Nghiên cứu đánh giá tác động của các hồ thủy điện đến dòng chảy hạ lưu lưu vực sông vu gia thu bồn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --- PHẠM THẾ VINH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CÁC HỒ THỦY ĐIỆN ĐẾN DÒNG CHẢY HẠ LƯU LƯU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

PHẠM THẾ VINH

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CÁC HỒ THỦY ĐIỆN ĐẾN DÒNG CHẢY HẠ LƯU LƯU VỰC

SÔNG VU GIA - THU BỒN

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 02 NĂM 2009

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại

HỘI ĐỒNG CHẤM THI BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

Ngày 09 tháng 01 năm 2009

- -oOo -

Tp HCM, ngày tháng năm

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Phạm Thế Vinh Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 25-07-1975 Nơi sinh : Thái Bình

Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006

1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CÁC HỒ THỦY ĐIỆN ĐẾN DÒNG CHẢY HẠ LƯU LƯU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

(i) Nghiên cứu về thuỷ văn, thuỷ lực và xâm nhập mặn vùng hạ lưu lưu vực Vu Gia - Thu Bồn

(ii) Ứng dụng mô hình để hoàn nguyên dòng chảy vùng hạ lưu từ năm 1980 đến 2004, qua đó đánh giá diễn biến thuỷ lực mùa lũ và xâm nhập mặn vào mùa khô

(iii) Xây dựng và tính toán một số kịch bản khi có các hồ thủy điện thương lưu, đánh giá diễn biến dòng chảy hạ lưu khi có các hồ này

(iv) Kiến nghị giải pháp hợp lý nhằm kiểm soát mực nước cũng như là xâm nhập mặn trong vùng hạ lưu

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS TRƯƠNG CHÍ HIỀN

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Họ tên và chữ ký)

Lời đầu tiên tác giả xin chân thành cám ơn sự gíúp đỡ quí báu của Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận cho tác giả trong suốt quá trình theo học và thực hiện luận văn

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn vô cùng sâu sắc đối với TS Trương Chí Hiền cùng các thày giáo đã hướng dẫn và chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình làm luận văn

Xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo và cán bộ Phòng Sau Đại học, Bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước - Khoa Xây dựng - Trường Đại học Bách khoa Tp

Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình theo học cũng như trong thời gian làm luận văn

Xin chân thành cám ơn Ban Giám đốc và các cán bộ thuộc Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian cũng như vật chất trong suốt quá trình theo học và thời gian làm luận văn

Xin cám ơn Dự án DANIDA - Chính phủ Đan Mạch đã cung cấp và và giúp

đỡ tác giả các chương trình phần mềm, tài liệu để phục vụ việc nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Trong quá trình thực hiện luận văn tác giả đã nhận được sự giúp đỡ hết sức nhiệt tình của các cán bộ, đồng nghiệp trong lĩnh vực quản lý tài nguyên nước và

mô hình toán đặc biệt là toàn thể anh chị em thuộc Trung tâm Công nghệ Tài nguyên nước - Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam đã giúp đỡ và cung cấp cho tác giả những số liệu quí báu và trao đổi những kinh nghiệm từ các đề tài nghiên cứu,

dự án sản xuất

Cuối cùng là sự cám ơn tới những người thân trong gia đình và bạn bè đã cổ

vũ và động viên tác giả trong suốt quá trình theo học và hoàn thành luận văn

Xin chân thành cám ơn !

Lưu vực Vu Gia - Thu Bồn là một lưu vực lớn ở miền Trung Việt Nam với địa hình thuận lợi cho tiềm năng phát triển thuỷ năng trên lưu vực Việc xây dựng các

hồ chứa nước trên thượng nguồn vừa có tác dụng giảm thiệt hại về lũ, đồng thời có tác dụng điều tiết nguồn nước cho hạ du về mùa kiệt

Trong nghiên cứu này sử dụng mô hình NAM, MIKE BASIN, MIKE 11 để đánh giá ảnh hưởng của hệ thống hồ thuỷ điện đối với sự biến động dòng chảy hạ lưu lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn với liệt tài liệu thực đo từ năm 1980 đến 2004, nhằm đánh giá tác động của chúng tới chế độ dòng chảy và xâm nhập mặn hạ lưu Kết quả nghiên cứu cho thấy sự có mặt của các hồ thủy điện thượng lưu đã làm gia tăng dòng chảy mùa kiệt của hạ lưu lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn trong những năm trung bình và nhiều nước Trong những năm ít nước, dòng chảy thay đổi không đáng kể, xâm nhập mặn vẫn vào sâu trong nội vùng ảnh hưởng đến cấp nước của nhà máy nước Cầu Đỏ Do vậy, trong những năm này, đề nghị nghiên cứu sử dụng dung tích chết trong hồ để xả đẩy mặn cho hạ lưu

Khả năng cắt lũ của các hồ thủy điện trong điều kiện vận hành bình thường chỉ

có thể phát huy trong những năm lũ thấp, những con lũ sớm, khi các hồ thủy điện chưa đầy nước Đối với những con lũ lớn, và đặc biệt là lũ năm 1999, hồ không có tác dụng cắt lũ Khi tạo dung tích phòng lũ để cắt lũ với lũ năm 1999 dòng chảy về

hạ lưu giảm không đáng kể nên mực nước vùng hạ du chỉ giảm được từ 8-15 cm Trong những năm ít nước, quy trình vận hành turbine có thể giãn đoạn sẽ làm dòng chảy sau các thủy điện này thay đổi đột ngột, đặc biệt nếu vận hành giãn đoạn trong ngày thì dòng chảy trên các đoạn sông này sẽ thay đổi như một đoạn sông ảnh hưởng triều Biên độ mực nước giao động trong ngày lên tới 1 m sau thủy điện Sông Bung 5 sẽ tác động không nhỏ đến sinh hoạt của người dân ven sông, thay đổi mực nước ngầm và dẫn đến xói lở bờ sông

Vu Gia - Thu Bon is a great river basin in the Central Part of Vietnam with terrain for potential development on the hydropower generation The reservoirs in the upstream effect on reducing flood damage , and increasing flow in dry season This study used models NAM, Mike Basin, Mike 11 to assess the impact of a system of hydropower for the changes in the flow of Vu Gia - Thu Bon downstream with the observed documents from 1980 to 2004, to evaluate the impact of the reservoirs to the flow regime on the downstream

Research showed that the hydropower generation has increased the flow of dry season in Vu Gia - Thu Bon downstream in the average and wet year In the dry year, the flow does not change significantly, salinity intrusion still in the area affect the water supply of Cau Do Therefore, in this year, research suggested the use of dead storage to control the salinity in the downstream

The ability to cut flood of hydropower reservoirs in the normal operation can only develop in the low flood, early flood and when the water level in the reservoir still lower than normal water level For the great flood, and especially the flood of

1999, they have no effect cutting flood When reducing the water level in the reservoirs to cut the flood of 1999, the water level in the downstream not significantly reduce, from 8-15 cm

In the dry year, the process operation of turbine can interrupt will make the water level in the downstream suddenly change Flow on the river will change as an tidal river Water level chance in the days up to 1 m after hydroelectric Song Bung 5 will impact the activities of people along the river, change the underground water and erosion of river embankment

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 9

I Tính cấp thiết của luận văn 9

I.1 Một số nghiên cứu trên thế giới 10

I.2 Các nghiên cứu trong nước 11

I.3 Những vấn đề còn tồn tại 13

II Mục đích của luận văn 15

III Phương pháp nghiên cứu 15

IV Các nội dung nghiên cứu của Luận văn 15

V Giới hạn và phạm vi nghiên cứu 17

VI Cấu trúc của Luận văn 17

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LƯU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN 18

