Đánh giá khả năng tháo lũ công trình tràn hồ chứa nước cây khế, huyện đức phổ trong điều kiện biến đổi khí hậu

Do những ảnh hưởng của biến đổi khí hậuđang diễn ra ngày càng nghiêm trọng, làm cho lượng nước mưa có khả năng tăng cao,nên công tác vận hành điều tiết hồ chứa đang gặp rất nhiều khó khă

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẶNG XUÂN THÁI

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THÁO LŨ CÔNG TRÌNH TRÀN

HỒ CHỨA NƯỚC CÂY KHẾ, HUYỆN ĐỨC PHỔ TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

Đà Nẵng – Tháng 9/2019

ĐẶNG XUÂN THÁI

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THÁO LŨ CÔNG TRÌNH TRÀN HỒ CHỨA NƯỚC CÂY KHẾ, HUYỆN ĐỨC PHỔ

TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

MỤC LỤC

Tran g

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TRANG TÓM TẮT

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5

4 Phương pháp nghiên cứu 5

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5

6 Bố cục đề tài 5

CHƯƠNG 1 7

TỔNG QUAN VỀ VẬN HÀNH HỒ CHỨA 7

1.1 NGHIÊN CỨU DỰ BÁO LŨ LỤT VÀ VẬN HÀNH HỒ CHỨA 7

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 7

1 1.2.Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 10

1.2 CÔNG TÁC DỰ BÁO VÀ HIỆN TRẠNG LŨ LỤT TẠI KHU VỰC HỒ CHỨA NƯỚC CÂY KHẾ 12

1.3 VẤN ĐỀ LUẬN VĂN GIẢI QUYẾT 13

CHƯƠNG 2 14

2.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC 14

2.1.1 Vị trí địa lý 14

2.1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo khu vực công trình 14

2.1.3 Điều kiện địa chất và thảm phủ thực vật 15

2.2 ĐẶC ĐIỂM THỦY VĂN 16

2.3 ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU LƯU VỰC 16

2.3.1 Đặc điểm chung 16

2.3.2 Chế độ nhiệt độ 17

2.3.3 Chế độ ẩm 17

2.3.4 Chế độ nắng 17

2.3.5 Chế độ mưa 18

2.4 ĐẶC ĐIỂM LŨ LỤT 18

2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ LỰA CHỌN KỊCH BẢN BĐKH ĐỂ TÍNH TOÁN 20

2.5.1 Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu ………20

2.5.2 Lựa chọn các kịch bản BĐKH để tính toán khả năng tháo lũ hồ chứa thủy lợi Cây Khế 22

CHƯƠNG 3 26

TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LŨ ĐẾN HỒ VÀ MÔ HÌNH VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA HEC-RESSIM 26

3.1 TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LŨ 26

3.1.1 Cơ sở lý thuyết về công thức tính lũ 26

3.1.2 Các công thức tính toán lũ 27

3.1.3 Kết quả tính toán lũ và đường quá trình lũ thu phóng 30

3.2 THIẾT LẬP MÔ HÌNH HEC-RESSIM TRONG TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ 32

* Lý do chọn mô hình HEC-RESSIM: 32

3.2.1 Nguyên lý của mô hình HEC-RESSIM……… 33

3.2.2 Thiết lập mô hình hồ chứa nước Cây Khế bằng HEC-RESSIM 38

CHƯƠNG 4 39

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC-RESSIM TÍNH TOÁN 39

ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA THỦY LỢI CÂY KHẾ 39

4.1 CÁC KỊCH BẢN MÔ PHỎNG ĐIỀU TIẾT HỒ CÂY KHẾ 39

4.2 KẾT QUẢ ÁP DỤNG MÔ HÌNH HEC-RESSIM ĐỂ MÔ PHỎNG 39

4.3.ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO AN TOÀN CHO CÔNG TRÌNH 44

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO).

PHỤ LỤC

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả đề tài

Đặng Xuân Thái

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian làm việc nghiêm túc, tác giả đã hoàn thành luận văn Thạc sỹ kỹ

thuật “Đánh giá khả năng tháo lũ công trình tràn hồ chứa nước Cây Khế, huyện

hoàn thành luận văn ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, còn có sự giúp đỡ rất nhiệt tình và hữu ích của Thầy cô giáo, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp.

Trước hết tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến TS Lê Hùng đã trực tiếp hướng dẫn

và giúp đỡ học viên từ lúc bắt đầu viết Đề cương đến lúc hoàn thành luận văn.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Thầy, Cô giáo trong trường đã truyền đạt những kiến thức bổ ích trong quá trình học tập Xin cảm ơn Khoa Thủy lợi - Thủy điện trường Đại học Bách khoa đã tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập cũng như trong quá trình thực hiện luận văn của tác giả.

Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến sự giúp đỡ, động viên, khích lệ to lớn của gia đình, các anh chị và bạn bè trong quá trình học tập và thực hiện luận văn.

Trong khuôn khổ một luận văn, do thời gian và điều kiện có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các Thầy, Cô và đồng nghiệp.

Xin trân trọng cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày

Học viên

Đặng Xuân Thái

Tóm tắt – Hồ chứa nước Cây Khế là một công trình thủy lợi quan trọng của xã Phổ

Thạnh, huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi Do những ảnh hưởng của biến đổi khí hậuđang diễn ra ngày càng nghiêm trọng, làm cho lượng nước mưa có khả năng tăng cao,nên công tác vận hành điều tiết hồ chứa đang gặp rất nhiều khó khăn Để đối phó vớitác động của biến đổi khí hậu, chúng ta cần phải có những hành động, những phương

án dự phòng để đối phó với những hậu quả mà biến đổi khí hậu gây ra Tác giả đã dựavào các kịch bản biến đổi khí hậu, thu thập các số liệu, vận dụng mô hình HEC-RESSIM để mô phỏng các kịch bản có thể xảy ra và dự báo khả năng làm việc của hồCây Khế Từ những kết quả đạt được, tác giả đã đề xuất ra biện pháp xử lý để vậnhành hồ được an toàn, nhằm đảm bảo an toàn cho nhân dân vùng

hạ du Từ khóa – biến đổi khí hậu, HEC-RESSIM, công trình thủy lợi, hồ Cây Khế,

mô phỏng

EVALUATING THE POSSIBILITY FLOOD ESCAPE OF THE SPILL IN CAY KHE RESEVOIR, DUC PHO DISTRICT IN THE CLIMATE CHANGE

CONDITIONS

Abstract - Cay Khe reservoir is an important irrigation project of Pho Thanh

commune, Duc Pho district, Quang Ngai province Because the effects of climatechange are becoming more serious, causing the amount of rain water to increase, sothe operation of regulating the reservoir is facing many difficulties To deal with theeffects of climate change, we need to take actions, contingency plans to deal with theconsequences of climate change The author has based on climate change scenarios,collected data, applied HEC-RESSIM model to simulate possible scenarios andforecast the working capacity of Cay Khe lake From the achieved results, the authorhas proposed a solution to handle the lake safely, to ensure safety for people in thedownstream area

