Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các công trình thủy lợi, thủy điện đến tình hình lũ lụt lưu vực sông thu bồn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---Nguyễn Thanh Sơn NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN ĐẾN TÌNH HÌNH LŨ LỤT LƯU VỰC SÔNG THU BỒ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-Nguyễn Thanh Sơn

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG

CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN

ĐẾN TÌNH HÌNH LŨ LỤT LƯU VỰC SÔNG THU BỒN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-Nguyễn Thanh Sơn

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG

CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN

ĐẾN TÌNH HÌNH LŨ LỤT LƯU VỰC SÔNG THU BỒN

Chuyên ngành: Thủy văn học

Mã số: 60440224

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS NGUYỄN TIỀN GIANG

Hà Nội - 2014

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn tới PGS.TS Nguyễn Tiền Giang, làngười trong suốt thời gian qua đã tận tình trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ tôiphát huy khả năng và hoàn thành luận văn

Tôi xin gửi lời đến các thầy cô, gia đình, đồng nghiệp, bạn bè luôn cổ vũ,động viên, giúp đỡ tôi có thêm nghị lực, quyết tâm vượt qua mọi khó khăn trongquá trình học tập và nghiên cứu để có ngày hôm nay

Luận văn đã hoàn thành song không thể không mắc những sai lầm và thiếusót do đây là một đề tài tương đối rộng, phức tạp, bên cạnh đó còn mang cả tính xãhội, bản thân tác giả cũng có ít kinh nghiệm Tôi rất mong nhận được những ý kiếnđóng góp cũng như những lời phê bình quý báu để giúp tôi tiếp tục hoàn chỉnh hơnnữa và tiến tới áp dụng vào thực tiễn

Tôi chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2014

Tác giả

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐẶC ĐIỂM LƯU VỰC SÔNG THU BỒN 3

1.1 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÍ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG THU BỒN 3

1.1.1 Ví trí địa lý 3

1.1.2 Địa hình và địa mạo 4

1.1.3 Thổ nhưỡng và thực vật 4

1.1.4 Đặc điểm khí tượng - thủy văn 4

1.1.5 Mạng lưới sông ngòi trên lưu vực 7

1.1.6 Tình hình lũ lụt trên lưu vực sông Thu Bồn 8

1.1.7 Đặc điểm kinh tế - xã hội 12

1.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN, THỦY LỢI HIỆN CÓ TRÊN LƯU VỰC 14

1.2.1 Tổng quan các công trình hồ chứa trên lưu vực 14

1.2.2 Giới thiệu hồ thủy điện Sông Tranh 2 16

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18

2.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HỒ ĐẾN DÒNG CHẢY LŨ 18

2.1.1 Phương pháp thống kê, xử lý số liệu 18

2.1.2 Phương pháp mô hình hóa 19

2.1.3 Lựa chọn phương pháp đánh giá ảnh hưởng của hồ tới dòng chảy lũ 19

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH NAM, HEC – RESSIM 20

2.2.1 Cơ sở lý thuyết mô hình NAM 21

2.2.2 Mô hình HEC – RESSIM 28

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HỒ CHỨA ĐẾN DÒNG CHẢY LŨ LƯU VỰC SÔNG THU BỒN 35

3.1 HỆ THỐNG HỒ CHỨA LỰA CHỌN ĐỂ ĐÁNH GIÁ 35

3.1.1 Tiêu chí lựa chọn 35

3.1.2 Hồ chứa được lựa chọn 36

3.2 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HỒ CHỨA ĐẾN DÒNG CHẢY LŨ TRƯỚC VÀ SAU KHI CÓ HỒ 36

3.2.1 Khôi phục dòng chảy lũ bằng mô hình NAM 37

3.2.2 Đánh giá ảnh hưởng của hồ chứa đến dòng chảy lũ trước và sau khi có hồ 44

3.3 MÔ PHỎNG LŨ BẰNG MÔ HÌNH HEC – RESSIM LƯU VỰC SÔNG THU BỒN 47

3.3.1 Thiết lập sơ đồ tính toán và quá trình hiệu chỉnh kiểm định mô hình HEC – RESSIM 47

3.3.2 Mô phỏng lũ bằng mô hình HEC - RESSIM 50

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

PHỤ LỤC 61

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Bản đồ lưu vực sông Thu Bồn 3

Hình 2.1 Cấu trúc của mô hình NAM 22

Hình 2.2 Mô hình nhận thức của mô hình NAM 24

Hình 2.3 Mô hình tính toán của mô hình NAM 25

Hình 2.4 Sơ đồ tổng quát các môđun của mô hình HEC - RESSIM 30

Hình 2.5 Môđun thiết lập lưu vực 30

Hình 2.6 Môđun tạo mạng lưới hồ 31

Hình 2.7 Môđun mô phỏng 32

Hình 3.1 Sơ đồ chia lưu vực con lưu vực sông Thu Bồn 38

Hình 3.2 Phần code khai báo của mô hình 39

Hình 3.3 Phần code tính toán các thành phần dòng chảy của mô hình diễn ra trong 5 bể chứa .40

Hình 3.4 Phần code tính toán các thành phần của mô hình trong bể chứa diễn toán và chỉ tiêu Nash- Sutcliffe 40

Hình 3.5 Kết quả hiệu chỉnh tại trạm thủy văn Nông Sơn năm 2010 41

Hình 3.6 Kết quả kiểm định mô hình tại trạm thủy văn Nông Sơn năm 2009 42

Hình 3.7 Kết quả hoàn nguyên dòng chảy tại trạm Nông Sơn và so sánh với số liệu thực đo trận lũ tháng 10 năm 2012 43

Hình 3.8 Kết quả hoàn nguyên dòng chảy tại trạm Nông Sơn và so sánh với số liệu thực đo trận lũ tháng 11 năm 2013 44

Hình 3.9 Đường tần suất dòng chảy lũ thực tại trạm Nông Sơn 45

Hình 3.10 Đường tần suất dòng chảy lũ tại trạm Nông Sơn (có 2 đỉnh lũ hoàn nguyên năm 2012 và 2013) 46

Hình 3.11 Sơ đồ hệ thống hồ chứa và các nút mạng tính toán trên lưu vực sông Thu Bồn 47

Hình 3.12 Sơ đồ hệ thống trong module hệ thống hồ chứa reservoir network 48

Hình 3.13 Biểu đồ so sánh lưu lượng tại Nông Sơn năm 2009 49

Hình 3.14 Biểu đồ so sánh lưu lượng tại Nông Sơn năm 2010 50

Hình 3.15 Đường tần suất dòng chảy lũ trạm Nông Sơn 52

Hình 3.16 Sơ đồ hệ thống trong module hệ thống hồ chứa reservoir network 54

Hình 3.17 Đặc tính hồ Sông Tranh 2 55

Hình 3.18 Đường quá trình vận hành hồ thủy điện Sông Tranh 2 56

Hình 3.19 Đường quá trình cắt lũ năm 2007 tại trạm Nông Sơn 56

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Danh sách trạm khí tượng - thủy văn trên lưu vực sông Thu Bồn 5

Bảng 1.2 Tần suất lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất trạm thuỷ văn Nông Sơn 9