1.1 Điều kiện tự nhiên 18

1.1.1 Vị trí địa lý 18

1.1.2 Đặc điểm địa hình 19

1.1.3 Đặc điểm sông ngòi 20

1.1.4 Đặc điểm khí tượng thủy văn 21

1.2 Tổng quan về xâm nhập mặn 25

1.3 Tình hình hạn hán và ngập lụt 25

1.3.1 Tình hình hạn 25

1.3.2 Tình hình ngập lụt 26

1.4 Tổng quan về bậc thang thủy điện lưu vực Vu Gia - Thu Bồn 29

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN THỦY LỰC 31

2.1 Bài toán thủy lực một chiều 31

2.1.1 Hệ phương trình vi phân cơ bản 31

2.1.2 Điều kiên biên và điều kiện ban đầu 32

2.1.3 Phương pháp giải bài toán thủy lực một chiều 33

2.2 Bài toán truyền chất một chiều 37

2.2.1 Hệ phương trình vi phân cơ bản 38

2.2.2 Phương trình truyền chất một chiều .38

2.2.3 Điều kiên biên và điều kiện ban đầu 39

2.2.4 Phương pháp sai phân giải bài toán truyền chất 1 chiều 39

2.3 Một số mô hình thuỷ lực và truyền chất được áp dụng ở Việt Nam 40

CHƯƠNG III: MÔ HÌNH TOÁN NAM, MIKE BASIN VÀ MIKE 11 42

3.1 Giới thiệu mô hình toán 42

3.2 Cơ sở lý thuyết và sơ đồ giải bài toán thủy lực 46

3.2.1 Hệ phương trình cơ bản 46

3.2.2 Thuật toán giải 46

3.2.3 Các điều kiện ổn định của mô hình 47

3.3 Cơ sở lý thuyết và sơ đồ giải bài toán truyền chất 48

3.3.1 Phương trình cơ bản 48

3.3.2 Các điều kiện biên và điều kiện ban đầu 49

3.3.3 Thuật toán giải 49

3.3.4 Các điều kiện ổn định của mô hình 50

CHƯƠNG IV: TÀI LIỆU TÍNH TOÁN 51

4.1 Tài liệu địa hình 51

4.2 Tài liệu về khí tượng thủy văn 52

4.3 Tài liệu mặn 66

4.4 Tài liệu về nhu cầu nước 67

4.5 Tài liệu về các hồ thủy điện 68

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LƯU VỰC 70

5.1 Mô hình NAM 70

5.1.1 Thiết lập mô hình 70

5.1.2 Hiệu chỉnh mô hình 71

5.2 Mô hình MIKE BASIN 73

5.2.1 Thiết lập mô hình 73

5.2.2 Tính toán các phương án 73

CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN THỦY LỰC 82

6.1 Xây dựng và hiệu chỉnh mô hình 82

6.1.1 Xây dựng sơ đồ thủy lực 82

6.1.2 Biên của sơ đồ tính 83

6.1.3 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 83

6.1.4 Nhận xét và đánh giá kết quả mô phỏng 87

6.2 Tính bài toán phương án 87

6.2.1 Nội dung tính toán 87

6.2.2 Kết quả tính toán 87

CHƯƠNG VII: TÍNH TOÁN XÂM NHẬP MẶN 100

7.1 Thiết lập và hiệu chỉnh mô hình 100

7.1.1 Xây dựng sơ đồ tính 100

7.1.2 Hiệu chỉnh và mô phỏng mô hình 100

7.1.3 Nhận xét và đánh giá kết quả mô phỏng 101

7.2 Tính bài toán phương án 101

7.2.1 Nội dung tính toán 101

7.2.2 Kết quả tính toán 102

CHƯƠNG VIII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111

8.1 Kết luận 111

8.2 Kiến nghị 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO

BẢNG BIỀU

Bảng 1 1: Đặc trưng hình thái một số nhánh sông 21

Bảng 1 2: Thống kê diện tích hạn vùng dự án 26

Bảng 1 3: Vết lũ tại một số vị trí trên lưu vực năm 1999 27

Bảng 1 4: Các thông số chính của bậc thang thủy điện 29

Bảng 4 1: Các trạm đo khí tượng thuỷ văn 53

Bảng 4 2: Lượng mưa trung bình nhiều năm của các trạm (1977-2004) 53

Bảng 4 3: Kết quả tính toán mưa trạm Sông Bung 4 55

Bảng 4 4: Hệ số chuyển đổi cho từng tháng tại trạm Đà Nẵng 61

Bảng 4 5: Hệ số chuyển đổi cho từng tháng tại trạm Trà My 61

Bảng 4 6: Kết quả bốc hơi tính toán trạm Sông Bung4 62

Bảng 4 7: Kết quả của bốc thoát hơi nước trung bình tháng .62

Bảng 4 8: Nồng độ mặn tại một số điểm ở hạ lưu từ 1978 đến 2004 66

Bảng 4 9: Nồng độ mặn max,min,trung bình tại một số điểm ở hạ lưu năm 2002 66

Bảng 4 10: Nhu cầu nước lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn năm 2020 68

