Cơ sở khoa học xây dựng quy trình vận hành hệ thống liên hồ chứa trên lưu vực sông vu gia thu bồn đáp ứng các mục tiêu phòng chống lũ và sản xuất điện năng

Sau khi xây dựng hệ thống các hồ chứa lớn thì phối hợp vận hành các hồ như thế nào để vừa bảo đảm an toàn cho hồ trong mùa lũ vừa chống lũ cho hạ du và phát điện theo mục tiêu của hệ thố

chứa trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn đáp ứng các mục tiêu phòng chống lũ

và sản xuất điện năng” bắt đầu được thực hiện từ tháng 1 năm 2012, với sự nỗ lực

hết mình của bản thân và sự động viên giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè và gia đình tác giả đã hoàn thành luận văn sau 10 tháng thực hiện

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Lê Viết Sơn và thầy giáo PGS.TS Phạm Việt Hòa đã trực tiếp, tận tình hướng dẫn và cung cấp những thông tin cần thiết cho tác giả để có thể hoàn thành luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học, các thầy cô giáo tận tâm giảng dạy trong quá trình học tập để học viên có được nền tảng kiến thức như ngày hôm nay đồng thời đã giúp đỡ cung cấp những tài liệu cần thiết

để tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Nước tưới tiêu và Môi trường, các anh, chị đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện không chỉ về thời gian mà còn cả

về kiến thức thực tế để tác giả đem vào vận dụng trong luận văn

Tuy nhiên, do trình độ vẫn còn hạn chế, số liệu và công tác xử lý số liệu với khối lượng lớn nên những thiếu sót của luận văn là không thể tránh khỏi, tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô cũng như những ý kiến đóng góp quý báu của bạn bè và đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn./

Hà Nội, 29 tháng 11 năm 2012

Tác giả

Nguyễn Thành Nam

Tác giả xin cam đoan đề tài Luận văn được làm dựa trên các số liệu, tư liệu được thu thập từ nguồn thực tế, được công bố trên báo cáo của các cơ quan nhà nước, được đăng tải trên các tạp chí chuyên ngành, sách, báo… để đưa ra một số đề xuất giải pháp Tác giả không sao chép bất kỳ một Luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào trước đó

Hà Nội, 29 tháng 11 năm 2012

Tác giả

Nguyễn Thành Nam

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG LIÊN

HỒ CHỨA TRÊN SÔNG VU GIA – THU BỒN ĐẢM BẢO CHỐNG LŨ VÀ SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG37T 50

37T

3.1 MÔ HÌNH MÔ PHỎNGVẬN HÀNH LIÊN HỒCHỨA37T 50

3.1.1 Nguyên lý tính toán của mô hình 50

Bảng 2.2 Đỉnh lũ lớn nhất đã quan trắc được tại các trạm

Bảng 2.3 Kết quả phân kỳ lũ tại một số trạm thủy văn

Bảng 2.4 Giá trị lưu lượng các dạng lũ tại các vị trí trên nhánh Vu Gia

Bảng 2.5 Giá trị lưu lượng các dạng lũ tại các vị trí trên nhánh Thu Bồn

Bảng 2.6 : Sự đồng bộ lũ giữa 2 trạm Nông Sơn và Thành Mỹ

Bảng 2.7 : Sự xuất hiện đồng thời lũ trên nhánh Vu Gia và Thu Bồn

Bảng 2.8: Các thông số tiểu lưu vực

Bảng 2.9 : Diện tích của các tiểu lưu vực

Bảng 2.10: Dòng chảy bình quân và lớn nhất trong chuỗi năm tính toán 1998-2008 Bảng 2.11: Lưu lượng ứng với các tần suất trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn Bảng 3.1: Các thông số cơ bản của các hồ chứa

Bảng 3.2: Mực nước và dung tích đón lũ theo QĐ 1880

Bảng 3.3: Mực nước đón lũ theo các phương án vận hành

Bảng 3.4: Dung tích đón lũ của các phương án vận hành

Bảng 3.5: Lưu lượng lớn nhất năm tại Hội Khách theo từng phương án t ính toán Bảng 3.6: Lưu lượng lớn nhất năm tại Nông Sơn theo từng phương án tính toán Bảng 3.7: Mực nước lớn nhất năm tại Ái Nghĩa theo từng phương án tính toán Bảng 3.8: Mực nước lớn nhất năm tại Câu Lâu theo từng phương án t ính toán Bảng 3.9: Khả năng cắt giảm lũ ở hạ du tính trung bình cho 10 năm tính toán Bảng 3.10: Khả năng cắt giảm lũ ở hạ du của năm lũ lớn 2007

Bảng 3.11: Mực nước cuối mùa lũ của hồ A Vương theo các phương án vận hành Bảng 3.12: Mực nước cuối mùa lũ của hồ Đăk Mi 4 theo các phương án vận hành Bảng 3.13: Mực nước cuối mùa lũ của hồ Sông Tranh 2 theo các phương án vận hành

Bảng 3.15: Tổng công suất phá t điện bình quân năm của 3 nhà máy

Bảng 3.16: Hiệu quả sản xuất điện năng của từng phương án

Bảng 3.17: Hiệu quả phòng chống lũ và sản xuất điện của PA-TS và PA-TD

Hình 2.1: Bản đồ mạng lưới trạm KTTV trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn

Hình 2.2: Lượng mưa mùa cạn, mùa lũ và mưa năm của các trạm

Hình 2.3: Quan hệ giữa lưu lượng lũ trạm Nông Sơn và mực nước lũ trạm Câu Lâu Hình 2.4: Quan hệ giữa lưu lượng lũ trạm Thành Mỹ và mực nước lũ trạm Ái Nghĩa

Hình 2.5: Phân vùng tính toán thủy văn lưu vực Vu Gia – Thu Bồn

Hình 2.6: Cấu trúc mô hình mưa dòng chảy NAM

Hình 2.7: Mạng lưới trạm khí tượng và đo mưa trên lưu vực

Hình 2.8: Đường quá trình lũ tính toán và thực đo tại trạm Nông Sơn, lũ 11/2007 Hình 2.9: Đường quá trình lũ tính toán và thực đo tại trạm Thành Mỹ, lũ 11/2007 Hình 2.10: Lưu lượng tính toán từ các tiêu lưu vực từ 1998-2008