Bảng 1.3 Đặc trưng trận lũ từ 18-20/XI/1998 10

Bảng 1.4 Đặc trưng trận lũ XI/1999 11

Bảng 1.5 Đặc trưng trận lũ XI/2007 12

Bảng 1.6 Thống kê một số hồ chứa nước ở Quảng Nam 15

Bảng 1.7 Thông số hồ Sông Tranh 2 16

Bảng 1.8 Quan hệ Z-F-W hồ chứa thủy điện Sông Tranh II 17

Bảng 3.1 Hồ chứa được lựa chọn 36

Bảng 3.2 Bảng tính trọng số mưa tại các lưu vực con của lưu vực Thu Bồn 38

Bảng 3.3 Bộ thông số mô hình Nam 43

Bảng 3.4 Bảng so sánh kết quả hoàn nguyên và thực đo tại trạm Nông Sơn 44

Bảng 3.5 Đánh giá chỉ số Nash cho kết quả hiệu chỉnh 49

Bảng 3.6 Bộ thông số mô hình 49

Bảng 3.7 Đánh giá chỉ số Nash cho kết quả kiểm định 50

Bảng 3.8 Mực nước đón lũ hồ Sông Tranh 2 53

Bảng 3.9 So sánh lưu lượng cắt lũ tại trạm Nông Sơn trận lũ năm 2007 57

MN kiểm tra Mực nước kiểm tra

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Sông ngòi là một nguồn tài nguyên vô giá, nó không chỉ có vai trò vậnchuyển nước mà còn đem lại cho con người những lợi ích to lớn trong nhiều lĩnhvực từ đời sống đến các hoạt động sản xuất Tuy nhiên nó cũng tạo ra các thiên tainhư lũ lụt, gây ra nhiều thiệt hại to lớn về tính mạng, tài sản của nhân dân Gần đâycùng với sự ấm lên của khí hậu toàn cầu, ảnh hưởng của hiện tượng El Nino và LaNina mà bão lụt ngày càng gia tăng và diễn biến phức tạp hơn

Hệ thống sông Thu Bồn là hệ thống sông lớn của tỉnh Quảng Nam và cũng làmột trong những hệ thống sông chính của miền Trung Toàn bộ lưu vực nằm ở sườnĐông của dãy Trường Sơn, có diện tích lưu vực là 4256 km2 phía Tây giáp với dãyTrường Sơn, phía Tây Nam giáp tỉnh Kon Tum, phía Đông giáp biển Đông, phíaĐông Nam giáp tỉnh Quảng Ngãi Hệ thống sông Thu Bồn là nơi được đánh giágiàu tiềm năng thủy điện, tuy nhiên cũng là nơi mà hàng năm lũ lụt thường xuyênxảy ra, gây thiệt hại nặng nề cho nhân dân địa phương Lũ lụt trên lưu vực sông ThuBồn diễn biến khá phức tạp, do ảnh hưởng của bão kết hợp với hoạt động không khílạnh thường gây mưa lớn trên diện rộng, thêm vào đó địa hình dốc nên khả năng tậptrung nước nhanh, chỉ có phần thượng lưu và hạ lưu mà không có đoạn trung lưunên lũ diễn ra rất ác liệt, lên nhanh và xuống nhanh, cường suất lũ lớn, đã gây thiệthại nặng nề cả về con người và vật chất của tỉnh

Trước tình hình như vậy, việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các côngtrình thuỷ lợi, thuỷ điện đến điều tiết dòng chảy lũ để cảnh báo nguy cơ, giảm nhẹtác hại do ngập lụt gây ra cho vùng hạ du lưu vực là rất cấp thiết và cần phải quan

tâm Xuất phát từ những vấn đề đã nêu ở trên, tác giả đã tiến hành “Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện đến tình hình lũ lụt lưu

vực sông Thu Bồn” làm luận văn tốt nghiệp của mình Kết quả của nghiên cứu sẽ là

cơ sở quy hoạch phòng chống lũ cho lưu vực cũng như là tài liệu tham khảo tốt chocác nhà hoạch định chính sách và ra quyết định ở địa phương

2 Mục đích của luận văn

- Đánh giá ảnh hưởng của hồ chứa tới dòng chảy lũ lưu vực sông Thu Bồn

- Nghiên cứu mô phỏng dòng chảy lũ trên lưu vực sông Thu Bồn bằng mô hìnhHEC - RESSIM

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: Dòng chảy lũ trên lưu vực sông Thu Bồn

- Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông Thu Bồn thuộc địa phận tỉnh Quảng Nam

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Phân tích tổng hợp tài liệu, số liệu

+ Nghiên cứu mô hình toán thủy văn: Mô hình NAM và mô hình mô phỏngđiều tiết hồ chứa HEC - RESSIM

4 Bố cục luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và phụ lục, bố cục của luận văn gồm 3 chươngnhư sau:

Chương 1 Tổng quan đặc điểm lưu vực sông Thu Bồn

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Chương 3 Đánh giá ảnh hưởng của hồ chứa đến dòng chảy lũ lưu vực sông ThuBồn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐẶC ĐIỂM LƯU VỰC SÔNG THU BỒN

1.1 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÍ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG THU BỒN

1.1.1 Ví trí địa lý

Sông Thu Bồn là một sông lớn thuộc tỉnh Quảng Nam và cũng là một trongnhững con sông lớn trong các tỉnh duyên hải Trung Bộ, trải ra trong phạm vi từ

14048’ – 15050’ vĩ độ Bắc và 107057’ – 108025’ kinh độ Đông, hợp thành dòngchính Thu Bồn và các sông nhánh Vu Gia, Ly Ly, Túy Loan

Hình 1.1 Bản đồ lưu vực sông Thu Bồn

Lưu vực sông Thu Bồn là lưu vực sông lớn của tỉnh Quảng Nam và cũng làmột trong những hệ thống sông chính của miền Trung Toàn bộ lưu vực nằm ở sườnĐông của dãy Trường Sơn, có diện tích lưu vực là 4256 km2 phía Tây giáp với dãy

Trường Sơn, phía Tây Nam giáp tỉnh Kon Tum, phía Đông giáp biển Đông, phíaĐông Nam giáp tỉnh Quảng Ngãi (hình 1.1).

1.1.2 Địa hình và địa mạo

Địa hình trong lưu vực phần lớn là đồi núi, riêng phần hạ lưu sông giáp biển

là đồng bằng Phần phía Bắc là những dãy núi cao chạy song song với dãy Bạch

Mã, kéo dài từ Đông sang Tây với một số đỉnh cao trên 100m (Núi Mang 1708m,

Bà Nà 1483m); phía Tây là dãy Trường Sơn Nam với một số đỉnh cao trên 200m (ATuất 2500m, Lum Heo 2045m, Tion 2032m ); phía Nam là khối núi Kon Tumthuộc dãy Trường sơn với đỉnh Ngọc Linh cao 2598m, chạy ra tới biển Như vậy,lưu vực hệ thống sông Thu Bồn được bao bọc bởi các dãy núi cao ở ba phía, Bắc,Tây và Nam Chuyển tiếp từ vùng núi cao xuống đồng bằng là vùng trung du vớinhững đồi núi thấp có độ cao (100 - 800m)

Vùng đồng bằng hẹp có địa hình thấp dưới 30m, phân bố ở một số huyệnthuộc địa phận tỉnh Quảng Nam (Đại Lộc, Duy Xuyên, Điện Bàn, Thăng Bình, HộiAn) và thành phố Đà Nẵng (huyện Hòa Vàng, các quận Ngũ Hành Sơn và HảiChâu) Tiếp giáp với biển là những dải cát có những cồn cát cao hơn 10m

1.1.3 Thổ nhưỡng và thực vật

Đất được phát tiển trên các loại đá mẹ, gồm các loại chính: nhóm đất mùntrên núi cao; nhóm đất feralit phát triển đá mác ma và các loại đá khác, phân bốrộng rãi ở vùng đồi núi thấp; đất phù sa; đất phèn đất mặn; đất cát biển và đất xóimòn từ sỏi đá

Thực vật trong lưu vực khá phong phú và đa dạng, gồm kiểu rừng kín thườngxanh ẩm á nhiệt đới phân bố ở độ cao trên 1000m; kiểu rừng kín lá rụng hơi ẩmnhiệt đới; kiểu rừng cây thưa, lá rộng hơi khô nhiệt đới và kiểu rừng cây là kim hơikhô nhiệt đới Ngoài ra, còn có các trảng cỏ, cây bụi Rừng bị tàn phá, khai thácthiếu quy hoạch Tính đến năm 2006, diện tích rừng trong tỉnh Quảng Nam khoảng457,7.103 ha, trong đó rừng tự nhiên 396,3.103ha, rừng trồng 61,4.103 ha, tỷ lệ cherừng phủ khoảng 43,9%

