(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các công trình thủy lợi, thủy điện đến tình hình lũ lụt sông thạch hãn

Danh mục một số công trình hồ chứa trên lưu vực sông Thạch Hãn .... Mục đích của đề tài - Đánh giá ảnh hưởng của hồ chứa tới dòng chảy lũ lưu vực sông Thạch Hãn - Nghiên cứu mô phỏng dò

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

NGUYỄN DUY HOÀN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN ĐẾN

TÌNH HÌNH LŨ LỤT SÔNG THẠCH HÃN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI – 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

NGUYỄN DUY HOÀN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN ĐẾN

HÀ NỘI – 2014

đỡ động viên em rất nhiều trong học tập và nghiên cứu

Do thời gian và kinh nghiệm hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận đƣợc sự góp ý của thầy cô và các bạn để khóa luận đƣợc hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Tác giả

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN 1

1.1 Vị trí địa lý 1

1.2 Địa hình địa mạo Error! Bookmark not defined 1.3 Địa chất thổ nhưỡng 3

1.4 Thảm thực vật Error! Bookmark not defined 1.5 Khí hậu Error! Bookmark not defined 1.6 Thủy văn Error! Bookmark not defined 1.7 Hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Bến Hải-Thạch Hãn 15

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18

2.1 Lựa chọn phương pháp đánh giá ảnh hưởng của hồ tới dòng chảy lũ 20

2.1.1 Phương pháp thống kê xử lý số liệu 20

2.1.2 Phương pháp mô hình hóa 21

2.1.3 Lựa chọn phương pháp đánh giá ảnh hưởng của hồ tới dòng chảy lũ 21

2.2 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE-NAM và HEC-RESSIM 22

2.2.1 Mô hình mưa rào-dòng chảy MIKE-NAM 22

2.2.2 Mô hình HEC-RESSIM 29

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỔI ĐẶC TRƯNG DÒNG CHẢY LŨ VỰC SÔNG THẠCH HÃN TRƯỚC VÀ SAU KHI CÓ HỐ CHỨA 42

3.1 Hệ thống hồ chứa trên sông Thạch Hãn 42

3.2 Đánh giá sơ bộ ảnh hưởng của các công trình hồ chứa đến dòng chảy lũ 42

3.3 Lựa chọn hồ chứa Rào Quán vận hành giảm lũ cho hạ du 43

3.3.1 Tiêu chí lựa chọn 43

3.3.2 Hồ chứa được lựa chọn 44

3.4 Ứng dụng mô hình thủy văn MIKE-NAM để tính toán quá trình lũ đến hồ chứa Rào Quán các khu giữa và hoàn nguyên lũ ở hạ du 51

3.4.1 Số liệu sử dụng 51

3.4.2 Nghiên cứu phân chia lưu vực sông suối thiết lập mô hình tính 51

3.4.3 Hiệu chỉnh và kiểm định cho trạm Gia Vòng trên sông Bến Hải 54

3.4.4 Thiết lập mô hình 56

3.4.5 Kết quả hiệu chỉnh kiểm định mô hình MIKE-NAM 59

3.4.6 Kết quả tính lưu lượng đến hồ Rào Quán 62

3.4.7 Kết quả hoàn nguyên lũ tại Thạch Hãn 63

3.5 Vận hành hồ chứa bằng mô hình HEC-RESSIM 67

3.6 Đánh giá sự ảnh hưởng của hồ chứa tới dòng chãy lũ 71

3.7 Kết quả điều tiết hồ chứa Rào Quán 72

3.8 Đánh giá tác động của hồ chứa đến dòng chảy lũ ở hạ du tại Rào Quán 74

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

1 Các kết quả đạt được 76

2 Hạn chế của luận văn 77

3 Kiến nghị 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Kết quả phân mùa mưa – mùa khô ở tỉnh Quảng Trị 8

Bảng 1.2 Phân phối mưa năm theo các tháng tại các trạm đo mưa trên lưu vực sông Thạch Hãn 9

Bảng 1.3 Nhiệt độ trung bình tháng tại một số trạm (oC) 10

Bảng 1.4 Độ ẩm tương đối tại trạm Đông Hà (%) 10

Bảng 1.5 Bốc hơi bình quân tháng trạm Đông Hà (mm) 10

Bảng 1.6 Số giờ nắng trạm Đông Hà (giờ) 10

Bảng 1.7 Đặc trưng hình thái 2 lưu vực sông Bến Hải và Thạch Hãn 12

Bảng 1.8: Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Thạch Hãn 5

Bảng 1.9 Một số đặc trưng dòng chảy năm các lưu vực sông thuộc tỉnh Quảng Trị 13

Bảng 1.10 Phân phối dòng chảy theo các tháng trong năm (mm) của các trạm đại biểu trên vùng nghiên cứu 13

Bảng 1.11 Phân loại hồ chứa theo dung tích hồ 15

Bảng 1.12 Một số hồ chứa trên lưu vực sông Bến Hải-Thạch Hãn 17

Bảng 3.1 Thủy điện bậc thang trên dòng chính sông Đăkrông 19

Bảng 3.2 Thủy điện tạo cường suất lũ cao ở hạ du tại trạm Đăkrông 43

Bảng 3.3 Danh mục một số công trình hồ chứa trên lưu vực sông Thạch Hãn 45

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật hồ chứa Rào Quán 47

Bảng 3.5 Nguyên tắc vận hành hồ chứa Rào Quán 50

Bảng 3.6 Danh sách các lưu vực bộ phận hệ thống sông Bến Hải 52

Bảng 3.7 Danh sách các lưu vực bộ phận hệ thống sông Thạch Hãn 52

Bảng 3.8 Trọng số mưa và diện tích các tiểu lưu vực trong lưu vực sông Bến Hải-Thạch Hãn 54

Bảng 3.9 Thông số của mô hình MIKE-NAM 56

Bảng 3.10 Đánh giá kết quả hiệu chỉnh bộ thông số mô hình 60

Bảng 3.11 Kiểm định bộ thông số đại biểu cho trận lũ năm 2005 61

Bảng 3.12 Bộ thông số mô hình MIKE-NAM 61

Bảng 3.13 Hiệu quả cắt giảm lũ ở hạ du tại trạm Thạch Hãn 75

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ lưu vực sôngThạch Hãn 1

Hình 1.2 Sơ đồ mạng lưới sông và lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Thạch Hãn 6