Hình 2.11: Phân chia tiểu lưu vực tính toán thủy văn

Hình 2.12: Dòng chảy tính toán tại tiểu lưu vực Sông Tranh 2

Hình 3.1: Hệ thống các hồ chứa nối tiếp

Hình 3.2: Cân bằng dung tích theo phương pháp ẩn

Hình 3.3: Minh họa cân bằng dung tích theo phương pháp ẩn

Hình 3.4: Cân bằng dung tích theo phương pháp hiện

Hình 3.5: Minh họa cân bằng dung tích theo phương pháp hiện

Hình 3.6: Cấu trúc của mô hình vận hành hồ chứa Hec-ressim

Hình 3.7: Vị trí các hồ chứa A Vương, Đăk Mi 4 và Sông Tranh 2 trên lưu vực sông

Vu Gia – Thu Bồn

Hình 3.8: Sơ đồ hệ thống hồ chứa A Vương, Sông Tranh 2 và Đăk Mi

Hình 3.9: Kết quả hiệu chỉnh tại trạm Nông Sơn, lũ năm 1998

Hình 3.10: Kết quả hiệu chỉnh tại trạm Thành Mỹ, lũ năm 1998

Hình 3.13: Quy trình vận hành ở mỗi hồ chứa trong một năm

Hình 3.14: Tương quan giữa phòng chống lũ và phát điện

Hình 3.15: Quy trình vận hành trong trường hợp tích nước sớm

Hình 3.16: Khả năng cắt giảm lũ hạ lưu hồ chứa Sông Tranh 2 (lũ lớn năm 2007) Hình 3.17: Khả năng cắt giảm lũ tại Nông Sơn trên sông Thu Bồn (lũ lớn năm 2007) Hình 3.18: Khả năng cắt giảm lũ hạ lưu hồ chứa Đăk Mi 4 (lũ lớn năm 2007)

Hình 3.19: Khả năng cắt giảm lũ hạ lưu hồ chứa A Vương (lũ lớn năm 2007)

Hình 3.20: Khả năng cắt giảm lũ tại Thành Mỹ trên sông Vu Gia (lũ lớn năm 2007) Hình 3.21: Khả năng cắt giảm lũ tại Hội Khách trên sông Vu Gia (lũ lớn năm 2007)

MỞ ĐẦU

“Xây dựng và chỉ đạo thực hiện chiến lược, quy hoạch, kế hoạch, chính sách

về bảo vệ, khai thác, sử dụng, phát triển tài nguyên nước; phòng, chống và khắc phục hậu quả tác hại do nước gây ra"(P0F

ở sườn Đông Trường Sơn có tiềm năng lớn về đất đai, tài nguyên nước, thuỷ năng

và rừng Diện tích lưu vực 10.350 km2

Lượng mưa hàng năm trên lưu vực từ 2.000 ÷ 4.000 mm và phân bố không đồng đều theo không gian và thời gian Sự phân bố không đồng đều theo không gian và thời gian cũng như địa hình dốc là nguyên nhân chính của tình trạng lũ lụt

và khô hạn trên lưu vực

Trong vòng 50 năm gần đây có tới 10 trận lũ lớn là lũ năm 1964, 1972, 1978,

1983, 1991, 1996, 1998 và 1999, 2003, 2007 Theo số liệu đo đạc tại trạm thuỷ văn Giao Thuỷ (sông Thu Bồn) và trạm thuỷ văn Ái Nghĩa (sông Vu Gia), thì trung bình hàng năm có khoảng 3 con lũ đạt mức báo động I trở lên, năm nhiều nhất xảy ra 5÷

6 trận Tính số lũ đạt mức báo động II trở lên, trung bình mỗi năm có 0,6 ÷ 1 trận, năm nhiều nhất xảy ra 2 ÷ 3 trận

Mưa lũ gây ngập lụt và thiệt hại về người và tài sản cho vùng Thiệt hại do lũ lụt gây ra có xu hướng tăng lên trong những năm gần đây:

• Năm 1996: số người chết 99 người, tổng thiệt hại 220 tỷ đồng

• Năm 1998: số người chết 55 người, tổng thiệt hại 563,7 tỷ đồng

• Năm 1998: số người chết 115 người, tổng thiệt hại 757,9 tỷ đồng

1 Luật tài nguyên nước

• Năm 1999: Thiệt hại do lũ gây ra khoảng 758 tỷ đồng, trong đó trận lũ tháng

XI thiệt hại 392 tỷ và trận tháng XII thiệt hại 366 tỷ, chưa kể các tác động xấu đến môi trường tự nhiên, ô nhiễm nguồn nước

• Năm 2007: Số người chết 26 người, tổng thiệt hại khoảng 1.500 tỷ đồng Xây dựng các công trình thủy lợi lớn phục vụ đa mục tiêu trên lưu vực sông

sẽ giải quyết cơ bản các vấn đề về lũ, cấp nước, phát điện v.v… phục vụ nền kinh

tế Tuy nhiên kinh nghiệm cũng cho thấy hiệu quả của việc đầu tư xây dựng công trình sẽ không cao nếu quản lý, vận hành khai thác không hợp lý

Hiện tại trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, có nhiều hồ chứa đã được xây dựng để phục vụ cấp nước, phát điện và phòng chống lũ Tuy nhiên với quy mô của các hồ chứa hiện có thì chỉ có 3 hồ chứa có dung tích đáng kể để chống lũ là: A Vương, Đăk Mi 4, và Sông Tranh 2 Sau khi xây dựng hệ thống các hồ chứa lớn thì phối hợp vận hành các hồ như thế nào để vừa bảo đảm an toàn cho hồ trong mùa lũ vừa chống lũ cho hạ du và phát điện theo mục tiêu của hệ thống là rất cần thiết nhưng cũng khó khăn Bởi vì thông thường để đảm bảo mục tiêu phòng lũ các hồ chứa thường giữ ở mực nước hồ rất thấp để đón và chứa lượng nước lũ đổ về trong tương lai điều này sẽ gây thiệt hại lớn cho ngành điện và cũng dẫn đến khả năng hồ không tích được đầy nước sau mùa lũ để phục vụ cấp nước cho mùa khô năm sau phục vụ các nhu cầu cấp nước như phát điện, nước sinh hoạt, tưới, dòng chảy môi trường v.v Ngược lại nếu giữ hồ nhiều nước sẽ nâng cao sản lượng điện phát ra, nhưng khi lũ về có thể gây mất an toàn cho hồ chứa và không cắt được nhiều lũ cho

hạ du

Nghiên cứu của đề tài hướng đến mục tiêu xây dựng được quy trình vận hành

hồ chứa/liên hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn đáp ứng các mục tiêu phòng chống lũ và sản xuất điện năng