Bảng 4 11: Thông số các hồ thủy điện 69

Bảng 4 12: Nguyên tắc vận hành áp dụng trong mô hình 69

Bảng 5 1: Bảng các thông số và khoảng giá trị sử dụng của 44 lưu vực nhỏ 71

Bảng 5 2: Bảng thông số tương quan giữa thực đo và mô phỏng 72

Bảng 5 3: Giả thiết mực nước phòng lũ các hồ thủy điện 79

Bảng 5 4: Khả năng cắt lũ năm 1999 mực nước phòng lũ thấp hơn MNDBT 2m 80

Bảng 5 5: Hệ số nhám được sử dụng trong mô hình thuỷ lực 84

Bảng 5 6: Thông số phân tích trong hiệu chỉnh mô hình thuỷ lực 87

Bảng 7 1: Thông số phân tích trong hiệu chỉnh mô hình xâm nhập mặn 101

HÌNH MINH HỌA

Hình 0 1: Diễn biến diện tích trồng lúa Quảng Nam 13

Hình 0 2: Diễn biến diện tích trồng lúa Thành Phố Đà Nẵng 14

Hình 0 3: Lưu lượng nhỏ nhất mùa kiệt trạm Nông Sơn 14

Hình 0 4: Lưu lượng nhỏ nhất mùa kiệt trạm Thành Mỹ 14

Hình 0 5: Sơ đồ bậc thang thủy điện 17

Hình 1 1: Vị trí vùng dự án 18

Hình 1 2: Địa hình vùng dự án 19

Hình 1 3: Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn 22

Hình 1 4: Mực nước lũ tại trạm Hội Khách năm 1999 27

Hình 1 5: Mực nước lũ tại trạm Câu Lâu năm 1999 28

Hình 1 6: Ngập lụt tại thị xã Hội An năm 2008 28

Hình 1 7: Bản đồ quy hoạch bậc thang thủy điện 30

Hình 3 1: Cấu trúc mô hình NAM 42

Hình 3 2: Nguyên tắc tính toán trong MIKE BASIN 44

Hình 3 3: Cấu trúc mô hình MIKE 11 45

Hình 4 1: Các tài liệu địa hình chủ yếu 51

Hình 4 2: Bản đồ cao độ số dùng trong tính toán 52

Hình 4 3: Lượng mưa tính toán tại trạm sông Bung 4 55

Hình 4 4: So sánh kết quả tính mưa với thực đo và PECC3 56

Hình 4 5: Mưa trung bình tháng của các khu vực khác nhau (1977-2005) 57

Hình 4 6: Đường đẳng trị mưa khu vực dự án 57

Hình 4 7: Bản đồ đẳng trị bốc hơi lưu vực 58

Hình 4 8:Bốc hơi trung bình năm của 4 tram 59

Hình 4 9: Bốc hơi trung bình tháng trạm Đà Nẵng và Trà My 60

Hình 4 10: So sánh bốc hơi trung bình tháng trạm Sông bung 4 63

Hình 4 11: Mực nước trung bình ngày tại một số trạm 64

Hình 4 12: Lưu lượng ngày thực đo tại trạm Nông Sơn 64

Hình 4 13: Lưu lượng ngày thực đo tại trạm Thành Mỹ 64

Hình 4 14: Lưu lượng nhỏ nhất năm tại trạm Nông Sơn và Thành Mỹ 65

Hình 4 15: Lưu lượng lớn nhất năm tại trạm Nông Sơn và Thành Mỹ 65

Hình 4 16: Tài liệu mặn đo đạc năm 2002 67

Hình 5 1: Phân chia lưu vực nhỏ trong mô hình NAM 70

Hình 5 2: Lưu lượng mô phỏng và thực đo tại Thành Mỹ 71

Hình 5 3: Lưu lượng mô phỏng và thực đo tại Nông Sơn 72

Hình 5 4: Lưu lượng thực đo và tính toán tại trạm Sông Bung 4 72

Hình 5 5: Sơ đồ tính phân bổ nước MIKE BASIN 73

Hình 5 6: Lưu lượng mô phỏng các phương án tại trạm thủy văn Nông Sơn 74

Hình 5 7: Lưu lượng mô phỏng các phương án tại trạm thủy văn Thành Mỹ 75

Hình 5 8: Lưu lượng mô phỏng các phương án tại sau hồ thủy điện SB5 75

Hình 5 9: Mực nước hồ mô phỏng phương án 2 hồ thủy điện A Vương 76

Hình 5 10: Lưu lượng mô phỏng phương án 2 và 3 tại sau hồ thủy điện SB5 76

Hình 5 11: Mực nước hồ mô phỏng phương án 3 hồ thủy điện Sông Bung 4 77

Hình 5 12: Lưu lượng mô phỏng các phương án tại trạm thủy văn Nông Sơn 78

Hình 5 13: Lưu lượng mô phỏng các phương án tại Thành Mỹ 78

Hình 5 14: Lưu lượng mô phỏng các phương án tại sau hồ thủy điện SB5 79

Hình 5 15: Lưu lượng sau thủy điện sông Bung 5 khi có dung tích phòng lũ 80

Hình 5 16: Lưu lượng trạm thủy văn Thành Mỹ khi có dung tích phòng lũ 80

Hình 5 17: Lưu lượng trạm thủy văn Nông Sơn khi có dung tích phòng lũ 81

Hình 6 1: Mở rộng mặt cắt và vị trí các ô lũ 82

Hình 6 2: Sơ đồ thủy lực vùng nghiên cứu 83

Hình 6 3: Mực nước mô phỏng và thực đo tại trạm Hội Khách 84

Hình 6 4: Mực nước mô phỏng và thực đo tại trạm Ái Nghĩa 84

Hình 6 5: Mực nước mô phỏng và thực đo tại trạm Giao Thủy 85

Hình 6 6: Hiệu chỉnh mực nước tại Cẩm Lệ 85

Hình 6 7: Kiểm định mực nước ngày tại Hội Khách 1980-1990 86

Hình 6 8: Kiểm định mực nước ngày tại Ái Nghĩa 1980-1990 86

Hình 6 9: Kiểm định mực nước ngày tại Giao Thủy 1980-1990 86

Hình 6 10: Mực nước ngày nhỏ nhất trạm Hội Khách 88

Hình 6 11: Mực nước ngày nhỏ nhất trạm Ái Nghĩa 88

Hình 6 12: Mực nước ngày nhỏ nhất trạm Giao Thủy 89

Hình 6 13: Mực nước ngày nhỏ nhất trạm Hội Khách 89

Hình 6 14: Mực nước ngày nhỏ nhất trạm Ái Nghĩa 90

Hình 6 15: Quá trình mực nước trạm Hội Khách các phương án năm 1990 90

Hình 6 16: Quá trình mực nước trạm Giao Thủy các phương án năm 1990 91

Hình 6 17: Đường mực nước nhỏ nhất từ Hội Khách đến Ái Nghĩa năm 1990 91

Hình 6 18: Đường mực nước nhỏ nhất từ Nông Sơn đến Giao Thủy năm 1990 92

Hình 6 19: Mực nước sau thuỷ điện Sông Bung 5, vận hành không liên tục 92

Hình 6 20: Mực nước trên mặt cắt sông Bung khi vận hành không liên tục 93

Hình 6 21: Mực nước tại trạm thủy văn Hội Khách khi vận hành không liên tục 93

Hình 6 22: Mực nước ngày lớn nhất trạm Hội Khách 94

Hình 6 23: Mực nước ngày lớn nhất trạm Ái Nghĩa 94

Hình 6 24: Mực nước ngày lớn nhất trạm Giao Thủy 95

Hình 6 25: Mực nước trạm Hội Khách trường hợp hiện trạng và phương án 2 95

Hình 6 26: Quá trình mực nước lớn nhất trạm Hội Khách năm 2004 96

Hình 6 27: Đường mực nước lớn nhất từ Hội Khách đến Ái Nghĩa năm 2004 96

Hình 6 28: Đường mực nước lớn nhất từ Nông Sơn đến Giao Thủy năm 2004 97

Hình 6 29: Quá trình mực nước lũ trạm Hội Khách năm 1999 97

Hình 6 30: Quá trình mực nước lũ trạm Ái Nghĩa năm 1999 98

Hình 6 31: Quá trình mực nước lũ trạm Giao Thủy năm 1999 98

Hình 7 1: Hiệu chỉnh mặn tại cầu Nguyễn Văn Trỗi (cửa sông Vu Gia) 100

Hình 7 2: Hiệu chỉnh mặn tại cầu Cửa Đại (sông Thu Bồn) 100

Hình 7 3: Vị trí các trạm cấp nước Cầu Đỏ và Hội An 102

Hình 7 4: Hiện trạng nồng độ mặn tại Cầu Đỏ và Câu Lâu năm 1990 103

Hình 7 5: Hiện trạng ranh giới mặn năm 1990 103

Hình 7 6: Nồng độ mặn tại vị trí lấy nước NMN Cầu Đỏ (HT và PA2) 104

Hình 7 7: Nồng độ mặn tại vị trí lấy nước NMN Hội An (HT và PA2) 104

Hình 7 8: Ranh giới mặn theo phương án 2 105

Hình 7 9 Nồng độ mặn tại vị trí lấy nước NMN Cầu Đỏ (HT và PA3) 106

Hình 7 10: Nồng độ mặn tại vị trí lấy nước NMN Hội An (HT và PA3) 106

Hình 7 11: Ranh giới mặn theo phương án 3 107

Hình 7 12: Nồng độ mặn tại vị trí lấy nước NMN Cầu Đỏ và Hội An (PA4) 108

Hình 7 13: Ranh giới mặn theo phương án 4 108

Hình 7 14: Mực nước hồ Sông Bung 4 năm 1990 (MOL=195) 109

Hình 7 15: Mực nước hồ Sông Bung 5 năm 1990 (MOL=58) 109

Hình 7 16: Mực nước hồ DakMi 4 năm 1990 (MOL=240) 109

Hình 7 17: Tần suất lưu lượng xuất hiện khi xả thêm 110

PHẦN PHỤ LỤC Phụ lục 1: Tài liệu địa hình……… i

Phụ lục 2: Lượng mưa thực đo trung bình tháng……… vi

Phụ lục 3: Lượng mưa thực đo trung bình năm………vii

Phụ lục 4: Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy văn NAM……….viii

Phụ lục 5: Hiệu chỉnh mô hình thủy lực……….x

Phụ lục 6: Hiệu chỉnh mô hình xâm nhập mặn………xiii

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của luận văn

Lưu vực Vu Gia - Thu Bồn là một lưu vực lớn ở miền Trung Việt Nam với diện tích lưu vực khoảng 10.350 km2, bao gồm Thành phố Đà Nẵng, tỉnh Quảng Nam và một phần tỉnh Kon Tum Đây là một lưu vực phức tạp với địa hình bao gồm cả núi, đồi, đồng bằng và vùng ven biển Theo chương trình phát triển của chính phủ Việt Nam thì đây sẽ được coi là một khu vực trọng điểm phát triển kinh tế của khu vực Miền Trung Quảng Nam, Đà Nẵng là các tỉnh thu hút một tỷ lệ khá cao vốn trong nước cũng như vốn đầu tư nước ngoài, tình hình phát triển kinh tế ngày càng gia tăng Với địa hình thuận lợi cho tiềm năng phát triển thuỷ năng trên lưu vực

Sự phát triển kinh tế xã hội ngày càng gia tăng thì sức ép lên tài nguyên nước đã trở thành vấn đề bức xúc trên lưu vực Nhu cầu về điện năng phục vụ sản xuất cũng như phục vụ đời sống sinh hoạt ngày càng nhiều, cũng như vậy nhu cầu sử dụng tài nguyên nước phục vụ cho nông nghiệp, nuôi trồng thuỷ sản, sinh hoạt, công nghiệp cũng tăng cao, nên việc xây dựng các hồ chứa nước trên thượng nguồn vừa có tác dụng giảm thiệt hại về lũ cho hạ du, đồng thời có tác dụng điều tiết nguồn nước cho

hạ du về mùa kiệt, để phục vụ cho các nhu cầu như phát điện, phục vụ nông nghiệp, nuôi trồng thuỷ sản, công nghiệp, dòng chảy môi trường là một lợi ích tổng hợp đa mục tiêu cần phát triển mạnh

