Nghiên cứu chỉ số sử dụng nước và chất lượng nước trong quá trình phát triển năng lượng sinh học tại việt nam

Trên lưu vực hệ thống sông Lam đã và đang xây dựng nhiều hồ chứa nước lớn như hồ chứa Bản Mồng trên sông Hiếu, hồ sông Sào trên sông Sào nhánh đổ vào sông Hiếu, hồ chứa Bản Vẽ, hồ chứa K

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Bùi Văn Chiến

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

ĐẾN TÌNH HÌNH LŨ LỤT SÔNG LAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2014

LỜI CẢM ƠN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Bùi Văn Chiến

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

ĐẾN TÌNH HÌNH LŨ LỤT LƯU VỰC SÔNG LAM

Chuyên ngành: Thủy văn học

Mã số: 60440224

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN TIỀN GIANG

Hà Nội - 2014

LỜI CẢM ƠN

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

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

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

Tôi chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 09 tháng 12 năm 2014

Tác giả

MỤC LỤC

MỤC LỤC 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH BIỂU ĐỒ 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LƯU VỰC SÔNG LAM 10

1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 10

1.1.1 Vị trí địa lý 10

1.1.2 Đặc điểm địa hình 12

1.1.3 Đặc điểm địa chất 13

1.1.4 Đặc điểm mạng lưới sông ngòi trong lưu vực 13

1.1.5 Đặc điểm khí hậu 15

1.1.6 Đặc điểm khí tượng thủy văn 16

1.2 Hệ thống hồ chứa nước trên lưu vực 22

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 28

2.1 Lựa chọn phương pháp đánh giá ảnh hưởng của hồ tới dòng chảy lũ 28

2.1.1 Phương pháp thống kê, xử lý số liệu 28

2.1.2 Phương pháp mô hình hóa 29

2.1.3 Lựa chọn phương pháp đánh giá ảnh hưởng của hồ tới dòng chảy lũ 29

2.2 Cơ sở lý thuyết mô hình NAM, HEC-RESSIM 30

2.2.1 Khối vận hành hồ chứa Error! Bookmark not defined 2.2.2 Khối diễn toán dòng chảy trong kênh Error! Bookmark not defined 2.2.3 Mô hình mưa rào-dòng chảy (NAM) 30

2.2.4 Mô hình HEC-RESSIM 38

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỔI ĐẶC TRƯNG DÕNG CHẢY LŨ LƯU VỰC SÔNG LAM TRƯỚC VÀ SAU KHI CÓ HỒ 46

3.1 Hệ thống hồ chứa lựa chọn để đưa vào đánh giá 46

3.1.1 Các tiêu chí lựa chọn công trình 47

3.1.2 Hệ thống hồ chứa đưa vào mô hình mô phỏng 48

3.2 Đánh giá ảnh hưởng của hồ chứa đến dòng chảy lũ 49

3.2.1 Thu thập và chỉnh lý số liệu 50

3.2.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 53

3.2.3 Mô hình số 54

3.2.4 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình lưu vực sông Lam 55

3.2.5 Kết quả chạy hoàn nguyên dòng chảy trận lũ năm đã có hồ hoạt động 58

3.2.6 Đánh giá sự biến đổi của đặc trưng lũ trước và sau khi có hồ 60

3.3 Mô phỏng lũ bằng mô hình HEC – RESSIM lưu vực sông Lam 61

3.3.1 Tổng hợp xử lý số liệu và thiết lập mô hình 61

3.3.2 Kết quả hiệu chỉnh-kiểm định mô hình 64

Để kiểm định mô hình HEC – RESSIM, luận văn đã tiến hành chọn trận lũ tháng 10 năm 2013 cho quá trình kiểm định 68

3.3.3 Xây dựng kịch bản và mô phỏng theo mô hình HEC-RESSIM 69

KẾT LUẬN 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

PHỤ LỤC 79

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Bản đồ lưu vực sông Lam trên lãnh thổ Việt Nam 11

Hình 1 2 Bản đồ địa hình lưu vực sông Lam 12

Hình 1 3 Khả năng xuất hiện lũ vào các tháng trong năm trên lưu vực sông Cả 17

Hình 1 4 Vị trí các hồ chứa trên lưu vực sông Cả 24

Hình 2.1 Cấu trúc của mô hình NAM 31

Hình 2.2 Mô hình nhận thức của mô hình NAM 33

Hình 2.3 Mô hình tính toán của mô hình NAM 34

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống hồ chứa và các nút mạng tính toán trên lưu vực sông Lam 49

Hình 3.2 Sơ đồ chia lưu vực bô phận ưu vực sông La 51

Hình 3.3 Phần code khai báo của mô hình 54

Hình 3.4 Phần code tính toán các thành phần dòng chảy của mô hình 55

Hình 3.5 Phần code tính toán các thành phần của mô hình trong bể chứa diễn toán và chỉ tiêu Nash- Sutcliffe 55

Hình 3.6 Kết quả hiệu chỉnh tại trạm Con Cuông trận lũ năm 2006 56

Hình 3.7 Kết quả hiệu chỉnh tại trạm Nghĩa Khánh năm 2006 56

Hình 3.8 Kết quả kiểm định tại trạm Con Cuông năm 2007 57

Hình 3.9 Kết quả kiểm định tại trạm Nghĩa Khánh năm 2007 57

Hình 3.10 Kết quả hoàn nguyên tại trạm Con Cuông trận lũ tháng 9 năm 2009 59

Hình 3.11 Kết quả hoàn nguyên tại trạm Con Cuông trận lũ tháng 9 năm 2011 59

Hình 3.12 Sơ đồ hệ thống trong module hệ thống hồ chứa reservoir network 62

Hình 3.13 Đặc tính của hồ Bản Vẽ trong hệ thống 63

Hình 3.14 Đưa dữ liệu đầu vào mô hình 64

Hình 3.15 Kết quả hiệu chỉnh mô hình hec-ressim tại trạm Con Cuông trận lũ 2010 67