Để giải quyết vấn đề vận hành liên hồ chứa thỏa mãn các nhu cầu mang tính cạnh tranh như giảm lũ hạ du và phát điện ở lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn Cơ sở khoa học xây dựng quy trình vận hành hệ thống liên hồ chứa trên lưu vực sông Vu

Gia - Thu Bồn đáp ứng các mục tiêu phòng chống lũ và sản xuất điện năng có phương pháp luận, công nghệ tiên tiến và cơ sở dữ liệu của vùng nghiên cứu đáp ứng được yêu cầu đòi hỏi của thực tiễn sản xuất

Mục tiêu chính của nghiên cứu là: Xây dựng quy trình vận hành hệ thống liên hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn đáp ứng các mục tiêu phòng chống lũ và sản xuất điện năng

Kết quả dự kiến đạt được:

- Phân vùng tính toán mưa dòng chảy

- Lượng dòng chảy sinh ra từ các tiểu lưu vực trong vùng nghiên cứu

- Phân tích hiệu quả phòng chống lũ và phát điện của hệ thống hồ chứa

- Đề xuất quy trình vận hành đáp ứng các mục tiêu phòng chống lũ và phát điện

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: 3 hồ chứa A Vương, Đăk Mi 4, và Sông Tranh 2 Lĩnh vực nghiên cứu là xây dựng qui trình vận hành cho hệ thống liên hồ chứa nước trên

Phạm vi nghiên cứu về địa lý là lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, có tổng diện tích tự nhiên là 10.350 km2

Phạm vi nghiên cứu về mặt khoa học bao gồm: Tính toán thủy văn mưa dòng chảy; Tính toán vận hành hồ chứa, phát điện và công trình điều tiết cắt giảm lũ

Xây dựng hàm tối ưu đa mục tiêu Pareto theo các kịch bản lũ

Luận chứng xây dựng quy trình vận hành hồ chứa/liên hồ chứa tối ưu đa mục tiêu

2 Ph ương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp khảo sát, điều tra tổng hợp, thu thập và phân tích số liệu từ thực tế

- Ứng dụng mô hình tính toán dòng chảy từ mưa và mô hình vận hành hồ chứa xem xét đến các mục tiêu phòng chống lũ và phát điện

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẬN HÀNH HỒ CHỨA

1.1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ VẬN HÀNH HỒ CHỨA TRÊN THẾ GIỚI

Vận hành hồ chứa là một trong những vấn đề được chú ý nghiên cứu tập trung nhất trong lịch sử hàng trăm năm của công tác quy hoạch quản lý hệ thống nguồn nước như nghiên cứu của Rippl ở thế kỷ 19 về dung tích trữ phục vụ cấp nước (Rippl, W., 1883[P1F

bộ vượt bậc trong nghiên cứu quản lý vận hành hồ chứa nhưng cho đến thời điểm hiện tại đối với hầu hết các hệ thống hồ chứa, khoa học thế giới vẫn chưa tìm được lời giải chính xác phải vận hành hệ thống hồ chứa như thế nào để mang lại lợi ích tối đa cho xã hội

Qua kinh nghiệm của thế giới trong việc xây dựng và quản lý hệ thống công trình trên sông cho thấy cùng với các biện pháp quản lý thì vận hành hệ thống công trình có thể linh động điều tiết nước về hạ du có thể đáp ứng các mục tiêu về cấp nước và môi trường cho hạ du (Holy, 1990, WCD, 2000)

Nghiên cứu trong quản lý vận hành hồ chứa có thể phân ra thành các nội dung chính gồm có nghiên cứu vận hành cho:

• Đơn hồ chứa đơn mục tiêu sử dụng

• Đơn hồ chứa đa mục tiêu sử dụng

• Liên hồ chứa đa mục tiêu sử dụng

Thông thường mỗi hồ chứa có một chế độ vận hành riêng, ngay cả khi hồ chứa nằm trong cùng một hệ thống Một trong các mục tiêu sử dụng hồ chứa là chống lũ

Để chống lũ hồ chứa phải để trống một dung tích nhất định nhằm chứa nước lũ ở

thượng nguồn đổ về khi có lũ Dung tích phòng lũ thay đổi theo thời gian trong năm tùy theo diễn biến khả năng xuất hiện và tổng lượng lũ có thể xuất hiện

Đối với hồ sử dụng cho cấp nước nông nghiệp thường mang đặc thù thời tiết mùa vụ Vào đầu mùa xuân khi lượng dòng chảy trong sông xuống thấp nhất gây khó khăn cho việc lấy nước tưới, hồ chứa sẽ bổ sung một lượng dòng chảy đáng kể cho sông từ lượng nước mà nó tích được từ mùa mưa năm trước

Khác với mục tiêu cấp nước nông nghiệp, yêu cầu nước cho đô thị, sinh hoạt

và công nghiệp không có thay đổi lớn theo thời gian trong năm So sánh với yêu cầu nước nông nghiệp thì lượng nước yêu cầu cho đô thị, sinh hoạt, công nghiệp thường không lớn Ở các quốc gia đang phát triển nơi các khu công nghiệp và đô thị lớn chưa hình thành lượng nước tiêu thụ cho mục đích công nghiệp và đô thị là ít Yêu cầu nước cho thủy điện thường được kết hợp với các yêu cầu sử dụng nước khác ở hạ du như cấp nước, duy trì giao thông thủy Vì đây là loại hình sử dụng nước không tiêu thụ nước Nước sau khi qua tuốc bin phát điện sẽ chảy về hạ lưu phục vụ các ngành khác Tùy theo đặc thù các yêu cầu sử dụng nước hạ du mà

hồ chứa có những yêu cầu vận hành riêng Quy trình vận hành hồ chứa đơn độc khá

đa dạng tùy vào mục tiêu sử dụng của tổ chức quản lý vận hành

Vận hành hồ để duy trì dung tích hồ chứa cố định thông thường để phục vụ mục tiêu du lịch giải trí vùng lòng hồ, đảm bảo ổn định cột nước phát điện, ổn định mực nước thượng lưu hồ phục vụ giao thông thủy vùng lòng hồ, đảm bảo môi trường phát triển hệ sinh thái lòng hồ Duy trì cố định dung tích, mực nước thượng lưu phục vụ phát điện trong trường hợp dòng chảy đến đủ lớn đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu khác Tương tự đảm bảo lưu lượng xả xuống hạ lưu chủ yếu đảm bảo yêu cầu cấp nước hạ du (có các hộ dùng nước ổn định khác nhau), duy trì giao thông thủy vùng hạ lưu, đảm bảo duy trì dòng chảy môi trường cũng như phục vụ nhu cầu các hoạt động du lịch giải trí