Thời gian qua việc các hồ thuỷ điện tích nước và chỉ vận hành theo quy trình của ngành điện nhằm tăng tối đa lợi nhuận đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến nhiều ngành kinh tế, đặc biệt việc cắt lũ cho hạ du trong mùa mưa, xả đẩy mặn cải tạo môi trường trong mùa kiệt

Hiện tại, lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn đang được xem là một lưu vực có tiềm năng phát triển thủy điện Thủy điện A Vương là một điển hình đầu tiên trong bậc thang thủy điện sông Vu Gia Thủy điện Sông Tranh cũng đã được khởi công xây dựng Tới năm 2015 sẽ đi vào giai đoạn khai thác và vận hành toàn bộ bậc thang thủy điện trong lưu vực

Trong nghiên cứu này xem xét lại ảnh hưởng của hệ thống hồ thuỷ điện đối với

sự biến động dòng chảy hạ lưu lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn với liệt tài liệu thực

đo từ năm 1980 đến 2004, nhằm đánh giá tác động của chúng tới chế độ dòng chảy

và xâm nhập mặn hạ lưu

I.1 Một số nghiên cứu trên thế giới

- Một số nghiên cứu tương tự như: (i) Isaac Hagan Modelling the Impact of Small Reservoirs in the Upper East Region of Ghana (Mô phỏng tác động của các

hồ chứa nhỏ tại vùng cao nguyên Đông Ghanna, Master Thesis, 2007; (ii) Narimantas Ždankus and Gintautas Sabas The Impact of Hydropower Plant on Downstream River Reach (Tác động của hồ thủy điện đến đoạn sông hạ lưu), Lithuania, 2006; v.v …

(i) Mô phỏng tác động của các hồ chứa nhỏ tại vùng cao nguyên Đông Ghanna, Master Thesis, 2007 Vùng cao nguyên Đông Ghanna là một khu vực của lưu vực sông Volta có khoảng 160 hồ chứa nhỏ chảy vào hồ Volta mà hạ lưu của nó

là thủy điện Akosombo, một nguồn điện năng chính của nước này Trong nghiên cứu, sử dụng mô hình WEAP để mô phỏng dòng chảy và vận hành các hồ chứa Các hồ chứa này được phân loại thành 3 loại khác nhau (SR1, SR2 và SR3) theo độ lớn của dung tích hồ Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng sự tác động của các hồ chứa nhỏ là không đáng kể với dòng chảy đến của thủy điện hạ lưu Tuy nhiên, đối với các hồ lớn, ảnh hưởng của chúng rõ nét hơn và làm giảm dòng chảy đến gây thiệt hại về điện năng cho thủy điện Akosombo [1]

(ii) Narimantas Ždankus and Gintautas Sabas Tác động của hồ thủy điện đến đoạn sông hạ lưu, Lithuania, 2006 Nghiên cứu này phân tích sự tác động của hồ thủy điện đến môi trường hạ lưu và quần thể các loài thủy sinh Sự đóng mở vận hành turbine gây ra biến động dòng chảy hạ lưu và đặc biệt là ảnh hưởng đến các loài sinh vật nước Mỗi một lần đóng mở đột ngột sẽ gây ra sự thay đổi lớn của mực nước hạ lưu, ảnh hưởng đến dòng chảy, xói lở hai bên sông Kiến nghị được đề xuất

là mở từ từ các cửa xả nước vào turbine trong điều kiện kỹ thuật cho phép để dòng chảy hạ lưu đỡ bị xáo trộn mạnh [2]

I.2 Các nghiên cứu trong nước

- Một số nghiên cứu trọng điểm về lưu vực nghiên cứu như: (i) Định hướng quy hoạch lũ Miền Trung (2001), Viện Quy hoạch Thủy lợi; (ii) Quy hoạch phát triển và bảo vệ tài nguyên nước lưu vực Vu Gia - Thu Bồn (2002), Viện Quy hoạch Thủy lợi; (iii) Quy hoạch bậc thang thủy điện sông Vu Gia - Thu Bồn (2002), Công

ty Tư vấn Xây dựng Điện 1; (iv) Xây dựng chiến lược quản lý bền vững tài nguyên

và môi trường lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn (2003), Viện Quy hoạch Thuỷ lợi và Viện Khoa học Thuỷ lợi; (v) Nghiên cứu bậc thang thủy điện Quốc Gia (National Hydropower Plan Study) (2005) SWECO International; (vi) Nghiên cứu kế hoạch quản lý và phát triển bền vững tài nguyên và môi trường lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn (2005) Viện Thủy lực Đan Mạch, Viện Quy hoạch Thủy lợi; (vii) Thiết kế kỹ thuật công trình thủy điện A Vương (2003), Công ty Tư vấn Xây dựng Điện 1; (viii) Nghiên cứu tiền khả thi thủy điện Sông Bung(2006)Công ty Tư vấn Xây dựng Điện 3; v.v…

(i) Dự án “Định hướng quy hoạch lũ Miền Trung (2001)” được tiến hành sau khi xảy ra 2 trận lũ liên tiếp năm 1998 và 1999 gây thiệt hại cho các ngành kinh tế trong khu vực Dự án này đã đánh giá nguyên nhân và quá trình lũ trong các lưu vực sông thuộc Miền Trung Việt Nam Dự án cũng đưa ra các biện pháp chống lũ như xây dựng các đê ven sông lớn để hạn chế và giảm thiểu các tác động trực tiếp do lũ gây ra Tuy nhiên, do địa bàn nghiên cứu quá rộng nên các kết quả thu được từ nghiên cứu này chỉ dừng lại ở mức độ định hướng cho các nghiên cứu sau này [3] (ii) Dự án “Quy hoạch phát triển và bảo vệ tài nguyên nước lưu vực Vu Gia - Thu Bồn” do Viện Quy hoạch Thuỷ lợi thực hiện năm 2002 tính toán các nhu cầu dùng nước và khả năng cấp nước của lưu vực trên cơ sở đó đề xuất một số biện pháp công trình cấp thoát nước Trong nghiên cứu này cũng xét đến ảnh hưởng của bậc thang thủy điện trên dòng chính Tuy vậy, trong nghiên cứu chỉ tính toán với lũ năm 1999 và sơ đồ thủy lực được xây dựng chỉ cho vùng hạ du từ trạm thủy văn Giao Thủy và Ái Nghĩa [4]

(iii) Song song với nghiên cứu trên, “Quy hoạch bậc thang thủy điện sông Vu Gia - Thu Bồn” do Công ty Tư vấn Xây dựng Điện 1 thực hiện năm 2002 Trong nghiên cứu này, các thông số công trình thủy điện như A Vương, Sông Kon 2, Sông Bung 2, Sông Bung 4, Sông Bung 5, Dak Mi 1, Dak Mi 4, Sông Tranh 1, Sông Tranh 2… đã được tính toán lại và đề xuất Đây cũng là các thông số cần thiết làm

cơ sở cho các nghiên cứu chi tiết hơn sau này [5]

(iv) Đề tài “Xây dựng chiến lược quản lý bền vững tài nguyên và môi trường lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn” được Viện Quy hoạch Thuỷ lợi và Viện Khoa học Thuỷ lợi thực hiện năm 2003 Đây là một trong những bước khởi đầu cho việc quản

lý tài nguyên theo mô hình lưu vực sông Kết quả nghiên cứu đã đưa ra được nguyên nhân cơ bản để phát sinh ra lũ, xác định được các vùng dễ gây ra lũ quét Đề tài cũng khái quát được tình hình sạt lở chung cho lưu vực, biến động và hiện tượng cắt dòng ở Quảng Huế năm 2002, dự báo sạt lở các vùng trọng điểm Tuy nhiên, các

dự báo này chỉ tính theo các công thức kinh nghiệm, chưa sử dụng mô hình tính và phương pháp chồng ghép bản đồ để tính xói lở [6]