Key words - climate change, HEC-RESSIM, irrigation works, Cay Khe reservoir,

simulation

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Khí tượng thủy văn

Áp thấp nhiệt đới

2.1 Độ ẩm bình quân theo tháng khu vực hồ chứa Cây Khế

trạm đo

với các mốc thời gian của thế kỉ 21

theo các trường hợp

4.6 Vận hành điều tiết hồ chứa Cây Khế theo kịch bản I-3,

2100, tần suất 1,5% ứng với tràn 40m

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Xã Phổ Thạnh là một xã thuộc địa phận huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi,giáp ranh giữa tỉnh Quảng Ngãi và Bình Định Lượng mưa vùng này ít hơn cácvùng khác trong tỉnh Tại đây vào những năm 80 của thế kỷ XX đã đầu tư xây dựngcông trình Hồ chứa nước Cây Khế để phục tưới cho khoảng 65,0 ha đất canh tác Từkhi đi vào hoạt động, công trình đã góp phần làm thay đổi cuộc sống của một bộphận người dân xã Phổ Thạnh, giảm được số hộ đói, nghèo, ổn định sản xuất vànâng cao năng suất, sản lượng cây trồng Công trình hồ chứa nước Cây Khế là côngtrình thuỷ lợi quan trọng của xã Phổ Thạnh, là nguồn cung cấp nước tưới lớn nhấtcho xã và giữ một vị trí quan trọng trong sự phát triển kinh tế xã hội của xã

Qua thời gian hơn 30 năm vận hành, khai thác, những năm gần đây mái đậpxảy ra hiện tượng lún, sụt, thấm mất nước lớn, làm công trình thiếu nước, không giữnăng lực tưới như ban đầu, đặc biệt là tràn xả lũ đã bị hư hỏng nặng nề gây mất antoàn đập Hiện nay cụm công trình đầu mối đã hư hỏng và xuống cấp, tại một số vịtrí chân đập hạ lưu xuất hiện dòng thấm cục bộ, nhất là rò rỉ nước qua thân đập tại

ví trí cống lấy nước, gây mất ổn định tổng thể cho công trình, đe doạ tính mạng vàtài sản của nhân dân ở hạ lưu vào mùa mưa lũ

Công trình hồ chứa nước Cây Khế nằm cách thành phố Quảng Ngãi khoảng60km về phía Tây Nam thành phố Quảng Ngãi – tỉnh Quảng Ngãi

Hồ chứa nước Cây Khế, huyện Đức Phổ có toạ độ địa lý:

Vĩ độ Bắc

Kinh độ Đông

Hình 1 - Vị trí công trình

Qua hơn 30 năm hoạt động, công trình đã có nhiều hư hỏng, xuống cấp, làmsuy giảm năng lực thiết kế tưới, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn cao đối với công trìnhđầu mối và uy hiếp hạ du Tràn xả lũ hiện trạng có kết cấu bằng đá xây kết hợp bêtông cốt thép bị hư hỏng và xuống cấp dẫn đến khả năng tháo lũ của tràn bị hạn chế.Tràn xả lũ có trụ pin bằng kết cấu bằng đá xây tuy nhiên qua thời gian dài khai thácthì vữa xây đã bị mục, nhiều vị trí đã bị hư hỏng nặng đặc biệt là các vị trí trụ pin,hai vai; tại vị trí liên kết giữa phần tràn và không tràn đã bị hư hỏng khá lớn, bềrộng ngưỡng B=26,80m, tiêu năng mặt trên nền đá gốc hạ lưu sau ngưỡng tràn.Một số hình ảnh hiện trạng hồ chứa nước Cây Khế:

Hình 2 - Đỉnh và mái đập hiện trạng

Hình 3 - Dòng thấm phía hạ lưu vai hữu đập đất

Hình 4 - Hiện trạng vị trí tràn xả lũ

Hình 5 - Hạ lưu tràn xả lũ

Dữ liệu tính toán lũ thiết kế và kiểm tra trước đây là giai đoạn những năm 80của thế kỷ trước là quá cũ, chưa cập nhật được dữ liệu mới trong vòng 30 năm trởlại đây Bên cạnh đó, biến đổi khí hậu ở khu vực miền Trung nói chung và tỉnhQuảng Ngãi nói riêng, có những biểu hiện như nhiệt độ tăng cao trong mùa hè, mưalớn bất thường vào mùa bão sẽ trở thành những rủi ro tiềm tàng tác động lên sự vậnhành các hồ chứa nước Đặc biệt, nguy cơ lũ lụt diễn biến bất thường do tác động từbiến đổi khí hậu và vận hành hồ chứa sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất vàsinh hoạt vùng hạ lưu Vì vậy, với sự gia tăng dòng chảy trong tương lai do biến đổikhí hậu thì liệu rằng hồ chứa Cây Khế có đảm bảo khả năng thoát lũ ứng với trận lũthiết kế và kiểm tra mới hay không? Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi đề xuất đề

tài “Đánh giá khả năng tháo lũ công trình tràn hồ chứa nước Cây Khế, huyện Đức Phổ trong điều kiện biến đổi khí hậu”.

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Tính toán cập nhật số liệu dòng chảy đến hồ, phục vụ cho việc tính toán điềutiết vận hành hồ chứa

- Xây dựng các kịch bản vận hành điều tiết cho hồ chứa nước Cây Khế, huyện Đức Phổ vào mùa lũ bằng mô hình HEC-RESSIM

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Hồ chứa thủy lợi Cây Khế, mô hình HEC-RESSIM

- Phạm vi nghiên cứu là lưu vực thượng nguồn hồ chứa nước Cây Khế

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích thống kê: Tổng hợp, phân tích các nghiên cứu trong

và ngoài nước liên quan đến lĩnh vực vận hành hồ chứa, từ đó xác định hướng tiếpcận khoa học cho bài toán đặt ra

- Phương pháp mô hình toán: Dựa trên khả năng ứng dụng và sự phổ cập của các mô hình, trong luận văn, học viên sử dụng mô hình HEC - RESSIM

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Đối với tác giả và các cơ sở ứng dụng kết quả nghiên cứu:

Việc thực hiện đề tài sẽ nâng cao trình độ chuyên môn cho bản thân học viênkhi tham gia thực hiện đề tài này, giúp học viên nắm bắt được cách xây dựng bộthông số mô hình phù hợp với lưu vực nghiên cứu làm cơ sở phục vụ cho công việchiện tại, đồng thời giúp theo dõi, kiểm khả năng làm việc của Hồ chứa nước CâyKhế khi xuất hiện các trận lũ đến Từ những tính toán, kết quả nghiên cứu của đềtài, nếu có điều kiện, học viên sẽ kiến nghị những biện pháp sửa chữa, nâng cấp Hồchứa nước Cây Khế cho phù hợp với tình hình mới

- Đối với kinh tế - xã hội và môi trường:

Kết quả kiểm tra, đánh giá của đề tài sẽ giúp cho đơn vị quản lý xem xét xemliệu với các thông số thiết kế cũ vào những năm thập niên 80 của thế kỷ XX thì Hồchứa nước Cây Khế có thể vận hành tốt được hay không? Từ đó đề xuất phương án

để vận hành hồ chứa thủy lợi Cây Khế, giúp ổn định và phát triển nông nghiệp cho65ha hoa màu thuộc địa phận xã Phổ Thạnh, huyện Đức Phổ Đồng thời sẽ giúp chođơn vị quản lý vận hành hồ chứa nước Cây Khế mốt cách hợp lý, đảm bảo an toàncho công trình góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp

6 Bố cục đề tài

Chương 1: Tổng quan về vận hành hồ chứa

Chương 2: Đặc điểm tự nhiên và dòng chảy hồ chứa nước Cây Khế

Chương 3: Cơ sở tính toán dòng chảy lũ đến hồ và mô hình vận hành điều tiết

hồ chứa HEC-RESSIM

Chương 4: Ứng dụng mô hình HEC-RESSIM tính toán điều tiết hồ chứa nước Cây Khế

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬN HÀNH HỒ CHỨA1.1 NGHIÊN CỨU DỰ BÁO LŨ LỤT VÀ VẬN HÀNH HỒ CHỨA

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Thiên tai và những tác động của chúng đến kinh tế, xã hội và môi trường ngàycàng gia tăng trên toàn thế giới với một tốc độ rất đáng báo động Con người, tàisản, xã hội và môi trường đang bị ảnh hưởng rất nhiều từ các hiểm họa tự nhiên.Những sự thay đổi như: hiện tượng nóng lên toàn cầu, tăng dân số, tăng trưởng kinh

tế, đô thị hóa, công nghiệp hóa, phá rừng, mở rộng khu dân cư, di canh, di cư đãlàm cho xã hội trở nên dễ bị tổn thương hơn trước các hiểm họa tự nhiên TheoJonkman (2005), tổng số người chết và bị ảnh hưởng do các loại thiên tai trên thếgiới giai đoạn 1975-2001 tương ứng là 2 triệu và 4,2 tỷ Trong đó số người chết và

bị ảnh hưởng do lũ lụt trong giai đoạn này tương ứng là 175 nghìn và 2,2 tỷ người

So với các loại thiên tai khác, mặc dù không phải nguyên nhân gây tử vong lớnnhất, lũ lụt lại có mức độ ảnh hưởng rất lớn

Năm 2011, lũ lịch sử đã gây ngập lụt nghiêm trọng tại Thái Lan Trận lũ này

đã gây thiệt hại: 813 người chết và bị thương; ảnh hưởng đến 2,5 triệu người và1,886 triệu hộ gia đình, làm thiệt hại 32 tỷ đô la Trung Quốc có nhiều hệ thốngsông lớn, trong lịch sử đã có nhiều trận lũ kinh hoàng xảy ra và gây ra những thảmhọa không kể hết Hằng năm, lũ lụt và sạt lở đất làm chết khoảng 300 người, 20.000người mất nhà cửa, thiệt hại ước tính 8 triệu đô la Tại Mỹ, từ năm 1989-1994, 80%trong số thiên tai công bố ở cấp liên bang liên quan đến lũ lụt và làm thiệt hại 4 tỷ

đô la mỗi năm

Nhiều nhà khoa học, nhiều tổ chức quốc tế đã tập trung nghiên cứu nhằm tìm

ra các giải pháp phòng chống và phòng tránh hữu hiệu giảm thiệt hại do lũ lụt gây

ra Đối với các nước phát triển các nghiên cứu về lũ lụt thường gắn với quản lý tàinguyên, môi trường theo lưu vực sông Đối với các nước đang phát triển việc dựbáo, cảnh báo lũ lụt còn gặp nhiều khó khăn, các nghiên cứu này chủ yếu phục vụcho công tác phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai

Hiện nay đã có rất nhiều nghiên cứu về điều tiết vận hành hồ chứa, nhằm cắt

lũ, chống ngập cho hạ du Bước đầu là các phương pháp tính toán điều tiết hồ chứa,chủ yếu dựa vào phương trình cân bằng nước Ở Liên Xô cũ việc nghiên cứu nàyđược nhiều nhà khoa học quan tâm như Kritski-Menkel, Xvanhidze, Pleskov,

Gugly, Potapov, Matiski, Ratkovich; họ đã nghiên cứu các phương pháp điều tiếtcho các mục đích khác nhau Phương trình cân bằng nước có thể được áp dụng chobất kỳ thời khoảng tính toán nào Các phương pháp tính toán điều tiết này hợp lạithành 3 loại chính như sau:

a Phương pháp tối ưu hóa

Kỹ thuật tối ưu hóa bằng quy hoạch tuyến tính (LP) và quy hoạch động (DP)

đã được sử dụng rộng rãi trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nước Loucks vànnk (1981) đã minh họa áp dụng LP, quy hoạch phi tuyến NLP và DP cho tàinguyên nước

Nhiều công trình nghiên cứu áp dụng kỹ thuật hệ thống cho bài toán tài

nguyên nước Yakowitz (1982), Yeh (1985), Simonovic (1992) và Wurbs (1993).Young (1967) lần đầu tiên đề xuất sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính để xâydựng quy tắc vận hành chung từ kết quả tối ưu hóa Phương pháp mà ông đã dùngđược gọi là “quy hoạch động (DP) Monte-Carlo” Về cơ bản phương pháp của ôngdùng kỹ thuật Monte - Carlo tạo ra một số chuỗi dòng chảy nhân tạo Quy trình tối

ưu thu được của mỗi chuỗi dòng chảy nhân tạo sau đó được sử dụng trong phân tíchhồi quy để cố gắng xác định nhân tố ảnh hưởng đến chiến thuật tối ưu Các kết quả

là một xấp xỉ tốt của quy trình tối ưu thực

Mô hình tối ưu hóa thường được sử dụng trong nghiên cứu điều hành hồ chứa

sử dụng dòng chảy dự báo như đầu vào Datta và Bunget (1984) đề xuất một quytrình điều hành hạn ngắn cho hồ chứa đa mục tiêu từ một mô hình tối ưu hóa vớimục tiêu cực tiểu hóa tổn thất hạn ngắn Nghiên cứu chỉ ra rằng khi có một sự đánhđổi giữa một đơn vị lượng trữ và một đơn vị lượng xả từ các giá trị đích tương ứngthì phép giải tối ưu hóa phụ thuộc vào dòng chảy tương lai bất định cũng như dạnghàm tổn thất

Áp dụng mô hình tối ưu hóa cho điều hành hồ chứa đa mục tiêu là khá khókhăn Sự khó khăn trong áp dụng bao gồm phát triển mô hình, đào tạo nhân lực, giảibài toán, điều kiện thủy văn tương lai bất định, sự bất lực để xác định và lượng hóatất cả các mục tiêu và mối tương tác giữa nhà phân tích với người sử dụng Mộtphương pháp khác đang được sử dụng hiện nay để giải thích tính ngẫu nhiên củađầu vào là logic mờ Lý thuyết tập mờ đã được Zadeth (1965) giới thiệu Jairaj vàVedula (2000) đã áp dụng phương pháp này cho tối ưu hóa hệ thống liên hồ chứa

b Phương pháp diễn toán hồ chứa

Cơ sở toán học của phương pháp này là phương trình cân bằng nước hồ chứa,biểu thị quan hệ giữa lượng dòng chảy đến, tổn thất trên hồ, dòng chảy xả khỏi hồ

và thay đổi lượng trữ trong hồ

Phương pháp diễn toán hồ chứa đòi hỏi phải biết mối quan hệ giữa cao độ hồchứa, lượng trữ và lưu lượng Mối quan hệ này là một hàm của địa hình vị trí hồchứa và các đặc tính của công trình xả nước.

Việc diễn toán dòng chảy qua một hồ chứa là một phần quan trọng của phântích hồ chứa mà các ứng dụng chính của nó là: xác định mực nước lớn nhất trongthời kỳ thiết kế hồ chứa, thiết kế các công trình xả tràn, cửa xả nước và phân tíchsóng lũ vỡ đập Một hồ chứa có thể hoặc được kiểm soát hoặc không được kiểmsoát Hồ chứa được kiểm soát có công trình xả tràn với các cửa cống để kiểm soátdòng chảy ra Công trình xả tràn của một hồ chứa không kiểm soát khi không cócửa cống Diễn toán hồ chứa đòi hỏi phải biết mối quan hệ giữa cao độ hồ chứa,lượng trữ và lưu lượng Mối quan hệ này là một hàm của địa hình hồ chứa và cácđặc tính của công trình xả nước

c Phương pháp mô phỏng

Vì không có khả năng để thí nghiệm với hồ chứa thực, mô hình mô phỏngtoán học được phát triển và sử dụng trong nghiên cứu Thí nghiệm có thể thực hiệnbằng cách sử dụng các mô hình này để cung cấp những hiểu biết sâu về bài toán

Mô hình mô phỏng đường quá trình lũ kết hợp với điều hành hồ chứa bao gồm tínhtoán cân bằng nước của đầu vào, đầu ra hồ chứa và biến đổi lượng trữ Kỹ thuật môphỏng đã cung cấp cầu nối từ các công cụ giải tích trước đây cho phân tích hệ thống

hồ chứa đến các tập hợp mục đích chung phức tạp Theo Simonovic (1992), cáckhái niệm về mô phỏng là dễ hiểu và thân thiện hơn các khái niệm mô hình hóakhác

Các mô hình mô phỏng có thể cung cấp các biểu diễn chi tiết và hiện thực hơn

về hệ thống hồ chứa và quy tắc điều hành chúng (chẳng hạn đáp ứng chi tiết của các

hồ và kênh riêng biệt hoặc hiệu quả của các hiện tượng theo thời gian khác nhau).Thời gian yêu cầu để chuẩn bị đầu vào, chạy mô hình và các yêu cầu tính toán kháccủa mô phỏng là ít hơn nhiều so với mô hình tối ưu hoá Các kết quả mô phỏng sẽ

dễ dàng thỏa hiệp trong trường hợp đa mục tiêu Số phần mềm máy tính đa mục tiêuphổ biến có sẵn có thể sử dụng để phân tích mối quan hệ quy hoạch, thiết kế và vậnhành hồ chứa Hầu hết các phần mềm có thể chạy trong máy vi tính cá nhân đang sửdụng rộng rãi hiện nay Hơn nữa, ngay sau khi số liệu yêu cầu cho phần mềm thựchành đã được chuẩn bị, nó dễ dàng chuyển đổi cho nhau và do đó các kết quả củacác thiết kế, quyết định điều hành, thiết kế lựa chọn khác nhau có thể được đánh giánhanh chóng

Hiện nay có hàng loạt mô hình có thể áp dụng nhằm mô phỏng và phân tíchsâu hơn phương thức hoạt động của hồ chứa và tác động của chúng đối với lưu vựcnhư; mô hình tổng hợp dòng chảy và điều tiết hồ chứa (SSARR) (USACE 1987),

mô hình HEC-RESSIM được Trung tâm kỹ thuật thủy văn Hoa Kỳ (Feldman 1981,Wurbs 1996) phát triển lên từ mô hình HEC-5; mô hình MIKE11 một phần của thế

hệ phần mềm mới của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) dùng để diễn toán dòngchảy, tính toán vận hành hồ chứa, đánh giá các phương án chống lũ, đánh giá mức

độ ngập lụt, vận hành hệ thống tưới tiêu; mô hình lũ đơn vị do Sherman đưa ra vàonăm 1932 là một mô hình đơn giản để xây dựng các quá trình đường dòng chảytrong sông

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Lũ lụt là một trong những tai biến tự nhiên, thường xuyên đe dọa cuộc sốngcủa người dân và sự phát triển kinh tế xã hội trong vùng Lũ lụt đã để lại hậu quảhết sức nặng nề, hàng ngàn hộ dân bị ngập lụt, các công trình bị tàn phá, các hoạtđộng kinh tế - xã hội bị gián đoạn

Để tăng cường ứng phó với lũ lụt ngoài các biện pháp công trình (đê kè, hồchứa thượng lưu, ) thì các biện pháp phi công trình đóng vai trò rất quan trọng, màphần lớn trong số đó có tính dài hạn và bền vững như các biện pháp quy hoạch sửdụng đất và bố trí dân cư, nâng cao nhận thức của người dân Mặt khác, ứng phónhanh với lũ lụt bằng các biện pháp tức thời như cảnh báo, dự báo vùng ngập, di dời

và sơ tán dân cư đến khu vực an toàn, đã tỏ ra rất hiệu quả trong việc hạn chếnhững thiệt hại về người và tài sản

Các tư liệu cho thấy đã có nhiều cơn bão hoặc siêu bão gây nước dâng kết hợptriều cường làm ngập lụt lớn cho vùng cửa sông, ven biển trên diện tích rộng ViệtNam nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa và thuộc một trong những ổ bão lớn nhấttrên thế giới Theo số liệu thống kê thời kỳ 1959-2015, trung bình hàng năm cókhoảng 12 cơn bão và áp thấp nhiệt đới (ATNĐ) hoạt động trên Biển Đông, trong

đó khoảng 45% số cơn hình thành ngay trên Biển Đông và 55% số cơn hình thành

từ Thái Bình Dương di chuyển vào Mỗi năm có ít nhất khoảng 7 cơn bão và áp thấpnhiệt đới ảnh hưởng đến Việt Nam, trong đó có 5 cơn đổ bộ hoặc ảnh hưởng trựctiếp đến đất liền nước ta Nơi có tần suất hoạt động của bão và áp thấp nhiệt đới lớnnhất nằm ở phần giữa của khu vực Bắc Biển Đông Khu vực bờ biển miền Trung từ

16oN đến 18oN và khu vực bờ biển Bắc Bộ (từ 20oN trở lên) có tần suất hoạt độngcủa bão và áp thấp nhiệt đới cao nhất trong cả dải ven biển Việt Nam

Riêng đối với Quảng Ngãi, vào năm 2009, do ảnh hưởng của cơn bão số 9(Ketsana) đã gây ra mưa đặc biệt lớn, lượng mưa đo được phổ biến từ 350-550mm,đặc biệt có khu vực Trà Bồng đạt 899mm, làm cho mực nước các sông trong tỉnhđều vượt mức báo động 3, gây ngập lụt nặng nề ở vùng hạ du

Phân tích số liệu cho thấy trong 50 năm qua bão mạnh tại khu vực Biển Đôngtăng nhẹ, bão rất mạnh có xu hướng tăng Đặc biệt những năm gần đây bão cường

độ mạnh có xu hướng gia tăng rõ rệt do tác động của Biến đổi khí hậu toàn cầu , đã

có nhiều cơn bão với cường độ mạnh cấp 12-13 đổ bộ vào khu vực Trung Bộ và gây

ra những thiệt hại lớn về người và tài sản Hoạt động và ảnh hưởng của bão và ápthấp nhiệt đới đến nước ta trong những năm gần đây có những diễn biến bất thường.Tháng 3/2012, bão Pakhar đổ bộ vào miền Nam Việt Nam với cường độ gió mạnhnhất theo số liệu qua trắc được Bão Sơn Tinh (10/2012) và Hai Yan (10/2012) cóquỹ đạo khác thường khi đổ bộ vào miền Bắc vào cuối mùa bão Năm 2013 có sốlượng bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào Việt Nam nhiều nhất (8 cơn bão và 1 ápthấp nhiệt đới).

