ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THỦY VĂN DỰ BÁO DÒNG CHẢY MÙA CẠN VỚI THỜI ĐOẠN 10 NGÀY PHỤC VỤ VẬN HÀNH MỘT SỐ HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN SÔNG VU GIA. TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÙNG HỒNG LONG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY VĂN DỰ BÁO DÒNG CHẢY MÙA CẠN VỚI THỜI ĐOẠN 10 NGÀY PHỤC VỤ VẬN HÀNH MỘT SỐ HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN SÔNG VU GIA - THU BỒN Chu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHÙNG HỒNG LONG

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY VĂN DỰ BÁO DÒNG CHẢY MÙA CẠN VỚI THỜI ĐOẠN 10 NGÀY PHỤC VỤ VẬN HÀNH MỘT SỐ HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN SÔNG VU GIA - THU BỒN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình thủy

Mã số: 60.58.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

Đà Nẵng - Năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Hùng

Phản biện 1:

TS Nguyễn Chí Công Phản biện 2:

TS Võ Ngọc Dương

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành Kỹ thuật Xây dựng công trình thủy họp tại

Trường Đại học Bách khoa vào ngày 20 tháng 8 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học

Bách khoa

 Thư viện Khoa Xây dựng Thủy lợi & Thủy điện, Trường Đại

học Bách khoa – ĐHĐN

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây do biến đổi khí hậu, nền nhiệt độ nóng lên, mưa ít đi đã gây nên các đợt hạn hán nghiêm trọng kéo dài

cả tháng hoặc nhiều tháng liên tục, có nơi hạn hán kéo dài cả năm hoặc vài năm liên tiếp

Năm 2015, Chính phủ đã ban hành quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn (số 1537/QĐ-TTg) đã có quy định về vận hành các hồ chứa A Vương, Đăk Mi 4, Sông Tranh

2, sông Bung 4, Sông Bung 4A và Sông Bung 5 trong mùa cạn Nguyên tắc vận hành trong mùa cạn như sau:

- Vận hành hồ theo các thời kỳ sử dụng nước gia tăng, sử dụng nước bình thường và theo thời đoạn 10 ngày

- Vận hành các hồ theo giá trị mực nước tại các Trạm thủy văn

Ái Nghĩa và Giao Thủy

- Trong thời gian vận hành hồ chứa phải căn cứ vào mực nước

hồ hiện tại và dự báo dòng chảy đến hồ trung bình trong 10 ngày tới

để điều chỉnh việc vận hành sao cho mực nước hồ tại các thời điểm tương ứng không nhỏ hơn gía trị giới hạn dưới của các hồ

Với quy trình vận hành liên hồ chứa đã ban hành thì ta thấy công tác dự báo dòng chảy đến hồ trong thời đoạn 10 ngày đóng vai trò quan trọng trong việc điều hành hiệu quả các hồ chứa theo thời gian thực Làm cơ sở cho việc vận hành liên hồ để phát huy hiệu quả cao nhất, vừa đảm bảo chống hạn cho hạ du, vừa đảm bảo sản lượng điện đồng thời giảm thiểu thất thoát nguồn nước

Do đó tác giả chọn đề tài Ứng dụng mô hình thủy văn dự báo

dòng chảy mùa cạn với thời đoạn 10 ngày phục vụ vận hành một số

hồ chứa thượng nguồn sông Vu Gia - Thu Bồn

Hình 1: Mạng lưới sông Vu Gia - Thu Bồn và các hồ chứa thủy điện

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng mô hình toán để tính toán dự báo lưu lượng 10 ngày trong mùa cạn tại các vị trí hồ chứa thủy điện Sông Tranh 2, Đak Mi 4 và Trạm Thuỷ văn Nông Sơn, Thành Mỹ thuộc hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn, làm cơ sở để đề xuất vận hành theo Quy trình vận hành liên hồ chứa của Chính phủ

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Dự báo dòng chảy đến các nút hồ chứa thủy điện Sông Tranh

2, Đắk Mi 4

Phạm vị nghiên cứu:

- Phạm vi không gian: Khu vực nghiên cứu được lựa chọn là vùng thượng nguồn sông Vu Gia - Thu Bồn