Đối với hồ chứa phục vụ mục đích cấp nước thì mục tiêu chính là xả nước đáp ứng tối đa yêu cầu nước của hạ du Nếu dòng chảy đến quá nhỏ, hồ chứa phải tháo

dần lượng trữ bù vào lượng thiếu của dòng chảy đến để đáp ứng tối đa có thể yêu cầu của hạ du Khoảng thời gian dòng chảy đến vượt quá yêu cầu hạ du thì hồ chứa trữ nước lại Khi dòng chảy đến quá lớn vượt quá tổng lượng dung tích trống còn lại của hồ chứa và yêu cầu nước hạ du thì lượng nước chênh lệch sẽ được xả thừa xuống hạ du Đối với một số hệ thống khi khả năng dòng chảy đến không thể liên

tục đáp ứng đủ yêu cầu của các hộ dùng nước hạ du và thiệt hại gây ra do thiếu nước thường rất lớn thì hệ thống thường được vận hành theo chế độ mức đáp ứng các yêu cầu nước sẽ được giảm dần khi lượng trữ hồ chứa giảm đến một mức độ nhất định tại các thời gian cụ thể trong năm để hạn chế tối đa tình trạng hạn sẽ xảy

ra trong tương lai

Đối với mục tiêu phòng lũ giảm thiệt hại lũ do dòng chảy đến quá lớn thông thường quy trình vận hành chống lũ với mục tiêu giảm tối thiểu đỉnh lưu lượng xả

về hạ du tại các vị trí khống chế cụ thể, để phục vụ mục tiêu này dung tích trữ trong

hồ được dành một lượng lớn được để trống chuẩn bị chứa lượng lũ lớn có thể xuất hiện trong tương lai Tuy vậy việc duy trì kéo dài khoảng dung tích trống này sẽ làm giảm chênh lệch đầu nước thượng hạ lưu của nhà máy thủy điện làm giảm hiệu suất phát điện, giảm công suất phát gây ra tình trạng thiếu điện nhân tạo trong mùa mưa khi lượng nước đến rất dồi dào mà đáng ra nhà máy thủy điện có thể phát điện ở công suất lớn nhất phục vụ cho nền kinh tế (Barros và nnk, 2003, Rinaldi và Soncini-Sessa, 1986)

Nghiên cứu của Rinaldi và Soncini-Sessa về vận hành hệ thống đơn hồ chứa Como phục vụ chống lũ, phát điện lưu vực sông Adda miền Bắc nước Ý Nghiên cứu đã phân tích số liệu vận hành trong quá khứ, đánh giá các thiệt hại cũng như hiệu ích đến các mặt phát điện, mức độ ngập lũ, cấp nước cho nông nghiệp để xây dựng mặt tối ưu Pareto làm cơ sở so sánh được mất, giúp cho nhà hoạch định có thể chọn được các phương án vận hành hồ Como tốt hơn so với quá khứ (Rinaldi và Soncini-Sessa, 1986)

Nghiên cứu của về phân bổ dung tích chống lũ của hệ thống 8 hồ chứa lưu vực sông Paranaiba-Grande, tổng diện tích lưu vực 375.000 kmP

2

P

, ở Brazin đề xuất phương án phân bổ dung tích chống lũ cho từng hồ chứa theo thời gian đảm bảo mục tiêu chống lũ của hệ thông liên hồ chứa Trong nghiên cứu này thuần túy chỉ xem xét đến hiệu quả chống lũ mà chưa tính đến hiệu quả phát điện của hệ thống 8

hồ chứa (Marien và nnk, 1994)

Như đã trình bày ở trên, quản lý vận hành hồ chứa đa mục tiêu là đặc biệt khó khăn khi mâu thuẫn giữa các mục tiêu sử dụng nước xảy ra thường xuyên Vấn đề càng trở lên phức tạp đối với hệ thống nhiều hồ chứa cùng phục vụ nhiều mục tiêu ở

hạ du Một số mâu thuẫn thường gặp là: (I) giữa cấp nước, phát điện với môi trường, (II) giữa phát điện với cấp nước, (III) giữa phát điện với giao thông thủy, (IV) giữa chống lũ với phát điện

Qua rà soát các phương pháp nghiên cứu đã và đang tiến hành trên thế giới cho thấy vận hành hệ thống nguồn nước, hệ thống hồ chứa phục vụ đa mục tiêu là một quá trình phức tạp bị chi phối bởi nhiều yếu tố ngẫu nhiên, trong khi phải thỏa mãn các yêu cầu hầu như đối nghịch của các ngành dùng nước nên mặc dù đã được đầu tư nghiên cứu rất bài bản và chi tiết nhưng các ứng dụng thành công chủ yếu gắn liền với đặc thù từng hệ thống cụ thể, không có phương pháp luận, công cụ có thể dùng chung cho mọi hệ thống Do vậy việc phân tích đánh giá điều kiện hệ thống trước khi lựa chọn phương pháp áp dụng là đặc biệt quan trọng Qua các nghiên cứu trên thế giới cũng cho thấy việc đưa vào ứng dụng mô hình toán mô phỏng kết hợp với phương pháp tối ưu phi tuyến rất thích hợp với bài toán vận hành

hệ thống hồ chứa và hệ thống công trình thủy lợi

1.2 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ VẬN HÀNH HỒ CHỨA Ở VIỆT NAM

Ở Việt Nam nơi có lượng mưa lớn và phân bổ không đồng đều theo không gian và thời gian thì việc xây dựng các hồ chứa nhằm điều tiết giảm dòng chảy lũ, tích nước mùa mưa để sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau vào mùa kiệt là việc

làm cần thiết Các hồ chứa được xây dựng luôn có vai trò và ý nghĩa hết sức quan trọng đối với phát triển kinh tế trên lưu vực, bao gồm cả công nghiệp, dân sinh, năng lượng và nông nghiệp Hiện tại nhiều hồ chứa lớn đã và đang được xây dựng ở Việt Nam, khi các hồ chứa cùng nằm trên một lưu vực thì nước xả từ các hồ chứa ở thượng du lại là dòng chảy đến cho các hồ chứa liền kề ở hạ du Hệ thống hồ chứa như vậy được gọi là hệ thống bậc thang liên hồ Như vậy trong một hệ thống liên hồ thì các hồ chứa có liên hệ ràng buộc với nhau nên trong việc vận hành hệ thống nếu chỉ quan tâm đến quy trình riêng rẽ của từng hồ chứa riêng biệt là chưa đủ mà cần xây dựng được quy trình vận hành chung cho cả hệ thống