Một trong các biện pháp hạn chế và kiểm soát ngập lụt vùng hạ du là việc vậnhành các hồ chứa nước một cách có hiệu quả Hồ chứa nước thủy lợi đóng vai tròquan trọng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội của đất nước, góp phần ổn địnhphát triển bền vững tài nguyên nước Thời gian qua, Chính phủ đã có chỉ đạo quyếtliệt để bảo đảm nhiệm vụ an toàn hồ chứa Việt Nam đã có chương trình an toàn hồchứa, cùng với đó là dự án sửa chữa và nâng cấp an toàn hồ đập vay vốn Ngân hàngThế giới gần 10 nghìn tỷ đồng để hỗ trợ chương trình tại 35 tỉnh, thành phố trên cảnước Trong khoảng 10 năm, đã nâng cấp hơn 600 hồ đập lớn, tuy nhiên, tình hình

an toàn đập trong những năm vừa qua vẫn diễn biến hết sức nghiêm trọng

Nước ta có khoảng 6.500 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích khoảng 11 tỷ métkhối, trong đó có khoảng 3.500 hồ chứa có dung tích lớn hơn 0.2 triệu m3 Hệ thống

hồ chứa nước ở nước ta có thể là hồ tự nhiên hoặc nhân tạo trải dài từ Bắc vào Nam.Tỉnh có nhiều hồ nhất là Nghệ An (249 hồ), Hà Tĩnh (166 hồ), Thanh Hóa (123 hồ),Phú Thọ (118 hồ), Đắk Lăk (116 hồ) và Bình Định (108 hồ) Các hồ chứa có thể sửdụng trong tưới tiêu nông nghiệp, nuôi trồng khai thác thủy sản, khai thác thủy điện,phát triển du lịch, ngoài ra các hồ chứa còn giữ vị trí quan trọng trong việc điềuhòa sinh thái, bảo vệ môi trường sống của con người Trong những năm gần đây khi

mà thiên tai diễn biến ngày càng phức tạp, vai trò của những hồ chứa nước càng trởnên quan trọng hơn

Theo tính toán của Bộ Tài nguyên và Môi trường (MONRE, 2016), ở ViệtNam, trong khoảng 50 năm qua, nhiệt độ trung bình năm đã tăng khoảng 0,62°Ctrong thời kỳ 1958-2014, mực nước biển đã dâng khoảng 20cm Hiện tượng El-Nino, La-Nina ngày càng tác động mạnh mẽ đến Việt Nam Biến đổi khí hậu thực

sự đã làm cho thiên tai, đặc biệt là bão, lũ, hạn hán ngày càng nghiêm trọng

Vận hành hệ thống hồ chứa là một trong những vấn đề được nhiều cơ quannghiên cứu quan tâm như các Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam, Viện Cơ học, ViệnKhí tượng Thủy văn, cũng như các trường Đại học trong nước nghiên cứu ứng dụngvào thực tiễn hệ thống các hồ chứa ở nước ta Trong việc sử dụng và vận hành hồ

chứa nếu không có lũ thì thường các hồ chứa rất khó khăn trong việc tích đầy hồ.Đồng thời do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu ngày càng cao, hạn hán xảy ra kéodài, tần suất mưa lũ giảm nhưng cường độ lại tăng gây khó khăn trong việc vậnhành và điều tiết hồ

Với sự biến động bất thường của thời tiết và có xu hướng ngày càng ác liệthơn cùng với sự phát triển kinh tế xã hội nên vấn đề thiệt hại do lũ sẽ gây ra là rấtlớn Vì vậy, công tác kiểm tra, đánh giá khả năng làm việc của hồ chứa thủy lợi dưới

sự ảnh hưởng của BĐKH, để phòng tránh nhằm giảm thiệt hại về người và tài sảnnhân dân đến mức thấp nhất là rất cần thiết; đặc biệt là tại những vùng chịu ảnhhưởng trực tiếp của mưa lũ mà trong vùng này có Trung tâm hành chính, khu côngnghiệp, khu di tích và các cơ sở hạ tầng quan trọng khác

1.2 CÔNG TÁC DỰ BÁO VÀ HIỆN TRẠNG LŨ LỤT TẠI KHU VỰC HỒ CHỨA NƯỚC CÂY KHẾ

Theo số liệu thống kê, trung bình hàng năm tỉnh Quảng Ngãi có 0,28 cơn bão

đổ bộ trực tiếp; nếu xét về mưa và cường độ gió từ cấp 6 trở lên có 1 cơn bão hoặc

áp thấp nhiệt đới ảnh hưởng trực tiếp; nếu chỉ xét đơn thuần ảnh hưởng về mưa(gián tiếp và trực tiếp) thì trung bình hàng năm có 4 cơn bão hoặc áp thấp nhiệt đớiảnh hưởng đến tỉnh Quảng Ngãi Do đặc điểm địa hình trong vùng và diễn biến thờitiết phức tạp, trong những năm gần đây lũ lụt đã liên tiếp xảy ra làm ngập lụt đồngbằng hạ lưu sông gây thiệt hại lớn cho mùa màng, ách tắc giao thông, làm hư hỏngcác công trình thuỷ lợi đặc biệt là tính mạng của người dân, nhà cửa, trạm xá bị hưhỏng, sụp đổ

Huyện Đức Phổ thuộc vùng mưa ít nhất của tỉnh Quảng Ngãi, nằm ở phíađông dọc theo dải đồng bằng ven biển, có tổng lượng mưa dưới 1.650mm Lượngmưa trong năm tập trung chủ yếu từ tháng 8 đến 12, chiếm 70 - 80% tổng lượngmưa năm Mưa chỉ tập trung cao vào 3 - 4 tháng cuối năm nên dễ gây lũ lụt, ngậpúng Có đợt mưa liên tục 5 - 7 ngày liền, kèm theo thời tiết giá lạnh, gió bấc, gâynhiều ách tắc cho sản xuất và sinh hoạt

Theo thiết kế công trình hồ chứa nước Cây Khế được phê duyệt vào nhữngnăm 80 của thế kỷ trước, lưu lượng lũ thiết kế QTK(P=1,5%) = 120,98m3/s, côngtrình có tràn xả lũ là tràn tự do có kết cấu đá xây kết hợp bê tông, cao trình đỉnh tràn

là +152.36m, lưu lượng xả lũ tối đa Qmax =94,05 m³/s Hồ có cao trình mực nướcdâng bình thường +152.36m, mực nước chết +146.33m, dung tích hồ chứa ~0,6triệu khối Đây là công trình cấp III theo QCVN 04-05:2012/BNNPTNT

Hiện nay, tại khu vực hồ Cây Khế chưa có 1 công trình dự báo lũ nào đáng tincậy để có thể làm cơ sở vận hành công trình Thực tế khi lũ về, lưu lượng lũ khi đạtđến cao trình +152.36m sẽ tràn qua tràn tự do có chiều rộng Btràn = 26,8m Do vốnđầu tư để duy tu, sửa chữa thường xuyên còn nhiều hạn chế; công tác quản lý, khaithác và bảo vệ còn tồn tại; diễn biến mưa lũ xảy ra với tần suất và cường độ ngàycàng cao làm cho công trình xuống cấp nghiêm trọng, không duy trì được năng lựcthiết kế.