(v) Nghiên cứu bậc thang thủy điện Quốc Gia (National Hydropower Plan Study) do Công ty SWECO International (Thụy điển) xây dựng năm 2005 Đây là một nghiên cứu khá kỹ về lĩnh vực bậc thang thủy điện trên toàn quốc cho từng lưu vực sông trong đó có lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn Trong nghiên cứu này dự án

đã sử dụng mô hình MIKE BASIN để cân bằng nước cho từng hồ thủy điện trong lưu vực và đề xuất lại một số thông số hồ chứa Tuy nhiên, dự án này cũng chỉ tính toán về nguồn nước và phân bổ nước cho từng hồ (phần lưu lượng và tổng lượng)

mà chưa nghiên cứu kỹ về dòng chảy sau các hồ khi các hồ được xây dựng và đi vào vận hành [17]

(vi) Nghiên cứu kế hoạch quản lý và phát triển bền vững tài nguyên và môi trường lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn do Viện Thủy lực Đan Mạch kết hợp Viện Quy hoạch Thủy lợi thực hiện năm 2005 Đây là nghiên cứu kết hợp với sử dụng phần mềm thủy lực mới của DHI (Đan Mạch) Nội dung tính toán bao gồm tính toán dòng chảy, cân bằng nước và tính toán thủy lực trong vùng hạ lưu lưu vực sông

Vu Gia - Thu Bồn Kết quả tính toán đã đưa ra một số kịch bản dùng nước và các phương án hồ chứa thượng lưu Tuy nhiên, trong tính toán hoàn nguyên lũ, dự án mới chỉ tính toán cho lũ năm 1996 và phương án chỉ xét đến khi có hồ thủy điện Sông Tranh 2 Đây cũng là con lũ đã xuất hiện khá lâu và thời gian lũ không dài đồng thời nghiên cứu này chỉ dừng lại ở mức độ học hỏi và ứng dụng mô hình MIKE [7]

(vii) Thiết kế kỹ thuật công trình thủy điện A Vương (2003), Công ty Tư vấn Xây dựng Điện 1; (viii) Nghiên cứu tiền khả thi thủy điện Sông Bung(2006)Công

ty Tư vấn Xây dựng Điện 3 Hai dự án này đã tính toán chi tiết các thông số hồ chứa

A Vương và Sông Bung [8]

I.3 Những vấn đề còn tồn tại

- Các nghiên cứu trên đã phần nào đưa ra được diễn biến dòng chảy trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn, đề xuất các phương án giảm thiểu thiệt hại về lũ cũng như tăng cường nguồn nước trong mùa kiệt Tuy nhiên, liệt tài liệu tính toán tương đối ngắn, đặc biệt hiệu chỉnh mô hình thủy lực chỉ là 1 con lũ hoặc một thời đoạn ngắn nên mức độ chính xác của mô hình khi tính toán các kịch bản chưa cao Mặt khác, trong những năm gần đây, tình hình bão lũ trong mùa mưa và hạn hán trong mùa khô dẫn đến xâm nhập mặn vào sâu trong vùng gây ảnh hưởng đến các nhà máy cấp nước cho thành phố Đà Nẵng và Hội An và phần diện tích đất nông nghiệp ven biển

Hình 0 2: Diễn biến diện tích trồng lúa Thành Phố Đà Nẵng

Nguồn: Tổng Cục Thống kê năm 2007

Hình 0 4: Lưu lượng nhỏ nhất mùa kiệt trạm Thành Mỹ

Nguồn: Đài Khí tượng Thủy văn khu vực Trung Trung Bộ

- Mặt khác, khi các hồ thủy điện theo lộ trình xây dựng và đi vào vận hành, cần phải xem xét các tác động của chúng đến dòng chảy hạ lưu Cụ thể về mùa lũ cần xem xét khả năng cắt lũ của hồ chứa, khả năng xả nước của hồ trong điều kiện

bất lợi Về mùa kiệt, cần xem xét khả năng đẩy mặn của hồ chứa để phục vụ cho lấy nước sinh hoạt cho vùng Đà Nẵng và thị xã Hội An Tính toán sự thay đổi lưu lượng và mực nước vùng hạ lưu hồ khi hồ thủy điện vận hành trong năm kiệt nhất

- Ngoài ra, trong những nghiên cứu về hồ thủy điện, vì lý do hiệu quả kinh tế nên khi thiết kế các hồ thường chưa tính đến hoặc giảm dòng chảy môi trường Do vậy, cần phải xem xét và tính toán để đưa ra biện pháp khắc phục

Từ những tồn tại trên, việc nghiên cứu và đánh giá tác động của các hồ thủy điện đến dòng chảy hạ lưu lưu vực Vu Gia - Thu Bồn là hết sức cần thiết

II Mục đích của luận văn

Mục đích chung của luận văn là ứng dụng các phương pháp luận và công cụ tính toán nhằm nghiên cứu chế độ thuỷ lực trên sông nhằm đánh giá sự biến động dòng chảy trong hạ lưu lưu vực Vu gia - Thu Bồn trước và sau khi có các hồ thủy điện Các mục đích cụ thể của luận văn là:

(i) Tổng hợp các kiến thức của chương trình học, vận dụng cơ sở lý thuyết và ứng dụng mô hình toán để giải bài toán thủy lực mạng lưới sông và xâm nhập mặn (ii) Đánh giá tác động các hồ thủy điện đến vùng hạ lưu lưu vực sông trong mùa

lũ và mùa kiệt

(iii) Xây dựng cơ sở khoa học và kiến nghị một số giải pháp giảm thiểu thiệt hại

do lũ và xâm nhập mặn khu vực hạ lưu lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn

III Phương pháp nghiên cứu

(i) Tổng hợp tài liệu, đánh giá tổng quan các nghiên cứu về thuỷ lực ở trong nước và trên thế giới

(ii) Phương pháp mô hình hoá trong việc giải bài toán thủy lực

(iii) Ứng dụng mô hình toán, phần mềm chuyên dụng để áp dụng tính toán mưa, dòng chảy và xâm nhập mặn cho vùng nghiên cứu

IV Các nội dung nghiên cứu của Luận văn

(i) Nghiên cứu tổng quan về thuỷ văn, thuỷ lực và xâm nhập mặn vùng hạ lưu của hồ thủy điện trong đó tập trung vào nghiên cứu đặc điểm sông ngòi, chế độ thuỷ văn, thuỷ lực mùa lũ và xâm nhập mặn mùa kiệt

Hiệu chỉnh mô hình NAM từ

Thiết lập mô hình thủy lực MIKE 11 sử dụng biên lưu lượng trong mô hình MIKE BASIN và mô hình NAM

Hiệu chỉnh và kiểm địnhmô hình MIKE 11 HD

Hiệu chỉnh mô hình xâm nhập mặn MIKE11 AD

Mô phỏng

mô hình thủy lực các kịch bản

(ii) Xem xét một số nghiên cứu về thuỷ lực trên hệ thống sông Trong đó tập trung vào việc phân tích, ứng dụng mô hình toán làm cơ sở lựa chọn công cụ nghiên cứu phù hợp

(iii) Giới thiệu mô hình NAM (mô hình mưa dòng chảy), MIKE BASIN (mô hình phân bổ nước), MIKE 11 HD (mô hình thủy lực), MIKE 11 AD (mô hình tính toán xâm nhập mặn), trong đó tập trung nghiên cứu cơ sở lý thuyết và các điều kiện ổn định của mô hình thủy lực và xâm nhập mặn Ứng dụng mô hình để hoàn nguyên dòng chảy vùng hạ lưu từ năm 1980 đến 2004, qua đó đánh giá diễn biến thuỷ lực mùa lũ và xâm nhập mặn vào mùa khô Trình tự tính toán như sau:

(iv) Xây dựng và tính toán một số kịch bản khi có các hồ thủy điện thương lưu, đánh giá diễn biến dòng chảy hạ lưu khi có các hồ này

- Tính toán khả năng cắt lũ của các hồ chứa thượng lưu

- Tính toán khả năng đẩy mặn phục vụ cho các nhà máy nước của các hồ chứa thượng lưu