- Phạm vi thời gian: Dự báo dòng chảy đến thượng lưu sông

Vu Gia Thu Bồn trong mùa cạn

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập, xử lý và đánh giá số liệu: Thu thập và

xử lý số liệu, các tài liệu liên quan cần thiết đến lĩnh vực nghiên cứu cũng như các nội dung tính toán trong báo cáo

- Phương pháp mô hình toán: Sử dụng mô hình MIKE-NAM

để tính toán dòng chảy từ mưa trên các lưu vực bộ phận trong mùa cạn

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Là tài liệu phục vụ cho xây dựng, phát triển kinh tế xã hội có liên quan đến nguồn tài nguyên nuớc

Là tài liệu phục vụ cho nghiên cứu khu vực thượng nguồn sông Vu Gia - Thu Bồn

Kết quả cảnh báo, dự báo dòng chảy tại các hồ chứa Sông Tranh 2, Đắk Mi 4 làm cơ sở để các hồ chứa vận hành vừa đảm bảo mục tiêu phát điện vừa đảm bảo vận hành cấp nước cho hạ du trong mùa cạn

6 Nội dung luận văn bao gồm

Ngoài hai phần Mở đầu và Kết luận, kiến nghị đề tài gồm 4 chương:

Chương 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu tính toán dòng chảy mùa cạn

Chương 2 Đặc điểm điều kiện tự nhiên và dòng chảy mùa cạn trên sông Vu Gia - Thu Bồn

Chương 3 Thiết lập mô hình thủy văn phục vụ dự báo dòng chảy 10 ngày mùa cạn cho thượng nguồn sông Vu Gia - Thu Bồn Chương 4 Dự báo thử nghiệm dòng chảy 10 ngày mùa cạn đến hồ chứa Sông Tranh 2 và Đắk Mi 4

Chương 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

DÒNG CHẢY MÙA CẠN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu dòng chảy mùa cạn và điều tiết hồ chứa

1.1 1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước

Các đề tài về lĩnh vực dự báo dòng chảy mùa cạn và cảnh báo hạn hán đã được nghiên cứu rất sâu ở Việt Nam:

1 - Đề tài NCKH cấp Tổng cục KTTV: “Dự báo hạn dài hạn thời kỳ hè thu (tháng VII-IX) khu vực đồng bằng và trung du Bắc Bộ” thực hiện năm 2001 Đề tài đã xác định chỉ tiêu hạn, đánh giá tác động của hiện tượng ENSO đến tình hình khô hạn - úng ngập và xây dựng một loạt phương trình hồi quy dự báo hạn - úng ở các tỉnh đồng bằng và trung du Bắc Bộ

2 - Viện Quy hoạch Thủy lợi thực hiện tiểu dự án “Xây dựng quy trình vận hành hồ chứa bậc thang sông Đà và Lô điều tiết nước trong mùa khô cho hạ du sông Hồng – Thái Bình” do TS Tô Trung Nghĩa làm chủ nhiệm Dự án thực hiện từ 2006

3 - Đề tài “Đánh giá tác động của các hệ thống hồ chứa trên sông Đà, sông Lô đến dòng chảy mùa cạn hạ du sông Hồng và đề xuất giải pháp đảm bảo nguồn nước hạ du”, 2009 Do TS Nguyễn Lan Châu làm chủ nhiệm đã xây dựng công nghệ dự báo dòng chảy 5 ngày mùa cạn trên hệ thống sông Hồng

4 - Chuyên đề “Hạn hán và sa mạc hóa ở Việt Nam” do Cục Quản lý Nước và Công trình Thủy lợi thực hiện trong khuôn khổ Dự

án VIE/97/002 - Hỗ trợ hệ thống quản lý thiên tai ở Việt Nam cũng

đề cập đến các vấn đề về: (1) Hiện trạng hạn hán và tác động của hạn hán đến kinh tế xã hội ở nước ta; (2) Đánh giá kết quả các biện pháp phòng chống hạn và sa mạc hóa đã thực hiện ở Việt Nam; (3) Chiến

lược phòng chống và giảm nhẹ thiệt hại do hạn hán và sa mạc hóa gây ra

5 - Chuyên đề: “Thử nghiệm xây dựng mô hình dự báo hạn ở

7 vùng khí hậu Việt Nam trên cơ sở mối quan hệ giữa nhiệt độ mặt nước biển với chỉ số khô hạn” (2001), do ThS Nguyễn Đức Hậu và