Diện tích lưu vực hồ Cây Khế tuy không lớn (3,45km2) nhưng vùng hạ du làhơn 65ha đất canh tác kết hợp với đất ở của nhân dân xã Phổ Thạnh, trong khi đótrên lưu vực của hồ chứa Cây Khế chưa có một công nghệ dự báo và tính toán lũnào có cơ sở khoa học, nên việc tính toán, cấp nhật dòng chảy lũ đến hồ và xâydựng mô hình tính toán điều tiết vận hành hồ chứa Cây Khế xét đến ảnh hưởng củaBĐKH là rất cần thiết

1.3 VẤN ĐỀ LUẬN VĂN GIẢI QUYẾT

Luận văn này sẽ cập nhật số liệu mưa, sử dụng chuỗi số liệu mưa từ năm1978-2016, tính toán cập nhật dòng chảy lũ đến hồ chứa thủy lợi Cây Khế ứng vớicác kịch bản lũ Từ các kịch bản nền, tôi sẽ sử dụng kịch bản biến đổi khí hậu, nướcbiển dâng cho Việt Nam (MONRE,2016) để mô phỏng đường quá trình lũ về hồ khixét đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

Trên cơ sở kết quả dự báo thử nghiệm, luận văn mô phỏng quá trình điều tiếtcủa hồ chứa Cây Khế ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu nhằm nâng cao hiệuquả trong công tác vận hành cho đơn vị quản lý

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ DÒNG CHẢY HỒ CHỨA NƯỚC

Lưu vực Hồ chứa nước Cây Khế nằm ở khu

ở 14°39’19” - 14°39’25” vĩ độ bắc;

109°02’15”

tích tự nhiên toàn lưu vực khoảng 3,45 km2 nằm

tỉnh Quảng Ngãi

vực Nam Trung Bộ Tọa độ địa lý

- 109°02’20” kinh độ đông Diệntrên địa phận của huyện Đức Phổ,

2.1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo khu vực công trình

Địa hình khu vực đầu mối công trình Hồ chứa nước Cây Khế có xu hướngnghiêng về phía Đông và Đông Nam Phía Tây và Tây Bắc vùng ngập lòng hồ, phíaĐông Bắc của lòng hồ càng về thượng lưu là đồi núi dốc hơn Phía Nam, Đông Nam

là thung lũng tương đối bằng phẳng, vùng chuyên canh cây lúa nước thuộc huyệnĐức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi

Địa hình khu vực chạy theo hướng Tây- Đông-Đông Nam, cao ở phía Tây vàthấp dần về phía Đông Cao độ địa hình thay đổi từ cao độ +165.0m về +125.0m vàcàng thấp dần về phía biển Khu vực xây dựng công trình có 2 dạng địa mạo rõ rệt,

01 dạng địa mạo bào trụi bóc mòn, địa hình khá dốc, phân bố ở khu vực sườn đồi;

01 dạng địa mạo bồi tích – tích tụ, địa hình khá bằng phẳng, phân bố ở khu vực lòngsuối, ruộng lúa Sản phẩm của các dạng địa mạo trên đặc trưng bởi lớp đất dính lẫnsỏi sạn, bề dày khá lớn, thế nằm ngang, ổn định Dưới chúng là nền đá gốc cứngchắc

Hình 2.1- Hiện trạng vùng lòng hồ

2.1.3 Điều kiện địa chất và thảm phủ thực vật

2.1.3.1 Điều kiện địa chất

- Trầm tích đệ tứ không phân chia chứa nước kém, nghèo nước Nguồn cungcấp cho hệ thống thủy lực ngầm là nước mưa và nước từ các dòng chảy bắt nguồn

từ các dãy núi cao Động thái biến đổi theo mùa, vào mùa nắng thường khô cạn

- Các thành tạo chứa nước trong các trầm tích bở rời ven sông suối và vùnghưởng lợi, diện phân bố rộng dọc theo thung lũng các suối lớn, nhỏ trong vùng.Thành phần tích tụ thềm bãi bồi cao, bãi bồi ven suối thường là cát cuội sỏi, cát sét,

- Nguồn cung cấp chủ yếu cho nước dưới đất là nước mưa, suối ngoài ra cònđược cung cấp bởi các tầng chứa nước nằm trên, chúng có quan hệ thủy lực kháchặt chẽ với nước mặt

- Các hoạt động địa chất động lực tự nhiên bất lợi: Vùng lòng hồ đơn giảnmức độ hoạt động địa chất vật lý thấp Biểu hiện đặc trưng đáng chú ý nhất là hiệntượng phong hoá phát triển mạnh trên các thành tạo đá granit lớp vỏ phong hóamỏng

2.1.3.2 Về thảm phủ thực vật

Thảm thực vật trên lưu vực chủ yếu là cây lâm nghiệp và cây công nghiệp dàingày như: keo, bạch đàn; cây cối phát triển tương đối tốt

2.2 ĐẶC ĐIỂM THỦY VĂN

Do những đặc điểm khí hậu, chế độ thủy văn vùng dự án chia làm hai mùa rõrệt: mùa lũ và mùa kiệt Lượng dòng chảy mùa lũ chiếm đến (70-80)% tổng lượngdòng chảy năm

Các suối trong vùng đều có đặc điểm chung là nhỏ , ngắn và khá dốc nên khảnăng điều tiết của lưu vực rất kém Dòng chảy về mùa lũ rất lớn, nhưng về mùa khôhầu như không có nước

2.3 ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU LƯU VỰC

từ tháng 8 đến tháng 12, từ tháng 01 đến tháng 7 là mùa khô ít mưa gây tình trạngthiếu nước nghiêm trọng

Công trình thủy lợi hồ chứa nước Cây Khế có lưu vực của hồ chứa nằm ở phíaĐông Trường Sơn sự tác động mạnh mẽ của các nhiễu động thời tiết từ biển Đôngvào và kết hợp với gió mùa Đông Bắc Hàng năm từ tháng IX đến tháng XII các cơnbão muộn từ biển Đông đổ bộ vào đất liền, gặp dãy Trường Sơn bão bị suy yếu tạothành vùng áp thấp nhiệt đới kết hợp với gió mùa Đông Bắc gây mưa lớn Về mùaĐông do gió mùa Đông Bắc kết hợp bão muộn từ biển Đông hoạt động mang hơi

ẩm từ biển Đông vào nên vẫn có mưa nhưng với lượng mưa không nhiều Khu

tưới của hồ chứa nằm ở phía Đông, chủ yếu thuộc xã Phổ Thạnh, huyện Đức Phổ.

Hồ chứa cấp nước chủ yếu cho vùng trồng lúa nước và hoa màu

2.3.2 Chế độ nhiệt độ

Khí hậu vùng dự án là vùng nhiệt đới gió mùa, nền nhiệt độ lớn

(Ttb=25,3oC), nắng nhiều (tổng số giờ nắng trong năm lên tới 23 giờ), thuận lợi cho

sự sinh trưởng của cây trồng Lượng mưa trung bình năm khoảng 1.886,0mm và

chia thành hai mùa rõ rệt :

Mùa mưa : thường từ tháng 8 đến tháng 12

Mùa khô : thường từ tháng 1 đến tháng 7

Mùa khô kéo dài và gần trùng với thời vụ canh tác sản xuất nông nghiệp nên

đã gây nhiều khó khăn cho sản xuất nông nghiệp cũng như sinh hoạt

Mùa mưa tập trung trong bốn tháng cuối năm, lượng mưa chiếm gần 80%

tổng lượng mưa năm Mùa mưa ở khu vực này trùng với mùa hoạt động của bão, áp

thấp nhiệt đới, gió mùa Đông Bắc Khi có sự tổ hợp của các hình thái thời tiết

thường gây mưa với cường độ lớn, gây lũ lớn trên diện rộng, phá hoại mùa màng và

tài sản, ảnh hưởng nghiêm trọng tới đời sống và sinh hoạt của nhân dân trong khu

vực

2.3.3 Chế độ ẩm

Độ ẩm tương đối cao vào mùa đông và thấp vào mùa hạ Độ ẩm cực đại

thường xảy ra vào tháng XI và XII, độ ẩm thấp nhất xảy ra tháng VII, VIII

Độ ẩm trung bình nhiều năm

Quảng Ngãi là một trong những tỉnh có số giờ nắng thuộc diện trung bình cao

của khu vực, tổng số giờ nắng hàng năm vùng đồng bằng đạt trung bình khoảng

2300 giờ Vùng miền núi và trung du đạt trung bình khoảng 2000 giờ

Bảng 2.2 Số giờ nắng bình quân theo tháng khu vực hồ Cây Khế

Tháng

Số giờnắng/ngày

2.3.5 Chế độ mưa

2.3.5.1 Mưa năm

Để tính lượng mưa năm cho lưu vực suối, chúng tôi dùng tài liệu đo mưa tạitrạm Đức Phổ

Mưa năm tại Đức Phổ Xo = 1.886,0mm, Cv = 0,40, Cs = 0,53

Mưa năm theo tần suất:

Bảng 2.3 Mưa năm theo tần suất trạm Đức Phổ

Tên trạm

Đức Phổ

2.3.5.2 Mưa lũ

Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 8 đến tháng 12 hàng năm; Mùa khô thường

từ tháng 1 đến tháng 7 Để tính mưa lũ cho lưu vực Chúng tôi chọn trong các tháng

từ (812) mỗi năm tại trạm Đức Phổ một ngày mưa lớn nhất

Lượng mưa ngày max theo tần suất :

Bảng 2.4 Mưa ngày lớn nhất theo tần suất trạm Đức Phổ

đổ bộ vào Việt Nam, đặc biệt trong những năm gần đây tần suất xuất hiện càngnhiều, như năm 2013 số là 9 cơn.

Bão và ATNĐ ảnh hưởng đến Miền Trung nhiều nhất vào tháng IX, X, tuynhiên có nhiều năm lũ xảy ra từ tháng IX và kéo dài sang tháng I năm sau Điều nàychứng tỏ lũ lụt ở khu vực Quảng Ngãi có biến động khá mạnh mẽ Trong nhữngnăm gần đây lũ lụt xảy ra ngày một thường xuyên hơn, bất bình thường hơn vớinhững trận lũ lụt rất lớn và gây hậu quả vô cùng nặng nề như các trận lũ vào cácnăm 1999, 2009, 2013, 2016, …

Vào các tháng V, VI nếu có mưa tiểu mãn sẽ gây ra lũ tiểu mãn với trị số đãquan trắc lớn nhất đạt 1.690m3/s tại trạm Sơn Giang vào ngày 18/5/1986

Do đặc điểm địa hình các sông miền Trung ngắn, dốc, thời gian duy trì cáctrận lũ thường chỉ 3 - 5 ngày Lũ có biên độ lũ cao, cường suất nước lũ lớn, thờigian lũ lên ngắn, dạng lũ nhọn Đặc điểm này là do cường độ mưa lớn, tập trungnhiều đợt, tâm mưa nằm ở trung hạ du các lưu vực sông, độ dốc sông lớn, nước tậptrung nhanh

Tổng lượng lũ 1 ngày lớn nhất chiếm tới 30-35% tổng lượng của toàn trận lũ

Lũ lớn nhất hàng năm tập trung xuất hiện vào 2 tháng X, XI với số trận lũ xuất hiệntrong 2 tháng này chiếm (81-88)% tổng số các trận lũ lớn nhất năm trên dòng chính

và phần lớn các sông, suối nhánh

Bảng 2.5 Đặc trưng lũ tại một số vị trí lân cận vùng nghiên cứu

(Nguồn: Quy hoạch phòng, chống lũ và chỉnh trị sông Trà Câu đến

năm 2025, định hướng đến năm 2030)

Trạm

Sông Vệ

Trà Câu

2.5.1 Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu Trái Đất là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển,

thuỷ quyển, sinh quyển, thạch quyển hiện tại và trong tương lai bởi các nguyên nhân

tự nhiên và nhân tạo trong một giai đoạn nhất định từ tính bằng thập kỷ hay hàng

triệu năm Biến đổi khí hậu có thể do các quá trình tự nhiên và cũng có thể do tác

động của con người Biến đổi khí hậu gây ra những ảnh hưởng có hại đáng kể đến

thành phần, khả năng phục hồi hoặc sinh sản của các hệ sinh thái tự nhiên và được

quản lý hoặc đến hoạt động của các hệ thống kinh tế - xã hội, đến sức khỏe và phúc

lợi của con người

Nguyên nhân chính làm biến đổi khí hậu trái đất là do sự gia tăng các hoạt

động tạo ra các chất thải khí nhà kính, các hoạt động khai thác quá mức các bể hấp

thụ và bể chứa khí nhà kính như sinh khối, rừng, các hệ sinh thái biển, ven bờ và đấtliền khác

Theo kịch bản nước biển dâng toàn cầu (IPCC, 2016):

- Ứng với kịch bản RCP4.5, mực nước biển trung bình toàn cầu dâng 26cm(19cm ÷ 33cm) trong giai đoạn giữa thế kỷ; dâng 47m (32cm ÷ 63cm) trong giaiđoạn cuối thế kỷ; dâng 53cm (36cm ÷ 71cm) vào năm 2100

- Ứng với kịch bản RCP8.5, mực nước biển trung bình toàn cầu dâng 30cm(22cm ÷ 38cm) trong giai đoạn giữa thế kỷ; dâng 63cm (45cm ÷ 82cm) trong giaiđoạn cuối thế kỷ; dâng 74cm (52cm ÷ 98cm) vào năm 2100

Ở Việt Nam, trong thời gian qua, diễn biến của khí hậu cũng có những néttương đồng với tình hình chung trên thế giới BĐKH tác động tới tất cả các vùng,miền, các lĩnh vực về tài nguyên, môi trường và kinh tế – xã hội, nhưng trong đó tàinguyên nước, ngành nông nghiệp và phát triển nông thôn, y tế và các vùng ven biển

sẽ chịu tác động mạnh nhất

Việt Nam được xếp vào nhóm các quốc gia thiếu nước với tổng bình quân đầungười cả nước mặt và nước ngầm trên phạm vi lãnh thổ là 4.400 m3/người/năm (sovới bình quân thế giới là 7.400 m3/người, năm) Trong khai thác, sử dụng tài nguyênnước, Việt Nam có nhiều yếu tố không bền vững

Trong những năm gần đây bão, lũ lụt ở nước ta có chiều hướng gia tăng vàbiến động rất thất thường Một trong những nguyên nhân chính của hiện tượngnày đã được các nhà khoa học chỉ ra là do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu Theobáo cáo của Liên hiệp quốc UNDP, biến đổi khí hậu sẽ làm cho 22 triệu ngườikhông có nhà ở, lũ lụt và hạn hán sẽ diễn ra nhiều hơn ở một số vùng Đông Nam

Á Việt Nam có hai vùng bị ảnh hưởng nặng nhất đó là đồng bằng sông Hồng và

đồng bằng sông Cửu Long

Nước biển dâng cũng là một trong những hiện tượng điển hình của BĐKH ởViệt Nam Số liệu của trạm quốc gia Hòn Dấu ghi nhận được trong vòng 50 nămmực nước biển dâng khoảng 20 cm Mực nước biển quan trắc tại các trạm hải vănđạt 2,45 mm/năm và 3,34 mm/năm tương ứng trong các giai đoạn 1960-2014 và1993-2014 Dữ liệu vệ tinh cho thấy mực nước biển đã tăng lên 3,5 mm/năm (± 0,7mm) vào năm 2014 so với năm 1993

Với địa hình đa dạng, đường bờ biển dài và các đồng bằng sông rộng lớn, hoạtđộng nông nghiệp Việt Nam đang chịu ảnh hưởng lớn từ những thay đổi của khíhậu cùng các thảm họa tự nhiên như bão, lụt, hạn hán.