- Tính toán ảnh hưởng của việc xả nước qua turbine đến mực nước hạ lưu

- Kiến nghị giải pháp hợp lý nhằm kiểm soát mực nước cũng như là xâm nhập mặn trong vùng hạ lưu

Hình 0 5: Sơ đồ bậc thang thủy điện

V Giới hạn và phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm vùng hạ lưu lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn thuộc phạm vi 2 tỉnh Quảng Nam, Thành phố Đà Nẵng

VI Cấu trúc của Luận văn

Ngoài phần mở đầu, nội dung nghiên cứu của luận văn được trình bày trong

8 chương:

(i) Chương 1 Tổng quan lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn

(ii) Chương 2 Tổng quan về bài toán thủy lực

(iii) Chương 3 Giới thiệu mô hình toán NAM, MIKE BASIN và MIKE11 (iv) Chương 4 Tài liệu tính toán

(v) Chương 5 Tính toán dòng chảy lưu vực

(vi) Chương 6 Tính toán thủy lực

(vii) Chương 7 Tính toán xâm nhập mặn

(viii) Chương 8 Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LƯU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN 1.1 Điều kiện tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lý

Hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn là hệ thống sông lớn nằm ở sườn Đông của dãy Trường Sơn có diện tích lưu vực: 10.350 km2, trong đó diện tích nằm ở tỉnh Kon Tum: 560,5 km2, còn lại chủ yếu thuộc địa phận tỉnh Quảng Nam và Thành phố Đà Nẵng Phạm vi lưu vực có vị trí toạ độ:

16o3’ - 14o55’ vĩ độ Bắc

107o15’ - 108o24’ kinh độ Đông

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

Hình 1 1: Vị trí vùng dự án

2 Vùng đồi: Tiếp theo vùng núi về phía Đông là vùng đồi có địa hình lượn sóng độ cao thấp dần từ Tây sang Đông

3 Vùng đồng bằng: Vùng đồng bằng thấp dần từ Tây sang Đông, đồng bằng hẹp trải dài ven biển

4 Vùng 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 dọc theo bờ biển.[3,4,6,7]

Hình 1 2: Địa hình vùng dự án

1.1.3 Đặc điểm sông ngòi

Hệ thống Sông Vu Gia-Thu Bồn được hình thành bởi 2 nhánh sông chính:

1 Sông Vu Gia

Sông Vu Gia là con sông lớn nhất của tỉnh Quảng Nam và TP Đà Nẵng có diện tích lưu vực 5.800 km2, có chiều dài 163 km Sông Vu Gia sau khi chảy qua Ái Nghĩa được phân ra 2 nhánh chính: một nhánh chảy sang sông Thu Bồn, một nhánh khác được tách ra làm nhiều nhánh nhỏ chảy qua vùng đồng bằng Bắc sông Thu Bồn rồi tập trung chảy ra biển ở cửa Hàn

Sông có các phụ lưu sau:

* Sông 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 2.602

km2 có hướng chảy Bắc Nam, sau đó nhập vào sông Bung

* Sông Bung cũng là một phụ lưu lớn của sông Vu Gia, bắt nguồn từ vùng núi cao ở phía Tây với chiều dài 131 km có diện tích hứng nước 2.530 km2 chảy theo hướng Tây - Đông

* Sông A Vương là một nhánh lớn của sông Bung có chiều dài 81 km với diện tích lưu vực 681 km2 bắt nguồn từ những dãy núi cao trên 1.000 m ở phía Bắc lưu vực

* Sông Con là một nhánh của sông Vu Gia với diện tích lưu vực 627 km2, chiều dài sông 47 km với hướng chảy chính Bắc Nam sau nhập lưu với sông Vu Gia tại Đông Phước

2 Sông Thu Bồn

* Sông được bắt nguồn từ vùng núi ranh giới 3 tỉnh Quảng Nam, Kon Tum

và Quảng Ngãi ở độ cao hơn 2000 m Chảy theo hướng Nam - Bắc, từ Phước Hội sông chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc khi đến Giao Thuỷ sông chảy theo hướng Tây - Đông

* Sông Thu Bồn có diện tích lưu vực 3.825 km2 Gồm 2 nhánh chính là: sông Tranh và sông Bồng Miêu

* Sông Thu Bồn ở hạ lưu chia làm nhiều nhánh và phần lớn lưu lượng chảy

ra biển qua Cửa Đại

3 Các sông nội địa

Trong vùng hạ du lưu vực có một mạng sông nội địa bao gồm:

* Các sông nối thông hai con sông Vu Gia và Thu Bồn là: Quảng Huế, Bàu Câu, La Thọ, Cô Cả, Thanh Quýt, Vĩnh Điện

* Các sông phân lưu từ sông chính sau đó lại nhập trở lại ở phía hạ lưu: Bà Rén, Hội An

* Các sông ở vùng đồi núi thấp lưu vực nhỏ rồi nhập lưu vào sông chính: Bàu Lá, Tuý Loan, Vĩnh Trinh, Trà Kiên, Ly Ly

Bảng 1 1: Đặc trưng hình thái một số nhánh sôngStt Tên sông Tính đến Chiều

dài (km)

Diện tích (km 2 )

Độ cao nguồn (m)

Độ cao bình quân lưu vực (m)

Độ dốc bình quân lưu vực (%)

Mật độ lưới sông (km/km 2 )

Vu Gia –Thu

Bồn

Biển Đông 205 10350 2000 552 25,5 0,47

Thu Bồn Giao Thuỷ 168 3825 2000

Sông Khang Thu Bồn 57 609 800 210 20,4 1,1

Nguồn Thu Bồn Thu Bồn 35 488 900 324 22,4 0,7

Nguồn: Viện Quy hoạch Thủy lợi

1.1.4 Đặc điểm khí tượng thủy văn

1 Đặc điểm khí tượng

Lưu vực Vu Gia - Thu Bồn có chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhưng do sự chi phối sâu sắc của nhân tố địa hình đã tạo cho vùng có chế độ khí hậu khắc nghiệt Dưới đây là những yếu tố chính phản ánh đặc điểm khí hậu của lưu vực

Hình 1 3: Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn

a Chế độ nhiệt

Nhiệt độ bình quân trên lưu vực khá cao và có xu hướng giảm dần từ đồng bằng lên miền núi và tăng dần từ Bắc vào Nam Nhiệt độ bình quân tại Đà Nẵng là 25,7oC và Trà My là 24,3oC Nhiệt độ cao nhất vào tháng 6, 7, và 8 Tháng lạnh nhất là tháng 12 và tháng 1, khoảng 21oC ở đồng bằng và 20oC ở miền núi Biên độ nhiệt so với bình quân năm trên dưới 4oC

d Gió, bão

Bão thường xuất hiện ở Quảng Nam và Thành phố Đà Nẵng vào các tháng

10, 11 Trung bình 10 năm có từ 6 đến 13 cơn bão đổ bộ vào vùng ven biển Đà Nẵng - Bình Định Tốc độ gió lớn nhất đạt 34 m/s tháng 10/1970 tại Đà Nẵng và tốc

độ gió trung bình năm đạt 1,8 m/s

mm Đặc biệt vùng núi cao ở thượng nguồn sông Thu Bồn có hướng địa hình đón gió đã hình thành những trung tâm mưa lớn như : Trà My 3.737 mm, Tiên Phước 2.833 mm

Cũng giống như các tỉnh duyên hải Nam Trung bộ, chế độ mưa của lưu vực

Vu Gia - Thu Bồn có sự sai lệch so với điều kiện chung của toàn bán đảo Đông Dương Mưa đến muộn (tháng 9) và kết thúc muộn (tháng 12) hơn ở miền Bắc và niền Nam

Thời kỳ gió mùa Đông bắc từ tháng 9 đến tháng 12 là mùa mưa trên lưu vực với lượng mưa chiếm trên dưới 70% lượng mưa cả năm Mưa lớn nhất vào tháng 10

và tháng 11 (chiếm 45% lượng mưa năm Lượng mưa bình quân tháng lớn nhất ở đồng bằng 500 - 600 mm, ở miền núi từ 700 - 900 mm Lượng mưa ngày lớn nhất

đã quan trắc được ở một số trạm trong lưu vực như: Đà Nẵng 402 mm (1980), Hội An: 373 mm, Trà My 716 mm (1937)