Việc tính toán quy hoạch và vận hành các hồ chứa đã và đang được nhiều cơ quan nghiên cứu, đặc biệt ở các Viện đầu ngành như Viện Quy hoạch Thủy lợi, Viện Khoa học Thủy lợi, Viện Cơ học, Đại học Thủy lợi, Viện Khi Tượng Thủy văn Việc nghiên cứu đã có những bước phát triển nhanh chóng, nhiều nghiên cứu

đã được áp dụng vào thực tiễn để vận hành các hồ chứa lớn lợi dụng tổng hợp như

hồ Thác Bà, Hòa Bình, Tuyên Quang ở Bắc Bộ; hồ Dầu Tiếng ở Bình Dương, hồ Sông Quao ở Bình Định

Viện Quy hoạch Thủy lợi đã đưa vào ứng dụng MIKE 11 kết hợp GAMS trong tính toán vận hành tối ưu hệ thống công trình thủy lợi vùng Thượng du sông Thái Bình (Tô Trung Nghĩa và Lê Hùng Nam, 2006) Nghiên cứu này đã đưa vào tính toán vận hành hệ thống liên hồ chứa vùng thượng du lưu vực sông Thái Bình

đã đề xuất phương pháp vận hành phối hợp giữa các hồ chứa phục vụ mục tiêu cấp nước, phát điện và bảo vệ môi trường lưu vực sông

Mô hình thủy lực Mike 11 và GAMS cũng đã được ứng dụng để tính toán xác định chế độ phối hợp vận hành tối ưu hệ thống liên hồ chứa Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang phục vụ cấp nước và phát điện (Tô Trung Nghĩa và Lê Hùng Nam, 2007) Nghiên cứu đã đề xuất được quy trình vận hành trong mùa kiệt cho hệ thống

3 hồ chứa Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang đảm bảo cung cấp nước cho hạ du và phát điện Tuy nhiên, do vẫn tồn tại các mâu thuẫn trong sử dụng nước cho phát

điện và cấp nước, nên quy trình hiện vẫn chưa thể áp dụng vào thực tiễn để vận hành các hồ chứa nêu trên

Nghiên cứu đề xuất quy trình vận hành các hồ chứa A Vương, Đăk Mi4 và Sông Tranh 2 trong mùa lũ hàng năm đã được Bộ Tài nguyên và Môi trường thực hiện năm 2010 và đã được Thủ tướng chính phủ phê duyệt Điểm mấu chốt của quy trình là quá trình xả nước đón lũ của các hồ chứa trên hệ thống Trong mùa lũ các

hồ chứa được phép tích nước đến mực nước dâng bình thương, khi dự báo lưu lượng lũ đạt tới một giá trị nhất định thì tiến hành xả nước để dành dung tích trống trong các hồ chứa để đón lũ Mực nước đón lũ của hồ A Vương là 176m, thấp hơn mực nước dâng bình thường là 4m; mực nước đón lũ hồ Đăc Mi 4 là 255m, hồ Sông Tranh 2 là 172m, thấp hơn mực nước dâng bình thường của cả 2 hồ là 3m Khi hồ

đã đạt mực nước trước lũ, căn cứ vào lưu lượng đến hồ để tiến hành cắt lũ, khi mực nước hồ đạt mực nước dâng bình thường, lưu lượng xả bằng lưu lượng đến hồ Một

số hạn chế của quy trình nêu trên bao gồm:

Để quy trình có thể vận hành đạt hiệu quả, đòi hỏi công tác dự báo phải hết sức chính xác Khi có sai số trong việc dự báo, nếu giá trị dự báo thấp hơn lũ đến thực tế thì hiệu quả cắt giảm lũ lại càng thấp, khi giá trị dự báo cao hơn giá trị lũ đến thực tế thì gây rủi ro về điện Việc dự báo lượng mưa, đặc biệt là lưu lượng lũ đến trên lưu vực hiện vẫn là bài toán chưa có lời giải thỏa đáng ở Việt Nam

Qua kiểm nghiệm thực tế trong mùa lũ năm 2011, việc áp dụng quy trình vận hành liên hồ chứa A Vương, Đăc Mi 4 và Sông Tranh 2, trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn chưa đạt hiệu quả

1.3 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Nước là một nguồn tài nguyên cần thiết cho sự sống và sức khỏe của con người và là một phần quan trọng của hệ sinh thái Ở nhiều khu vực trên thế giới, việc cấp nước đang trở nên càng khó khăn do sự gia tăng nhu cầu sử dụng nước cho các mục đích như công nghiệp, sự phát triển của đô thị hóa và gia tăng dân số

Nguồn tài nguyên nước là có hạn, trong khi đó nhu cầu phát triển kinh tế xã hội ngày càng cao dẫn đến nảy sinh mâu thuẫn trong khai thác sử dụng tài nguyên nước

Lưu vực Vu Gia – Thu Bồn là một trong lưu vực sông lớn ở nước ta Lưu vực Vu Gia – Thu Bồn thuộc địa phận 2 tỉnh: Quảng Nam và Đà Nẵng Lưu vực có vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng của khu vực Lưu vực có tổng diện tích tự nhiên khoảng 10.000 kmP

2

P

, dân số tính đến năm

2010 là hơn 1,6 triệu người

Mâu thuẫn giữa các ngành dùng nước trên lưu vực Vu Gia – Thu Bồn bao gồm mâu thuẫn giữa sử dụng nước cho thủy điện và cấp nước, thủy điện và phòng chống lũ Các mâu thuẫn về tài nguyên nước thường liên quan đến sự tác động qua lại giữa các ngành và các hộ sử dụng nước trong quá trình quản lý tài nguyên nước Một mô hình quản lý tài nguyên nước hợp lý và hiệu quả là một quá trình kết hợp giữa việc chia sẻ nguồn nước và giải quyết được mâu thuẫn giữa các hộ sử dụng