Hình 1.3 Vị trí một số hồ chứa tiêu biểu trên lưu vực sông Bến Hải-Thạch Hãn 16

Hình 2.1 Cấu trúc của mô hình MIKE-NAM 23

Hình 2.2 Mô hình nhận thức của mô hình MIKE-NAM 25

Hình 2.3 Mô hình tính toán của mô hình MIKE-NAM 26

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

Hình 2.5 Mođun thiết lập lưu vực 31

Hình 2.6 Mođun tạo mạng lưới hồ 32

Hình 2.7 Môdun mô phỏng 32

Hình 3.1 Sơ đồ bậc thang hồ chứa Thủy điện trên sông Đarkong 19

Hình 3.2 Biểu đồ hệ thống hồ chứa được lựa chọn trên lưu vực sông Thạch Hãn 46

Hình 3.3 Bản đồ hệ thống hồ chứa được lựa chọn trên lưu vực sông Thạch Hãn 46

Hình 3.4 Phân chia các lưu vực bộ phận trên hệ thống sông 53

Hình 3.5 Thiết lập mô hình mưa dòng chảy MIKE-NAM 57

Hình 3.6 Nhập số liệu mưa bốc hơi số liệu Q thực để hiểu chỉnh kiểm định tại Gia Vòng 58

Hình 3.7 Thiết lập bộ thông số mô hình ban đầu 59

Hình 3.8 Kết quả hiệu chỉnh mô hình trận lũ tháng 11 năm 2004 tại trạm Gia Vòng 60

Hình 3.9 Kết quả kiểm định mô hình bằng trận lũ tháng 10 năm 2005 60

Hình 3.10 Quá trình lũ đến hồ Rào Quán trận lũ tháng 9/2009 62

Hình 3.11 Quá trình lũ đến hồ Rào Quán trận lũ tháng 10/2013 62

Hình 3.12 Sơ đồ mạng thủy lực các hệ thống sông Thạch Hãn 64

Hình3.13 Quá trình mực nước lũ tại Thạch Hãn trận lũ từ 15-24/IX/2005 65

Hình 3.14 Quá trình mực nước lũ tại Thạch Hãn trận lũ từ 29/IX-06/X/2006 66

Hình 3.15 Quá trình hoàn nguyên lũ tại Thạch Hãn trận lũ tháng 9/2009 66

Hình 3.16 Quá trình hoàn nguyên lũ tại Thạch Hãn trận lũ tháng 10/2013 67

Hình 3.17 Thiết lập hệ thống sông hồ chứa tính toán lưu vực sông Thạch Hãn 68

Hình 3.18 Thông số của hồ Ái Tử 69

Hình 3.19 Thông số của hồ Rào Quán 69

Hình 3.20 Sơ đồ tóm tắt các bước ứng dụng mô hình 70

Hình 3.21 Kết quả tính toán sau hồ Ái Tử trận lũ tháng 10 năm 2011 70

Hình 3.22 Kết quả sau hồ Rào Quán trận lũ tháng 10 năm 2011Error! Bookmark not defined Hình 3.23 Kết quả sau hồ Ái Tử trận lũ tháng 10 năm 2005 71

Hình 3.24 Kết quả sau hồ Rào Quán trận lũ tháng 10 năm 2005Error! Bookmark not defined Hình 3.25 Quá trình điều tiết hồ Rào Quán trận lũ 26/9-4/10/2009 73

Hình 3.26 Quá trình điều tiết hồ Rào Quán trận lũ 12/10-17/10/2013 73

Hình 3.27 Hiệu quả giảm lũ tháng 9/2009 tại trạm Thạch Hãn 74

Hình 3.28 Hiệu quả giảm lũ tháng 10/2013 tại trạm Thạch Hãn 74

MỞ ĐẦU Đặt vấn đề

Các hồ chứa có vai trò quan trọng trong việc phòng chống và cắt lũ ở vùng

hạ du Hiện nay khu vực miền Trung đã có và đang xây dựng thêm rất nhiều hồ chứa thủy điện, thủy lợi nhăm mục đích phát điện và phòng chống lũ Vì vậy việc đánh giá tác động của hệ thống hồ chứa đến lũ lụt hạ du trong điều kiện biến đổi khí hậu là hết sức cần thiết

Với vấn đề nêu trên luận văn này được thực hiện với mục đính đánh giá tác động ảnh hưởng của hồ chứa đến dòng chảy lũ bằng các phương pháp thống kê và

mô hình hóa Lưu vực được lựa chọn là lưu vực sông Thạch Hãn thuộc tỉnh Quảng Trị

1 Mục đích của đề tài

- Đánh giá ảnh hưởng của hồ chứa tới dòng chảy lũ lưu vực sông Thạch Hãn

- Nghiên cứu mô phỏng dòng chảy lũ trên lưu vực sông Thạch Hãn bằng mô hình HEC-RESSIM

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng: Dòng chảy lũ trên lưu vực sông Thạch Hãn

Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông Thạch Hãn thuộc tỉnh Quảng Trị

3 Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích tổng hợp tài liệu, số liệu

- Nghiên cứu mô hình toán thủy văn: Mô hình MIKE-NAM mô hình thủy lực MIKE 11 và mô hình mô phỏng điều tiết hồ chứa HEC-RESSIM

4 Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, bố cục của luận văn gồm 3 chương như sau:

Chương 1 Tổng quan về lưu vực sông Thạch Hãn

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Chương 3 Đánh giá biến đổi đặc trưng dòng chảy lũ lưu vực sông Thạch

Hãn trước và sau khi có hồ chứa

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG THẠCH HÃN

1.1 Vị trí địa lý

Lưu vực sông Thạch Hãn nằm trong phạm vi từ 16º18’ đến 16º54’ vĩ độ Bắc và

từ 106º36’ đến 107º18’ kinh độ Đông Lưu vực sông Thạch Hãn thuộc tỉnh Quảng Trị với diện tích lưu vực 2500 km2 Phía Đông giáp Biển Đông phía Tây giáp lưu vực sông Sê Pôn phía Nam giáp lưu vực sông Ô Lâu và tỉnh Thừa Thiên Huế phía Bắc giáp lưu vực sông Bến Hải (Hình 1.1)

Hình 1.1 Sơ đồ lưu vực sôngThạch Hãn Sông Thạch Hãn bắt nguồn từ dãy Trường Sơn có chiều dài 169 km Dòng chính Thạch Hãn đoạn thượng nguồn (sông Đăkrông) chảy quanh núi Da Ban khi về tới Ba Lòng sông chuyển hướng Đông Bắc và đổ ra biển tại Cửa Việt

1.2 Đặc điểm điều kiện tự nhiên

1.2.1 Điều kiện địa hình, địa mạo

Lưu vực sông Bến Hải-Thạch Hãn có thế dốc chung từ dãy Trường Sơn đổ ra biển Do sự phát triển của các bình nguyên đồi thấp nên địa hình ở vùng này rất phức tạp Theo chiều Bắc - Nam phần đồng bằng địa hình có dạng đèo thấp thung lũng sông