Hình 3.16 Kết quả kiểm định mô hình hec-ressim tại trạm Con Cuông trận lũ 2013 68

Hình 3.17 Đường tần suất lưu lượng lũ tại trạm Nam Đàn 70

Hình 3.18 Kết quả mô phỏng lũ tại trạm Cửa Rào của KB1 và KB2 (nút số 3) 71

Hình 3.19 Kết quả mô phỏng lũ tại điểm sau hồ Bản Mồng (nút số 5) 72

Hình 3.20 Kết quả mô phỏng sau hồ Thác Muối (nút số 8) 73 Hình 3.21 Kết quả mô phỏng lũ đến trạm Yên Thƣợng (nút số 9) 74

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Phân bố diện tích lưu vực một số sông nhánh lớn của lưu vực

sông Lam Error! Bookmark not defined Bảng 1 2 Đặc trưng hình thái lưu vực sông nhánh lớn của lưu vực sông Lam 11

Bảng 1 3 Lưu lượng đỉnh lũ thực đo lớn nhất một số trạm trên lưu vực sông Cả Error! Bookmark not defined Bảng 1 4 Mực nước lũ thực đo tại một số vị trí 18

Bảng 1 5 Mức báo động lũ dọc sông Cả 22

Bảng 1 6 Các hồ chứa lớn trên lưu vực sông Lam: 26

Bảng 3 1 Danh mục các công trình hồ chứa trên lưu vực sông Lam được

lựa chọn 48

Bảng 3 2 Trọng số mưa và diện tích các tiểu lưu vực trong lưu vực sông Lam 52

Bảng 3 3 Mực nước đón lũ các hồ trong hệ thống Error! Bookmark not defined

MỞ ĐẦU

Những năm gần đây ở Miền Trung nước ta, thiên tai lũ lụt và hạn hán xảy ra nhiều hơn, với mức độ trầm trọng hơn Đặc biệt là năm 2007 (có tới 5 trận lũ xảy ra liên tiếp trong vòng 1 tháng) gây thiệt hại nặng nề về người và của cho các tỉnh miền Trung, trong đó có nhiều huyện như Quế Phong, Quỳ Châu, Nghĩa Đàn tỉnh Nghệ An thuộc lưu sông Cả Ngoài các nguyên nhân khách quan do thời tiết, khí hậu, còn có những nguyên nhân chủ quan khác như khả năng dự báo mưa lũ trung

và dài hạn chưa tốt, sự phối hợp quản lý, vận hành các hồ chứa hiện có trên các lưu vực sông chưa hợp lý

Trên lưu vực hệ thống sông Lam đã và đang xây dựng nhiều hồ chứa nước lớn như hồ chứa Bản Mồng trên sông Hiếu, hồ sông Sào trên sông Sào (nhánh đổ vào sông Hiếu), hồ chứa Bản Vẽ, hồ chứa Khe Bố trên sông Cả, và hồ Thác Muối trên sông Giăng Đây đều là các hồ chứa đa mục tiêu: phòng lũ, phát điện, cấp nước cho các ngành kinh tế trên lưu vực sông Cả Khi những hồ chứa đi vào hoạt động, chúng gây ra những ảnh hưởng rất lớn đến chế độ dòng chảy trên lưu vực, đặc biệt

là dòng chảy lũ

Để đưa ra được một cái nhìn khái quát về ảnh hưởng của các hồ chứa đến

sự thay đổi của các đặc trưng lũ thì việc nghiên cứu sự thay đổi của dòng chảy lũ khi các hồ tiến hành điều tiết trong mùa lũ là rất cần thiết Đánh giá được tác động của hồ chứa đến dòng chảy trong mùa lũ giúp đưa ra được các giải pháp vận hành

hồ nhằm giảm nhẹ các thiệt hại cho kinh tế - xã hội và mội trường Với ý nghĩa đó, Tác giả đã lựa chọn Đề tài luận văn “Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các công trình thủy lợi, thủy điện đến tình hình lũ lụt lưu vực sông Lam ”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LƯU VỰC SÔNG LAM 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lý

Điểm sông Cả chảy vào đất Việt Nam tại Biên giới Việt Lào trên dòng Nậm Mô có

Sông Cả là sông chính của hệ thống sông Lam, một trong 9 hệ thống sông lớn của nước ta Sông bắt nguồn từ nước bạn Lào, chảy qua hầu hết địa phận tỉnh Nghệ An, được gọi là sông Cả Đến hạ lưu vùng Nam Đàn (tại Chợ Tràng) sông tiếp nhận nhánh sông La từ Hà Tĩnh chảy sang Từ ngã ba này ra tới biển sông được gọi là sông Lam

Nhánh sông lớn của sông Cả là sông Hiếu Sông Hiếu thuộc địa phận phía Bắc và Tây Bắc của lưu vực chảy qua vùng đồi núi cao huyện Quế Phong, Quỳ Châu và đồi núi thấp của các huyện Nghĩa Đàn, Quỳ Hợp, Tân Kỳ đổ vào sông Cả tại Ngã ba cây Chanh Sông Ngàn Phố, Ngàn Sâu chảy từ vùng đồi núi cao của hai huyện Hương Sơn và Hương Khê gặp nhau Linh Cảm tạo nên dòng sông La rồi chảy vào sông Cả ở Chợ Tràng Bốn lưu vực sông nhánh lớn của sông Cả là Nậm

Mô, sông Hiếu, sông La, sông Giăng có tổng diện tích chiếm 50% diện tích toàn bộ lưu vực sông đóng góp một phần đáng kể vào nguồn nước sông Cả

Đặc trưng hình thái lưu vực sông của một số sông nhánh lớn và dòng chính sông Cả được tóm tắt trong Bảng 1.1

Bảng 1 1 Đặc trưng hình thái lưu vực sông nhánh lớn của lưu vực sông Lam

(km2)

Lsông(km)

Độ cao

bq (m)

Độ dốc bqlv (%o)

Bpq

Mật số lưới sông

Hệ số không đối xứng

Hệ số hình dạng lưu vực

1.1.2 Đặc điểm địa hình

Lưu vực sông Lam có thể phân chia 3 dạng địa hình (xem hình 1.2):

Vùng đồi núi cao: Vùng này thuộc 7 huyện miền núi của Nghệ An bao gồm:

Kỳ Sơn, Con Cuông, Thanh Chương, Quế Phong, Quỳ Châu, Quỳ Hợp, và Nghĩa Đàn Đây là vùng đồi núi cao gồm các dãy núi chạy dài theo hướng từ Đông Bắc xuống Tây Nam, tạo nên những thung lũng sông hẹp và dốc nối hình thành những sông nhánh lớn như Nậm Mô, Huổi Nguyên, sông Hiếu, sông Giăng Xen kẽ với những dãy núi lớn thường có những dãy núi đá vôi như ở thượng nguồn sông Hiếu

Hình 1 2 Bản đồ địa hình lưu vực sông Lam Vùng trung du: Bao gồm các huyện như Anh Sơn, Tân Kỳ, một phần đất đai huyện Thanh Chương Diện tích đất đai vùng trung du thường hẹp nằm ở hạ lưu các

canh tác chủ yếu tập trung ở các thung lũng hẹp hạ du các sông suối Vùng này chịu ảnh hưởng của lũ khá mạnh nhất là những trận lũ lớn, đất thường bị xói mòn, rửa trôi mạnh, lớp đất sỏi cát thường bị nước lũ mang về, bồi lấp diện tích canh tác vùng ven bãi sông gây trở ngại cho sản xuất

vùng tiếp giáp với vùng đồi núi thấp, hoặc từ 0,5 2,0m ở vùng ven biển Vùng đồng bằng thường bị chia cắt bởi hệ thống sông suối hoặc các kênh đào chuyển nước hoặc giao thông

Vùng ven biển vừa chịu ảnh hưởng lũ lại vừa chịu ảnh hưởng của thuỷ triều Khi có mưa lớn ở hạ du gặp lũ ngoài sông chính lớn khả năng tiêu tự chảy kém Mặt khác do tác động của thuỷ triều, nhất là thời kỳ triều cường gặp lũ lớn thời gian tiêu rút ngắn lại gây ngập úng lâu, nhất là vùng Nam Hưng Nghi, 9 xã Nam Đàn Về mùa khô do lượng nước thượng nguồn về ít và mặn xâm nhập vào khá sâu, những

1.1.3 Đặc điểm địa chất

Đặc điểm địa chất trong vùng khá phức tạp Đới Trường Sơn Bắc, đới Phu Hoạt trên lưu vực sông Hiếu, đới Sầm Nứa thượng nguồn sông Lam Do sự nâng lên và hạ xuống đã tạo nên những nếp đứt gãy phân tầng chạy dọc theo hướng Tây Bắc - Đông Nam Tạo nên sự phân cách riêng biệt giữa hệ thống sông chính và các sông nhánh lớn Ở miền núi đất đai chủ yếu là đất trầm tích đá quặng chứa nhiều Mica và Thạch Anh có xen kẽ đá vôi Đất đá vùng trung du chủ yếu là đất đá bị phong hoá mạnh như đất Bazan xốp nhẹ, đất vùng đồng bằng chủ yếu là đất trầm tích giàu chất sét

1.1.4 Đặc điểm mạng lưới sông ngòi trong lưu vực

Các sông suối ngắn và dốc đổ vào dòng chính sông Lam với tổng số 44 sông nhánh

cấp I, có diện tích nhỏ nhất như Khe Trò là 20km2 và diện tích lớn nhất là sông

Sông Lam bắt nguồn từ dãy núi cao thuộc tỉnh Xiêm Khoảng bên Lào có độ cao đỉnh núi 2.000m, chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam vào Việt Nam, cách cửa biển 40km chảy theo hướng Đông Nam đổ ra biển tại Cửa Hội Sông Cả không

có phân lưu, toàn bộ lượng nước về mùa lũ và mùa kiệt đều được chảy ra biển tại Cửa Hội Các sông nhánh lớn như sông Hiếu, sông Giăng, đều đổ vào đoạn trung hạ lưu sông Cả Những sông này đều bắt nguồn từ vùng có lượng mưa năm lớn đạt từ

đáng kể cho hạ du sông Cả Dòng chính sông Cả già và ổn định bãi bồi Chiều rộng

Cửa Rào là 0,25%o, từ Cửa Rào tới Con Cuông là 0,76%o, từ Dừa tới Đô Lương là 0,22%o, từ Đô Lương tới Nam Đàn là 0,22%o, từ Nam Đàn tới Chợ Tràng là 0,09%o Độ dốc trung bình đoạn sông từ biên giới Việt Lào đến Chợ Tràng là 0,5%o