Không thể thể quản lý tài nguyên nước theo cách xem xét một mục tiêu đơn

lẻ mà phải xét theo các mục tiêu tổng hợp và phải dựa trên các lợi ích của các ngành Vấn đề nghiên cứu đặt ra của đề tài là: xây dựng quy trình vận hành hệ thống liên hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn đáp ứng các mục tiêu phòng chống lũ và sản xuất điện năng

Quy trình vận hành do Chính Phủ duyệt cũng chưa phân tích, đưa ra các luận

cứ cụ thể về các lợi ích (thiệt hại) về điện năng của các phương án vận hành Khả năng cắt giảm lũ ở hạ du cũng chưa được xác định cụ thể cho các phương án vận hành Do đó việc tiếp tục nghiên cứu, phân tích tác động của các phương án vận

hành đến khả năng phòng lũ và sản xuất điện năng là cần thiết

Kết quả nghiên cứu có thể được dùng làm tài liệu tham khảo cho các cơ quan điều chỉnh quy trình vận hành hiện có

CHƯƠNG II: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MƯA - DÒNG CHẢY TÍNH TOÁN THỦY VĂN PHỤC VỤ CÔNG TÁC LẬP QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỆ

THỐNG HỒ CHỨA

2.1 GIỚI THIỆU VỀ LƯU VỰC NGHIÊN CỨU

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 kmP

Có ranh giới lưu vực :

Phía Bắc giáp lưu vực sông Cu Đê Phía Nam giáp lưu vực sông Trà Bồng và Sê San Phía Tây giáp Lào

Phía Đông giáp biển Đông và lưu vực sông Tam Kỳ 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

* 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 :

* 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 Mạng lưới sông ngòi và cửa sông

2.1.3.1 Mạng lưới sông ngòi

Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn được bắt nguồn từ vùng núi cao sườn phía Đông của dãy Trường Sơn , có độ dài của sông ngắn và độ dốc lòng sông lớn 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

* 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 kmP

2

Pcó hướng chảy Bắc Nam sau nhập vào sôn g 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 kmP

2

P

Sông Bung có nhiều nhánh nhỏ nhưng đáng kể là sông A Vương có diện tích FR lv R = 898

kmP

2

P

, chiều dài sông 84 km

* Sông Con : Được bắt nguồn từ vùng núi cao của huyện Đông Giang , diện tích lưu vực 627 kmP

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 kmP

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 kmP

2

P

, dài 30 km Sông Thu Bồn có nhánh sông Ly Ly , diện tích lưu vực : 275 kmP

* Cửa Lở

Sông Trường Giang chảy theo hướng Bắc – Nam và đổ ra biển tại Cửa Lở (Núi Thành)

Vùng nghiên cứu (Tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng ) có 2 trạm đo các yếu tố khí tượng : một trạm đo đại diện cho vùng đồng bằng là trạm Đà Nẵng , một trạm đại diện cho vùng miền núi là trạm Trà My , ngoài ra trong phân tích tính toán còn sử dụng tài liệu của trạm Quản g Ngãi, Ba Tơ thuộc tỉnh Quảng Ngãi

Trong vùng nghiên cứu có 18 trạm đo mưa , trong đó trạm Đà Nẵng có tài liệu

từ năm 1907, tuy nhiên những năm trước giải phóng tài liệu bị gián đoạn Hầu hết các trạm có tài liệu từ sau n gày miền Nam hoàn toàn giải phóng 1975 bình quân trên dưới 600 kmP

2

Pcó một trạm đo mưa

Trên các hệ thống sông tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng có 8 trạm đo thuỷ văn, trong đó có 2 trạm đo dòng chảy và mực nước và 6 trạm đo mực nước , 2 trạm (Sơn Tân, Hội Khách) vùng trung lưu sông , 4 trạm đo hạ lưu vùng ảnh hưởng triều

Hình 2.1 : Bản đồ mạng lưới trạm KTTV trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn

Đặc điểm mưa và hình thế thời tiết gây mưa

Lưu vực sông Thu Bồn – Vu Gia có lượng mưa trung bình năm từ 1.960mm đến hơn 4.000mm Thượng lưu các sông ở khu vực miền núi phía tây và tây nam tỉnh Quảng Nam có lượng mưa lớn (trên 3000mm), lớn nhất là khu vực Trà My: 4050mm Vùng đồng bằng ven biển có lượng mưa trung bình năm khoảng 2.000-2.400mm (Hình 1.2)

Mưa biến đổi theo mùa: Mùa mưa và mùa khô (mùa ít mưa) Mùa mưa hàng năm thường xuất hiện vào các tháng IX-XII, chiếm tới 60-80% tổng lượng mưa năm, còn trong mùa khô chỉ chiếm 20-40% Trong mùa khô, tháng V, VI hàng năm thường có mưa tiểu mãn Số liệu quan trắc trong thời kỳ 1975-2000 cho thấy, lượng mưa tháng lớn nhất tại Trà My đạt tới 1.894mm (X-1981); 1.716mm (XI-1985);

1.495mm (XI-1999) Lượng mưa ngày lớn nhất ứng với tần suất 5% đạt tới 1.000mm ở thượng lưu, 500-700mm ở hạ lưu [20] Nhìn chung, mưa giảm dần từ thượng lưu xuống hạ lưu

Mưa lũ lớn ở vùng ven biển Miền Trung nói chung và hệ thống sông Thu Bồn

- Vu Gia nói riêng thường do các hình thế thời tiết như: bão, áp thấp nhiệt đới, không khí lạnh, dải hội tụ nhiệt đới và các nhiễu động nhiệt đới khác như gió đông (chủ yếu là sóng đông) gây nên Các hình thế thời tiết này đơn độc hoặc kết hợp với nhau cùng tác động Đặc biệt, một số trường hợp, bão, áp thấp nhiệt đới đổ bộ liên tiếp gây mưa lũ đặc biệt lớn trên diện rộng

Trong gần 40 năm qua, trận lũ XI-1964 do bão gây ra là lớn nhất Trong vòng

13 ngày từ 4 đến 16/XI/1964 đã có 3 cơn bão liên tiếp đổ bộ vào Quy Nhơn, Tuy

Hoà, Nha Trang kết hợp với không khí lạnh gây ra trận mưa lũ rất lớn trên các sông suối miền Trung Trên hệ thống sông Thu Bồn xuất hiện lũ lịch sử

