Luận văn Mô phỏng các kịch bản điều tiết hệ thống hồ chứa lưu vực sông Ba - Dương Thị Thanh Hương

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Dương Thị Thanh Hương MÔ PHỎNG CÁC KỊCH BẢN ĐIỀU TIẾT HỆ THỐNG HỒ CHỨA LƯU VỰC SÔNG BA LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2010 2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Dương Thị Thanh Hương MÔ PHỎNG CÁC KỊCH BẢN ĐIỀU TIẾT HỆ THỐNG HỒ CHỨA LƯU VỰC SÔNG BA Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 60.44.90 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỚI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN TIỀN GIANG Hà Nội - 2010 3 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sỹ khoa học: “Mô phỏng các kịch bản điều tiết hệ thống hồ chứa lưu vực sông Ba” hoàn thành tại Khoa Khí tượng - Thủy văn - Hải Dương học thuộc trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội vào tháng 12 năm 2010, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của TS. Nguyễn Tiền Giang. Tác giả xin bầy tỏ sự cảm ơn chân thành tới TS. Nguyễn Tiền Giang đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu luận văn. Tác giả xin bầ y tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy, Cô giáo Khoa Khí tượng - Thủy văn - Hải Dương học đã giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp quý báu của PGS.TS. Nguyễn Hữu Khải, chủ nhiệm Đề tài KC 08-30. Tác giả cũng xin cám ơn PGS.TS. Hoàng Văn Lai cùng các đồng nghiệp tại Phòng Thủy Tin học, Thủy Khí Công nghiệp và Môi trường Lục địa, Viện Cơ học đã giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn. Trong khuôn khổ luận văn, do thời gian và điều kiện hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ phía độc giả và những người quan tâm. TÁC GIẢ 4 MỤC LỤC Danh mục chữ viết tắt………………………………….. 1 Danh mục bảng biểu…………………………………….. 1 Danh mục hình vẽ……………………………………….. 1 Mở đầu…………………………………………………… 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN…………………………………………… 5 1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về điều tiết liên hồ phục vụ phòng chống lũ………………………... 5 1.1.1 Các nghiên cứu ở ngoài nước……………………………. 5 1.1.2 Các nghiên cứu ở trong nước……………………………. 9 1.2 Một số mô hình mô phỏng điều tiết hồ chứa đã và đang được nghiên cứu phát triển và ứng dụng trong thực tế …………………………….……………………... 11 1.3 Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế xã hội của lưu vực sông Ba…………………………………………………… 11 1.3.1 Vị trí địa lý và mạng lưới sông suối……………………… 11 1.3.2 Mạng lưới trạm đo khí tượng thuỷ văn…………………… 14 1.3.3 Đặc điểm khí hậu………………………………………… 17 1.3.4 Đặc điểm thủy văn……………………………………….. 19 1.3.5 Hệ thống hồ chứa trên sông Ba………………………….. 27 1.3.6 Đặc điểm dân sinh kinh tế……………………………. 30 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐIỀU TIẾT HỆ THỐNG HỒ CHỨA LƯU VỰC SÔNG BA………………………………………………... 32 2.1 Giới thiệu chung về mô hình……………………………. 32 5 2.2 Mô đun tính lưu lượng đầu vào và gia nhập khu giữa 32 2.3 Mô đun vận hành hệ thống chứa……………………….. 34 2.4 Mô đun thủy lực hay mô hình diễn toán lũ…………..... 35 2.5 Khả năng và yêu cầu dữ liệu của mô hình…………….. 38 CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA CỦA LƯU VỰC SÔNG BA……………………………… 40 3.1 Các kịch bản lũ.................................................................... 40 3.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình……………………….. 42 3.2.1 Xử lý số liệu trong mô hình Marine……………………….. 42 3.2.2 Xử lý số liệu trong mô hình điều hành hồ chứa…………… 50 3.2.3 Xử lý số liệu trong mô hình diễn toán lũ Muskingum…….. 50 3.2.4 Kết quả kịch bản không hồ năm 1986, 1988………………. 51 3.3 Kịch bản điều tiết đơn hồ................................................... 55 3.4 Kịch bản điều tiết liên hồ theo quy trình mới................... 61 3.5 Kết luận............................................................................... 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................. 70 PHỤ LỤC............................................................................. 72 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MNDBT Mực nước dâng bình thường MNC Mực nước chết MNGC Mực nước gia cường 6 MN kiểm tra Mực nước kiểm tra Vtb Dung tích toàn bộ Vhi Dung tích hữu ích Nlm Công suất lắp máy DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các trạm khí tượng trong và lân cận lưu vực sông Ba 14 Bảng 1.2 Các trạm đo mưa trong và lân cận lưu vực sông Ba 15 Bảng 1.3 Khả năng xuất hiện lũ lớn nhất năm tại một số trạm (%) 22 Bảng 1.4 Thông số cơ bản các hồ trên lưu vực sông Ba 29 Bảng 3.1 Mực nước hồ cao nhất ở đầu các tháng trong mùa lũ 59 Bảng 3.2 Cao trình mực nước khống chế ở các hồ trong mùa lũ 61 Bảng 3.3 Cao trình mực nước đón lũ của các hồ 62 Bảng 3.4 Ngưỡng cắt lũ cho 3 hồ 63 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Biểu diễn dưới dạng đồ thị của diễn toán hồ chứa 6 Hình 1.2 Sơ đồ vị trí địa lý lưu vực sông Ba 12 Hình 1.3 Mạng lưới trạm KTTV lưu vực sông Ba 16 Hình 1.4 Vùng ngập thung lũng Ayun Pa – Cheo Reo – Phú Túc 24 Hình 1.5 Ảnh chụp RADA ngập lụt hạ lưu sông Ba ngày 5/10/2009 26 Hình 1.6 Vị trí các hồ chứa trên lưu vực sông Ba 28 Hình 3.1 Sơ đồ tính toán hồ chứa 41 Hình 3.2 Sơ đồ phân chia lưu vực sông Ba sử dụng trong mô hình MARINE 42 Hình 3.3 Sơ đồ phân chia lưu vực theo phương pháp đa giác Thiessen 43 Hình 3.4 Sơ đồ hiện trạng sử dụng đất của lưu vực sông Ba 44 Hình 3.5 Kết quả kiểm tra bài toán mẫu cho lưu vực 1 46 Hình 3.6 Lưu vực 1 46 Hình 3.7 Kết quả kiểm tra bài toán mẫu cho lưu vực 2 47 7 Hình 3.8 Lưu vực 2 48 Hình 3.9 Kết quả kiểm tra bài toán mẫu cho lưu vực 3 49 Hình 3.10 Lưu vực 3 49 Hình 3.11 Mô hình hóa sông Ba trong Muskingum 50 Hình 3.12 Đường quá trình lưu lượng đến hồ Ayun Hạ năm 1986 51 Hình 3.13 Đường quá trình lưu lượng đến hồ sông Hinh năm 1986 52 Hình 3.14 Đường quá trình lưu lượng tại Củng Sơn năm 1986 52 Hình 3.15 Đường quá trình lưu lượng đến hồ Ayun Hạ năm 1988 53 Hình 3.16 Đường quá trình lưu lượng đến hồ sông Hinh năm 1988 53 Hình 3.17 Đường quá trình lưu lượng tại Củng Sơn năm 1988 54 Hình 3.18 Đường quá trình điều tiết hồ Ayun Hạ năm 2009 theo qui trình đơn hồ 59 Hình 3.19 Đường quá trình điều tiết hồ sông Hinh năm 2009 theo qui trình đơn hồ 60 Hình 3.20 Đường quá trình điều tiết hồ Ba Hạ năm 2009 theo qui trình đơn hồ 61 Hình 3.21 Đường quá trình điều tiết hồ Ayun Hạ năm 2009 theo qui trình mới 64 Hình 3.22 Đường quá trình điều tiết hồ sông Hinh năm 2009 theo qui trình mới 65 Hình 3.23 Đường quá trình điều tiết hồ Ba Hạ năm 2009 theo qui trình mới 65 Hình 3.24 Đường quá trình lưu lượng Củng Sơn năm 2009 theo qui trình đơn hồ và liên hồ 66 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, hàng loạt các hồ chứa thủy điện đã và đang được xây dựng trên thượng lưu các hệ thống sông khắp mọi vùng trong cả nước. Lưu vực sông Ba là một trong 9 lưu vực sông lớn nhất Việt Nam, có nguồn thủy năng khá 8 lớn, có nhiều vị trí thích hợp để xây dựng thủy điện vừa và lớn với công suất lắp máy khoảng 737 MW, điện lượng hàng năm khoảng 3,22 tỷ KW.h. Trên các hệ thống sông khác như hệ thống sông Đồng Nai, La Ngà, Vu Gia, Thu Bồn ..., ngoài các hồ chứa đang hoạt động như Trị An, Hàm Thuận – Đa Mi, Đa Nhim, các dự án xây dựng hàng chục các hồ chứa thuỷ điện khác như Đại Ninh, Đồng Nai 1, Đồng Nai 2, … đã được phê duyệt và sẽ đi vào hoạt động trong thời gian gần đây. Các hồ chứa nước nói chung thường được thiết kế để đảm nhiệm nhiều mục tiêu khác nhau trong đó có 3 mục tiêu chính là phát điện, cấp nước và chống lũ. Tuy nhiên, các mục tiêu này thường mâu thuẫn với nhau trong vấn đề sử dụng dung tích nước của hồ chứa. Yêu cầu cấp nước nhiều sẽ ảnh hưởng đến sản lượng điện, dung tích chống lũ lớn sẽ ảnh hưởng đến công suất phát điện và khả năng tích nước đầy hồ để phục vụ cấp nước và sản xuất điện trong mùa khô. Vấn đề điều hành hiệu quả hệ thống hồ chứa, giải quyết các mâu thuẫn kể trên là một nhu cầu mới đặt ra ở trong nước. Mục tiêu của việc điều hành hệ thống hồ chứa là nâng cao hiệu quả chống lũ và hiệu quả kinh tế (phát điện và cấp nước) không phải chỉ cho các hồ riêng biệt mà cho tất cả các hồ chứa trong hệ thống. Các hồ chứa trên hệ thống sông Ba là có tầm quan trọng đặc biệt đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của vùng Tây Nguyên. Hiện nay hệ thống hồ chứa này bao gồm các hồ chứa lớn: hồ An Khê Kanak, IaYun hạ, Krô ng H’Năng, Sông Ba Hạ, Sông Hinh. Hai hồ An Khê – Kanak và Krông H’Năng mới được đưa vào vận hành tháng 9 năm 2010. Trước đây việc vận hành hệ thống hồ chứa trong các điều kiện cụ thể (dựa vào dự báo KTTV) và được thực hiện theo các quy trình vận hành của các hồ riêng biệt. Mới đây nhất, việc điều hành các hồ chứa tuân thủ theo “Quyết định Về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa các hồ: Sông Ba Hạ, Sông Hinh, Krông H’Năng, Ayun Hạ và An Khê – Ka Nak trong mùa lũ hàng năm” đã được Thủ tướng phê duyệt số 1757/QĐ-TTg, ngày 23 tháng 09 năm 2010. Tuy nhiên các công cụ mô phỏng, tính toán phục vụ việc xây dựng quy trình này chưa được công bố rộng rãi dưới dạng các ấn phẩm khoa học. 9 Việc thiết lập cơ sở khoa học, hay nói cách khác là tìm ra các bước xây dựng quy trình điều tiết liên hồ cùng với các công cụ tính toán kèm theo một cách khoa học là việc làm cần thiết nhằm đưa ra một quy trình điều tiết liên hồ có cơ sở khoa học chặt chẽ, hy vọng mang lại hiệu quả cả về mặt kinh tế và xã hội. Do vậy, đề tài “Mô phỏng các kịch bản điều tiết hệ thống hồ chứa lưu vực sông Ba” được hình thành từ giữa năm 2010 với mục tiêu là: -Tìm hiểu về các nghiên cứu đã có liên quan đến xây dựng các quy trình vận hành đơn hồ và hệ thống hồ chứa trong mùa lũ. - Tìm hiểu , thử nghiệm khả năng một bộ mô hình mô phỏng dùng cho xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa phục vụ phòng chống lũ cho hạ du lưu vực sông Ba trong mùa lũ. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Theo nhận định của ủy ban Đê đập Thế giới (World Commision on Dams 2000 [1]), nhiều hệ thống đê đập lớn trên thế giới đã hoạt động không đảm bảo 10 được các lợi ích kinh tế-xã hội như mục tiêu thiết kế đề ra. Điều đó có thể do những sơ xuất trong thiết kế, xây dựng, có thể do những nhu cầu sử dụng mới xuất hiện và có thể do những vấn đề điều hành hệ thống hay do những thay đổi khí hậu toàn cầu... Để phát huy tối đa lợi ích của các hồ chứa, các nghiên cứu cần tập trung vào vấn đề nâng cao hiệu quả điều hành của các hồ chứa. Các mục tiêu kinh tế xã hội của hệ thống hồ chứa như chống lũ, phát điện, cấp nước, cảnh quan môi trường, du lịch,... thường là những mục tiêu trái ngược nhau về nhu cầu sử dụng lượng nước có sẵn trong hệ thống hồ. Điều đó dẫn đến một bài toán hết sức phức tạp, các công cụ toán học và các mô hình trên máy tính được sử dụng để nghiên cứu vấn đề đặt ra. 1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về điều tiết liên hồ phục vụ phòng chống lũ. 1.1.1 Các nghiên cứu ở ngoài nước 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 này được nhiều nhà khoa học quan tâm như Kritski -Menkel, Xvanhidze, Pleskov, Gugly, Potapov, Matiski, Ratkovich. Họ đã nghiên cứu các phương pháp điều tiết cho các mục đích khác nhau. Phương trình cân bằng nước có thể được áp dụng cho bất kỳ thời khoảng tính toán nào. a-. Phương pháp diễn toán hồ chứa Việc diễn toán dòng chảy (trong đó có sóng lũ) qua một hồ chứa được gọi là diễn toán hồ chứa. Đó là một phần quan trọng của phân tích hồ chứa mà những ứng dụng chính của nó là: xác định mực nước lớn nhất trong thời kỳ thiết kế hồ chứa, thiết kế các công trình xả tràn, cửa xả nước và phân tích sóng lũ vỡ đập. Một hồ chứa có thể hoặc được kiểm soát hoặc không được kiểm soát. Hồ chứa được kiểm soát có công trình xả tràn với các cửa cống để kiểm soát dòng chảy ra. Công trình xả tràn của một hồ chứa không kiểm soát không có cửa cống. 11 Hình 1.1: Biểu diễn dưới dạng đồ thị của diễn toán hồ chứa 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 các đặc tính của công trình xả nước. Một vài phương pháp diễn toán sóng lũ qua hồ chứa đã được xây dựng, dẫn ra trong bảng sau: Phương pháp đường cong lũy tích, Phương pháp Puls, Phương pháp Puls cải tiến, Phương pháp Wisler-Brater, Phương pháp Goodrich, Phương pháp Steinberg, Phương pháp hệ số. b. Phương pháp tối ưu hoá Kỹ thuật tối ưu hoá 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 và nnk (1981) đã minh họa áp dụng LP, quy hoạch phi tuyến NLP và DP cho tài nguyên 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 xây dựng quy tắc vận hành chung từ kết quả tối ưu hoá. Phương pháp mà ông đã dùng được gọi là “quy hoạch động (DP) Monte-Carlo”. Về cơ bản phương pháp của ông dùng 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 tích hồi quy để cố gắng xác định nhân tố ảnh hưởng đến chiến thuật tối ưu. Các kết Đầu vào Hệ thống Đầu ra 12 quả là một xấp xỉ tốt của quy trình tối ưu thực. Một mô hình quy hoạch để thiết kế hệ thống kiểm soát lũ hồ chứa đa mục tiêu đã được phát triển bởi Windsor (1975). Karamouz và Houck (1987) đã đề ra quy tắc vận hành chung khi sử dụng quy hoạch động (DP) và hồi quy (DPR). Mô hình DPR sử dụng hồi quy tuyến tính nhiều biến đã được Bhaskar và Whilach (1980) gợi ý. Một phương pháp khác xác định quy trình điều hành một hệ thống nhiều hồ chứa khác là quy hoạch động bất định (Stochastic Dynamic Programing – SDP). Phương pháp này yêu cầu mô tả rõ xác suất của dòng chảy đến và tổn thất. Phương pháp này được Butcher (1971), Louks và nnk (1981) và nhiều người khác sử dụng. Mô hình tối ưu hoá 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 quy trình điều hành hạn ngắn cho hồ chứa đa mục tiêu từ một mô hình tối ưu hoá với mục tiêu cực tiểu hoá tổn thất hạn ngắn. Nghiên cứu chỉ ra rằng khi có một sự đánh đổi giữa một đơn vị lượng trữ và một đơn vị lượng xả từ các giá trị đích tương ứng thì phép giải tối ưu hoá phụ thuộc vào dòng chảy tương lai bất định cũng như dạng hàm tổn thất. Áp dụng mô hình tối ưu hoá cho điều hành hồ chứa đa mục tiêu là khá khó khăn. Sự khó khăn trong áp dụng bao gồm phát triển mô hình, đào tạo nhân lực, giải bài toán, điều kiện thủy văn tương lai bất định, sự bất lực để xác định và lượng hóa tất cả các mục tiêu và mối tương tác giữa nhà phân tích với người sử dụng. Một phương pháp khác đang được sử dụng hiện nay để giải thích tính ngẫu nhiên của đầu vào là logic mờ. Lý thuyết tập mờ đã được Zadeth (1965) giới thiệu. Jairaj và Vedula (2000) đã áp dụng phương pháp này cho tối ưu hoá hệ thống liên hồ chứa. c. Phương pháp mô phỏng Vì không có khả năng để thí nghiệm với hồ chứa thực, mô hình mô phỏng toán học được phát triển và sử dụng trong nghiên cứu. Thí nghiệm có thể thực hiện bằng cách sử dụng các mô hình này để cung cấp những hiểu biết sâu về bài toán. Mô hình mô phỏng kết hợp với điều hành hồ chứa bao gồm tính toán cân bằng nước của đầu vào, đầu ra hồ chứa và biến đổi lượng trữ. Kỹ thuật mô phỏng đã cung cấp cầu nối 13 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), các khái niệm về mô phỏng là dễ hiểu và thân thiện hơn các khái niệm mô hình hoá khác. 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 khác của 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 tiêu phổ biến có sẵn có thể sử dụng để phân tích mối quan hệ quy họach, thiết kế và vận hành hồ chứa. Hầu hết các phần mềm có thể chạy trong máy vi tính cá nhân đang sử dụng rộng rãi hiện nay. Hơn nữa, ngay sau khi số liệu yêu cầu cho phần mềm thực hành đã được chuẩn bị, nó dễ dàng chuyển đổi cho nhau và do đó các kết quả của các thiết kế, quyết định điều hành, thiết kế lựa chọn khác nhau có thể được đánh giá nhanh chóng. Có lẽ một trong số các mô hình mô phỏng hệ thống hồ chứa phổ biến rộng rãi nhất là mô hình HEC-5, phát triển bởi Trung tâm kỹ thuật thủy văn Hoa Kỳ (Feldman 1981, Wurbs 1996). Một trong những mô hình mô phỏng nổi tiếng khác là mô hình Acres (Sigvaldson 1976), tổng hợp dòng chảy và điều tiết hồ chứa (SSARR) (USACE 1987), Mô phỏng hệ thống sóng tương tác (IRIS) (Loucks và nnk 1989). Gói phần mềm phân tích quyền lợi các hộ sử dụng nước (WRAP) (Wurbs và nnk, 1993). Lund và Ferriera (1996) đã nghiên cứu hệ thống hồ chứa sông Missouri và xây dựng mô hình mô phỏng trong đó nâng cấp kỹ thuật hồi quy cổ điển và sử dụng mô hình quy hoạch động. Jain và Goel (1996) đã giới thiệu một mô hình mô phỏng tổng quát cho điều hành cấp nước của hệ thống hồ chứa dựa trên các đường quy tắc điều phối. Mặc dù có sẵn một số các mô hình tổng quát, vẫn cần thiết phải phát triển các mô hình mô phỏng cho một (hệ thống) hồ chứa cụ thể vì mỗi hệ thống hồ chứa có những đặc điểm riêng. 14 1.1.2 Các nghiên cứu ở trong nước Ở Việt Nam các hồ chứa trên các hệ thống sông với nhiều mục đích khác nhau đã và đang được tiến hành xây dựng, như hệ thống hồ chứa trên sông Hồng, sông Ba, sông Sê San, sông Đồng Nai v.v.. Điển hình nhất là hệ thống hồ chứa trên hệ thống sông Hồng gồm các hồ chứa Sơn La, Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và tương lai có thêm hồ Lai Châu. Các hồ chứa này làm nhiệm vụ chính là cắt lũ vào mùa lũ, sau đó là phát điện, cung cấp nước mùa cạn, ngoài ra còn phục vụ giao thông, du lịch, nuôi trồng thuỷ sản v.v. a. Quy trình vận hành hồ chứa Quy trình điều hành chống lũ hồ chứa Hoà Bình được xây dựng khá chi tiết và liên tục được bổ sung hoàn chỉnh. Kinh nghiệm vận hành hồ chứa Hòa Bình để điều tiết lũ trong các năm qua cho thấy, nó đã góp phần giữ được mực nước Hà Nội không vượt quá 13,0m, bảo đảm an toàn cho Hà Nội. Nhiều công trình nghiên cứu về vận hành hồ chứa điều tiết lũ đã được tiến hành như quy trình vận hành hồ chứa Hoà Bình của Ban Chỉ đạo phòng chống lụt bão TW (1997), Quyết định 80/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ban hành “Quy trình vận hành l iên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm”, ban hành năm 2007. Ngày 11/6/2010, có thêm quyết định “ Sửa đổi, bổ sung Quy trình vận hành liên hồ chứa thủy điện Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm”, ban hành kèm theo Quyết định số 80/2007/QĐ -TTg ngày 01 tháng 6 năm 2007 của Thủ tướng Chính phủ, số 848/QĐ -TTg. Ngoài ra còn một loạt các nghiên cứu khác về vận hành hồ chứa Hoà Bình và hệ thống hồ chứa trên các lưu vực của Việt Nam. Công ty tư vấn Điện I (1991) đã nghiên cứu việc kết hợp phát điện, chống lũ hạ du và khai thác tổng hợp hồ chứa Hoà Bình. Viện Quy hoạch và Quản lý nước (1991) cũng nghiên cứu lập quy trình vận hành hồ chứa Hoà Bình phòng lũ và phát điện. Nguyễn Văn Tường (1996) nghiên cứu phương pháp đi ều hành hồ chứa Hoà Bình chống lũ hàng năm với việc xây dựng tập hàm vào bằng phương pháp Monte-Carlo. Trịnh Quang Hoà (1997) xây dựng công nghệ nhận dạng lũ thượng nguồn sông Hồng phục vụ điều hành hồ chứa Hoà Bình chống lũ hạ 15 du. Viện Quy hoạch Thuỷ lợi và Công ty Tư vấn Điện 1 (2000) đã nghiên cứu hiệu ích chống lũ và cấp nước hạ du của công trình hồ chứa Đại Thị (nay là Tuyên Quang) trên sông Gâm. Hoàng Minh Tuyển (2002) đã phân tích đánh giá vai trò của một số hồ chứa thượng nguồn sông Hồng cho phòng chống lũ hạ du. Lâm Hùng Sơn (2005) nghiên cứu cơ sở điều hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng, trong đó chú ý đến việc phân bổ dung tích và trình tự phối hợp cắt lũ của từng hồ chứa trong hệ thống để đảm bảo an toàn hồ chứa và hệ thống đê đồng bằng sông Hồng. Viện khoa học Thuỷ lợi (2006) đã thực hiện dự án xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa trên sông Đà và sông Lô đảm bảo an toàn chống lũ đồng bằng Bắc Bộ khi có các hồ chứa Thác Bà, Hoà Bình, Tuyên Quang. Trần Hồng Thái (2005) và Ngô Lê Long (2006) bước đầu áp dụng thuật tối ưu hoá trong vận hành hồ Hoà Bình phòng chống lũ và phát điện. Nguyễn Hữu Khải và Lê thị Huệ (2007) nghiên cứu áp dụng mô hình HEC-RESSIM cho điều tiết lũ của hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Hương, cho phép xác định trình t ự và thời gian vận hành hợp lý các hồ chứa bảo đảm kiểm soát lũ hạ lưu sông Hương (tại Kim Long và Phú ốc). b. Hệ thống công nghệ hỗ trợ vận hành Song song với quy trình điều hành thì công tác dự báo thuỷ văn phục vụ điều hành cũng được coi trọng. Trịnh Quang Hoà (1997) với công nghệ nhận dạng lũ thượng nguồn sông Hồng đã góp phần vào phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng rất hiệu quả. Tổng cục KTTV (1998) đã xây dựng một dự án trong dự án liên ngành hiện đại hoá hệ thống đo đạc và dự báo thuỷ văn trên sông Đà và sông Hồng trực tiếp phục vụ điều hành. Năm 2005 Trung tâm đã có văn bản về khả năng dự báo thuỷ văn gửi Hội đồng điều chỉnh quy trình vận hành hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình góp phần vào quyết định ban hành “Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm”, ban hành năm 2007 của Thủ tướng Chính phủ. Nguyễn Lan Châu (2005) đã nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ sông Đà phục vụ điều tiết hồ Hoà Bình trong công tác phòng chống lũ bằng tích hợp các mô hình thuỷ văn thuỷ lực và điều tiết hồ chứa. Trần Tân Tiến (2006) đã nghiên cứu liên kết mô hình RAMS dự báo mưa và mô hình sóng động 16 học một chiều dự báo lũ khu vực miền Trung. Vũ Minh Cát (2007) đã nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng-Thái Bình. Nguyễn Văn Hạnh (2007) đã xây dựng hệ thống thông tin phục vụ vận hành hồ chứa đa mục tiêu Tuyền Lâm-Đà Lạt-Lâm Đồng. Một Ban chỉ đạo vận hành các hồ chứa của hệ thống sông Hồng đã được thành lập trong đó phối hợp các hoạt động quan trắc, thông tin, dự báo, vận hành, ra quyết định để góp phần đảm bảo an toàn chống lũ cho đồng bằng sông Hồng - sông Thái Bình, qua mấy năm hoạt động đã cho những kết quả và những kinh nghiệm quý giá. Các nghiên cứu về mặt quy hoạch hệ thống hồ chứa lợi dụng tổng hợp cũng đã có nhiều tiến triển, nhằm đưa ra một mạng lưới và quy mô hồ chứa hợp lý, phát huy tối đa khả năng của nguồn nước trên mỗi lưu vực. 1.2 Một số mô hình mô phỏng điều tiết hồ chứa đã và đang được nghiên cứu phát triển và ứng dụng trong thực tế. Nhiều phần mềm vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa đã được xây dựng, tuy nhiên khả năng giải quyết các bài toán thực tế vẫn còn hạn chế. Các phần mềm tối ưu hiện nay nói chung vẫn chỉ đưa ra lời giải cho những điều kiện đã biết mà không đưa ra được các nguyên tắc vận hành hữu ích. Phần lớn các phần mềm vận hành hồ chứa được kết nối với mô hình diễn toán lũ dựa trên mô hình Muskingum hay sóng động học như các phần mềm thương mại MODSIM (Labadie et al. 2000), RiverWare (Zagona et al. 1998, Biddle 2001), CalSIM (Munevar & Chung 1999). Điều này rất hạn chế cho việc điều hành chống lũ và không áp dụng được cho lưu vực có ảnh hưởng của thủy triều hay nước vật. Các nghiên cứu mới nhất gần đây về điều hành chống lũ cũng chỉ được áp dụng cho hệ thống một hồ Hsu & Wei (2007), Madsen et al. (2007). 1.3 Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế xã hội của lưu vực sông Ba 1.3.1 Vị trí địa lý và mạng lưới sông suối Lưu vực sông Ba là một trong 9 lưu vực sông lớn ở Việt Nam, thuộc địa phận của 4 tỉnh: Gia Lai, Đăk Lăk, Phú Yên và một phần nhỏ thuộc Kon Tum. Phạm vi 17 lưu vực nằm trong khoảng 12 035’ - 14038’ vĩ độ Bắc, 180 000’ - 190055’ kinh độ Đông với diện tích lưu vực là 13.900 km2. Phía Bắc giáp thượng nguồn sông Trà Khúc, Bắc và Tây Bắc giáp sông Sê San, Tây và Tây Nam giáp sông Srepok. Phía Nam giáp sông Bàn Thạch. Phía Đông là dải Trường Sơn Đông ngăn cách với các lưu vực sông Kone, sông Kỳ Lộ. Sông Ba đổ ra biển Đông ở Đồng Bằng Tuy Hoà tỉnh Phú Yên. Hình 1.2: Sơ đồ vị trí địa lý lưu vực sông Ba 18 Hệ thống sông Ba có mật độ lưới sông là 0,22 km/km2; sông chính sông Ba có chiều dài là 372 km. Sông Ba thuộc loại sông kém phát triển so với các sông khác vùng lân cận . Trong đó , ba sông nhánh lớn nhất là Iayun , Krông H’Năng và sô ng Hinh đều nằm bên phía hữu ngạn: a. Sông Iayun Iayun là một sông nhánh lớn nhất của sông Ba có diện tích lưu vực là 2.950 km2 và chiều dài sông là 175 km. Sông bắt nguồn từ vùng núi cao từ 1500 đến 1700 m, chảy theo hướng Bắc -Nam đến Chư Sê và sau đó chuyển hướng Tây Bắc- Đông Nam đến Cheo Reo thì nhập vào bờ phải sông Ba. Sông IaYun có lượng mưa năm khoảng 1.600 mm, mô duyn dòng chảy trung bình nhiều năm 18 l/s km2 và chiếm khoảng 17,5% tổng lượng nước đến của lưu vực sông Ba. b. Sông Krông Hnăng Krông H’Năng là sông nhánh lớn thứ hai của sông Ba có diện tích lưu vực là 1.840 km2 và chiều dài sông là 130 km. Sông Krông H’Năng bắt nguồn ở vùng núi cao trên 1000 m thuộc huyện Kr ông H’Năng của tỉnh Dak Lak. Do địa hình phức tạp nên hướng chảy của sông này gần như hình vòng cung, đoạn đầu theo hướng Bắc- Nam, sau đó chuyển sang hướng Tây Bắc - Đông Nam rồi lại chảy ngược lên gần như hướng Nam - Bắc để nhập vào sông Ba. Lượng nước của sông nhánh Krông H’Năng đổ vào sông Ba chiếm khoảng 12,5% tổng lượng nước của toàn lưu vực sông