- đèo thấp Theo chiều Tây - Đông địa hình ở đây có dạng núi cao, đồi thấp nhiều nơi theo dạng bình nguyên - đồi đồng bằng, đồi thấp ven biển Có thể phân chia địa hình ở đây theo các dạng đặc trưng sau:

- Vùng cát ven biển: dải cát này chạy dọc từ cửa Tùng đến bãi biển Mỹ Thuỷ

theo dạng cồn cát Chiều rộng cồn cát nơi rộng nhất tới 3-4 km, dài đến 35 km Dốc về

2 phía: đồng bằng và biển, cao độ bình quân của các cồn cát từ +4 +6 m Vùng cát có lớp phủ thực vật nghèo nàn Cát ở đây di chuyển theo các dạng cát chảy theo dòng nước mưa cát bay theo gió lốc, cát di chuyển theo dạng nhảy do mưa đào bới và gió chuyển đi; dạng cồn cát này có nguy cơ di chuyển chiếm chỗ của đồng bằng Tuy nhiên dạng địa hình này có khả năng cải tạo thành vùng trồng cây cạn nếu như có nước để cải tạo

- Vùng đồng bằng: dạng đồng bằng ở đây là các thung lũng sâu kẹp giữa các dải

đồi thấp và cồn cát hình thành trên các cấu trúc uốn nếp của dãy Trường Sơn có nguồn gốc mài mòn và bồi tụ Ở đây có các vùng đồng bằng rộng lớn như:

+ Đồng bằng hạ du sông Bến Hải cao độ biến đổi từ +1.0 2.5 m; địa hình bằng phẳng đã được khai thác từ lâu đời để sản xuất lúa nước Xuôi theo chiều dài dòng chảy của sông Sa Lung, dạng đồng bằng này có tới gần 8.000 ha

+ Đồng bằng dọc sông Cánh Hòm: là dải đồng bằng hẹp chạy từ phía Nam cầu Hiền Lương tới bờ Bắc sông Thạch Hãn thế dốc của dải đồng bằng này là từ 2 phía Tây và Đông dồn vào sông Cánh Hòm Cao độ bình quân dạng địa hình này từ +0.5 1.5m Dạng địa hình này cũng đã cải tạo để gieo trồng lúa nước

+ Đồng bằng hạ du sông Vĩnh Phước và đồng bằng Cam Lộ: dạng địa hình bằng phẳng tập trung ở Triệu Ái Triệu Thượng (Vĩnh Phước) Cao độ bình quân dạng địa hình này từ +3.0 1.0m Đây là cánh đồng rộng lớn của Triệu Phong và thành phố

Đông Hà Địa hình đồng bằng có cao độ bình quân từ +2.0 4.0m dải đồng bằng này hẹp chạy theo hướng Tây – Đông, kẹp 2 bên là các dãy đồi thấp

+ Địa hình đồng bằng phù sa phân bố ven sông nằm kẹp giữa vùng gò đồi phía Tây và vùng cát ven biển các cánh đồng nhỏ hẹp có độ cao không đều là thành tạo của các quá trình bồi đắp phù sa của các hệ thống sông và các dải đất dốc tụ được khai phá

từ lâu phân bố dọc theo quốc lộ 1A từ Vĩnh Linh đến Hải Lăng

+ Một dạng địa hình nữa trong vùng nghiên cứu là các thung lũng hẹp độc lập diện tích khoảng 5 - 50 ha cũng đã được khai thác để trồng lúa nước

- Vùng núi thấp và đồi: Địa hình vùng đồi ở đây có dạng đồi bát úp liên tục có

những khu nhỏ dạng bình nguyên như khu đồi Hồ Xá (Vĩnh Linh) và khu Cùa (Cam Lộ) Độ dốc vùng núi bình quân từ 15 180 Địa hình này rất thuận lợi cho việc phát triển cây trồng cạn, cây công nghiệp và cây ăn quả, cao độ của dạng địa hình này là 200 – 1000 m có nhiều thung lũng lớn

- Vùng núi cao: Do chiều ngang tỉnh Quảng Trị hẹp từ dải Trường Sơn ra đến

biển khoảng 100km núi cao nên địa hình này dốc, hiểm trở, các triền núi cao có xen kẽ các cụm đá vôi được hình thành do quá trình tạo sơn xảy ra vào đầu đại Mêzôzôi tạo nên dãy Trường Sơn Dạng này phân bố phía Tây giáp theo biên giới Việt – Lào theo hướng Tây Bắc – Đông Nam với bậc địa hình từ 1000 – 1700 m với bề mặt bị xâm thực và chia cắt mạnh

1.2.2 Điều kiện thổ nhưỡng, thảm phủ thực vật

Điều kiện thổ nhưỡng

Lưu vực sông Thạch Hãn có thể phân chia thành các vùng thổ nhưỡng: vùng đồng bằng ven biển, vùng gò đồi, và vùng đồi núi dãy Trường Sơn

Vùng đồng bằng ven biển phân bố dọc bờ biển địa hình đụn cát có dạng lượn song, độ dốc nghiêng ra biển Dạng trầm tích biển được hình thành từ kỷ Đệ Tứ Cát trắng chiếm ưu thế tầng dưới cùng bước đầu có tích tụ sắt chuyển sang màu nâu hơi đỏ Lớp vỏ phong hóa khá dày thành phần cơ giới trên 97% là cát

Vùng gò đồi: hầu hết có dạng địa hình đồi thấp, một số dạng thung lũng sông thuộc địa phận huyện Gio Linh Cam Lộ trên vỏ phong hóa Mazma Nhiều nơi hình thành đất trống, đồi trọc Thực vật chủ yếu là cây dạng lùm bụi, cây có gai Đất đai

ở những nơi không có cây bị rửa trôi khá mạnh Đá xuất lộ lên bề mặt tạo nên dòng chảy mạnh gây ra xói lở

Vùng đồi núi dãy Trường Sơn bị chia cắt mạnh thực vật nghèo

Tiểu vùng đất bazan Khe Sanh Hướng Phùng thuộc các xã Tân Hợp Tân Độ, Tân Liên, nông trường Khe Sanh Hướng Phùng có dạng địa hình lượn sóng chia cắt yếu đất đai phù hợp cho phát triển cây công nghiệp dài ngày

Tiểu vùng đất sa phiến thạch thuộc địa phận Lao Bảo: nằm trong vùng đứt gãy dọc đường 9 giáp khu vực Lao Bảo