Từ tháng 2 đến tháng 8 là thời kỳ khô hạn trên lưu vực, mùa khô kéo dài 8 tháng lượng mưa chỉ chiếm 29¸3% lượng mưa năm Các tháng 2, 3, 4 là các tháng ít

mưa nhất ở đồng bằng chỉ khoảng 10 - 30 mm, ở miền núi khoảng 30 - 100 mm Lượng mưa nhỏ hơn lượng bốc hơi nên dòng chảy kiệt khá nhỏ

2 Đặc điểm thủy văn

Lượng mưa trên lưu vực Vu Gia - Thu Bồn khá phong phú nên dòng chảy rất dồi dào, lưu lượng bình quân của toàn lưu vực 634 m3/s với tổng lượng Wo = 20,109 tỷ m3 Tuy nhiên sự phân bố dòng chảy năm trên các sông rất chênh lệch nhau, nơi lớn mô dul dòng chảy có thể gần gấp đôi nơi nhỏ Mô dul dòng chảy tại Nông Sơn trên sông Thu Bồn lên đến 76,7 l/s/km2, tại Thành Mỹ trên sông Vu Gia

là 57,3 l/s/km2

Sự biến động dòng chảy trên lưu vực khá lớn với chuỗi quan trắc từ 1980 -

2004 hệ số biến sai Cv dòng chảy năm đạt 0,32 - 0,36 Năm nhiều nước gấp 4 lần năm ít nước Tại Nông Sơn tổng lượng dòng chảy năm nhiều nước 1982 đạt 12,0 tỷ

m3 trong khi đó vào năm ít nước 1983 chỉ đạt 2,92 tỷ m3 và tại Thành Mỹ trên sông

Vu Gia năm nhiều nước đạt 5,52 tỷ m3 trong khi đó vào năm ít nước 1983 chỉ đạt 1,28 tỷ m3

Cũng như mưa, chế độ dòng chảy năm của lưu vực phân thành 2 mùa:

+ Mùa lũ từ tháng 10 đến tháng 12, lượng dòng chảy chiếm 65% tổng lượng dòng chảy năm Lũ lên nhanh nhưng xuống cũng rất nhanh Cường suất lũ lớn nếu gặp triều cường mực nước có thể lên từ 3 đến 4 m Ở các huyện trung du và miền núi do cường độ mưa lớn kéo dài kết hợp với địa hình dốc đã gây ra lũ quét làm thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản của nhân dân

+ Mùa kiệt kéo dài từ tháng 1 đến tháng 9 với lượng dòng chảy chiếm 35% lượng dòng chảy năm Thời kỳ kiệt nhất vào tháng 4, tại Nông Sơn có dòng chảy trung bình 65,8 m3/s với mô dul dòng chảy khoảng 19,88 l/s/km2 và tại Thành Mỹ dòng chảy trung bình 34,2 m3/s tương ứng với mô dul khoảng 18,5 l/s/km2 Thời kỳ kiệt thứ hai xảy ra vào tháng 7, tại Nông Sơn có dòng chảy trung bình 70,8 m3/s với

mô số là 21,38 l/s/km2 và tại Thành Mỹ dòng chảy trung bình 41,9 m3/s tương ứng với mô dul dòng chảy 22,65 l/s/km2 Tỷ lệ giữa dòng chảy trung bình tháng 4 và 7

và dòng chảy năm đạt 2,2 - 2,46% tại Nông Sơn và đạt 2,7 - 3,3% tại Thành Mỹ

Hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn có lượng dòng chảy khá dồi dào nhưng phân bố không đều, lượng nước tập trung vào mùa mưa, trong khi sản xuất nông nghiệp lại tập trung chủ yếu vào 8 tháng mùa khô Trong mùa khô dòng chảy cạn kiệt dẫn đến mực nước sông xuống thấp, mặn xâm nhập ở vùng hạ lưu Trái lại về mùa lũ dòng chảy lại quá lớn gây ra lũ, lụt nhiều nơi nhất là vùng hạ lưu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất và đời sống của nhân dân Vì vậy điều hoà và phân phối nguồn nước trên hệ thống sông là rất cần thiết có như vậy mới đảm bảo các nhu cầu nước cho sản xuất nông nghiệp và các ngành dân sinh kinh tế khác

1.2 Tổng quan về xâm nhập mặn

Độ mặn trong nước sông vùng ven biển chủ yếu do độ mặn nước biển xâm nhập vào Khi nước triều dâng cao, dòng triều chảy ngược mang nước biển có độ mặn vào các cửa sông Mức độ nhiễm mặn trên các sông phụ thuộc vào nhiều yếu tố: chế độ triều vùng cửa sông, độ dốc lòng sông, lưu lượng dòng chảy thượng nguồn, ngoài ra quá trình xâm nhập mặn vào các sông còn chịu ảnh hưởng của các nhân tố như: chế độ gió, sóng và các công trình khai thác nước, điều tiết nước trên sông

Trong thực tế vào một số năm kiệt nước gần đây xâm nhập mặn đã lên đến ngã ba Tuý Loan trên sông Vu Gia và đến ngã ba sông Vĩnh Điện, sông Thu Bồn, đồng thời làm mực nước sông xuống thấp đã ảnh hưởng đến các trạm bơm tưới, cấp nước sinh hoạt vùng hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn [4]

Mực nước sông xuống thấp, mặn xâm nhập đã ảnh hưởng đến một loạt các trạm bơm lấy nước trên sông Vĩnh Điện, Thu Bồn như Cẩm Sa, Tứ Câu, Vĩnh Điện Đặc biệt hàng năm, vào các thời kỳ tháng 4, 5 và tháng 7 mặn thường xâm nhập lên đến Cầu Đỏ là vị trí trạm bơm cấp nước cho thành phố Đà Nẵng, làm ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt của người dân thành phố

1.3 Tình hình hạn hán và ngập lụt

1.3.1 Tình hình hạn

Những năm gần đây, do biến động thời tiết toàn cầu, cùng với những thay đổi đáng kể về diện mạo địa hình và nhu cầu nước tăng nhanh, hạn đã xảy ra liên tiếp

trong vùng Điển hình năm 1998 hạn đã xảy ra trên diện rộng của lưu vực, theo số liệu thống kê của thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam tình hình hạn năm 1998 trên địa bàn như sau:

Bảng 1 2: Thống kê diện tích hạn vùng dự án

Lúa hè thu (ha) Lúa mùa (ha)

F hạn F hạn nặng F hạn F hạn nặng

Rau màu (ha)

Cây CN ngắn ngày (ha)

Cây CN dài ngày (ha)

Thiếu nước sinh hoạt (người) 15.070 8.720 9.510 1.560 11.433 4.230 7.507 38.000

Nguồn: Viện Quy hoạch Thủy lợi

Diện tích hạn tập trung ở vùng trung du, đồng bằng và vùng cát ven biển, trong đó một số huyện bị hạn nặng là: Quế Sơn: 5100 ha, Duy Xuyên: 4793 ha Một số hồ chứa nhỏ ở vùng trung du và miền núi như hồ Phước Giang, Phước

Hà, Vĩnh Trinh, Thạch Bàn, Nước Rốn, Hố Lan đều cạn nước đến tháng 8/1998 các

hồ trên mực nước đều ở dưới mực nước chết Hồ Hố Giang phải dùng bơm để bơm dung tích chết lên kênh dẫn tưới, khu tưới của hồ Vĩnh Trinh, Thạch Bàn cũng dùng máy bơm để bơm nước từ sông Bà Rén lên tưới Một số trạm bơm nguồn nước bị thiếu hụt, công nhân trạm bơm phải thường trực 24/24 giờ để sẵn sàng bơm nước khi có nguồn, tăng cường nạo vét kênh mương, bể hút các trạm bơm, các cửa sông nhánh như La Thọ, Thanh Quýt, Cô Cả

1.3.2 Tình hình ngập lụt

Do đặc điểm của lưu vực, về mùa lũ dòng chảy ở thượng nguồn có tốc độ lớn,

lũ tập trung nhanh đổ xuống đồng bằng, vùng đồng bằng sông có độ dốc bé, lòng nông, bờ sông thẳng, các cửa sông thường bị bồi và thắt hẹp dẫn đến khả năng thoát

lũ kém, đại bộ phận dòng chảy lũ khi gần đến Ái Nghĩa và Giao Thủy đã chảy tràn

bờ và gây ngập úng cho toàn bộ hạ lưu sông từ Giao Thuỷ, Ái Nghĩa cho đến cửa Hàn, cửa Đại và vùng đồng bằng sông Tam Kỳ