Đặc điểm chính của một số sông nhánh lớn của hệ thống sông Lam

Sông Nậm Mô: Dòng chính sông Nậm Mô bắt nguồn từ dãy Phu Săm Sum

có độ cao 2.620m thuộc tỉnh Xiêm Khoảng bên Lào, sông chảy và đổ vào sông Cả tại Cửa Rào Sông chảy qua vùng có lượng mưa năm nhỏ chỉ đạt trung bình từ

dòng chảy năm chỉ chiếm 9,3% tổng lượng dòng chảy năm trên toàn diện tích lưu

bình quân lưu vực là 38,2km

Sông Hiếu: Sông bắt nguồn từ vùng núi cao Phu Hoạt có độ cao đỉnh núi là

2.452m thuộc huyện Quế Phong Thượng nguồn sông chảy qua vùng mưa lớn có

huyện Nghĩa Đàn và Quỳ Châu có lượng mưa năm đạt 1.500  1.800mm Phần hạ

, chiều dài

Lòng sông Hiếu hẹp và dốc từ Thác Dừa trở lên, càng về hạ du sông càng mở rộng

ít dốc hơn.Sông Hiếu có các sông nhánh lớn như sông Chàng, sông Dinh, sông Sào

đổ vào trung hạ lưu sông

Sông Giăng: sông bắt nguồn từ vùng núi cao của dãy Trường Sơn, sông có

lượng mưa năm trung bình trên lưu vực 2.200mm.Lòng sông hẹp, ngắn và dốc đổ vào sông Cả tại Thanh Tiến.Dòng sông nhiều thác ghềnh đáng chú ý nhất là Thác Muối có khả năng xây dựng nhà máy thuỷ điện, hồ chứa lợi dụng tổng hợp

và có mưa phùn vào các tháng cuối mùa đông

- Khối không khí xích đạo Thái Bình Dương với hướng gió Đông Nam hoạt động mạnh từ tháng V tới tháng X và mạnh nhất vào tháng IX, X Đặc điểm của khối không khí này là nóng ẩm mưa nhiều, gây nên nhiều nhiễu động thời tiết như bão, áp thấp nhiệt đới Những nhiễu động thời tiết có thể đơn thuần là một hình thế thời tiết gây mưa hoặc tổ hợp nhiều hình thế thời tiết như bão và áp thấp, áp thấp nhiệt đới kết hợp với không khí lạnh gây mưa lớn trên diện rộng tạo nên lũ lụt nghiêm trọng trong vùng nghiên cứu

- Khối không khí nhiệt đới Ấn Độ Dương với hướng gió Tây Nam hoạt động mạnh vào các tháng V, VI, VII, VIII và mạnh nhất vào tháng VII Khối không khí này trước khi xâm nhập vào lưu vực phải vượt qua dãy Trường Sơn Phần lớn lượng

ẩm đã bị mất đi do hiện tượng Fơn Khi vào tới lưu vực, khối không khí này trở nên nóng và khô, thường gọi là gió Lào Hàng năm ảnh hưởng của những đợt gió Lào này từ 5 đến 7 đợt với tổng số ngày từ 35 đến 40 ngày Ảnh hưởng của gió Lào đã

1.1.6 Đặc điểm khí tượng thủy văn

a)Đặc điểm mưa:

Nhân tố khí hậu kết hợp với yếu tố địa hình đã tạo nên sự phân hoá khí hậu khá sâu sắc giữa các vùng trong lưu vực sông Cả:

Vùng phía Bắc và Tây bắc lưu vực sông Cả chịu ảnh hưởng của chế độ khí hậu chuyển tiếp từ Bắc bộ và Bắc trung bộ Vùng này thuộc thượng nguồn trung lưu sông Hiếu với mùa mưa lũ đến sớm từ tháng VI kết thúc muộn tháng XI Lũ lớn nhất năm tập trung vào tháng VIII, IX với tỷ lệ ngang nhau

Vùng thượng nguồn sông Cả chịu ảnh hưởng gió mùa Tây Nam Mùa mưa lũ xảy ra sớm lũ lớn nhất năm tập trung vào tháng VIII nhiều hơn

Vùng trung lưu sông Cả: Vùng này có lượng mưa trung bình từ 1.800 - 2.200

mm, mùa lũ từ tháng VII - XI, lũ lớn tập trung chủ yếu vào tháng IX

Vùng đồng bằng hạ du sông Cả với lượng mưa năm trung bình 1.800 – 2000

mm, mùa lũ từ tháng VIII - XI, lũ lớn nhất năm xảy ra vào tháng IX

b) Đặc điểm lũ

Lũ sông Cả có thể chia làm hai thời kỳ chính là lũ tiểu mãn và lũ chính vụ

Lũ tiểu mãn vào khoảng tháng V, VI do hoạt động mạnh của tín phong bắc bán cầu

và gió mùa Tây Nam Lũ chính vụ vào khoảng tháng IX, X, XI do hoạt động của các hình thế thời tiết gây mưa lớn Thời gian bắt đầu, kết thúc mùa lũ và thời gian

xuất hiện lũ lớn trên dòng chính sông Cả và các dòng nhánh là khác nhau (xem hình 1.3):

- Ở thượng nguồn sông Cả, mùa lũ thường bắt đầu từ tháng VII và kết thức vào tháng XI, tuy nhiên lũ tiểu mãn cũng có thể xuất hiện vào tháng VI, và lũ lớn nhất thường xuất hiện vào tháng VIII

- Ở trung và hạ lưu sông Cả, mùa lũ thường bắt đầu từ tháng VII, kết thúc vào tháng XI, nhưng lũ lớn nhất lại xuất hiện vào tháng IX (muộn hơn 1 tháng so với thượng nguồn)

- Sông Hiếu mùa lũ bắt đầu từ tháng VIII, kết thúc vào tháng XI Lũ lớn nhất thường xuất hiện vào tháng X

Hình 1 3 Khả năng xuất hiện lũ vào các tháng trong năm trên lưu vực sông Cả

ở các lưu vực sông lớn, một vài giờ ở lưu vực sông nhỏ Khi các hình thế gây mưa tác động mạnh và hoạt động liên tiếp, ở hạ du thời gian duy trì đỉnh lũ có thể đạt từ

dòng chảy lớn nhất ở dòng chính đạt 2  3m/s, khi bão đổ bộ vào hạ du vùng ven biển, di chuyển dần lên thượng nguồn nên diện mưa lớn thường tập trung ở hạ du và trung lưu sông Cả

Mực nước lũ lớn nhất ở dòng chính và các dòng nhánh trên lưu vực: theo số liệu lịch sử ở:

- Thượng nguồn sông Cả tại Cửa Rào mực nước lũ lớn nhất vào VIII/1973 với Hmax = 76,28m Từ Dừa trở về hạ du; Mực nước lũ lớn nhất xuất hiện trong trận lũ tháng IX/1978 với Hmax = 19,71m tại Đô Lương, 12,38m tại Yên Thượng, 9,64m tại Nam Đàn vào IX/1978

- Trên sông Hiếu mực nước lũ lớn nhất xảy ra vào năm 1988 với Hmax = 80,05m vào ngày 14/X/1988 tại Quỳ Châu

Bảng 1 2 Mực nước lũ thực đo tại một số vị trí

TT Trạm Sông H tb (m) H max (m) Thời gian

Nguồn: [Viện quy hoạch thủy lợi (2004), Báo cáo quy hoạch sử dụng tổng

hợp nguồn nước trên lưu vực sông Cả]

Lưu lượng lũ lớn nhất ở dòng chính và các dòng nhánh trên lưu vực :

Trên dòng chính sông Cả tại Cửa Rào lưu lượng lũ lớn nhất trung bình nhiều

Trên sông Hiếu tại Quỳ Châu, số liệu quan trắc lưu lượng lũ trung bình đạt

Như vậy ở thượng nguồn sông Cả lũ năm 1973 có lưu lượng lũ lớn nhất nhưng tại Dừa có sự nhập lưu của sông Hiếu, lũ năm 1973 còn có đỉnh lũ thấp hơn đỉnh lũ vào các năm 1978, 1988, 1963

Trên sông Giăng dòng chảy lũ trung bình nhiều năm tại Thác Muối là 1190

/s

Tại Yên Thượng có sự gia nhập của lượng nước khu giữa đặc biệt là lượng

/s

Biến động dòng chảy lớn trên dòng chính sông Cả khá lớn, tại Cửa Rào năm

nhánh lớn

Theo thống kê trong báo cáo quy hoạch tổng hợp tài nguyên nước do Viện quy hoạch thủy lợi thực hiện [48], tổng lượng lũ 7 ngày lớn nhất và tổ hợp lũ của lũ trên dòng chính, các dòng nhánh trên lưu vực, lũ lớn nhất trong năm tại Cửa Rào xuất hiện cùng thời gian với lũ lớn nhất trong năm tại Dừa chiếm tỷ lệ 43,3%

Năm 1973 là năm xảy ra lũ lớn nhất ở thượng nguồn sông Cả, mực nước lớn

và 62,5% lượng lũ 7 ngày tại Yên Thượng Trong khi đó bên sông Hiếu tại Nghĩa Khánh, trận lũ tương ứng chỉ chiếm 27,2% lượng lũ 7 ngày tại Dừa và 24,7% tổng lượng lũ 7 ngày tại Yên Thượng Thành phần lượng lũ khu giữa từ Cửa Rào, Nghĩa Khánh tới Dừa chiếm tỷ lệ 10,9% lượng lũ 7 ngày tại Dừa 9,5% lượng lũ 7 ngày tại Yên Thượng

Tháng IX/1978 lũ lớn nhất tại Cửa Rào chỉ ở mức trung bình Mực nước lũ của năm này còn thấp hơn mực nước lũ của các năm 1962, 1963, 1971, 1972, 1980,

1988 Lưu lượng lớn nhất tại Cửa Rào là 2560 m3/s tương ứng với mực nước 51,09m ngày 28/IX/1978 Tổng lượng lũ 7 ngày lớn nhất là 734.106m3 chiếm 24% tổng lượng lũ 7 ngày tương ứng tại Dừa và 14,6% tổng lượng lũ 7 ngày lớn nhất tại Yên Thượng Bên sông Hiếu tại Nghĩa Khánh trận lũ này có tổng lượng lũ 7 ngày

chiếm 26,1% tổng lượng lũ tại Dừa, 15,9% tổng lượng lũ 7 ngày tại Yên Thượng Thành phần lượng lũ ở khu giữa từ Cửa Rào, Nghĩa Khánh tới Dừa chiếm tỷ lệ 49,9% lượng lũ 7 ngày tại Dừa và 30,5% lượng lũ 7 ngày lớn nhất ở Yên Thượng

Tại Cửa Rào mực nước lũ lớn nhất vào X/1988 đạt 53,81 m tương ứng với

lũ tháng VII/1963, tháng VIII/1973, tháng IX/1980 Thành phần lượng lũ 7 ngày tại Cửa Rào chiếm 37,7% lượng lũ 7 ngày tại Dừa và chiếm 28,6% lượng lũ 7 ngày tại Yên Thượng Tại Nghĩa Khánh bên sông Hiếu trận lũ tháng X/1988 có tổng lượng

lũ 7 ngày là 1527.106m3chiếm 41,1 % tổng lượng lũ 7 ngày tại Dừa và chiếm 31,1% tổng lượng lũ 7 ngày tại Yên Thượng

Tháng IX/1962 trên sông Hiếu, lưu lượng lớn nhất tại Nghĩa Khánh là 5750

m3/s, mực nước lũ cao nhất là 50,74 m ngày 30/IX/1962 và tổng lượng lũ 7 ngày

lớn nhất là 28/IX - 4/X/1962 là 1390x106m3 Nhưng bên sông Cả tại Cửa Rào xuất

lũ ở Nam Đàn đạt tới 8,21m ngày 3/X/1962

Về lưu lượng lũ lớn nhất tại Nghĩa Khánh trên sông Hiếu được xếp theo thứ

tự như sau: lớn nhất là lũ 1962, rồi đến lũ tháng IX/1978, tháng X/1988 Về tổng lượng lũ 7 ngày lớn nhất là trận lũ tháng 10/1988 sau đó là trận lũ tháng IX/1962, tháng IX/1978