Điều kiện thảm phủ thực vật

Trong thời kì chiến tranh tỉnh Quảng Trị nằm trong vùng chiến tranh hủy diệt khốc liệt lớp phủ thực vật thuộc loại bị tàn phá Ngay khi đất nước thống nhất kế hoạch khôi phục lớp phủ thực vật với ý nghĩa phục hồi các hệ sinh thái tối ưu trở thành kế hoạch hành động cụ thể và tích cực Đến năm 1990 nhiều diện tích rừng trồng và rừng

tự nhiên tái sinh do khoanh nuôi bảo vệ đã xuất hiện Rừng trồng theo chương trình hỗ trợ của PAM (Chương trình An toàn lương thực Thế giới) dọc theo các quốc lộ và tỉnh

lộ phát triển nhanh Từ các chương trình quốc gia 327.264 và kế hoạch trồng rừng, trồng cây của nhân dân cấp tỉnh phát động và đầu tư đã nâng cao tỉ lệ che phủ rừng khá nhanh

1.3 Đặc điểm khí tượng, thủy văn

1.3.1 Mạng lưới trạm quan trắc khí tượng thủy văn

Trên lưu vực sông Thạch Hãn hiện nay có 3 trạm thủy văn cơ bản: Thạch Hãn, Đông Hà, Cửa Việt và trạm hai thủy văn dùng riêng là Đăkrông và Đầu Mầu Trạm thuỷ văn Ðông Hà, Thạch Hãn và Cửa Việt quan trắc các yếu tố lượng mưa, mực nước và nhiệt độ nước trên 2 nhánh sông Hiếu (Cam Lộ) và Thạch Hãn của hệ thống sông Thạch Hãn Ba trạm này có số liệu quan trắc từ năm 1977 đến nay

Trên lưu vực sông Thạch Hãn có 2 trạm khí tượng và 2 trạm đo mưa Trong

đó có một trạm khí tượng cấp I là trạm Đông Hà một trạm khí tượng cấp II là trạm Khe Sanh, hai trạm đo mưa là trạm Ba Lòng, Tà Rụt, Thạch Hãn, Đông Hà và Cửa

Việt là hai trạm thủy văn cấp III Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn được thể hiện trong bảng 1.8 và hình 1.2

Bảng 1.8: Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Thạch Hãn

Hình 1.2 Sơ đồ mạng lưới sông và lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông

Thạch Hãn Hiện trên lưu vực sông Thạch Hãn không có trạm quan trắc lưu lượng thường xuyên duy nhất chỉ có trạm Rào Quán đo đạc từ năm 1983 – 1985 nhằm mục đích phục vụ việc thiết kế và thi công công trình thủy điện Rào Quán Điều này

đã gây nhiều khó khăn cho công tác tính toán lượng nước đến trên lưu vực cũng như

dự báo lũ kiệt Hầu hết các tính toán và đánh giá tài nguyên nước trên lưu vực đều phải sử dụng các biện pháp khôi phục số liệu dòng chảy từ mưa

Do đặc điểm lưu vực Thạch Hãn bị chia cắt mạnh bởi địa hình nên với mạng lưới trạm KTTV như hiện nay cũng chưa đáp ứng đầy đủ cho công tác nghiên cứu

và phòng chống lũ lụt Trên lưu vực sông có một số nhánh lớn chưa có trạm đo mưa cũng như mực nước, vì vậy một số trận lũ có lượng mưa phân bố không đều theo không gian, số liệu tại những trạm hiện có không thể hiện hết được các đặc điểm mưa – lũ trên lưu vực

1.3.2 Đặc điểm khí tượng, khí hậu

Khí hậu

Quảng Trị nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm mang đầy đủ sắc thái khí hậu các tỉnh miền Trung Việt Nam Trong năm có hai mùa rõ rệt mùa khô và mùa mưa Mùa khô từ tháng XII tới tháng VIII năm sau, mùa mưa từ tháng IX tới tháng XI Từ tháng III đến tháng VIII chịu ảnh hưởng của gió Tây Nam khô và nóng

Từ tháng IX đến tháng II năm sau chịu ảnh hưởng của gió Đông Bắc đi liền với mưa phùn và rét đậm

Các lưu vực sông thuộc Quảng Trị nói chung và sông Thạch Hãn nói riêng chịu chế

độ khí hậu nhiệt đới gió mùa Một năm có hai chế độ gió mùa chính: gió mùa Tây Nam và gió mùa Tây Bắc Gió mùa Tây Nam hoạt động mạnh vào mùa hè từ tháng

IV đến tháng XI Tốc độ gió bình quân 2.0 ÷ 2.2 m/s mang độ ẩm và gây mưa cho vùng Gió mùa Tây Bắc hoạt động mạnh từ tháng XII đến tháng III năm sau, tốc độ gió bình quân từ 1.7 ÷ 1.9 m/s

Thời gian chuyển tiếp các hướng gió Tây Nam và Tây Bắc là thời gian giao thời và gió Tây khô nóng hoạt động từ tháng IV, tháng V (nhân dân địa phương gọi

là gió Lào) Thời kỳ có gió Lào là thời kỳ nóng nhất trong năm ở tỉnh Quảng Trị

Bão và xoáy thuận nhiệt đới là những biến động thời tiết trong mùa hè hoạt động rất mạnh mẽ và thất thường Từ tháng V đến tháng VIII vùng ven Thái Bình Dương không khí bị nung nóng bốc lê cao tạo thành những vùng xoáy thuận rộng hàng trăm km2 tích lũy dần và di chuyển theo hướng Tây Nam đổ bộ vào đảo Hải Nam Trung Quốc

Mưa

Về mưa Quảng Trị nói chung và lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng nằm trong vùng mưa tương đối lớn của nước ta Lượng mưa hàng năm tính trung bình trên phạm vi toàn lưu vực đạt trên 2400 mm lượng mưa phân bố không đều theo không gian, phụ thuộc vào hướng sườn dốc và phù hợp với xu thế tăng dần của mưa theo độ cao địa hình Do địa hình có xu thế tăng dần từ Đông sang Tây và từ Bắc xuống Nam Nơi ít mưa nhất là những thung lũng ít gió như Khe Sanh với

chuẩn mưa năm 2070.3 mm Tà Rụt là 1936.7 mm Nơi nhiều mưa là khu vực núi cao thượng nguồn các sông Rào Quán, Cam Lộ

Lượng mưa trên lưu vực sông Thạch Hãn cũng phân phối không đều trong năm Một năm hình thành 2 mùa là mùa mưa và mùa khô Tổng lượng mưa của 3 đến 4 tháng mùa mưa chiếm tới 68 – 70% lượng mưa năm Tổng lượng mưa của 8 – 9 tháng mùa khô chỉ chiếm khoảng 30% tổng lượng mưa năm Kết quả phân mùa mưa – mùa khô của một số trạm trên lưu vực được thể hiện trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Kết quả phân mùa mưa – mùa khô ở tỉnh Quảng Trị [11]