Mùa lũ trong vùng thường bắt đầu từ tháng 10 và kết thúc vào tháng 12, lũ lớn thường tập trung vào 2 tháng: tháng 10 và tháng 11 Phổ biến là các trận lũ đơn có thời gian duy trì lũ ngắn, khoảng từ 3 - 6 ngày, nhưng biên độ lũ thường lớn

Qua kết quả điều tra vết lũ và tình hình ngập lụt của trận lũ năm 1999 cho thấy

tình hình ngập lụt vùng hạ lưu Vu Gia - Thu Bồn như sau:

Bảng 1 3: Vết lũ tại một số vị trí trên lưu vực năm 1999

TÍNH

TOÁN

6 Hòa Tiến - Hòa Thọ - Hòa Châu 1,5 m ÷ 2 m

10 Duy Phước - Thị trấn Nam Phước 3 m ÷ 3,5 m

Nguồn: Viện Quy hoạch Thủy lợi

Hình 1 4: Mực nước lũ tại trạm Hội Khách năm 1999

Hình 1 5: Mực nước lũ tại trạm Câu Lâu năm 1999 Trong những năm gần đây, trong khu vực miền Trung nói chung, bão lũ xảy ra liên tục và diễn biến phức tạp Trong năm 2008, hầu hết các nơi trên địa bàn ở miền Trung đã có mưa to đến rất to, phổ biến từ 150 - 300 mm Một số nơi mưa lớn như Trà My 599 mm, Tiên Phước 435 mm, Tam Kỳ 394 mm, Phước Sơn 482 mm Lũ trên lưu vực cũng khá lớn, mực nước lũ tại trạm Câu Lâu đạt đỉnh gần 4,0 m vào ngày 18/10/2008.

Hình 1 6: Ngập lụt tại thị xã Hội An năm 2008

1.4 Tổng quan về bậc thang thủy điện lưu vực Vu Gia - Thu Bồn

Theo “Quy hoạch bậc thang thủy điện sông Vu Gia - Thu Bồn” do Công ty Tư vấn Xây dựng Điện 1 thực hiện năm 2002 và ”Quy hoạch bậc thang thủy điện Quốc Gia” (National Hydropower Project) do Sweco thực hiện năm 2005, các thông số chính của toàn bộ các hồ thủy điện lớn như sau:

Bảng 1 4: Các thông số chính của bậc thang thủy điện

Tên CS định mức Công suất

- Sông Bung 4 dự kiến đưa vào vận hành giai đoạn 2011-2012

- Sông Bung 2 dự kiến đưa vào vận hành giai đoạn 2011-2012

- Sông Bung 5 dự kiến đưa vào vận hành giai đoạn 2012-2013

- Đăk Mi 1 dự kiến đưa vào vận hành giai đoạn 2012-2013

- Đăk Mi 4 dự kiến đưa vào vận hành giai đoạn 2012-2013

Ngày 03/01/2007 Ủy ban Nhân dân tỉnh Quảng Nam đã có công văn số 11/UBND-KTN đề xuất một số dự án thủy điện mới là Sông Tranh 3 và 4 Tuy nhiên đây là các dự án mới nên học viên không xét tới trong quá trình tính toán

Hình 1 7: Bản đồ quy hoạch bậc thang thủy điện Trong các hồ thủy điện trên, hồ thủy điện A Vương đã được khởi công xây dựng năm 2003 và đưa vào vận hành năm 2009, thủy điện Sông Tranh 2 được khởi công xây dựng năm 2006 và vận hành vào năm 2010 Các hồ chứa khác đang trong giai đoạn nghiên cứu khả thi và thiết kế kỹ thuật

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN THỦY LỰC

2.1 Bài toán thủy lực một chiều

2.1.1 Hệ phương trình vi phân cơ bản

Để nghiên cứu diễn biến thủy lực có rất nhiều các tiếp cận khác nhau Trước đây việc đo đạc tại chỗ và sử dụng các mô hình thí nghiệm quy mô nhỏ là những phương tiện khảo sát duy nhất Sau này với việc phát triển của máy tính và phương pháp toán số thì việc giải bài toán thủy lực trở nên dễ dàng hơn dựa vào mô hình toán thủy lực từ phức tạp nhất 3D tới các mô hình đơn giản 1D và tất cả đều xuất phát từ PT Navier - Stokes trung bình [9]

Hệ phương trình đạo hàm riêng Saint - Venant cổ điển có thể được biểu diễn tả dưới nhiều dạng khác nhau [9] Dưới đây là một vài dạng thường gặp

• Biến phụ thuộc Q(x,t), H(x,t)

Phương trình liên tục (PTLT)

q t

A x

∂

∂ +

2

x

x j i gA x

H gA A

Q x t

∂

∂ +

q: Lượng nhập khu giữa m3/m.s

H : Chiều sâu mực nước m

ix : Độ dốc đáy

jx : Độ dốc thủy lực Đối với lòng dẫn lăng trụ: B = B(H) và A = A(h) ⇒

t

H B t

H h

A t

H B x

∂

∂ +

∂

) (

2

x

x j i gA x

H gA A

Q x t

∂

∂ +

h B x

∂

∂ +

h gA A

Q x t

∂

∂ +

Q Q R C

v v

j x = |2 | = 2| 2 | (2-6) C: Hệ số Chezy

R: Bán kính thủy lực Thay jx vào phương trình (2-5) nhận được

∂

∂ +

∂

∂

R AC

Q Q g x

h gA A

Q x t

Q

(2-7)

Hệ phương trình Saint - Venant theo biến phụ thuộc Q(x,t), h(x,t) được dùng

để xây dựng mô hình MIKE 11 trong luận văn này

2.1.2 Điều kiên biên và điều kiện ban đầu

Hệ phương trình Saint - Venant là hệ phương trình đạo hàm riêng cấp 1, giả tuyến tính loại hyperbolic Để giải, cần phải đưa thêm vào điều kiện ban đầu và điều kiện biên thích hợp

Đó là các điều kiện cho trên miền D ta phân biệt:

Trên bờ AB: t=to; xo ≤ x ≤ xo + L, cần cho các thời điểm ban đầu t = tovà ở mọi mặt cắt trên kênh, sông và gọi điều kiện bờ này là điều kiện ban đầu

Trên bờ AA’ điều kiện cho ở mặt cắt trên (x=xo) ở mọi thời điểm t≥to và gọi

là điều kiện biên trên

Trên bờ BB’ cần cho điều kiện ở mặt cắt cuối (x=xo + L) ứng với mọi thời điểm t≥to và đó là điều kiện biên dưới

Chỉ qua phân tích định tính mới biết được cách thức và số điều kiện bờ cần

có ở mỗi đoạn ∂D [9]

Hình 2 1 Miền xác định của hệ phương trình

2.1.3 Phương pháp giải bài toán thủy lực một chiều

a Tính phi tuyến của hệ phương trình

Hệ phương trình mang tính phi tuyến vì các hệ số phương trình lại phụ thuộc vào chính hàm ẩn

Các số hạng tự do là hàm phi tuyến của hàm ẩn

Tính phi tuyến của hệ phương trình làm cho không thể cộng các lời giải riêng rẽ

để được kết quả tổng quát

Tính chất phi tuyến làm cho việc tìm phương pháp giải phức tạp hơn nhiều, không thể xây dựng lời giải giải tích, không dùng được các lời giải của rất nhiều bài toán tuyến tính

Tuy nhiên hệ phương trình không chứa các đạo hàm ở dạng lũy thừa bậc cao mà chỉ ở dạng đơn thuần những hệ như thế được gọi là hệ á tuyến Với hệ á tuyến cho phép ta tuyến tính hóa tức là trong một khoảng biến thiên nào đó của biến số ta có thể lấy hệ số của phương trình bằng hằng số, số hạng tự do cũng được tuyến tính theo những biểu thức nhất định

Từ việc tuyến tính hóa mà ta có thể có một số phương pháp giải khác nhau