1.1.4 Đặc điểm khí tượng - thủy văn

 M ạng lưới quan trắc

Trong lưu vực nghiên cứu có 2 trạm đo các yếu tố khí tượng: một trạm đođại diện cho vùng đồng bằng là trạm Đà Nẵng, một trạm đại diện cho vùng miền núi

là trạm Trà My và 12 trạm đo mưa

Trên hệ thống sông Thu Bồn có 5 trạm đo thuỷ văn, trong đó có 1 trạm đodòng chảy và mực nước là trạm thủy văn Nông Sơn, 1 trạm đo mực nước hạ lưuvùng ảnh hưởng triều là trạm thủy văn Câu Lâu

Bảng 1.1 Danh sách trạm khí tượng - thủy văn trên lưu vực sông Thu Bồn

Yếu tố quan trắc Tên trạm Sông

Lượng bức xạ tổng cộng trung bình năm khoảng 140-150kcal/cm2 Cân bằngbức xạ trung bình năm khoảng 75-100 kcal/cm2

Số giờ nắng trung bình năm biến đổi trong phạm vi từ 1800 giờ ở vùng núicao đến hơn 2000 giờ ở vùng đồng bằng ven biển

Nhiệt độ không khí trung bình năm khoảng 21-260C, giảm từ đồng bằng venbiển lên miền núi theo sự tăng cao củah hình Nhiệt độ tối cao tuyệt đối có thể trên

400C vào những ngày có gió Tây khô nóng Nhiệt độ tối thấp tuyệt đối có thể dưới

150C ở vùng đồng bằng và dưới 100C ở vùng núi

Độ ẩm không khí có quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ không khí và lượng mưa.Vào các tháng mùa mưa độ ẩm không khí vùng đồng bằng ven biển có thế đạt 85-88%, vùng núi có thể đạt 90- 95% Các tháng mùa khô vùng đồng bằng ven biển chỉcòn dưới 80%, vùng núi còn 80-85% Độ ẩm không khí vào những ngày thấp nhất

Lượng bốc hơi phụ thuộc vào yếu tố khí hậu: nhiệt độ không khí, nắng, gió,

độ ẩm Lượng bốc hơi trung bình năm trên lưu vực khoảng 680-1040 mm, ở vùngnúi lượng bốc hơi khoảng 680-800 mm, vùng đồng bằng ven biển lượng bốc hơikhoảng 880-1050 mm

Do nằm trong địa hình cao nhất của dãy Trường Sơn nên lưu vực sông ThuBồn rất thuận lợi đón gió là nguyên nhân gây mưa khá đa dạng Hoàn lưu Tây Namcùng với sự hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới, hoàn lưu Đông Bắc cùng với cácnhiễu động thời tiết đem lượng mưa lớn cho toàn lưu vực Trên lưu vực có tâm mưalớn: Tâm mưa Bạch Mã với lượng mưa năm trên 3000 mm Tuy nhiên, mưa phân

bố không đều cả về không gian và thời gian Xét cả về lượng lẫn độ dài mùa mưatrên lưu vực thì có xu hướng giảm dần từ phía Tây sang phía Đông, từ miền núixuống đồng bằng

 Th ủy văn

Với điều kiện địa hình dốc, mạng lưới sông suối phát triển tỏa tia, mức độtập trung mưa lớn cả về lượng lẫn về cường độ trên phạm vi rộng nên lũ trên cácsông suối của lưu vực sông Thu Bồn mang đậm tính chất lũ núi với các đặc trưng:cường suất lũ lớn, thời gian lũ ngắn, đỉnh lũ nhọn, biên độ lũ lớn Hàng năm trênsông Thu Bồn xuất hiện 4 – 5 trận lũ, năm nhiều nhất có 7- 8 trận lũ, lũ lớn nhấttrong năm thường xuất hiện trong tháng X và XI Hình thế thời tiết chủ yếu mưasinh lũ trên lưu vực là bão (chiếm khoảng 55% tần xuất), không khí lạnh (chiếmkhoảng 23%) đây cũng chính là nguyên nhân gây lũ đặc biệt lớn

1.1.5 Mạng lưới sông ngòi trên lưu vực [2]

Với hình dạng lưu vực hình bầu nên mạng lưới sông trên lưu vực Thu Bồnphát triển tới các phụ lưu cấp IV và trong tổng số 78 phụ lưu có chiều dài sôngchính lớn hơn 10km được phân chia theo các cấp : 19 phụ lưu cấp I, 36 phụ lưu cấp

II, 22 phụ lưu cấp III và 2 phụ lưu cấp IV

Sự sắp xếp của các dãy núi đã tạo ra hướng dốc chính của địa hình lưu vựcsông Vu Gia - Thu Bồn là hướng Tây Nam - Đông Bắc, và dòng chính sông ThuBồn có hướng chảy chính Tây Nam - Đông Bắc ở phần thượng, trung du và chuyểnhướng chảy Tây - Đông ở vùng hạ du lưu vực Vì vậy hệ số uốn khúc của các sônglớn trên lưu vực sấp xỉ 2 như dòng chính 1,86, sông Bung 2,02, sông Tĩnh Yên2,67 Địa hình núi đồi chiếm tỷ trọng diện tích khá lớn (trên 60%) nên độ cao bìnhquân lưu vực 552m, độ dốc bình quân lưu vực 25% thuộc vào loại lớn nhất so vớicác lưu vực sông dải duyên hải Việt Nam

Mạng lưới sông suối trong lưu vực sông Thu Bồn kém phát triển với mật độlưới sông 0,47 km/km2 Phần thượng du lưu vực độ dốc địa hình lớn trên 30%, cấutạo địa chất vùng núi là các đá Granit sườn dốc, đỉnh núi nhọn với lớp vỏ phong hoáchủ yếu là sa thạch, diệp thạch xen lẫn cuội kết nên mạng lưới sông suối trong vùngchỉ phát triển ở những vùng thấp còn ở phần sườn núi hầu như không xuất hiệndòng chảy thường xuyên, mật độ lưới sông 0,38 km/km2 Phần hạ du sông chảytrong vùng đồng bằng ven biển thấp, độ dốc bề mặt giảm và lớp vỏ thổ nhưỡngtrong vùng này chủ yếu là đất cát, đất đỏ nên mạng lưới sông suối ở đây cũng

không phát triển mạnh, mật độ sông suối 0,57 km/km2.

1.1.6 Tình hình lũ lụt trên lưu vực sông Thu Bồn

Tỉnh Quảng Nam, thành phố Đà Nẵng và vùng phụ cận có mùa lũ hàng năm

từ tháng X đến tháng XII Tuy nhiên mùa lũ ở đây cũng không ổn định, nhiều năm

lũ xảy ra từ tháng IX và cũng nhiều năm sang tháng I của năm sau vẫn có lũ, điềunày chứng tỏ lũ lụt ở Quảng Nam, thành phố Đà Nẵng và vùng phụ cận có sự biếnđộng khá mạnh mẽ

Lũ xảy ra vào tháng IX đến nửa đầu tháng X gọi là lũ sớm

Lũ xảy ra vào tháng XII hoặc sang tháng I năm sau gọi là lũ muộn

Lũ lớn nhất trong năm thường xảy ra vào nửa cuối tháng X và XI

 Lũ muộn

Lũ xuất hiện vào tháng XII và nửa đầu tháng I năm sau được coi là lũ muộn.Nhìn chung lũ muộn ở vùng nghiên cứu và vùng phụ cận chỉ còn 20  30% số nămđạt tiêu chuẩn dòng chảy lũ Theo thống kê lũ muộn hàng năm trên các sông vùngnghiên cứu chỉ còn 24 28% Thời gian này dòng chảy trong các sông ở mức tươngđối cao do nước ngầm cung cấp, rất hiếm trường hợp xảy ra những trận mưa có khảnăng gây lũ lớn

Trong tháng XII được xếp vào mùa lũ nhưng mưa đã giảm nhiều, thời tiếtgây mưa chủ yếu do gió mùa Đông Bắc các trận mưa chỉ xảy ra trong thời gian 10ngày giữa tháng XII