Khi bão và áp thấp nhiệt đới đơn thuần ảnh hưởng trực tiếp đến khu vực thường gây ra mưa với lượng mưa trung bình 120-200mm trong thời gian khoảng 2 ngày; tổng lượng mưa lớn nhất trong một đợt có thể tới 300-400mm ở đồng bằng và 500-600mm ở miền núi hoặc lớn hơn

Không khí lạnh tràn từ phía bắc xuống cũng gây ra mưa trên diện rộng với lượng mưa 100-200mm, có khi trên 300mm Đặc biệt, sự kết hợp tác động giữa không khí lạnh với bão, áp thấp nhiệt đới hay dải hội tụ nhiệt đới, đới gió đông sẽ gây ra mưa đặc biệt lớn trên diện rộng Trận lũ lớn nhất trong năm 1998 ở sông Thu Bồn là do cơn bão số 5 kết hợp với không khí lạnh và dải hội tụ nhiệt đới gây nên với lượng mưa đặc biệt lớn như Trà My 1.001mm, Tam Kỳ 674mm

Đầu tháng XI năm 1999, do ảnh hưởng của không khí lạnh có cường độ mạnh, kết hợp với hoạt động của dải hội tụ nhiệt đới có trục đi qua Nam Bộ, trong các ngày 1 đến 6/XI đã có mưa lớn ở lưu vực sông Thu Bồn – Vu Gia, với tâm mưa ở Quảng Nam - Đà Nẵng (750-1450mm) Mưa ở trung hạ lưu sông Thu Bồn, Vu Gia lớn hơn ở thượng lưu

Tiếp sau đó, do ảnh hưởng của không khí lạnh kết hợp với hoạt động của đới gió đông tương đối mạnh và trong 2, 3 ngày đầu có áp thấp nhiệt đới di chuyển qua vùng biển nam Cà Mau, nên trong các ngày 1-7/XII/1999 đã xảy ra một trận mưa rất lớn với trung tâm mưa ở nam Quảng Nam Lưu vực sông Tam Kỳ, lưu vực sông

Vu Gia, nhất là thượng nguồn các sông Cái, Bung lượng mưa phổ biến từ 550mm, thượng nguồn sông Thu Bồn từ 400-800mm; vùng trung và hạ lưu có lượng mưa tương đối lớn từ 650-2.000mm Hai trận mưa này không những đạt kỷ lục về tổng lượng mưa trận mà còn đạt kỷ lục về cường độ mưa (lượng mưa lớn nhất trong các thời đoạn: 6, 12 và 24 giờ) không những ở nước ta mà cũng thuộc lại lớn hiếm gặp trên thế giới

370-2.2.3 Đặc điểm dòng chảy lũ hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn

Mùa lũ hàng năm trong hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia từ tháng IX đến tháng XII Trong mỗi mùa lũ thường có từ 3-5 trận lũ lớn Các đợt lũ thường liên tiếp xẩy ra trong thời gian ngắn tạo nên đường quá trình lũ có dạng nhấp nhô nhiều đỉnh Lũ trong hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia xảy ra dồn dập trong thời gian không dài và các trận lũ thường là lũ kép từ 2 đỉnh trở lên

Một trong những đặc điểm lũ trong hệ thống sông Thu Bồn – Vu Gia 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 5,0-14,0m như: trận lũ XI/1999, biên độ lũ tại Thành Mỹ: 10,95m, tại Hiệp Đức 12,58m, tại Sơn Tân: 13,85m, tại Nông Sơn: 11,7m

Ở hạ lưu, do độ dốc lòng sông nhỏ (2%o trong đoạn sông từ Thành Mỹ đến Ái Nghĩa, 0,08%o từ Ái Nghiã đến Câu Lâu, 0,04%o 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 3-5m (5,46m tại Ái Nghĩa, 4,22m tại Cẩm

Lệ, 4,52m tại Câu Lâu, 3,32m 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 5,78m, trên báo động III là 2,08m (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 10.600mP

3

P

/s tại trạm Nông Sơn trên sông Thu Bồn (XI/1998, XII/1999), 7.000mP

Theo kết quả điều tra, lưu lượng đỉnh lũ của trận lũ XI/1964 tại trạm Nông Sơn là 18.200mP

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 QR max R 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 (HR max R) 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 HR max R 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 HR max Rtừ 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

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, điều này chứng tỏ lũ lụt ở Quảng Nam - Thành phố Đà Nẵng và vùng phụ cận có sự biến động 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

2.2.3.2 Lũ sớm

Lũ xuất hiện vào tháng IX đến nửa đầu tháng X hàng năm được coi là lũ sớm Theo thống kê lũ lớn hàng năm trên các sông vùng nghiên cứu đạt 25 ÷ 32% Lũ sớm thường có biên độ không lớn vì trong thời gian này chỉ xuất hiện một hình thái thời tiết như bão hoặc áp thấp nhiệt đới gây nên những trận mưa có cường độ không lớn lắm, diện mưa cũng chưa đủ rộng, thời gian mưa không dài, trong khi đó mặt đất lại mới trải qua thời kỳ khô hạn, khả năng thấm trữ nước trong đất lớn, lượng nước trong các sông suối còn thấp Lũ sớm thường là lũ một đỉnh

2.2.3.3 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 năm đạt tiêu chuẩn dòng chảy lũ Theo thống kê lũ muộn hàng năm trên các sông vùng nghiên cứu chỉ còn 24 ÷ 28% Thời gian này dòng chảy trong các sông ở mức tương đối cao do nước ngầm cung cấp, rất hiếm trường hợp xảy ra những trận mưa có khả năng gây lũ lớn

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

2.2.3.4 Lũ tiểu mãn

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

2.2.3.5 Lũ chính vụ

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

Bảng 2.1 Tần suất lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất các trạm

Nhìn chung lũ lụt vùng nghiên cứu diễn biến khá phức tạp, do ảnh hưởng của bão kết hợp với hoạt động không khí lạnh thường gây mưa lớn trên diện rộng thêm vào đó với địa hình dốc nên khả năng tập trung nước nhanh, sông suối lại ngắn nên

lũ vùng này rất ác liệt, lũ lên nhanh, xuống nhanh, cường suất lũ lớn Lũ các sông Quảng 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 báo động cấp III

2.2.4 Phân kỳ lũ lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn

Phân cấp và phân kỳ lũ có ý nghĩa quan trong trong việc chia ra các thời kỳ vận hành các hồ chứa, đưa ra các quyết định điều ứng với các cấp lũ khác nhau cho phù hợp