2.5.2 Lựa chọn các kịch bản BĐKH để tính toán khả năng tháo lũ hồ chứa thủy lợi Cây Khế

Là một trong những nước chịu tác động nặng nề nhất của biến đổi khí hậu,Việt Nam coi ứng phó với biến đổi khí hậu là vấn đề có ý nghĩa sống còn Năm

2016, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã công bố Kịch bản biến đổi khí hậu và nướcbiển dâng cho Việt Nam được cập nhật theo lộ trình đã được xác định trong Chiếnlược quốc gia về biến đổi khí hậu, nhằm cung cấp những thông tin mới nhất về diễnbiến, xu thế biến đổi của khí hậu và nước biển dâng trong thời gian qua và kịch bảnbiến đổi khí hậu và nước biển dâng trong thế kỷ 21 ở Việt Nam

Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng được xây dựng trên cơ sở Báocáo đánh giá lần thứ 5 (AR5) của Ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC); sốliệu quan trắc khí tượng thủy văn và mực nước biển cập nhật đến năm 2014, bản đồ

số địa hình quốc gia cập nhật đến năm 2016; xu thế biến đổi gần đây của khí hậu vànước biển dâng ở Việt Nam; các mô hình khí hậu toàn cầu và mô hình khí hậu khuvực độ phân giải cao cho khu vực Việt Nam, các mô hình khí quyển - đại dương;các nghiên cứu của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Hộiđồng tư vấn của Ủy ban Quốc gia về Biến đổi khí hậu và các cơ quan nghiên cứucủa Việt Nam; các kết quả nghiên cứu trong khuôn khổ hợp tác giữa Viện Khoa họcKhí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu với Cơ quan Phát triển Liên Hợp Quốcthông qua các dự án CBCC, CBICS; Cơ quan Nghiên cứu Khoa học và Côngnghiệp Liên bang Úc; Trung tâm Nghiên cứu Khí hậu Bjerknes của Na Uy; Cơ quanKhí tượng Vương quốc Anh; Viện Nghiên cứu Khí tượng Nhật Bản,…

Kịch bản biến đổi khí hậu xét đến sự biến đổi trong thế kỷ 21 của các yếu tốkhí hậu như nhiệt độ (nhiệt độ trung bình năm, mùa và nhiệt độ cực trị), lượng mưa(mưa năm, mưa trong các mùa, mưa cực trị) và một số hiện tượng khí hậu cực đoan(bão và áp thấp nhiệt đới, số ngày rét đậm, rét hại, số ngày nắng nóng và hạn hán).Trong đề tài này, để đánh giá sự ảnh hưởng của BĐKH đến dòng chảy, tôi sửdụng mức thay đổi (%) lượng mưa theo mùa của khu vực Quảng Ngãi so với thời kỳ1980-1999 với các mốc thời gian 2050, 2100 theo kịch bản như sau:

Bảng 2.8 Mức thay đổi (%) lượng mưa theo mùa khu vực Quảng Ngãi với

các mốc thời gian của thế kỉ 21.

Vì mùa mưa thường tập trung vào giai đoạn tháng 9 đến tháng 12, trong đó

chủ yếu tập trung vào 2 tháng 10 và 11 nên luận văn dựa vào số liệu trên (cụ thể vận dụng vào mùa thu) để tính toán lại giá trị mưa ngày max theo từng thời đoạn 2050

và 2100, từ đó mô phỏng đường quá trình lũ đến hồ chứa nước Cây Khế để phục vụtính toán điều tiết với 06 loại kịch bản sau:

+ Kịch bản nền: (02 kịch bản)

Là kịch bản mô phỏng quá trình điều tiết của hồ Cây Khế khi xảy ra các trận lũthiết kế, lũ kiểm tra sau khi đã cập nhật dòng chảy đến hồ Cây Khế Nhằm đánh giákhả năng tháo lũ của hồ Cây Khế khi cập nhật dòng chảy lũ

+ Kịch bản BĐKH: (04 kịch bản)

Là kịch bản mô phỏng quá trình điều tiết của hồ Cây khế khi xảy ra các trận lũthiết kế, lũ kiểm tra vào những năm 2050 và 2100 Nhằm đánh giá khả năng tháo lũqua tràn của hồ Cây Khế trước ảnh hưởng của BĐKH

2.5.3 Thông số kỹ thuật hồ chứa nước Cây Khế

Bảng 2.9 Các thông số kỹ thuật hồ chứa Cây Khế.

1 Thủy văn

Diện tích lưu vực

Diện tích khu tưới

Cao trình ngưỡng cửa vào

Cao trình ngưỡng cửa ra

Kết cấu cống

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LŨ ĐẾN HỒ VÀ MÔ HÌNH VẬN

HÀNH ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA HEC-RESSIM

3.1 TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LŨ

3.1.1 Cơ sở lý thuyết về công thức tính lũ

Hiện nay có 4 phương pháp tính lũ thiết kế: Phương pháp thống kê xác suất,phương pháp công thức kinh nghiệm, phương pháp lưu vực tương tự và phươngpháp mô hình toán Tuy nhiên, phương pháp thống kê xác xuất và phương pháp lưuvực tương tự chỉ áp dụng được trong trường hợp có số liệu qua trắc tương đối đầy

đủ, còn riêng đối với các trường hợp không có đầy đủ tài liệu đo đạc thủy văn,phương pháp tính toán lũ thiết kế được phát triển dựa theo hai hướng chính làphương pháp mô hình toán và phương pháp xây dựng các công thức tính kinhnghiệm

a Phương pháp mô hình toán

Phương pháp mô hình toán là phương pháp sử dụng các mô hình toán thuỷvăn, thuỷ lực để tính toán các đặc trưng lũ thiết kế Sử dụng các mô hình toán có thểxác định cả quá trình lũ thiết kế mà không phải tính riêng các đặc trưng lũ nhưphương pháp đã trình bày ở trên

Hiện nay, các mô hình toán thuỷ văn phát triển rất mạnh và ngày càng hoànthiện Những mô hình ứng dụng trong tính lũ thiết kế bao gồm các mô hình đườngđơn vị (đường đơn vị tổng hợp của Sneyde, đường đơn vị SCS, mô hình NAM ) vàcác mô hình hệ thống (HEC1, HEC-HMS, HEC-RESSIM )

b Phương pháp xây dựng các công thức tính lũ thiết kế

Thực ra các công thức tính lũ hiện nay chỉ được xây dựng theo đặc trưng đỉnh

lũ Các đặc trưng còn lại (tổng lượng lũ và đường quá trình lũ) được xác định theocác phương pháp riêng và khá đơn giản Do dòng chảy lũ là hiện tượng phức tạp vềnguyên nhân hình thành, về số lượng các trận lũ trong năm, tính biến động củachuỗi thống kê các đặc trưng lũ nên khi nghiên cứu tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết

kế cũng cần phải xem xét các vấn đề khác như: chọn mẫu; xử lý lũ đặc biệt lớn,dạng đường tần suất và hệ số an toàn lũ