 Lũ tiểu mãn

Lũ tiểu mãn thường xuất hiện vào tháng V hoặc tháng VI, có năm vào thángVII Lũ tiểu mãn thường không lớn lắm, nguyên nhân gây lũ là những trận mưa ràovới cường độ lớn, thời gian lũ ngắn, thường là lũ đơn một đỉnh

 Lũ giữa mùa

Nửa cuối tháng X và tháng XI là 2 tháng mưa lớn nhất do nhiều hình tháithời tiết như: bão + áp thấp nhiệt đới + không khí lạnh, gió mùa Đông Bắc gây ranhững đợt mưa lớn kéo dài ngày, trong khi đó mặt đất đã đạt đến mức bão hoà domưa lũ sớm tạo nên, mực nước các sông suối đã được nâng lên ở mức cao do đó lũgiữa mùa thường là lũ lớn nhất trong năm

Bảng 1.2 Tần suất lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất trạm thuỷ văn Nông Sơn

Qp (m 3 /s) Trạm Flv

lũ vùng này rất ác lịêt, lũ lên nhanh, xuống nhanh, cường suất lũ lớn Lũ các sôngQuảng Nam - Đà Nẵng có lũ đơn, lũ kép; lũ kép 2 đến 3 đỉnh đặc biệt một số trận lũ

có 4 đến 5 đỉnh như lũ tháng XI năm 1999 có tới 5 đỉnh trong đó có 4 đỉnh trên báođộng cấp III

 Các trận lũ lớn đã xảy ra trên lưu vực sông Thu Bồn

- Tr ận lũ đặc biệt lớn tháng XI/1998

Diễn biến thời tiết: Sáng ngày 20/XI, bão số 5 đổ bộ vào Phú Yên - Khánh

Hoà và suy yếu thành ATNĐ di chuyển về phía Tây qua phía Nam Tây Nguyên.Ngày 20/XI, KKL tràn qua Bắc Bộ và lấn dần về phía nam kết hợp với dải hội tụnhiệt đới có trục qua Nam Trung Bộ (bao gồm cả bão số 5 sau khi suy yếu thànhvùng thấp) duy trì và tiếp tục chuyển xuống phía Nam

Mưa: Do ảnh hưởng của bão số 5, trên lưu vực sông Thu Bồn đã có mưa rất

to, lượng mưa trong hai ngày (từ đêm 18 - 20/XI), tại Trà My là 635mm, KhâmĐức: 716mm, Tiên Phước: 631mm, Hiệp Đức: 554mm Ngày 21/XI, do ảnh hưởngcủa dải HTNĐ kết hợp với KKL, trên lưu vực Thu Bồn tiếp tục có mưa, lượng mưaphổ biến 200mm như: Hiệp Đức: 211mm, Khâm Đức: 226mm

Lũ: Trên sông Thu Bồn tại Câu Lâu có đỉnh cao nhất là 5.09m (5h/21/XI),

trên BĐIII: 1.39m, thấp hơn lũ lịch sử năm 1964: 0.39m

Thu

Bồn

Hội An XI 19 07 9 XI 21 09 299 290 50 6

- Tr ận lũ đặc biệt lớn tháng XI/1999

Diễn biến thời tiết: Cuối tháng X/1999, một bộ phận không khí lạnh có

cường độ mạnh tràn xuống miền Bắc nước ta gây ra gió mùa Đông bắc ở vịnh Bắc

bộ mạnh cấp 7, và cùng thời kỳ này đới gió đông có cường độ mạnh tồn tại từ mặtđất đến mực 700 mb trong khu vực từ 15 đến 200 Bắc Mặt khác dải áp thấp xíchđạo đang hoạt động mạnh từ vĩ độ 7-90N và lưỡi cao áp cận nhiệt đới lấn sâu vềphía Tây Sự gặp gỡ của tổ hợp trên ở khu vực Trung trung bộ đã gây ra mưa lớntrên diện rộng từ 1 – 7/11/1999

Mưa: Tổng lượng mưa quan trắc được từ ngày 1 – 7/11/1999 tại các trạm

trong lưu vực là Hiệp Đức: 1290 mm, Sơn Tân: 1140 mm, Giao Thuỷ: 1249 mm,Câu Lâu: 1184 mm, Nông Sơn: 1150 mm và Hội An: 1281mm Đặc biệt trong vòng

24 giờ từ 6h ngày 2/XI đến 6h ngày 3/XI tại trạm Đà Nẵng đo được là 593 mm

Lũ: Mưa lớn làm mực nước dâng cao tại các sông Trên sông Thu Bồn tại

Giao Thủy là 9.4 m vượt báo động III là 0.8 m; tại Câu Lâu là 5.23 m cao hơn báođộng III là 1.52 m và tại Hội An là 3.24 m cao hơn báo động III là 1.54 m

H (cm)

TGXH (N-giờ)

H (cm)

D

H (cm)

Thời gian lũ lên (giờ)

Trung bình

Lớn nhất

Diễn biến thời tiết: Ngày 4/XI bão số 6 hình thành trên khu vực bão Lu

Dông (Philippin) Đây là cơn bão mạnh cấp 11, 12 nhưng đã suy yếu trên biểnĐông, nhưng do hoàn lưu của bão kết hợp với không khí lạnh phía Bắc từ ngày 8 -17/XI đã gây ra mưa lũ lớn cho các tỉnh miền Trung và lưu vực Thu Bồn nói riêng

Mưa: Mùa mưa lũ năm 2007 tại tỉnh Quảng Nam và TP Đà Nẵng diễn biến

khá phức tạp Tuy không có bão đổ bộ trực tiếp nhưng do ảnh hưởng của cao áplạnh lục địa kết hợp với gió đông trên cao hoạt động mạnh đã gây ra mưa to đến rất

to Lượng mưa toàn đợt từ 8 – 17/XI đã quan trắc được tại các trạm: tại Hiên là 728

mm, Khâm Đức là 945 mm, Hiệp Đức 1002 mm, tại Nông sơn 958 mm và tại Trà

My là 1099 mm

Lũ: Ngày 8/XI mực nước tại các sông đang ở mức dưới báo động I nhưng

chỉ sau hai ba ngày mưa lớn đã xuất hiện đỉnh lũ tại các sông vượt báo động III.Trên sông Thu Bồn mực nước lớn nhất quan trắc được tại trạm Giao Thủy vào lúc

10 giờ ngày 12/XI/2007 là 9.6 m vượt báo động III là 1.0 m trên mực nước lũ caonhất năm 1999 là 0.2 m Tại Câu lâu 5.37 m vượt báo động III 1.67 m và trên mựcnước lũ cao nhất năm 1999 là 0.14 m

TGXH N-giờ)

H (cm)

D H (cm)

T lên (giờ) Trung

bình

Lớn nhất

đó huyện Nam Giang 12 người/km2 Dân cư trong vùng đông nhất là dân tộc Kinh

có 1.280.587 người, chiếm 93,2%; các dân tộc thiểu số như dân tộc Cơ Tu có37.310 người, chiếm 2,71%; dân tộc Xơ Ðăng có 30.231 người, chiếm 2,2%; dântộc Mnông có 13.685 người, chiếm 0,99%; dân tộc Giẻ Triêng có 4.546 người,chiếm 0,33%; dân tộc Co có 4.607 người, chiếm 0,33%; dân tộc Hoa có 1.106người, chiếm 0,08%; dân tộc Tày có 509 người, chiếm 0,03%; dân tộc Mường có

364 người, chiếm 0,02%; dân tộc Nùng có 247 người, chiếm 0,01%; các dân tộckhác chiếm 0,1%

 Văn hóa và giáo dục

Chất lượng giáo dục qua các năm được nâng cao rõ rệt: Trẻ em 5 tuổi đượchuy động đi học trường mẫu giáo đạt tỷ lệ 98% hàng năm Tỷ lệ tốt nghiệp phổthông trung học năm 2009 - 2010 đạt 94,85% đối với trung học phổ thông, trong đó20,59% em trúng tuyển vào các trường đại học- cao đẳng; học sinh khối giáo dụcthường xuyên đạt tỷ lệ tốt nghiệp là 54,63%

Quảng Nam đang nỗ lực thực hiện đề án kiên cố hóa trường, lớp học và nhàcông vụ cho giáo viên giai đoạn 2008-2012 Theo kế hoạch đã được phê duyệt, tổngmức đầu tư Đề án này triển khai tại địa phương là 155,640 tỷ đồng; trong đó, tỷ lệvốn đối ứng của địa phương là 40%, tương đương với 45,439 tỷ đồng.

 Cơ cấu kinh tế

Một trong những mục tiêu quan trọng của phương hướng chung về phát triểnkinh tế - xã hội của Quảng Nam là tiếp tục đẩy mạnh chuyển dịch cư cấu kinh tếtheo hướng tỉnh công nghiệp, bao gồm cơ cấu ngành, cơ cấu vùng và cơ cấu thànhphần kinh tế Trong những năm qua xu hướng chuyển dịch cơ cấu kinh tế là tíchcực và rõ nét, nhất là cơ cấu ngành Tỷ trọng của khu vực công nghiệp và dịch vụchiếm trong tổng GDP đã tăng lên qua các năm, giảm tỷ trọng của khu vực nôngnghiệp, trong khi vẫn duy trì được tốc độ tăng của ba khu vực và các ngành kinh tế.Khu vực công nghiệp, xây dựng từ 28,38% (2002) tăng lên 35,53% (2006) và năm

2008 chiếm 38,18% Khu vực dịch vụ từ 33,45% (2002) tăng lên 35,48% (2006) vànăm 2008 chiếm 36,84% Tỷ trọng khu vực nông nghiệp từ 38,17% (2002) giảmcòn 29% (2006) và năm 2008 còn 24,98% Đây là sự chuyển dịch từ cơ cấu kinh tếđúng hướng, phù hợp với yêu cầu đẩy mạnh tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa

 Cơ sở hạ tầng

Y tế: Mạng lưới y tế phát triển rộng khắp ở các cộng đồng dân cư nhất là y tế

cộng đồng, phòng ngừa quản lý và phát hiện các dịch bệnh Mỗi huyện có một bệnhviện với quy mô từ 45 giường bệnh trở lên, riêng thành phố có 7 bênh viện với quy

mô giường bệnh lên đến 1.130 giường bệnh, công tác y tế đã đóng vai trò tích cựctrong việc bảo vệ sức khoẻ nhân dân và phát huy thắng lợi chương trình sinh đẻ có

kế hoạch

Giao thông: Hệ thống giao thông ở đây tương đối phát triển, các tuyến

đường quốc lộ là đường Hồ Chí Minh, 1A, 14B, 14D, 14E với chiều dài hơn400km Đường tỉnh lộ gồm 18 tuyến với tổng chiều dài gần 500 km Đặc biệt, quốc

lộ 14 (14B, 14D, 14E) là tuyến đường bộ thông suốt với nước CHDCND Lào quacửa khẩu Đắc Ốc (huyện Nam Giang) Cửa khẩu này đã được công nhận là cửakhẩu cấp quốc gia và sẽ trở thành cửa khẩu quốc tế trong thời gian đến Tuyến

đường sắt Bắc - Nam chạy qua địa bàn tỉnh Quảng Nam có chiều dài 95 km Cảng

Kỳ Hà là một cảng nước sâu nằm trong khu kinh tế mở Chu Lai và ngay cạnh khukinh tế Dung Quất (tỉnh Quảng Ngãi), hiện nay tàu có trọng tải dưới 2 vạn tấnthường xuyên ra vào cảng này Quảng Nam có 8 tuyến đường sông với tổng chiềudài khoảng 200 km phân bố tương đối đồng đều trên khắp địa bàn tỉnh, đảm bảocho phương tiện từ 5 - 25 tấn vận chuyển hàng hoá, hành khách thông suốt Sân bayChu Lai là một trong sáu sân bay hiện đại nhất của Việt Nam, có đường băng dài3.050 mét, có khả năng phục vụ các loại máy bay trọng tải lớn như: Boing,Airbus

Về du lịch: tỉnh Quảng Nam có 125 km bờ biển kéo dài từ Điện Ngọc (giáp

bãi biển Non Nước, thành phố Đà Nẵng) đến giáp vịnh Dung Quất (tỉnh QuảngNgãi), với nhiều bãi tắm đẹp lý tưởng như: Hà My (huyện Điện Bàn), Cửa Đại(thành phố Hội An), Bình Minh (huyện Thăng Bình), Tam Thanh (thành phố TamKỳ), Kỳ Hà, Bãi Rạng (huyện Núi Thành) nơi đâu cũng hoang sơ, tràn đầy gió vàánh nắng mặt trời

1.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN, THỦY LỢI HIỆN CÓTRÊN LƯU VỰC [1][8]

1.2.1 Tổng quan các công trình hồ chứa trên lưu vực [8]

Trước năm 1975, công tác thuỷ lợi trên địa bàn tỉnh Quảng Nam chưa đượcquan tâm đầu tư; toàn tỉnh chỉ có vài công trình thuỷ lợi nhỏ như hồ Hương Mao(huyện Quế Sơn),Vĩnh Trinh, Phú Lộc, Thạch Bàn (huyện Duy Xuyên), một số đậpdâng bán kiên cố, đập bổi tại khu vực đồng bằng phục vụ tưới cho một số ít diệntích sản xuất nông nghiệp trên địa bàn tỉnh Từ sau năm 1975, phong trào làm thuỷlợi được Nhà nước phát động mạnh mẽ và nhân dân tham gia hưởng ứng một cáchtích cực với hàng loạt trạm bơm điện và hồ chứa nước được xây dựng như trạmbơm Vĩnh Điện, Đông Quang, Cẩm Văn, Tư Phú, Xuyên Đông, hồ chứa Cao Ngạn,Phước Hà (Thăng Bình), Hố Chình, Hóc Lách (Đại Lộc), Dùi Chiêng (Quế Sơn),

Đá Vách (Tiên Phước) , Những năm tiếp theo, nhiều công trình thuỷ lợi lần lượtđược xây dựng và đưa vào quản lý, khai thác đạt hiệu quả cao (như hồ Khe Tân,Việt An, Thái Xuân, Trạm bơm Vĩnh Điện, Hà Châu, hệ thống đập dâng An

Trạch ), phục vụ tốt cho sản xuất nông nghiệp và các ngành kinh tế khác trên địabàn tỉnh.

Bảng 1.6 Thống kê một số hồ chứa nước ở Quảng Nam

Tên hồ Flv (km 2 ) Dung tích

tổng ( 10 6 m 3 )

Dung tích chết ( 10 6 m 3 )

2 nằm ở thượng lưu vực sông Thu Bồn Hồ thủy điện Sông Tranh 2 được xây dựngtrên thượng nguồn sông Thu Bồn và đi vào hoạt động năm 2011 với mục đích đamục tiêu như phát điện, tích nước cho mùa kiệt, cung cấp nước cho hạ lưu, phòngchống lũ

- Hiện nay có 12 huyện có hồ chứa trong tổng số 18 huyện, thành phố trên địabàn tỉnh Huyện có số hồ nhiều nhất là Đại Lộc và Quế Sơn

- Có 44 hồ dung tích nhỏ hơn 1 triệu m3; 20 hồ có dung tích từ 1 - 3 triệu m3; có

9 hồ dung tích trên 3 triệu m3, trong đó có 2 hồ dung tích từ 4 triệu m3 đến nhỏ hơn

10 triệu m3 gồm Hố Giang và Phước Hà;

- Có 15 hồ có chiều cao đập 15m; có 18 hồ được xếp loại đập lớn và 55 hồ xếploại đập nhỏ

- Hiện đang triển khai xây dựng và sẽ hoàn thành trong năm 2009 gồm 4 hồ là

hồ Suối Tiên (Quế Sơn); Bàu Vang (Núi Thành), Nước Zút (Phước Sơn) và ĐôngTiễn (Thăng Bình)