Với nghiên cứu quy luật hình thành lũ lớn trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn, việc phân kỳ lũ được dựa trên cơ sở số liệu lũ, phân cấp lũ đề phấn chia lũ ra các thời kỳ : lũ sớm, lũ chính vụ và lũ muộn

Theo quyết định số 18/2008/QĐ-BTNMT ngày 31/12/2008, Ban hành quy chuẩn Quốc gia về dự báo lũ để phân cấp lũ như sau :

Theo Quyết định trên, tiêu chí phân kỳ lũ như sau :

- Thời kỳ lũ chính vụ : Là thời kỳ xuất hiện lũ trên mức lũ nhỏ và có mật độ lũ cao nhất (lũ xuất hiện nhiều nhất trong mùa lũ), xảy ra hầu hết các con lũ lớn hơn lũ lớn (P30%) và hàm chứa được các con lũ lớn, rất lớn đã xẩy ra trong thực tế

- Thời kỳ lũ sớm : Là thời gian bắt đầu xuất hiện lũ trên mức lũ rất nhỏ (P90%) đến thời điểm bắt đầu lũ chính vụ

- Thời kỳ lũ muộn : Tính từ thời điểm kết thúc lũ chính vụ đến thời điểm kết thúc xuất hiện lũ lớn hơn lũ rất nhỏ

Phân cấp và phân kỳ lũ trong nghiên cứu này được tham khảo từ tính toán của

Bộ Tài nguyên và Môi trường [P3F

3

P

], như sau:

Kết quả tính toán, xác định phân kỳ lũ tại Nông Sơn, Thành Mỹ như bảng 3.9; phân cấp lũ tại các trạm Thành Mỹ, Hội Khách, Ái Nghĩa trên nhánh Vu Gia; các trạm Nông Sơn, Giao Thuỷ, Câu Lâu trên nhánh Thu Bồn như bảng 3.10 và 3.11 sau :

Bảng 2.3 Kết quả phân kỳ lũ tại một số trạm thủy văn

Bảng 2.4 Giá trị lưu lượng các dạng lũ tại các vị trí trên nhánh Vu Gia

Bảng 2.5 Giá trị lưu lượng các dạng lũ tại các vị trí trên nhánh Thu Bồn

2.2.5 Phân tích tổ hợp lũ lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn

Phân tích khả năng xuất hiện lũ đồng bộ (khả năng gặp gỡ lũ) giữa các nhánh sông cho phép người điều hành hệ thống hồ đưa ra quyết định ít rủi ro hơn khi biết

lũ xẩy ra ở các vị trí kiểm soát Đồng thời cho phép ta lựa chọn các con lũ điển hình

ở các cấp lũ khác nhau tại Thành Mỹ và Nông Sơn

Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn thực ra có 2 nhánh chủ đạo tác động đến vùng hạ du, đó là nhánh sông Vu Gia và Thu Bồn Phân tích tổ hợp lũ xảy ra giữa 2 trạm Thành Mỹ và Nông Sơn trong các trường hợp :

- Thống kê các con lũ trong mùa lũ từ tháng IX đến tháng XII của liệt tài liệu

từ 1977 - 2009 giữa 2 trạm Thành Mỹ và Nông Sơn Xác định lưu lượng và thời gian xuât hiện đỉnh lũ tại 2 trạm, nếu thời gian không lệch nhau quá 48h thì coi như

lũ ở 2 nhánh là đồng bộ Kết quả cho thấy, nếu lũ lớn xảy ra trong lưu vực, cũng có nghĩa sẽ xuất hiện cả ở sông Vu Gia và sông Thu Bồn

Bảng 2.6 : Sự đồng bộ lũ giữa 2 trạm Nông Sơn và Thành Mỹ

của 2 trạm

Tổng số năm đồng

2 Thạnh Mỹ 1977-2009

Bảng 2.7 : Sự xuất hiện đồng thời lũ trên nhánh Vu Gia và Thu Bồn Lưu lượng lớn nhất tức thời tại

Quan he Qmax trạm Nong S on với Hmax trạm C au L au

Nhận xét:

Từ đặc điểm về khí tượng, thủy văn trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, đã cho thấy, vùng nghiên cứu nằm trong khu vực có cường độ mưa lớn, lượng mưa một ngày lớn nhất tương ứng với tần suất 10% vào khoảng từ 350-400m Mưa lớn, lưu vực có sông ngắn và dốc làm cho lũ lên rất nhanh và cũng xuống nhanh, cường độ lũ lớn nhất ở thượng lưu từ 100-400cm/giờ; cường độ lũ ở hạ du từ 15-25cm/ giờ Mô số dòng chảy lũ lớn nhất tại Thành Mỹ trên sông Thu Bồn xấp xỉ 3,8m3/s/km2 và Nông Sơn trên sông Vu Gia xấp xỉ 3,35m3/s/km2

Lũ trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn được chia phân thành 3 thời kỳ là

lũ sớm, lũ chính vụ và lũ muộn Thời kỳ lũ sớm : Là thời gian bắt đầu xuất hiện lũ trên mức lũ rất nhỏ (P90%) đến thời điểm bắt đầu lũ chính vụ, trong thời gian từ 1/IX-30/IX Thời kỳ lũ chính vụ từ I/X-15/XII : Là thời kỳ xuất hiện lũ trên mức

lũ nhỏ và có mật độ lũ cao nhất (lũ xuất hiện nhiều nhất trong mùa lũ), xảy ra hầu hết các con lũ lớn hơn lũ lớn (P30%) và hàm chứa được các con lũ lớn, rất lớn đã xẩy ra trong thực tế Thời kỳ lũ muộn từ 16/XII-31/I năm sau, lũ có quy mô nhỏ Trong thời kỳ có lũ lớn trong năm, mực nước tại các trạm Câu Lâu, Ái Nghĩa chủ yếu chịu tác động của lũ từ thượng nguồn Quan hệ giữa lưu lượng ở thượng lưu và mực nước tại các trạm ở hạ lưu là hết sức chặt chẽ Ảnh hưởng của các yếu

tố khác là rất nhỏ

2.3 PHÂN VÙNG TÍNH TOÁN

Căn cứ vào điều kiện địa hình và yêu cầu của bài toán vận hành hồ chứa, lưu vực Vu gia Thu Bồn được phân chia thành các vùng để tính toán thủy văn phục vụ việc lập quy trình vận hành hồ chứa như sau: