thuỷ, 42.9 % tại Ai Nghĩa Càng đi về phía Nam, lũ

lớn tập trung chủ yếu vào tháng XI với tần suất 70.0 % tại Sơn Giang, 61.9 % tại An

Chỉ trên sông Vệ Lũ lớn nhất trong năm xuất hiện vào tháng XI trên sông Thu Bồn chiếm tỷ lệ 33.3 % tại Nông Sơn và 38.1 % tại Thanh Mỹ

Lũ sớm thường không cao do cường độ mưa không lớn, thời gian mưa ngắn tổn thất dòng chảy lớn Lũ muộn thường xảy ra vào cuối tháng XII và đầu tháng I Tuy nhiên

những trận lũ này thường chỉ tạo ra mực nước lũ ở cuối hạ du ở dưới cấp báo động II

Lũ chính vụ: Tháng X, XI do hoạt động mạnh bởi các loại hình thể thời tiết, nhất là bão và áp thấp nhiệt đới cường độ mưa lũ rất lớn lượng mưa kéo dài gây lũ lớn nhất là

ở đồng bằng khi có mưa bão hoặc áp thấp nhiệt đới đổ bộ

Trong những thập kỷ gần đây lũ lụt xảy ra ngày một thường xuyên hơn, bất bình thường hơn với những trận lũ lụt rất lớn và gây hậu quả rất nặng nề như lũ lụt những năm 1996, 1998, 1999, 2007 và mới đây nhất là trận lũ tháng IX/2009

Lũ vùng nghiên cứu có thể chia ra làm các thời kỳ lũ tiểu mãn, lũ sớm, lũ chính vụ, lũ

muộn, sự phân chia này cũng chỉ là tương đối và theo thời gian trong năm

Lũ tiểu mãn: Vào các tháng V, VI có mưa tiểu mãn gây ra lũ tiểu mãn với trị số lớn đã quan trắc đạt 3060 m3/s tại Nông Sơn vào ngày 25/V/1989, 2180 m3

/s xảy ra ngày 12/VI/2004, đạt 1740 m3/s tại Thành Mỹ vào ngày 25/V/1989, 1690 m3/s ngày 18/VI/1985, 1430 m3/s xảy ra ngày 13/VI/2004 Tính chất lũ này nhỏ, chủ yếu chảy trong lòng dẫn và thường là lũ có lợi vì nó mang một lượng nước đáng kể để phục vụ

sản xuất hè thu

Lũ sớm: Lũ xảy ra vào cuối tháng VIII đến tháng IX gọi là lũ sớm Lũ sớm thường lớn hơn lũ tiểu mãn và có biên độ không lớn, lượng nước trong các sông suối còn ở mức

thấp, lũ sớm thường là lũ đơn 1 đỉnh Qua số liệu quan trắc cho thấy lũ sớm lớn nhất đạt

6500 m3/s ngày 22/IX/1997 tại Nông Sơn, 3480 m3/s, ngày 22/IX/1997 tại Thành Mỹ Đây là thời kỳ lũ gây thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp vì trùng vào thời kỳ thu hoạch

Lũ muộn: Lũ xảy ra vào tháng XII đến nửa đầu tháng I năm sau được coi là lũ muộn Theo số liệu thực đo tại Nông Sơn giá trị lũ muộn lớn nhất đo được là 10600 m3/s xảy

ra ngày 4/XII/1999, 10200m3/s, xảy ra ngày 3/12/1986 Lũ thời kỳ này ảnh hưởng đến thời vụ gieo trồng của sản xuất nông nghiệp

Lũ lớn nhất trong năm chủ yếu tập trung vào tháng X và XI trùng với thời kỳ hoạt động của bão, ATND trên biển Đông có ảnh hưởng đến vùng nghiên cứu kết hợp với các nhiễu động thời tiết khác Bắt đầu vào các tháng này, các nhiễu động thời tiết trở nên mạnh mẽ, hoạt động của bão tăng lên, nhiều trận bão trực tiếp đổ bộ hoặc ảnh hưởng gián tiếp đến vùng gây nên những đợt mưa có cường độ lớn trên diện rộng Đặc biệt bão tan thành áp thấp di chuyển lên phía Bắc gặp khối không khí lạnh tăng cường gây nên lượng mưa lớn toàn vùng

Căn cứ vào tài liệu quan trắc tại các trạm thủy văn trong vùng nghiên cứu cho thấy, vùng thượng nguồn sông Thu Bồn (trạm Hiệp Đức), khả năng lũ lớn nhất trong năm

xuất hiện vào tháng tháng X là 41,2%, tháng XI là 38,2%, tháng XII và tháng IX là 8% Vùng đồng bằng sông Vu Gia Thu Bồn (trạm Câu Lâu), khả năng xuất hiện lũ lớn

nhất vào tháng X là 50%, vào tháng XI là 32,4%, còn lại là vào tháng IX và XII

Vùng thượng nguồn sông Vu Gia (trạm Thành Mỹ), khả năng lũ lớn nhất trong năm xuất hiện vào tháng tháng X là 50%, tháng X là 32,4% Vùng hạ lưu (trạm Cẩm Lệ), khả năng xuất hiện lũ lớn nhất vào tháng XI là 47,1%, vào tháng X là 41,2%

Bảng 2.5 Tần suất xuất hiện lũ lớn nhất vào các tháng trong năm (Đơn vị: %)