Từ Dừa tới Yên Thượng thường có lượng mưa lớn, dòng chảy được tăng lên

do sự nhập lưu của các sông suối nhất là sông Giăng Thành phần lượng lũ 7 ngày tương ứng với lượng lũ 7 ngày lớn nhất ở Yên Thượng chiếm tỷ lệ trung bình là 23,4% lượng lũ 7 ngày lớn nhất ở Yên Thượng Tỷ lệ tham gia về lượng lũ này xấp

xỉ tỷ lệ lượng lũ 7 ngày của sông Hiếu tại Nghĩa Khánh mặc dù diện tích của nó nhỏ hơn nhiều Khu vực này nằm trong vùng mưa lớn và chịu ảnh hưởng mạnh của bão, lượng mưa một ngày có cường độ rất lớn đạt tới 782 mm tại Đô Lương, 684 mm tại Dừa trong trận mưa bão tháng IX/1978 Lượng mưa lớn tập trung trong thời gian ngắn xảy ra trên diện rộng đã tạo nên những con lũ lớn ở khu giữa tập trung rất nhanh về dòng chính đã làm cho mực nước lũ lên rất nhanh Thời gian truyền lũ từ Dừa tới Đô Lương, từ Đô Lương tới Yên Thượng rút ngắn lại so với thời gian truyền lũ trung bình gây khó khăn cho việc chống lũ

Tại Thác Muối trên sông Giăng, lưu lượng lớn nhất thực đo trong trận lũ tháng IX/1978 là 5150 m3/s và tổng lượng lũ 7 ngày lớn nhất trong trận lũ tháng IX/1978 lên tới 802x106m3 chiếm tới 20% tổng lượng lũ 7 ngày lớn nhất tại Yên Thượng trong trận lũ này Tại Thác Muối thành phần lượng lũ 7 ngày tương ứng với

7 ngày lớn nhất của Yên Thượng chiếm tỷ lệ trung bình là 9,1% tổng lượng lũ 7 ngày tại Yên Thượng

Qua Yên Thượng nước lũ chảy về vùng đồng bằng hạ du sông Cả Những năm lũ lớn như trận lũ tháng IX/1978, tháng X/1988 đã gây ra tình trạng ngập úng

lớn, do khả năng thoát lũ lòng sông có hạn, do sự gặp gỡ lũ lớn bên sông La và do ảnh hưởng của triều cường

Đặc tính chung nước lũ vùng hạ du là lũ lớn nhất trong năm xuất hiện chậm hơn so với lũ ở thượng nguồn một tháng Càng về hạ du lòng sông được mở rộng, nước lũ bị điều tiết mạnh, do ảnh hưởng của thuỷ triều thời gian duy trì đỉnh lũ kéo dài từ 4 -5 giờ, thời gian nước rút kéo dài, đường quá trình lũ bị bẹt ra, thời gian duy trì mực nước lũ ở mực nước cao khá lâu

Ở hạ du sông Lam, nước lũ không chỉ phụ thuộc vào lũ dòng chính sông Cả

mà còn phụ thuộc vào nước lũ sông La

Thống kê các cấp báo động lũ trên dọc sông Cả như bảng sau :

1.2 Hệ thống hồ chứa nước trên lưu vực

Hiện nay trên lưu vực sông Lam đã và đang xây dựng nhiều hồ chứa nước lớn (hình 1.4) đó là bậc thang hồ chứa Bản Vẽ và Khe Bố trên dòng chính sông Cả,

Hồ Bản Mồng trên sông Hiếu là một nhánh chính đổ vào sông Cả, hồ Thác Muối trên sông Giăng, một nhánh chính đổ vào sông Cả, và hồ sông Sào trên sông Sào, một nhánh của sông Hiếu Ngoài những hồ chứa này, trên hệ thống sông Lam còn

rất nhiều các hồ chứa khác trên các sông suối nhỏ, với dung tích nhỏ chủ yếu phục

- Hồ Bản Mồng và hồ Sông Sào mặc dù không có dung tích phòng lũ nhưng chúng nằm trên sông Hiếu và sông nhánh của sông Hiếu, một nhánh lớn đổ vào sông Cả vì vậy cùng với 2 hồ Bản Vẽ và Khe Bố đã hình thành hệ thống hồ chứa song song có quan hệ với nhau trong việc kiểm soát lũ ở hạ lưu tại các điểm kiểm soát lũ Yên Thượng, Nam Đàn Thêm vào đó, hồ Bản Mồng và hồ Sông Sào lại có quan hệ với nhau trong việc kiểm soát lũ ở khu vực hạ du sông Hiếu tại Nghĩa Khánh nên chúng tạo nên hệ hai hồ chứa song song

Sau đây sẽ giới thiệu tóm tắt về các hồ chứa nói trên Các thông số chính của các hồ này được đưa trong Bảng 1.4

Hình 1 4 Vị trí các hồ chứa trên lưu vực sông Cả

a) Hồ chứa nước Bản Vẽ

Hồ chứa nước Bản Vẽ thuộc công trình Thuỷ điện Bản Vẽ, là công trình được Chính phủ tập trung đầu tư, được khởi công xây dựng trong năm 2004 Đây là công trình thuỷ điện lớn nhất khu vực Bắc Trung Bộ với công suất 320 MW, đã được ngăn dòng vào ngày 26-12-2005 Với tổng mức đầu tư 5.740 tỷ đồng, Thuỷ điện Bản Vẽ là công trình thuỷ điện lớn, đa mục tiêu Nhiệm vụ chính: phát điện, hoà lưới điện quốc gia, đồng thời cung cấp một phần điện cho nước bạn Lào Ngoài

ra, thuỷ điện Bản Vẽ còn cung cấp nước sinh hoạt, sản xuất, đẩy mặn, chống lũ cho vùng hạ lưu sông Cả Nhờ có hồ chứa nước có diện tích lưu vực khống chế: 8.700