TT Trạm

Thời gian % so với Xnăm Thời gian % so với Xnăm

từ 0.5% đến 2.1% tổng lượng mưa năm Ba tháng mưa nhiều nhất là các tháng IX,

X, XI Ba tháng mưa ít nhất là các tháng I, II,III hoặc II, III, IV (Bảng 1.2)

Mặt khác lượng nước chênh lệch giữa hai mùa là quá lớn do đó cần phải tính toán điều tiết để sử dụng nguồn nước một cách hợp lí tạo ra hiệu quả cao cho sản xuất, chăn nuôi cũng như là dùng cho sinh hoạt

Bảng 1.2 Phân phối mưa năm theo các tháng tại các trạm đo mưa trên lưu vực sông

Thạch Hãn [11]

TT Trạm

Đặc Trưng

1,30 0,54 1,47 4,41 7,85 9,01 5,27 7,67 16,45 29,12 13,67 4,32 100

Nhiệt độ và độ ẩm

Nhiệt độ không khí trong vùng thấp nhất vào mùa đông (tháng XI tới tháng III) và cao nhất vào mùa hè (tháng V tới tháng VIII) Nhiệt độ bình quân nhiều năm khoảng 24,3ºC Chênh lệch nhiệt độ trong ngày từ 7 đến 10ºC Nhiệt độ bình quân tháng tại các trạm trong vùng nghiên cứu được thể hiện ở bảng 1.3 Độ ẩm tương đối bình quân nhiều năm nằm trong khoảng 85 đến 89% (Bảng 1.4)

Bảng 1.3 Nhiệt độ trung bình tháng tại một số trạm (oC) [11]

Trạm

Tháng

Bảng 1.4 Độ ẩm tương đối tại trạm Đông Hà (%) [11]

Bảng 1.5 Bốc hơi bình quân tháng trạm Đông Hà (mm) [11]

Bão

Tính chất của bão và áp thất nhiệt đới ở vùng Quảng Trị cũng rất khác nhau theo từng cơn bão và từng thời kỳ có bão Có năm không có bão và áp thấp nhiệt đới như 1963, 1965, 1969, 1986, 1991, 1994 Cũng có năm liên tiếp 3 cơn bão như năm 1964, 1996 hoặc 1 năm có 2 cơn bão như năm 1999 Bình quân một năm có 1,2 – 1,3 cơn bão đổ bộ vào Quảng Trị Vùng ven biển Quảng Trị bão và áp thấp nhiệt đới thường gặp nhau tới 78% do vậy khi có bão thường gặp mưa lớn sinh lũ trên các triền sông Bão đổ bộ vào đất liền với tốc độ gió cấp 10 đến 12, khi gió giật trên cấp 12 Thời gian bão duy trì từ 8 – 10 giờ nhưng mưa theo bão thường xảy ra

3 ngày liên tục Thiệt hại về người và tài sản do bão gây ra thường rất lớn Đây cũng

là một yếu tố cản trở tới tiến trình phát triển kinh tế xã hội tỉnh Quảng Trị nói chung

và lưu vực sông Thạch Hãn nói riêng

1.3.3 Đặc điểm thủy văn, sông ngòi

Mạng lưới sông ngòi

Sông Thạch Hãn bắt nguồn từ dãy Trường Sơn có chiều dài 169km Dòng chính Thạch Hãn đoạn thượng nguồn (sông Đăkrông) chảy quanh dãy núi Da Ban khi về tới Ba Lòng sông chuyển hướng Đông Bắc và đổ ra biển tại cửa Việt với diện tích lưu vực 2500km2 Sông Thạch Hãn có các nhánh chính Rào Quán Vĩnh Phước và sông Hiếu (Cam Lộ)

- Sông Hiếu (Cam Lộ) có diện tích lưu vực 535 km2

- Sông Vĩnh Phước có diện tích lưu vực 285 km2

- Rào Quán có diện tích lưu vực 244 km2

Đặc điểm các sông của Quảng Trị là: lòng sông dốc chiều rộng sông hẹp, đáy sông cắt sâu vào địa hình phần đồng bằng hạ du lòng sông mở rộng đáy sâu và chịu ảnh hưởng của thuỷ triều Nối giữa sông Bến Hải và Thạch Hãn có sông Cánh Hòm, trước đây là một sông phục vụ giao thông thuỷ Trên sông Cánh Hòm có các nhánh suối ở sườn Tây như Tân Bích, Hà Thượng, Trúc Kinh Dạng sông ngang này là một hình thái sông đặc biệt của miền Trung Các sông ở đây đóng vai trò quan trọng

trong quá trình phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Quảng Trị §Æc ®iÓm h×nh th¸i s«ng ®-îc thÓ hiÖn ë b¶ng 1.7

Bảng 1.7 Đặc trưng hình thái 2 lưu vực sông Bến Hải và Thạch Hãn [11]

Chiều dài dòng chính (km)

Cao độ bình quân lưu vực (m)

Độ rộng

bq lưu vực (m)

Độ dốc

bq lưu vực (%0)

Mật độ lưới sông (km/km2)

Tỉ lệ diện tích đồng bằng (%)

vi sông Thạch Hãn chuẩn dòng chảy năm phân phối không đều theo không gian, biến đổi phù hợp với sự biến đổi của lượng mưa năm, nghĩa là cũng theo xu thế tăng dần theo độ cao địa hình với phạm vi biến đổi từ 30 l/skm2 đến 60 l/skm2 Hằng năm trên toàn bộ sông suối trên lưu vực sông Thạch Hãn có tổng lượng dòng chảy trên lưu vực khoảng 3,92 km Một số đặc trưng dòng chảy năm và phân phối dòng chảy của các tháng theo năm trêncác lưu vực sông và các trạm đại biểu thuộc tỉnh Quảng Trị được thể hiện ở bảng 1.9 và bảng 1.10

Bảng 1.9 Một số đặc trưng dòng chảy năm các lưu vực sông thuộc tỉnh Quảng Trị

Bảng 1.10 Phân phối dòng chảy theo các tháng trong năm (mm) của các trạm đại

biểu trên vùng nghiên cứu [11]

Tên lưu vực I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Bến Hải 5,10 2,70 1,90 1,50 3,10 2,40 1,40 2,90 14,2 30,9 23,9 10,0

bổ sung lượng nước cho mùa kiệt

Mùa lũ

Lũ trên lưu vực sông Thạch Hãn có thể xảy ra trong 3 thời kì trong năm:

- Lũ tiểu mãn thường xảy ra vào tháng V Tính chất lũ này nhỏ, tập trung

nhanh xảy ra trong thời gian ngắn đỉnh lũ nhọn, lên và xuống nhanh thường xảy

ra trong 2 ngày nên ít ảnh hưởng đến đời sống dân cư chủ yếu ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản

- Lũ sớm xảy ra vào đầu tháng IX hàng năm Lũ này không có tính chất thường xuyên nhưng có tổng lượng lớn hơn lũ tiểu mãn, thời gian tập trung lũ nhanh Thời kì xảy ra lũ sớm thường vào thời kì triều cao bắt đầu Do vậy mực nước lũ cao hơn lũ tiểu mãn Lũ này cũng ít ảnh hưởng tới dân sinh mà chủ yếu ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp và thủy sản

Lũ chính vụ thường xảy ra từ trung tuần tháng X đến cuối tháng XII Đây chính là thời kỳ mưa lớn trong năm và lũ thời kỳ này có thể xảy ra lũ quét sườn dốc gây đất đá lở và lũ ngập tràn ở hạ du Lũ này thường đi liền với bão gây thiệt hại lớn cho kinh tế xã hội gây chết người và hư hỏng các công trình, cơ sở hạ tầng Tính chất lũ kéo dài từ 5 – 7 ngày đỉnh lũ cao, tổng lượng lớn Với tình hình phát triển kinh tế hiện tại lũ này chỉ có thể tránh và chủ động làm giảm mức thiệt hại do lũ gây

ra

Phân lũ

Mực nước lũ hè thu trên các triền sông chỉ dao động từ 1,5 – 1,7 m; ít khi mực nước lũ hè thu trên các triền sông lên cao trên 1,7 m Hướng chuyển của lũ ở trong vùng hạ du cũng rất phức tạp:

- Khi sông Thạch Hãn lũ lớn ở hạ du hướng lũ chuyển theo 2 phía một hướng theo sông Vĩnh Định chuyển về sông Bến Hải và một hướng theo sông An Tiêm chuyển về Cửa Lác còn dòng chủ lưu theo dòng chính chuyển ra cửa Việt

- Khi sông Thạch Hãn lũ nhỏ sông Bến Hải lũ lớn dòng lũ của sông Bến Hải một phần chuyển về hạ du Thạch Hãn theo kênh Vĩnh Định một phần lớn chuyển

ra Cửa Tùng hiện tượng trên chỉ xảy ra khi lũ đạt báo động 3 trở lên

Nguồn nước ngầm ở tỉnh Quảng Trị thể hiện ở nước khe nứt nước lỗ hổng và nước cồn cát Nguồn nước này tương đối dồi dào và chất lượng tốt có thể đáp ứng cho nhu cầu sinh hoạt của dân cư và bổ sung nước tưới cho các loại hình sản xuất kinh tế xã hội Tuy nhiên, vùng ven biển nhiều nơi nước ngầm bị nhiễm mặn còn ở

vùng đồi núi nước ngầm phân bố sâu khó khai thác Vì vậy cần có kế hoạch cân đối

và sử dụng nước hợp lý

1.4 Hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Thạch Hãn

1.4.1 Hệ thống hồ chứa Trên toàn tỉnh Quản Trị

Toàn tỉnh Quảng Trị có khoảng 119 hồ chứa nước lớn nhỏ tự nhiên và nhân tạo Trong đó có 45 hồ với dung tích từ 1 đến hơn 10 triệu m3, 18 hồ có dung tích trên 1 triệu m3 5 công trình hồ chứa lớn với tổng dung tích là 130,6 triệu m3 và 2 đập dâng

Các hệ thống công trình ngăn mặn giữ ngọt thoát lũ trên lưu vực sau khi kết thúc tưới vụ hè thu mở cửa để chủ động thoát lũ Đối với các hồ chứa đập dâng, sau khi kết thúc tưới vụ hè thu công ty tiến hành đóng cống áp lực (bao gồm cửa điều tiết và cửa sự cố) để đảm bảo an toàn cho công trình khi có mưa lũ lớn Các đầu mối công trình trạm bơm sau khi kết thúc tưới vụ hè thu phải kéo động cơ lên sàn chống

lũ, cắt hệ thống điện vào nhà máy phân công công nhân trạm bơm trực bảo vệ công trình Đối với hệ thống kênh mương sau khi kết thúc tưới vụ hè thu mở 1/2 các cống lấy nước trên kênh và mở các cống xả lũ Đối với các tràn xả lũ có cửa van sẽ tổ chức vận hành theo quy trình đã được lập Các hồ chứa điều tiết để giữ mực nước

hồ ở ngưỡng an toàn

Phân loại vị trí và đặc trưng các hồ chứa được thể hiện ở bảng 1.11 bảng 1.12

và hình 1.3

Bảng 1.11 Phân loại hồ chứa theo dung tích hồ [11]

Phân loại hồ theo thể tích Số lượng

Hồ chứa 100.000 khối đến 1 triệu khối 65

Hình 1.3 Vị trí một số hồ chứa tiêu biểu trên lưu vực sông Bến Hải-Thạch Hãn Hầu hết các hồ thủy lợi trên lưu vực sông Bến Hải-Thạch Hãn đều không nằm trên dòng chính của sông nên khả năng cắt lũ cũng rất hạn chế Trong mùa lũ

để tránh ngập lụt nặng hơn cho hạ lưu các hồ thủy lợi này có nhiệm vụ tích và giữ nước và lượng nước xả ra toàn bộ đều là xả tràn

Bảng 1.12 Một số hồ chứa trên lưu vực sông Bến Hải-Thạch Hãn [11]

(km2)

Vtb (tr.m3)

Vhi (tr.m3)

MNDBT (m)

MNC (m)

MNPL (m)

Vc (tr.m3)

Đỉnh đập (m)

L đỉnh đập (m)

Hmax (m)

1.4.2 Hệ thống hồ chứa trên sông Thạch Hãn

Các công trình thủy điện: nhà máy thủy lợi-thủy điện Rào Quán và thủy điện

Hạ Rào Quán (6.4MW) Thủy điện La La (3MW) thủy điện Đăkrông 2 Đăkrông 3

và Đăkrông 4 Một số dự án thủy điện đang thi công bao gồm: thủy điện Đăkrông 1 (12MW) và thủy điện Khe Giông (4.5MW) Dự kiến đến cuối năm 2015 các dự án thủy điện đang đầu tư trên sẽ hoàn thành và đưa vào vận hành Riêng tuyến sông Đăkrông với chiều dài hơn 50km có tới 6 công trình thủy điện: Đăkrông 1, 2, 3, 4