TS Phạm Đức Thi cùng thực hiện Đã xác định chỉ tiêu hạn, đánh giá tác động của hiện tượng ENSO đến tình hình hạn và xây dựng một loạt phương trình hồi quy dự báo hạn cho 7 vùng khí hậu Việt Nam

Các đề tài liên quan đến lĩnh vực dự báo dòng chảy mùa cạn

và cảnh báo hạn hán trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn gồm:

Dự án “Điều tra đánh giá tình hình khai thác và sử dụng tài nguyên nước lưu vực Vu Gia – Thu Bồn” Viện Quy hoạch thủy lợi,

2006 Đề tài này đã sử dụng mô hình thủy văn, thủy lực thuộc họ MIKE để tính toán dòng chảy và trữ lượng nước cho lưu vực Sản phẩm đề tài phục vụ cho công tác quy hoạch phát triển kinh tế xã hội, xây dựng các công trình cấp nước cũng như quy hoạch sản xuất trên toàn lưu vực

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nước 2007 - 2010

“Nghiên cứu đề xuất các giải pháp quản lý sử dụng tổng hợp tài nguyên nước lưu vực Vu Gia – sông Hàn đáp ứng nhu cầu phát triển bền vững thành phố Đà Nẵng” do PGS.TS Nguyễn Hồng Khánh làm chủ nhiệm đã sử dụng mô hình thủy văn phân bố MARINE, thủy lực

1 chiều, 2 chiều, chất lượng nước, truyền lũ, ngập lụt và đề xuất kế hoạch chiến lược quản lý, sử dụng tổng hợp tài nguyên nước sông

Vu Gia

Dự án “Lập quy trình vận hành liên hồ chứa Vu Gia – Thu Bồn” do Cục Quản lý Tài nguyên nước thực hiện năm 2010-2014 đã

nghiên cứu đánh giá nhu cầu sử dụng nước hạ lưu sông Vu Gia – Thu Bồn và việc vận hành 4 hồ chứa Đăk Mi 4, A Vương, Sông Tranh 2 và Sông Bung 4 để đảm bảo sử dụng nước ở hạ du trong mùa cạn

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước

Hiện nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ, dự báo thủy văn trên thế giới đã có nhiều chuyển biến theo xu hướng mô hình hóa sự vận động của các yếu tố thủy văn Quá trình hình thành

và vận động của dòng chảy sông ngòi được mô phỏng bằng các mô hình thủy văn, thủy lực Các mô hình thủy văn, thủy lực sử dụng các phương pháp mô phỏng, tính toán và cho kết quả đầu ra tùy thuộc vào đặc điểm của các lưu vực (vùng khí hậu, địa hình, phạm vi, ) và các mục đích sử dụng sản phẩm Một số mô hình thủy văn, thủy lực điển hình có khả năng ứng dụng trong dự báo thủy văn đã được các

tổ chức khoa học trên thế giới nghiên cứu xây dựng

1.2 Phạm vi tính toán của đề tài

1- Ứng dụng sản phẩm mô hình dự báo thời tiết WRF trong mùa khô (thời gian dự kiến 10 ngày) làm đầu vào cho mô hình dự báo dòng chảy mùa cạn trên khu vực nghiên cứu

2- Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy văn vào dự báo dòng chảy- nguồn nước mùa cạn (thời gian dự kiến 10 ngày) cho các nút

hồ chứa thủy điện Sông Tranh 2, Đak Mi 4 và các vị trí Trạm thủy văn Nông Sơn, Thành Mỹ trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn trên

cơ sở dự báo thời tiết bằng mô hình số trị

Chương 2 ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ DÒNG CHẢY MÙA CẠN TRÊN SÔNG VU GIA – THU BỒN 2.1 Điều kiện tự nhiên lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn

2.1.1 Vi ̣ trí đi ̣a lý

Sông Vu Gia - Thu Bồn có diê ̣n tích lưu vực: 10.350 km2, trong đó diê ̣n tích nằm ở tỉnh Kon Tum là: 301,7 km2, còn la ̣i chủ

yếu thuô ̣c đi ̣a phâ ̣n tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng Lưu vực

có vi ̣ trí toa ̣ đô ̣: 16o03’ - 14o55’ vĩ đô ̣ Bắc; 107o15’- 108o24’ kinh độ Đông