nên điều hoà được khí hậu, nhất là gió Tây Nam; cải thiện môi trường môi sinh và phát triển du lịch Công trình đã đưa vào vận hành tổ máy 1 vào năm 2009 và hòa lưới điện quốc gia ngày 19/5/2010 với công suất của tổ máy 1 là 100MW và tổ máy 2 là 90MW

b) Hồ chứa nước Khe Bố

Hồ chứa nước Khe Bố thuộc công trình Thủy điện Khe Bố là bậc thang thứ 2 trên dòng sông Cả (phía sau thủy điện Bản Vẽ) thuộc địa phận xã Tam Quang, huyện Tương Dương, tỉnh Nghệ An, cách thành phố Vinh khoảng 160km về phía Tây Bắc Công trình được khởi công vào ngày 12/9/2007 và đưa vào vận hành trong năm 2013 Thủy điện Khe Bố khai thác thủy năng sông Cả để phát điện lên lưới điện quốc gia Theo thiết kế, sản lượng điện trung bình hằng năm của nhà máy này đạt hơn 440 triệu KWh Cùng với công trình Thủy điện Bản Vẽ, Thủy điện Khe Bố góp phần điều tiết sự hung hãn của dòng sông Cả về mùa lũ và bảo đảm yêu cầu cấp nước cho hạ du với lưu lượng 95,5 m3/giây về mùa cạn Công suất lắp máy là 100MW.Tổng vốn đầu tư là 2.500 tỷ đồng

c) Hồ chứa nước Bản Mồng

Dự án hồ chứa nước Bản Mồng được khởi công xây dựng vào ngày 30/5/2010 và dự kiến đưa vào vận hành trong năm 2015 Dự án có tổng mức đầu tư 4.455 tỷ đồng Hồ bao gồm các hạng mục lớn như: xây dựng một đập ngăn sông Hiếu, một tràn xả lũ, xây dựng một nhà máy thủy điện sau đập có công suất 42MW (có 3 tổ máy), xây dựng một cống thoát nước bằng đường ống thép đặt trong hành lang bê tông cốt thép, được điều tiết bằng cửa van côn ở hạ lưu Hồ chứa nước Bản Mồng sẽ cấp nước tưới cho 18.871 ha đất canh tác nông nghiệp ven sông Hiếu, trong đó tưới tự chảy cho hơn 2.713 ha, còn lại là tưới động lực Đặc biệt, sau khi công trình đi vào sử dụng sẽ cấp nước cho sông Cả về mùa kiệt khoảng 22m3/s; cấp nước cho công nghiệp dân sinh và chăn nuôi trong vùng dự án; phát triển nuôi trồng thủy sản và tham gia cải tạo môi trường; kết hợp giảm một phần lũ cho hạ lưu sông Hiếu Công trình hồ chứa nước Bản Mồng sẽ có 28 trạm bơm và hệ thống kênh trải dài theo hai bờ sông Hiếu từ xã Yên Hợp (huyện Quỳ Hợp) đến xã Thành Sơn (huyện Anh Sơn) và sẽ cung cấp nước cho hầu hết các xã thuộc lưu vực sông Hiếu

d) Hồ chứa nước Sông Sào

Công trình thuỷ lợi Sông Sào nằm ở xã Nghĩa Lâm, huyện Nghĩa Đàn tỉnh Nghệ An được khởi công xây dựng từ tháng 5/1996 và đã được đưa vào vận hành vào tháng 1 năm 2008 Nguồn nước đến hồ chứa là dòng chảy của Sông Sào, bắt nguồn từ dãy núi phía Bắc Sông dài 20km (tính đến tuyến đầu mối) và có diện tích lưu vực 132km2 Nhiệm vụ của công trình thuỷ lợi Sông Sào là cấp nưới tưới cho khu hưởng lợi theo hai giai đoạn (Đông Hiếu và Tây Hiếu) với diện tích 6616ha (trong đó giai đoạn 1 thuộc vùng Tây Hiếu có diện tích tưới 5562ha) Hồ còn có nhiệm vụ cấp nước sinh hoạt cho đân cư trong vùng hưởng lợi, nuôi thả cá Ngoài nhiệm vụ cấp nước tưới, hồ chứa nước Sông Sào còn có nhiệm vụ cắt lũ giảm nhẹ tình trạng ngập lụt cho vùng hạ du, cải tạo cảnh quan môi trường và tạo điều kiện phát triển du lịch

e) Hồ chứa nước Thác Muối

Dự án thủy lợi - thủy điện Thác Muối là dự án hồ chứa lợi dụng tổng hợp vừa có nhiệm vụ đảm bảo cung cấp đủ nước cho yêu cầu tưới cho 7212ha, cấp nước sinh hoạt - công nghiệp đồng thời phát điện với công suất lắp máy 23MW Ngoài ra

dự án còn có nhiệm vụ chống lũ cho hạ lưu sông Cả, đẩy mặn, ngọt hoá nguồn nước

hạ du sông Cả đồng thời kết nuôi thủy sản, du lịch sinh thái

Bảng 1 4 Các hồ chứa lớn trên lưu vực sông Lam:

Tên hồ chứa Bản

Mồng

Bản Vẽ Khe Bố Thác Muối Sông Sào

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

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

Đánh giá ảnh hưởng của hồ tới dòng chảy lũ là xác định được các đặc trưng dòng chảy lũ trước và sau khi có hồ 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 suất thông qua đường tần suất kinh nghiệm Đường tần suất

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

Phân tích chuỗi thời gian thủy văn

Trong thực tế, các giá trị của đại lượng thủy văn xuất hiện có trật tự theo thời gian và không gian Ví dụ sự xuất hiện 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 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 Khi 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 Trong trường hợp thiếu số liệu 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

Phương pháp thực hiện mô phỏng, tính toán và đưa ra kết quả là đường quá trình lũ trong trường hợp còn lại mà số liệu thực có Như sẽ 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, hoặc tính toán ngược lại, 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 tin tưởng