Sê Pa Ling và A Chò Ngoài công trình thủy điện Rào Quán các công trình thủy điện khác đều là công trình thủy điện nhỏ

Công trình thủy lợi-thủy điện Rào Quán: Công trình thủy lợi-thủy điện Rào Quán lớn nhất tỉnh Quảng Trị nằm ở thượng nguồn sông Thạch Hãn là một công trình đa năng vừa phát điện vừa điều tiết thủy lợi cung cấp nước tưới và sinh hoạt qua hệ thống thuỷ nông Nam Thạch Hãn tham gia phòng lũ thường xuyên cho hạ

du hòan thành vào tháng 11/2007 Nhà máy Thuỷ điện Quảng Trị có công suất 64MW với 2 tổ máy toàn bộ hồ chứa có dung tích 163 triệu m3 dung tích chống lũ

30 triệu m3

Ngoài hiệu quả phát điện thì việc cung cấp nước nông nghiệp vẫn là nhiệm

vụ quan trọng Hàng năm theo thống kê nguồn nước qua tổ máy bình quân 400 triệu m3 mỗi năm sau khi chảy qua tổ máy phát điện có gần 200 triệu m3/năm là nước hữu ích cho nông nghiệp tích vào hồ thủy lợi Nam Thạch Hãn và được cấp liên tục cho nông nghiệp với diện tích khoảng 20.000 ha Đây thực sự là giá trị hữu ích vô cùng lớn đối với ngành nông nghiệp tỉnh Quảng Trị

Thủy điện bậc thang trên sông Đăkrông: trên đoạn sông Đăkrông hiện có 2 công trình thủy điện đã đi vào vận hành (Đăkrông 2 và Đăkrông 3) và 2 công trình đang được xây dựng (Đăkrông 1 và Đăkrông 4) Sau khi hoàn thành các thủy điện này sẽ hòa vào lưới điện quốc gia và cung cấp bổ sung nguồn điện năng đáng kể cho khu vực

Sông Đăkrông là sông có lượng nước khá dồi dào nhất là về mùa mưa Nó có trữ năng lý thuyết và trữ năng kinh tế kỹ thuật cao có thể khai thác được Theo quy

hoạch bậc thang thủy điện trên dòng chính sông Đăkrông gồm có 4 dự án thủy điện (Bảng 1.13 và Hình 1.4)

Bảng 1.13 Thủy điện bậc thang trên dòng chính sông Đăkrông

Hình 1.4 Sơ đồ bậc thang hồ chứa Thủy điện trên sông Đarkong

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

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

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

Để đánh giá được các đặc trưng lũ khách quan ta cần số liệu trận lũ đường quá trình lũ của thời điểm trước và sau khi có hồ để so sánh với nhau Sau đây trình bày 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 ở đây là phương pháp đơn giản dễ tính toán nhưng 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 số liệu dòng chảy xử lý số liệu đồng nhất rồi dựa vào số liệu đã xử lý để phân tích

Phân tích tần xuất thông qua đường tần xuất kinh nghiệm Đường tần xuất

kinh nghiệm là đường cong tần xuất được vẽ theo các điểm kinh nghiệm biểu thị quan hệ giữa tần xuất 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 dòng chảy trong một con lũ có nhánh lên nhánh xuống sự xuất hiện dòng chảy theo mùa theo tháng hay theo các năm không hoàn toàn ngẫu nhiên Số liệu đo đạc thu thập tạo thành một chuỗi số liệu thủy văn,

đó là sự rời rạc hóa một quá trình thủy văn diễn ra liên tục 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 ta cần phải phân tích chuỗi thời gian thủy văn

Các yêu tố được phân tích chính trong chuỗi thời gian số liệu thủy văn và đường 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 bằng phương 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 từng thời điểm trước hay sau hồ như các đặc trưng: tần suất lũ biên độ lũ trung bình thời gian

lũ lên trung bình thời gian lũ xuống trung bình thời gian kéo dài lũ trung bình hay cường suất lũ trung bình Lúc này các giá trị chỉ đánh giá ở dạng trung bình và khái quát chưa mang tính cụ thể

2.1.2 Phương pháp mô hình hóa

Mục đích của phương pháp mô hình hóa chính là để đánh giá cụ thể hơn ảnh 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 đổi đặc trưng của dòng chảy lũ trước khi và sau khi có hồ chứa hoạt động

Phương pháp thực hiện mô phỏng theo các phương pháp:

Tính toán và đưa ra kết quả là trận lũ trong trường hợp còn lại mà số liệu thực có Tiến hành tính toán hoàn nguyên dòng chảy không có hồ chứa để so sánh với số liệu thực cũng tại trạm đó trong 1 trận lũ trong năm đã có hồ chứa hoạt động

Tính toán mô phỏng điều tiết lũ hồ chứa theo quy trình vận hành để so sánh với số liệu năm chưa có hồ hoạt động tại trạm 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 hoàn nguyên lũ để đánh giá mô hình cần được hiệu chỉnh kiểm định để thấy tính hợp lý, chính xác và sự chân thực

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

mô hình mưa rào-dòng chảy (MIKE-NAM), mô hình thủy lực MIKE 11 diễn toán

lũ trong sông và mô hình điều tiết hồ chứa

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

là mô hình MIKE-NAM, mô hình MIKE 11 diễn toán lũ trong sông và mô hình tính toán điều tiết hồ chứa 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 các phương pháp được nêu trên cần dựa vào nhiều yếu tố nhưng quan trọng nhất là số liệu Theo thống kê ở lưu vực sông Thạch Hãn có rất nhiều hồ chứa thủy lợi vừa và nhỏ nếu đánh giá từng hồ thì sự tác động của hồ thủy lợi đến dòng chảy rất nhỏ, vì vậy luận văn đã tiến hành lựa chọn hồ chứa vào đánh giá (được thể hiện ở mục 3.1)

Có duy nhất hồ chứa lớn là hồ thủy điện Rào Quán nhưng hồ thủy điện Rào Quán mới đi vào hoạt động năm 2007 ứng với cuỗi số liệu trước và sau có hồ hoạt động rất chênh lệch số lượng trận lũ năm tại thời điểm sau hồ ít (2007 đến 2013 là 7 trận

lũ năm) Số liệu này chưa đủ điều kiện cơ sở dữ liệu để có thể đánh giá khách quan bằng phương pháp thống kê sử lý số liệu Vì vậy luận văn đã sử dụng phương pháp

mô hình hóa để thực hiện mục tiêu nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hồ chứa tới dòng chảy lũ lưu vực sông Thạch Hãn

2.2 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE-NAM HEC-RESSIM và MIKE 11