2.1.2 Điều kiện địa hình

2.1.3 Đă ̣c điểm sông ngòi

2.2 Điều kiện kinh tế xã hội lưu vực sông

2.3 Đặc điểm chế độ mưa mùa cạn

2.3.1 Tổng lượng mưa mùa cạn

Tổng lượng mưa trung bình năm vùng trung du Nông Sơn, Phước Sơn lượng mưa phổ biến 2500 - 3000 mm; vùng núi cao như Trà My, Tiên Phước có lượng mưa phổ biến 3000 - 4000mm Mưa phân bố rất không đồng đều theo thời gian, mùa khô bắt đầu từ tháng 1 đến tháng 9, mùa mưa từ tháng 10 đến tháng 12

2.3.2 Phân phối mưa mùa cạn theo thời gian

Trong mùa cạn lượng mưa tập trung nhiều nhất vào tháng 5, 6

và tháng 9 Thời kỳ mưa nhỏ nhất trong mùa cạn thường rơi vào tháng 2, 3, đặc biệt là tháng 3 Tuy nhiên trong một số năm vào tháng

1, tháng 5 đến tháng 8 cũng có lượng mưa khá nhỏ

2.3.3 Thời gian mưa

Từ tháng 1 đến tháng 9 hàng năm trung bình trong toàn tỉnh có

92 ngày mưa; nơi có số ngày mưa nhiều nhất là Trà My (117 ngày)

và nơi có số ngày mưa ít nhất là Tiên Phước (57 ngày) Tháng 5, 6 trung bình mỗi tháng có khoảng 10 ngày mưa Tháng 2, tháng 3 có ít ngày mưa nhất - trung bình chỉ khoảng 4 - 5 ngày

2.4 Đặc điểm dòng chảy mùa cạn

2.4.1 Dòng chảy mùa cạn

Dòng chảy mùa cạn được cung cấp chủ yếu bởi lượng nước ngầm và lượng mưa trong mùa cạn Trong các tháng khô hạn như tháng 2 - 4, tháng 7 - 8 dòng chảy trong sông chủ yếu là do nước ngầm cung cấp

2.4.2 Đặc điểm nguồn nước mùa cạn thượng nguồn sông Vu Gia - Thu Bồn

a Đặc điểm nguồn nước mùa cạn sông Thu Bồn:

Mùa cạn trên sông Thu Bồn được bắt đầu từ tháng 1, kết thúc vào tháng 9 hàng năm và được chia thành 3 thời kỳ:

Thời kỳ đầu của mùa cạn từ tháng 1 - 2, thời kỳ này dòng chảy trong sông tương đối cao Nguồn nước bổ sung trong sông được cung cấp bởi nước ngầm trên các lưu vực con và lượng nước xả phát điện của hai hồ thủy điện lớn phía thượng nguồn

Thời kỳ giữa mùa cạn được tính từ tháng 3 đến tháng 8 đây là thời kỳ mực nước trên sông cạn kiệt nhất, giai đoạn này lượng bốc hơi nước trên lưu vực rất lớn, nguồn nước để duy trì dòng chảy trong sông chủ yếu là lưu lượng xả của các nhà máy phát điện Ngoài ra trong thời kỳ này cũng có năm vào tháng 5 hoặc tháng 6 có xuất hiện mưa, lũ tiểu mãn và đây cũng là nguồn cung cấp bổ sung

Thời kỳ chuyển tiếp mùa cạn là tháng 9 hàng năm, trong tháng này thường xuất hiện những cơn mưa đầu mùa bổ sung nguồn nước cho hệ thống sông

b Đặc điểm nguồn nước sông Vu Gia:

Mùa cạn trên lưu vực sông Vu Gia cũng được bắt đầu từ tháng

1 đến tháng 9 hàng năm và được chia thành 3 thời kỳ:

Thời kỳ đầu của mùa cạn từ tháng 1-2, thời kỳ này dòng chảy trong sông vẫn ở mức cao Bởi sau mùa mưa lượng nước ngầm bổ sung cho sông vẫn tương đối lớn