1.2.2 Giới thiệu hồ thủy điện Sông Tranh 2

Dự án Thủy điện Sông Tranh 2 được khởi công vào tháng 3/2006 với côngsuất 190 MW, sản lượng điện trung bình hàng năm đạt 697.6 triệu kWh [1]

Thuỷ điện Sông Tranh 2 là một công trình lợi dụng tổng hợp, ngoài nhiệm vụchủ yếu là phát điện, công trình sẽ tham gia điều tiết dòng chảy, ngăn lũ khu vực hạ

du và cung cấp nước cho sản xuất nông nghiệp và phục vụ đời sống sinh hoạt củangười dân các huyện thuộc tỉnh Quảng Nam Nước sau khi phát điện sẽ phối hợpvới các công trình thuỷ lợi trong lưu vực sông Thu Bồn để sử dụng một cách cóhiệu quả cho cấp nước tưới, dân sinh kinh tế, cải tạo môi trường, phát triển thuỷ sảnvùng hạ lưu sông Thu Bồn

 Các thông số về hồ chứa

Các thông số về hồ thủy điện Sông Tranh 2 được thể hiện như bảng dưới đây:

Bảng 1.7 Thông số hồ Sông Tranh 2

I Thông số hồ chứa

1 Lưu lượng lớn nhất (Qmax) m3/s 245.52

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HỒ ĐẾNDÒNG CHẢY LŨ

Đánh giá được ảnh hưởng của hồ tới dòng chảy lũ chính là đánh giá, nhậnxét các đặc trưng lũ trước và sau khi có hồ hay đánh giá đặc trưng lũ trong trườnghợp không có hồ hoạt động hoặc có hồ hoạt động Các đặc trưng lũ được đưa ra đểđánh giá là tổng lượng lũ, biên độ lũ, thời gian lũ lên, chân lũ lên, thời gian lũxuống, đỉnh lũ, cường suất lũ, vận tốc lũ…

Để đánh giá được các đặc trưng lũ khách quan, ta cần số liệu trận lũ, đườngquá trình lũ của thời điểm trước và sau khi có hồ để so sánh với nhau Sau đây trìnhbày một số phương pháp phục vụ đánh giá ảnh hưởng của hồ tới dòng chảy lũ

2.1.1 Phương pháp thống kê, xử lý số liệu

Phương pháp thống kê [6] ở đây là phương pháp đơn giản, dễ tính toánnhưng dựa trên cơ sở số liệu đã có phải tốt Số liệu đã qua xử lý sẽ được phân tích

cụ thể

Bản chất của phương pháp phân tích, thống kê này chính là thu thập chuỗi sốliệu dòng chảy, xử lý số liệu đồng nhất Rồi dựa vào số liệu đã xử lý để phân tích

Phân tích tần suất: Thông qua đường tần suất kinh nghiệm Đường tần suất

kinh nghiệm là đường cong tần suất được vẽ theo các điểm kinh nghiệm biểu thịquan hệ giữa tần suất và giá trị quan trắc

Phân tích chuỗi thời gian thủy văn: Trong thực tế, các giá trị của đại lượng

thủy văn xuất hiện có trật tự theo thời gian và không gian Ví dụ sự xuất hiện dòngchảy trong một con lũ, có nhánh lên, nhánh xuống, sự xuất hiện dòng chảy theomùa, theo tháng hay theo các năm không hoàn toàn ngẫu nhiên Số liệu đo đạc thuthập tạo thành một chuỗi số liệu thủy văn, đó là sự rời rạc hóa một quá trình thủyvăn diễn ra liên tục Vì vậy cần phát hiện tìm hiểu ra quy luật dao động và mối liên

hệ giữa các số hạng của chúng Để giải quyết vấn đề này cần phải phân tích chuỗithời gian thủy văn

Các yếu tố được phân tích chính trong chuỗi thời gian, số liệu thủy văn vàđường tần suất kinh nghiệm chính là các đặc trưng của lũ, nó thể hiện lũ lớn hay lũ

nhỏ, có các đặc trưng khác nhau như thế nào Tại thời điểm trước và sau hồ, bằngphương pháp thống kê với dãy số liệu lớn, tương đương nhau tại hai thời điểm trước

và sau khi có hồ, ta mới có thể khái quát được sự biến đổi của dòng chảy ở từngthời điểm trước hay sau hồ như các đặc trưng: tần suất lũ, biên độ lũ trung bình, thờigian lũ lên trung bình, thời gian lũ xuống trung bình, thời gian kéo dài lũ trung bìnhhay cường suất lũ trung bình Khi này, các giá trị chỉ đánh giá ở dạng trung bình vàkhái quát, chưa mang tính cụ thể

2.1.2 Phương pháp mô hình hóa

Mục đích của phương pháp mô hình hóa [7] chính là để đánh giá cụ thể hơnảnh hưởng của hồ chứa tới các đặc trưng dòng chảy lũ Bằng cách so sánh trực tiếp

2 trận lũ, đường quá trình lũ với nhau để định lượng, định tính được các thay đổiđặc trưng của dòng chảy

Phương pháp thực hiện mô phỏng, tính toán và đưa ra kết quả là trận lũ trongtrường hợp còn lại mà số liệu thực có Ta sẽ tính toán hoàn nguyên dòng chảykhông có hồ chứa để so sánh với số liệu thực cũng tại trạm đó trong 1 trận lũ trongnăm đã có hồ chứa hoạt động, hoặc tính toán ngược lại, mô phỏng điều tiết lũ hồchứa theo quy trình vận hành để so sánh với số liệu năm chưa có hồ hoạt động tạitrạm đó Các số liệu đưa vào tính toán lũ gồm mưa, bốc hơi được sử dụng chính là

số liệu thực ứng với trận lũ so sánh Trước khi tiến hành tính toán mô phỏng, hoànnguyên lũ để đánh giá, mô hình cần được hiệu chỉnh, kiểm định để thấy tính hợp lý,chính xác và sự tin tưởng

Các mô hình toán được nhắc tới sử dụng ở đây gồm mô hình hoàn nguyên lũ

- mô hình mưa rào - dòng chảy (NAM) và mô hình điều tiết vận hành hồ chứa

Trong luận văn sử dụng mô hình cụ thể để tính toán hoàn nguyên dòng chảy

là mô hình tương mại Mike - NAM, mô hình tính toán điều tiết hồ chứa và diễntoán lũ là mô hình HEC - RESSIM

2.1.3 Lựa chọn phương pháp đánh giá ảnh hưởng của hồ tới dòng chảy lũ

Để thực hiện đánh giá ảnh hưởng của hồ chứa tới dòng chảy lũ theo cácphương pháp được nêu trên, cần dựa vào nhiều yếu tố, nhưng quan trọng nhất là sốliệu

Trên lưu vực sông Thu Bồn có rất nhiều hồ chứa nhưng chủ yếu là các hồchứa thủy lợi vừa và nhỏ có dung tích hữu ích nhỏ hơn 10 triệu m3 Trong luận văntiến hành lựa chọn các hồ chứa tiêu biểu có tác động lớn đến dòng chảy lũ xuống hạlưu để đưa vào mô hình mô phỏng, vì vậy luận văn đã tiến hành lựa chọn hồ chứavào đánh giá là hồ thủy điện Sông Tranh 2 theo tiêu chí lựa chọn hồ trình bày ở mục3.1.1, nhưng hồ thủy điện Sông Tranh 2 mới đi vào hoạt động năm 2011, ứng vớichuỗi số liệu trước và sau có hồ hoạt động rất chênh lệch, số lượng trận lũ năm tạithời điểm sau hồ rất ít (từ năm 2011 đến 2013 là 5 trận lũ năm theo thống kê củatrung tâm dự báo Khí tượng Thủy văn Trung Ương, phụ lục số 01), chưa đủ điềukiện cơ sở dữ liệu để có thể đánh giá khách quan bằng phương pháp thống kê, xử lý

số liệu

Vì vậy, luận văn đã sử dụng phương pháp mô hình hóa để thực hiện mục tiêunghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hồ chứa tới dòng chảy lũ lưu vực sông ThuBồn