Mục tiêu chính xây dựng mô hình là xây dựng mô hình MIKE-NAM để tính toán hoàn nguyên dòng chảy lũ đến trạm sau hồ chứa và mô hình HEC-RESSIM dùng để tính toán mô phỏng điều tiết lũ qua hồ Dùng mô hình MIKE 11 để diễn toán lũ về hạ du

Các mô hình được kết hợp và xây dựng gồm:

- Mô hình MIKE-NAM (mô hình mưa-dòng chảy) khôi phục số liệu dòng

chảy đến trong các đoạn sông trước khi đến hồ

- Mô hình HEC-RESSIM dùng để tính toán mô phỏng điều tiết lũ qua hồ với

đầu vào là đường quá trình dòng chảy theo thời gian (Q-t) và quy trình vận hành của hồ chứa để tính toán dòng chảy sau hồ

- Dùng mô hình MIKE 11 để diễn toán lũ về hạ du với đầu vào biên trên là

dòng chảy tính từ mô hình MIKE – NAM dòng chảy sau hồ tính từ mô hình HEC-RESSIM Từ đó so sánh được ảnh hưởng của dòng chảy trước khi hồ hoạt động và sau khi hồ hoạt động

2.2.1 Mô hình mưa rào-dòng chảy MIKE-NAM

Mô hình MIKE-NAM là một hệ thống các diễn đạt bằng công thức toán học dưới dạng định lượng đơn giản thể hiện trạng thái của đất trong chu kỳ thủy văn

Mô hình MIKE-NAM còn được gọi là mô hình mang tính xác định tính khái niệm

và khái quát với yêu cầu dữ liệu đầu vào trung bình

Mô hình MIKE-NAM được xây dựng trên nguyên tắc xếp 5 bể chứa theo chiều thẳng 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 điều kiện 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 mặt lưu 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 theo phương nằm ngang (dòng chảy sát mặt) Khi lượng nước này vượt quá ngưỡng Umax thì một phần của lượng nước vượt ngưỡng Pn này sẽ chảy vào suối dưới dạng 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 vật chặn lại lượng nước đọng lại trong các chỗ trũng và lượng nước trong tầng sát mặt

Hình 2.1 Cấu trúc của mô hình MIKE-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 tổn thất thoát hơi của thực vật Lượng ẩm này cũng ảnh hưởng đến lượng nước sẽ đi xuống bể chứa ngầm để bổ sung nước ngầm Tỷ số L/Lmax biểu thị trạng thái ẩm của bể chứa

Bốc thoát hơi nước của thực vật được ký hiệu là Ea tỷ lệ với lượng bốc thoát hơi bể chứa mặt (Ep) Bốc thoát hơi nước thực vật là để thỏa mãn nhu cầu bốc hơi của bể chứa mặt Nếu lượng ẩm U trong bể chứa mặt nhỏ hơn bốc thoát hơi thực đo thì bể chứa mặt bị bốc hơi hết Lượng bốc hơi còn thiếu sẽ được bổ sung từ tầng dưới (Ea) Ban đầu nó sẽ bốc hơi lượng ẩm trong đất ở tầng dưới còn thừa ở các giai đoạn 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 ngầm tầng 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 tuyến tính thứ nhất Sau đó tất cả các thành phần dòng chảy được cộng lại và diễn toán qua một hồ chứa tuyến tình thứ hai Cuối cùng sẽ được dòng chảy tổng cộng tại cửa

ra (Hình 2.2)

Hình 2.2 Mô hình nhận thức của mô hình MIKE-NAM

Hình 2.3 Mô hình tính toán của mô hình MIKE-NAM

- Dòng chảy sát mặt (QIF)

QIF giả thiết là tương ứng với U và biến đổi tuyến tính theo quan hệ lượng trữ ẩm của lượng trữ tầng thấp:

(1) Trong đó: CKIF là hằng số thời gian dòng chảy sát mặt nó chính là phần U tạo thành dòng chảy sát mặt trong một đơn vị thời gian và CQIF < 1 TIF là ngưỡng dưới của dòng chảy sát mặt (0 TIF<1)

1)

- Dòng chảy mặt (QOF)

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

(2) Trong đó: CQOF là hệ số dòng chảy mặt không có thứ nguyên phản ánh điều 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 dòng chảy tràn sẽ thấm xuống làm tăng lượng trữ ẩm tầng thấp và một phần được giả thiết sẽ thấm xuống sâu hơn và gia nhập vào lượng trữ tầng ngầm (G)

OF

n

- Diễn toán dòng chảy

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

2)

(5) Trong đó :

Hằng số thời gian của quá trình dòng chảy mặt và sát mặt được tính bằng đơn vị giờ Nó xác định hình dạng và đỉnh của quá trình thủy văn Các giá trị đó phụ thuộc vào kích thước của lưu vực và cường độ mưa Hằng số này có thể được xác định từ việc kiểm định thời gian xuất hiện đỉnh của quá trình Nếu đỉnh quá trình 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:

với hằng số thời gian CKBF

Công thức diễn toán dòng chảy ngầm:

Các thông số 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 thành dòng chảy sát mặt trong một đơn vị thời gian

- CK12: 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:

(Watershed setup), mạng lưới hồ (Reservoir Network) và mô phỏng (Simulation) Mỗi một môđun có một mục địch riêng và tập hợp các công việc thực hiện qua bảng chọn (menu toolbar) và biểu đồ

Mô hình HEC-RESSIM bao gồm 3 môđun (Hình 2.4) :

-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

+ Mô đun 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 thống sông suối, các công trình thuỷ lợi (hồ chứa, đập chắn, dẫn dòng) vùng ảnh hưởng ngập lụt.… và hệ thống các tram quan trắc đo đạc thuỷ văn, khí tượng Trong mô đun này khi tổng hợp các hạng mục thì phải mô tả được tính chất vật lý của lưu vực

Ta có thể nhập các bản đồ từ ngoài vào để thiết lập 1 lưu vực mới Xác định đơn vị các lớp bao gồm các thông tin chung về lưu vực, liên kết giữa các sông và các thành phần định hình (Hình 2.5)

Hình 2.5 Mođun thiết lập lưu vực + Mô đun 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 trong môđun này Dựa vào các định hình mô tả ở mô đun trên để tạo cơ sở cho một hệ thống hồ chứa hoàn chỉnh Các tuyến sông và các mạng lưới hệ thống công trình có thể được 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 và phương án điều hành thì các lựa chọn phương án chạy cho bài toán bao gồm: định hình hệ thống xác định mạng lưới hồ, tập hợp các phương án điều hành, điều kiện ban đầu và số liệu đầu vào của bài toán (Hình 2.6)