Thời kỳ giữa mùa cạn được tính từ tháng 3 đến tháng 8 đây là thời kỳ mực nước trên sông Vu Gia cạn kiệt nhất, giai đoạn này lượng bốc hơi nước trên lưu vực rất lớn, nguồn nước để duy trì dòng chảy trong sông chủ yếu được cung cấp bởi nước ngầm trên các tiểu lưu vực và lượng nước xả phát điện của hai hồ thủy điện lớn Ngoài

ra trong thời kỳ này cũng có năm vào tháng 5 hoặc tháng 6 có xuất hiện mưa, lũ tiểu mãn và đây cũng là nguồn cung cấp bổ sung dòng chảy

Thời kỳ chuyển tiếp mùa cạn là tháng 9 hàng năm, đây là tháng cuối của mùa cạn và đầu của mùa mưa, thường xuất hiện những cơn mưa đầu mùa bổ sung nguồn nước cho hệ thống sông

2.5 Hệ thống hồ chứa Sông Tranh 2, Đắk Mi 4 và nhiệm vụ điều tiết trong mùa cạn

2.5.1 Hiện trạng các công trình thủy điện

a Thủy điện Sông Tranh 2

b Thủy điện Đắk Mi 4

2.5.2 Đảm bảo dòng chảy tối thiểu trên sông

2.5.3 Nhiệm vụ điều tiết và quy trình vận hành liên hồ chứa thời

kỳ mùa cạn

Chương 3 THIẾT LẬP MÔ HÌNH THỦY VĂN PHỤC VỤ

DỰ BÁO DÒNG CHẢY 10 NGÀY MÙA CẠN CHO THƯỢNG

NGUỒN SÔNG VU GIA - THU BỒN

3.1 Lư ̣a cho ̣n mô hình dự báo

3.1.1 Giới thiệu chung về các mô hình thủy văn phục vụ dự báo dòng chảy

3.1.2 Xa ́ c đi ̣nh mô hình thủy văn phục vụ dự báo dòng chảy 3.1.3 Lý thuyết mô hình NAM

a Cấu trúc của mô hình

b Các thông số của mô hình

c Các điều kiện ban đầu của mô hình

3.2 Số liệu khí tượng thủy văn sử dụng trong nghiên cứu

Các trạm đo trên thượng nguồn lưu vực Vu Gia - Thu Bồn hiện nay đang hoạt động gồm có: 1 trạm khí tượng, 3 trạm thủy văn,

2 trạm đo mưa nhân dân

3.3 Ứng dụng mô hình thủy văn MIKE - NAM tính toán dòng chảy 10 ngày mùa cạn thượng nguồn hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn

Các bước thực hiện gồm:

Hình 3.1: Các bước tính toán dòng chảy bằng mô hình MIKE-NAM

3.3.1 Thu thập, xử lý tài liệu địa hình, số liệu mưa, bốc hơi, lưu lượng

Số liệu gồm số liệu bốc hơi ngày của trạm khí tượng Trà My

và lượng mưa ngày của Thành Mỹ, Khâm Đức, Tiên Phước, Trà My, Hiệp Đức, Nông Sơn, để tính toán lưu lượng; số liệu lưu lượng ngày trạm Thành Mỹ và Nông Sơn, số liệu lưu lượng đến hồ thủy điện Đắk Mi 4, sông Tranh 2 dùng để so sánh lưu lượng giữa thực đo và tính toán

3.3.2 Thiết lâ ̣p lưu vực tính toán

Phân chia lưu vực tính toán nhằm xác định diện tích khống chế đến trạm thuỷ văn và nút hồ chứa

Bảng 3.1: Danh sách tiểu lưu vực thượng nguồn sông Vu Gia-Thu Bồn

3.3.3 Tạo lưu vực sông và file đầu vào mô hình MIKE-NAM

Từ bản đồ DEM lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn và mạng lưới sông suối, số liệu đo đạc, ứng dụng phần mềm arcgis phân chia thành

4 lưu vực: lưu vực Đắk Mi 4, lưu vực sông Tranh 2, lưu vực thượng nguồn sông Vu Gia điểm khống chế tại Thành Mỹ, lưu vực thượng nguồn sông Thu Bồn điểm khống chế tại Nông Sơn