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

lũ-mô hình mưa rào-dòng chảy (NAM) và lũ-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 tính toán điều tiết hồ chứa và diễn toán lũ là mô hình HEC-RESSIM

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

Để thực hiện đánh giá ảnh hưởng của hồ chứa tới dòng chảy lũ theo 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 Lam, có rất nhiều hồ chứa vừa và nhỏ, đa mục tiêu 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 các hồ chứa có ảnh hưởng mạnh đến lưu vực vào đánh giá (được thể hiện ở mục 3.1) Có ba hồ chứa lớn là hồ thủy điện Bản Vẽ, Thác Muối và hồ thủy lợi Bản Mồng Nhưng hồ thủy Bản Vẽ mới đi vào hoạt động năm 2009 còn hai hồ còn lại đang trong quá trình xây dựng, 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 (2009 đến 2013 là 10 trận lũ năm), 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 Lam

2.2 Cơ sở lý thuyết mô hình NAM, HEC-RESSIM

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

Các mô hình được kết hợp và xây dựng gồm:

- Mô hình NAM

- Mô hình HEC-RESSIM

2.2.1 Mô hình mưa rào-dòng chảy (NAM)

Sơ lược về mô hình NAM

Mô hình 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 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

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 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 Mô hình nhận thức của mô hình NAM

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

- 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:

Trong đó: CQOF là hệ số dòng chảy mặt, không có thứ nguyên, phản ánh

- 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)

 n OF

(2)

- 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

(5) Trong đó :

OF : là dòng chảy mặt (mm/h)

min

mô hình dòng chảy mặt Công thức trên thể hiện rõ quá trình động lực của dòng chảy mặt Trong khi đó theo NAM, dòng chảy sát mặt và dòng chảy tràn được xác định như là một bể chứa tuyến tính

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:

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:

2.2.2 Mô hình HEC-RESSIM

Hec-ResSim là chương trỡnh tính toán mô phỏng điều hành hệ thống hồ

chứa,bao gồm các công cụ: mô phỏng, tính toán, lưu trữ số liệu, quản lý, đồ hoạ và

bó cáo hệ thống nguồn nước HEC dùng HEC-DSS (Data Storage System) để lưu

trữ và sửa đổi các hệ thống số liệu vào ra ResSim là phần kế tiếp của HEC-5 (mô

phỏng các hệ thống ngăn chặn và kiểm soát lũ) bao gồm 3 môđun: thiết lập lưu vực

(Watershed setup), mạng lưới hồ (Reservoir Network) và mụ phỏng (Simulation),

xem hình 1 Mỗi 1 môđun có 1 mục đích riêng và tập hợp các công việc thực hiện

qua bảng chọn (menu, toolbar) và biểu đồ

Hình 2.4: Sơ đồ tổng quát các môdun của mô hình HEC-ResSim + Môđun thiết lập lưu vực (Watershed setup): 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 môđun 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

+ Môđun mạng lưới hồ (Reservoir Network): 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 môđun trên để tạo cơ sở cho 1 hệ thống hồ chứa hoàn chỉnh Các tuyến sông và các mạng lưới hệ thống công trình có 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

+ Môđun mô phỏng (Simulation): Phần tính toán và hiển thị kết quả được thực hiện trong môđun này Trước hết phải tạo ra 1 cửa sổ thời gian mô phỏng, thời đoạn tính toán và sau đó các thành phần lựa chọn sẽ được phân tích Ta cũng có thể lựa chọn các phương án, nhập và sửa số liệu, các đặc tính của các thành phần tham gia trong hệ thống Khi mô phỏng được thực hiện qua việc tính toán và phân tích kết quả sử dụng đồ hoạ và biểu bảng

Mô hình HEC-ResSim được xây dựng để đánh giá vai trò của hồ chứa trong

hệ thống nhằm trợ giúp nghiên cứu quy hoạch nguồn nước, đặc biệt trong vai trò kiểm sóat lũ và xác định dung tích hiệu dụng trong bài toán đa mục tiêu của hệ thống

Nguyên lý tính toán điều tiết phòng lũ của mô hình HEC-ResSim

a Bài toán điều tiết phòng lũ hạ du

Giả sử có hệ thống các hồ chứa lũ tương ứng tại các tuyến hồ chứa và khu giữa Biết trước mực nước trước lũ, các đường cong địa hình của các hồ chứa,

đường quan hệ qxả ~Zhồ Yêu cầu xác định dung tích phòng lũ tại các tuyến phòng

2 Thử dần các lưu lượng xả từ các hồ chứa đảm bảo khống chế mực nước hạ

du theo yêu cầu phòng lũ (trong mô hình HEC-ResSim quá trình này được thực hiện tự động)

3 Tương ứng với mỗi phương án vận hành cắt lũ sẽ cho kết quả dung tích phòng lũ cho từng hồ Phân tích kết quả tính toán để chọn lời giải cuối cùng

thượng nguồn cần điều tiết phòng lũ cho hạ du để đảm bảo mực nước tại tuyến phòng lũ không vượt mực nước khống chế Cho trước quá trình lũ thiết kế (theo tiêu chuẩn phòng lũ) tại tuyến phòng lũ và quá trình

1 Tính toán xác định lũ thiết kế theo tiêu chuẩn phòng lũ cho các tuyến phòng lũ, các nút nhập lưu khu giữa và các tuyến hồ chứa

nước khống chế tại tuyến phòng lũ

Tính toán điều tiết hồ chứa và diễn toán lũ trên hệ thống sông

về tuyến phòng lũ theo mô hình HEC-Ressim

(Biên trên của mô hình diễn toán lũ là các quá trình xả lũ tại các hồ chứa và lưu lượng tự nhiên tại các tuyến khống chế khu giữa: từ các tuyến hồ chứa

đến tuyến phòng lũ)

Phân tích kết quả tính toán lựa chọn dung tích phòng lũ tại các hồ