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH NAM, HEC – RESSIM

Mục tiêu chính xây dựng mô hình: Xây dựng mô hình NAM để tính toánhoàn nguyên dòng chảy lũ đến trạm sau hồ chứa Mô hình HEC - RESSIM dùng đểtính toán mô phỏng điều tiết lũ qua hồ và diễn toán lũ trong trường hợp đoạn sông

Mô hình NAM khôi phục số liệu dòng chảy đến trong các đoạn sông trước khi đến

hồ Dựa vào thông số của công trình xả lũ, quá trình lũ đến, thông quá quá trình

điều tiết lũ của nhà máy và ta đưa ra được phương thức vận hành hồ chứa đạt hiệuquả cao nhất, tránh được lũ và đảm bảo an toàn cho hạ lưu và công trình, nhà máy.Nhiệm vụ của khối này do mô hình điều tiết lũ qua hồ chứa đảm nhiệm kết hợp với

mô hình NAM cho ta kết quả của đầu vào

 Khối diễn toán dòng chảy trong kênh

Sản phẩm sau khi diễn toán đơn hồ chứa chỉ là lưu lượng vào các hồ chứkhông có khả năng diễn toán dòng chảy xuống hạ du, vì vậy, cần phải dùng phươngpháp diễn toán dòng chảy xuống hạ du Phương pháp sử dụng ở đây là phương phápdiễn toán Muskingum

2.2.1 Cơ sở lý thuyết mô hình NAM [9][10]

 Xây dựng mô hình

Nam là chữ viết tắt của chữ Đan Mạch “Nedbor – Afstromming – Model”,nghĩa là mô hình mưa – dòng chảy Mô hình NAM thuộc loại mô hình thủy văn tấtđịnh – nhận thức – gộp, được xây dựng vào khoảng năm 1982 tại khoa Thủy VănViện kỹ thuật thủy động lực và thủy lực thuộc trường Đại học kỹ thuật Đan Mạch

Mô hình NAM là một hệ thống các diễn đạt bằng công thức toán học dướidạng định lượng đơn giản thể hiện trạng thái của đất trong chu kỳ thủy văn Môhình NAM còn được gọi là mô hình mang tính xác định, tính khái niệm và khái quátvới yêu cầu dữ liệu đầu vào trung bình

Mô hình NAM đã được sử dụng tốt ở nhiều nơi trên thế giới với các chế độthủy văn và khí hậu khác nhau như Borneo, Mantania, Srilanca, Thái Lan, Ấn Độ

Ở Việt Nam, mô hình này đã được nghiên cứu sử dụng trong tính toán dự báo lũtrên nhiều hệ thống sông

Hiện nay trong mô hình thủy động lực MIKE 11 (do Viện Thủy Lực ĐanMạch – DHI xây dựng), mô hình NAM đã được tích hợp như một môđun tính quátrình dòng chảy từ mưa

Mô hình NAM được xây dựng trên nguyên tắc xếp 5 bể chứa theo chiềuthẳng đứng và 2 bể chứa tuyến tính nằm ngang:

- Bể chứa tuyết tan

Bể chứa tuyết tan được kiểm soát bằng các điều kiện nhiệt độ Đối với điềukiện khí hậu nhiệt đới ở Việt Nam, không xét đến bể chứa này.

- Bể chứa mặt

Lượng ẩm trữ trên bề mặt của thực vật, lượng nước điền trũng trên bề mặtlưu vực và lượng nước trong tầng sát mặt được đặc trưng bởi lượng trữ ẩm bề mặt.Giới hạn trữ nước tối đa trong bể chứa này được ký hiệu bằng Umax

Lượng nước U trong bể chứa mặt sẽ giảm dần do bốc hơi, do thất thoát theophương nằm ngang (dòng chảy sát mặt) Khi lượng nước này vượt quá ngưỡngUmax thì một phần của lượng nước vượt ngưỡng Pn này sẽ chảy vào suối dướidạng chảy tràn trên bề mặt, phần còn lại sẽ thấm xuống bể ngầm

Lượng nước ở bể chứa mặt bao gồm lượng nước mưa do lớp phủ thực vậtchặn lại, lượng nước đọng lại trong các chỗ trũng và lượng nước trong tầng sát mặt

Hình 2.1 Cấu trúc của mô hình NAM

- Bể chứa tầng dưới (bể tầng rễ cây)

Bể này thuộc tầng rễ cây, là lớp đất mà thực vật có thể hút ẩm để thoát ẩm.Giới hạn trên của lượng ẩm tối đa trong bể chứa này được kí hiệu là Lmax Lượng

ẩm của bể chứa sát mặt được đặc trưng bằng đại lượng L, phụ thuộc vào lượng tổnthất thoát hơi của thực vật Lượng ẩm này cũng ảnh hưởng đến lượng nước sẽ đixuống bể chứa ngầm để bổ sung nước ngầm Tỷ số L/Lmax biểu thị trạng thái ẩmcủa bể chứa

Bốc thoát hơi nước của thực vật được ký hiệu là Ea, tỷ lệ với lượng bốc thoáthơi bể chứa mặt (Ep) Bốc thoát hơi nước thực vật là để thỏa mãn nhu cầu bốc hơicủa bể chứa mặt Nếu lượng ẩm U trong bể chứa mặt nhỏ hơn bốc thoát hơi thực đothì bể chứa mặt bị bốc hơi hết Lượng bốc hơi còn thiếu sẽ được bổ sung từ tầngdưới (Ea) Ban đầu nó sẽ bốc hơi lượng ẩm trong đất ở tầng dưới còn thừa ở các giaiđoạn trước nếu thiếu nó tiếp tục bốc hơi lượng nước chứa trong đất ở tầng dưới Do

đó lượng bốc thoát hơi (Ea) phụ thuộc vào lượng trữ ẩm có trong đất

Lượng cấp nước ngầm được chia ra thành 2 bể chứa: bể chứa nước ngầmtầng trên và bể chứa nước ngầm tầng dưới Hoạt động của hai bể chứa này như các

hồ chứa tuyến tính với các hằng số thời gian khác nhau Nước trong hai bể chứa này

sẽ tạo thành dòng chảy ngầm

Dòng chảy tràn và dòng chảy sát mặt được diễn toán qua một hồ chứa tuyếntính thứ nhất Sau đó, tất cả các thành phần dòng chảy được cộng lại và diễn toánqua một hồ chứa tuyến tình thứ hai Cuối cùng sẽ được dòng chảy tổng cộng tại cửa ra

Mô hình nhận thức của mô hình NAM

Hình 2.2 Mô hình nhận thức của mô hình NAM

Bốc thoát hơi

Chảy mặt OF

Chảy ngầm BF

Bể diễn toán mặt

Bể diễn toán ngầm

Lưu lượng tính toán (Q)

Chảy sát mặt IF

Bể chứa sát mặt (QIF)

Lượng trữ (U) Giáng Thủy (R)

Thấm (Pn – QOF)

L CKIF

Khi L/Lmax > TIF (2.1)

QIF = 0 Khi L/Lmax TIF (2.2)

Trong đó: CKIF là hằng số thời gian dòng chảy sát mặt, nó chính là phần Utạo thành dòng chảy sát mặt trong một đơn vị thời gian và CQIF < 1, TIF là ngưỡngdưới của dòng chảy sát mặt (0  TIF<1)

- Dòng chảy mặt (QOF)

Khi lượng trữ bề mặt đã tràn, U > Umax, thì lượng nước thừa Pn sẽ tạo radòng chảy mặt Dòng chảy mặt QOF được giả thiết là tương ứng với Pn và biến đổituyến tính theo quan hệ lượng trữ ẩm đất, L/Lmax, của tầng thấp:

TOF

TOF L

L CQOF





1

/ max

Khi L/Lmax > TOF (2.3)

QOF= 0 Khi L/Lmax TOF (2.4)Trong đó: CQOF là hệ số dòng chảy mặt, không có thứ nguyên, phản ánhđiều kiện thấm (0  CQOF  1); TOF là ngưỡng dưới của dòng chảy tràn (0 TOF < 1), Pn là phần thừa khi U  Umax và Pn = U – Umax