1 Hiệp Đức Thu Bồn 2,9 0,0 8,8 41,2 38,2 8,8 100

2 Nông Sơn Thu Bồn 2,9 0,0 8,8 44,1 35,3 8,8 100

3 Giao Thủy Thu Bồn 2,9 0,0 8,8 50,0 32,4 5,9 100

4 Câu Lâu Thu Bồn 2,9 0,0 8,8 50,0 32,4 5,9 100

2.4.4 Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến đặc trưng dòng chảy lũ

Thống kê, phân tích các trận lũ điển hình tại một số các trạm trên lưu vực Vu Gia – Thu Bồn được trình bày như sau:

Q(m^3/s)

Hình 2.4 Tổng hợp quá trình lũ chính vụ trạm Thành Mỹ

Hình 2.5 Thời gian xuất hiện lũ lớn nhất trạm Thành Mỹ

2.4.5 Xác định các trận lũ điển hình phục vụ tính toán vận hành hồ chứa

Theo tiêu chuẩn phân cấp lũ của Bộ Tài nguyên và Môi trường (Quyết định số 18/2008/QĐ-BTNMT), ban hành quy chuẩn Quốc gia về dự báo lũ để phân cấp lũ như sau:

- Lũ rất nhỏ : Hmax<HmaxP90%

- Lũ nhỏ : HmaxP90% ≤ Hmax<HmaxP70%

- Lũ trung bình : Hmax70%≤Hmax<Hmax30%

- Lũ lớn : Hmax30%≤ Hmax<Hmax10%

2.5 Hiện trạng hệ thống hồ chứa thủy điện trên lưu vực

Theo Quy hoạch phát triển thủy điện bậc thang cho sông Vu Gia - Thu Bồn đã được

Bộ Công thương phê duyệt tại Quyết định số 875/QÐ-KHÐT ngày 02/5/2003, trên lưu

vực có 08 dự án thủy điện lớn (trên 30 MW) Quyết định số 528/QĐ-NLDK ngày 02/2/2005 sửa đổi quy hoạch này với việc bổ sung thêm 7 dự án lớn cho sông Vu Gia (A Vương, Sông Bung 2, Sông Bung 4, Sông Bung 5, Ðăk Mi 1, Ðăk Mi 4 và Sông

Côn 2), và 1 dự án cho sông Thu Bồn (Sông Tranh 2) Ngày 27/3/2007, UBND tỉnh

Quảng Nam ban hành Quyết định số 932/QĐ-UBND về việc phê duyệt bổ sung quy

hoạch thủy điện vừa và nhỏ trên địa bàn tỉnh Quảng Nam với 03 dự án: Sông Tranh 3, Sông Tranh 4 và Sông Bung 4A

Ngày 7/9/2015, Thủ tướng chính phủ có Quyết định số Quyết định số 1537/QĐ-TTg

về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu

Bồn, bao gồm các hồ: A Vương, Đăk Mi 4, Sông Tranh 2, Sông Bung 4, Sông Bung 4A và Sông Bung 5 Các thông tin cơ bản về các công trình này, cụ thể như sau:

1 Hồ chứa thủy điện A Vương (thuộc xã Ma Cooi, huyện Đông Giang, tỉnh Quảng

Nam) – vận hành ngày 10/07/2010

Nhiệm vụ (Theo Quy trình vận hành

hồ chứa thủy điện A Vương được

phê duyệt tại Quyết định số

3673/QĐ-BCT ngày 27/6/2008):

• Đảm bảo an toàn công trình

• Cung cấp điện cho hệ thống điện

quốc gia phục vụ phát triển kinh tế xã

hội với công suất lắp máy 210MW,

điện lượng trung bình năm 815 triệu

kWh

Các hạng mục công trình thủy điện A Vương

2 Hồ chứa thủy điện Đăk Mi 4 (thuộc các xã Phước Hòa và Phước Xuân, huyện

Phước Sơn, tỉnh Quảng Nam) - vận hành tháng 8/2012

Nhiệm vụ (Theo Quy trình vận hành

hồ chứa thủy điện Đăk Mi 4 được

phê duyệt tại Quyết định số

6801/QĐ-BCT ngày 23/12/2011):

• Đảm bảo an toàn công trình;

• Góp phần giảm lũ cho hạ du;

• Cung cấp điện cho hệ thống điện

quốc gia phục vụ phát triển kinh tế

Nhiệm vụ (Theo Quy trình vận hành

hồ chứa thủy điện Sông Bung 4A):

• Đảm bảo an toàn công trình

• Cung cấp điện cho hệ thống điện

quốc gia phục vụ phát triển kinh tế

xã hội

4 Công trình thủy điện Sông Tranh 2 (thuộc xã Trà Đốc, huyện Bắc Trà My, tỉnh

Quảng Nam) - Vận hành tháng 01/2011

Nhiệm vụ (Theo Quy trình vận

hành hồ chứa thủy điện Sông

Tranh 2 được phê duyệt tại

Quyết định số 3184/QĐ-BCT

ngày 2/4/2015):

• Đảm bảo an toàn công trình

• Góp phần giảm lũ cho hạ du

và bổ sung nguồn nước cho hạ

lưu sông Thu Bồn

• Cung cấp điện cho hệ thống

điện quốc gia phục vụ phát triển

kinh tế xã hội

Các hạng mục chính của công trình thủy điện Sông Tranh 2

5 Hồ chứa thủy điện Sông Bung 4 (thuộc xã Ta Pơ, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng

Nam) - Vận hành tháng 10/2014

Nhiệm vụ (Theo Quy trình vận

hành hồ chứa thủy điện Sông

Bung 4 được phê duyệt tại

Quyết định số 637/QĐ-BCT

ngày 01/02/2010):