- Lượng nước ngầm cung cấp cho bể chứa ngầm (G)

Phần lượng nước thừa (Pn – QOF) không tham gia vào thành phần dòngchảy tràn sẽ thấm xuống làm tăng lượng trữ ẩm tầng thấp và một phần được giảthiết sẽ thấm xuống sâu hơn và gia nhập vào lượng trữ tầng ngầm (G)

- Diễn toán dòng chảy

Dòng chảy sát mặt được thông qua hai bể chứa tuyến tính với một hằng sốthời gian CK12 Quá trình dòng chảy mặt cũng dựa trên khái niệm bể chứa tuyếntính nhưng với giá trị thời gian biến đổi

Hằng số thời gian của quá trình dòng chảy mặt và sát mặt được tính bằngđơn vị giờ Nó xác định hình dạng và đỉnh của quá trình thủy văn Các giá trị đóphụ thuộc vào kích thước của lưu vực và cường độ mưa Hằng số này có thể đượcxác định từ việc kiểm định thời gian xuất hiện đỉnh của quá trình Nếu đỉnh quátrình đến quá chậm hoặc quá trễ thì có thể tăng, giảm để hiệu chỉnh mô phỏng.

Công thức diễn toán dòng chảy mặt và dòng chảy sát mặt:

 Các thông s ố của mô hình mưa - dòng chảy

- Umax: Là lượng nước tối đa trong bể chứa mặt (mm)

- Lmax: Lượng ẩm lớn nhất trong bể chứa tầng rễ cây (mm)

- CQOF: Là hệ số dòng chảy mặt, không thứ nguyên, phản ánh điều kiện thấm

- TOF: Là ngưỡng dưới của dòng chảy tràn

- TIF: Là ngưỡng dưới của dòng chảy sát mặt

- TG: Là giá trị ngưỡng tầng rễ cây

- CKIF: Là hệ số thời gian dòng chảy sát mặt, nó chính là phần U tạo thànhdòng chảy sát mặt trong một đơn vị thời gian

- CK1, 2: Là hằng số thời gian chảy truyền của dòng chảy mặt

- CKBF: Là hằng số thời gian chảy truyền của dòng chảy ngầm

Các thông số trên được xác định thông qua hiệu chỉnh mô hình

Những giá trị thường gặp của các thông số chính:

 Chỉ tiêu được sử dụng đánh giá mô hình NAM

Chỉ tiêu Nash – Sutcliffe:

y y

y y R

1

2 1

2

2

)(

)'(

1

trong đó: yi là giá trị thực đo thứ i,

y’i là giá trị tính toán

y là giá trị thực đo trung bìnhTiêu chuẩn đánh giá như sau:

40-65% Đạt65-85% Khá

R2

>85% Tốt

2.2.2 Mô hình HEC – RESSIM [3]

Mô hình HEC – RESSIM là mô hình mô phỏng điều hành hệ thống hồ chứa.HEC – RESSIM bao gồm các công cụ: mô phỏng, tính toán, lưu trữ số liệu, quản lý,

đồ họa và báo cáo hệ thống nguồn nước HEC dùng HEC – DSS( Data StorageSystem) để lưu trữ và sửa đổi các hệ thống số liệu đầu ra

 Cấu trúc mô hình HEC – RESSIM

HEC - RESSIM giới thiệu 1 chương trình tính toán mô phỏng điều hành hệthống hồ chứa Bao gồm các công cụ: mô phỏng, tính toán, lưu trữ số liệu, quản lý,

đồ hoạ và báo cáo hệ thống nguồn nước HEC dùng HEC-DSS (Data StorageSystem) để lưu trữ và sửa đổi các hệ thống số liệu vào ra RESSIM là phần kế tiếpcủa HEC - 5 (mô phỏng các hệ thống ngăn chặn và kiểm soát lũ) bao gồm 3 môđun:thiết lập lưu vực (Watershed setup), mạng lưới hồ (Reservoir Network) và môphỏng (Simulation) Mỗi 1 môđun có 1 mục đích riêng và tập hợp các công việcthực hiện qua bảng chọn (menu, toolbar) và biểu đồ

Mô hình HEC - RESSIM bao gồm 3 môđun :

- Thiết lập lưu vực (Watershed Setup)

- Mạng lưới hồ (Reservoir Network)

- Mô phỏng (Simulation)

Hình 2.4 Sơ đồ tổng quát các môđun của mô hình HEC - RESSIM

+ Môđun thiết lập lưu vực: cung cấp 1 sườn chung để thiết lập và định nghĩa

lưu vực nghiên cứu cho các ứng dụng khác nhau Một lưu vực bao gồm hệ thốngsông suối, các công trình thuỷ lợi (hồ chứa, đập chắn, dẫn dòng), vùng ảnh hưởngngập lụt… và hệ thống các tram quan trắc đo đạc thuỷ văn, khí tượng Trongmôđun này khi tổng hợp các hạng mục thì phải mô tả được tính chất vật lý của lưuvực Ta có thể nhập các bản đồ từ ngoài vào để thiết lập 1 lưu vực mới Xác địnhđơn vị, các lớp bao gồm các thông tin chung về lưu vực, liên kết giữa các sông vàcác thành phần định hình

Hình 2.5 Môđun thiết lập lưu vực

+ Môđun mạng lưới hồ: xây dựng sơ đồ mạng lưới sông, mô tả các thành

phần vật lý, điều hành của hồ chứa và các phương án lựa chọn cần phân tích trongmôđun này Dựa vào các định hình mô tả ở môđun trên để tạo cơ sở cho 1 hệ thống

hồ chứa hoàn chỉnh Các tuyến sông và các mạng lưới hệ thống công trình có thểđược đưa thêm vào và hoàn thành các mối liên hệ trong mạng lưới cần ứng dụng.Khi hoàn thành xác định mạng lưới, các số liệu mô tả vật lý hệ thống công trình vàphương án điều hành thì các lựa chọn phương án chạy cho bài toán bao gồm: địnhhình hệ thống, xác định mạng lưới hồ, tập hợp các phương án điều hành, điều kiệnban đầu và số liệu đầu vào của bài toán

Hình 2.6 Môđun tạo mạng lưới hồ

 + Môđun mô phỏng: Phần tính toán và hiển thị kết quả được thực hiện trong

môđun này Trước hết phải tạo ra 1 cửa sổ thời gian mô phỏng, thời đoạntính toán và sau đó các thành phần lựa chọn sẽ được phân tích Ta cũng cóthể lựa chọn các phương án, nhập và sửa số liệu, các đặc tính của các thànhphần tham gia trong hệ thống Khi mô phỏng được thực hiện qua việc tínhtoán và phân tích kết quả sử dụng đồ hoạ và biểu bảng

Hình 2.7 Môđun mô phỏng

Mô hình HEC - RESSIM được xây dựng để đánh giá vai trò của hồ chứatrong hệ thống nhằm trợ giúp nghiên cứu quy hoạch nguồn nước, đặc biệt trong vaitrò tính toán điều tiết phục vụ bài toán vận hành hồ chứa sao cho có hiệu quả nhất

 Nguyên lý và phương pháp tính điều tiết phát điện mô hình HEC - RESSIM

- Nguyên lý để tính toán điều tiết là hợp giải hệ phương trình cơ bản:

(2.12)Trong đó:

Q(t) là lưu lượng đến hồ tại thời điểm t Lưu lượng đến hồ trên cùng là lưu lượng tự nhiên Lưu lượng đến hồ hạ lưu Q(t)= ∑qx(t)+Qkg(t)

qr (t) là lưu lượng chảy ra khỏi hồ tại thời điểm t, với:

(2.13)qtb(t) là lưu lượng chảy qua tuốc bin

qtt(t) là lưu lượng tổn thấtq(t) là lưu lượng lấy ra từ thượng lưu hồqx(t) là lưu lượng xả thừa

)()()()()

q r  tb  tt   x

) ), ( ), ( ( ) (

) ( ) (

A t H t q f t N

t q t Q dt dV