Ba. c. Sông Hinh Với diện tích lưu vực là 1.040 km2 và chiều dài sông là 88 km, sông Hinh là sông nhánh lớn thứ 3 của sông Ba. Sông Hinh bắt nguồn từ đỉnh núi Chư Hmú cao 2.051m chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc, đến gần thị trấn Sơn Hoà thì nhập vào bờ phải sông Ba. Do có địa hình núi cao chắn gió nên sông Hinh có lượng mưa tương đối lớn hơn các nhánh sông khác với lượng mưa năm trung bình khoảng 2.600 mm và mô đun dòng chảy trung bình nhiều năm là khoảng 53 l/s km 2. Lượng nước của sông Hinh chiếm khoảng 17,4% tổng lượng nước của toàn lưu vực sông Ba. 19 1.3.2 Mạng lưới trạm đo khí tượng thuỷ văn Việc nghiên cứu khí hậu lưu vực sông Ba được bắt đầu đo mưa tại trạm Cheo Reo từ năm 1931, trước những năm 60 việc đo đạc không có hệ thống và bị gián đoạn nhiều năm. Tại trạm Pleiku, việc đo mưa đã được tiến hành từ năm 1933, các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm không khí, bốc hơi bắt đầu quan trắc từ năm 1939 nhưng chỉ kéo dài được 3-5 năm, tiếp đó là gián đoạn, phải đến năm 1959 mới được quan trắc trở lại. Các điểm đo mưa trên lưu vực có tài liệu quan trắc chủ yếu từ năm 1977 cho đến nay. Những đo đạc thủy văn đầu tiên trên lưu vực sông Ba được tiến hành bằng việc quan trắc mực nước tại đập Đồng Cam trước những năm 1940, nhưng việc quan trắc mực nước giai đoạn này có nhiều gián đoạn và không có hệ thống. Từ năm 1967 trở về sau này, tại trạm thủy văn An Khê việc quan trắc các yếu tố mực nước, lưu lượng mới tiến hành có hệ thống. Tuy việc đo đạc thủy văn tại đây có bị gián đoạn nhưng nhìn chung chuỗi tài liệu đo đạc tại trạm thủy văn An Khê từ năm 1967 đến nay là đáng tin cậy. Bảng 1.1 : Các trạm khí tượng trong và lân cận lưu vực sông Ba TT Tên trạm Kinh vĩ độ Thời đoạn và các yếu tố quan trắc Kinh độ Vĩ độ Mưa T 0 KK Độ ẩm KK Bốc hơi Gió 1 An Khê 108 0 38’ 13 0 57’ 77-nay 8-82, 88-00 7-82, 92-00 78-nay 88 - nay 2 Cheo Reo (Ayun Pa) 108 0 26’ 18 0 25’ 1-42, 64- 74, 77-nay 8-82, 91-00 91-nay 61-74, 78-nay 3 Buôn Hồ 108 0 16’ 12 0 54’ 91-nay 91-nay 91-nay 91-nay 4 Sơn Hòa 108 0 59’ 12 0 03’ 78-nay 77-85, 90-nay 77-85, 91-nay 77-nay 76-82; 88-nay 20 TT Tên trạm Kinh vĩ độ Thời đoạn và các yếu tố quan trắc Kinh độ Vĩ độ Mưa T 0 KK Độ ẩm KK Bốc hơi Gió 5 M’Đrak 108 0 47’ 12 0 42’ 77-82 93- nay 7-82, 93-00 7-82, 93-00 93-nay 6 Kon Tum 108 0 01’ 14 0 30’ 7-20, 31- 41, 61-68, 72, 73, 76- nay 61-70, 76-nay 61-68, 77-nay 61-68, 70, 77- nay 61-70 76-nay 7 Plêiku 108 0 00’ 13 0 59’ 3-44, 59- 74, 76-nay 39-42, 59-71, 76-nay 9-42, 59-71, 76-nay 39-44, 59-nay 40-44, 58-71, 46-nay 8 Tuy Hòa 109 0 17’ 13 0 05’ 57-74, 76- nay 77-nay 6-90, 93-00 56-86, 88-nay 76-82, 88-nay Bảng 1.2: Các trạm đo mưa trong và lân cận lưu vực sông Ba TT Tên trạm Kinh vĩ độ Thời gian quan trắc Kinh độ Vĩ độ 1 An Hòa 108 0 55’ 14 0 35’ 64-68, 81-nay 2 Sơn Thành 109 0 01’ 12 0 56’ 77-93, 94-nay 3 Mang Yang 108 0 00’ 13 0 58’ 84-nay 4 Thuần Mẫn 108 0 01’ 13 0 14’ 79-87 5 Đá Bàn 109 0 06’ 12 0 37’ 77-84, 87, 90, 94-nay 6 Nghĩa Thành 108 0 47’ 13 0 05’ 92-93 7 Sông Cầu 109 0 04’ 13 0 27’ 76-90, 92-nay 8 Chư Sê 108 0 04’ 13 0 42’ 78-nay 21 Trạm thủy văn Củng Sơn bắt đầu đo đạc lưu lượng, mực nước, bùn cát từ năm 1977. Hình 1.3. Mạng lưới trạm KTTV lưu vực sông Ba 22 1.3.3 Đặc điểm khí hậu Lưu vực sông Ba đại bộ phận nằm ở phía Tây dải Trường Sơn, chỉ có phần nhỏ ở hạ lưu nằm phía sườn Đông Trường Sơn. Do tác dụng của dãy Trường Sơn mà lưu vực sông Ba chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của hai kiểu khí hậu gió mùa Đông Trường Sơn và Tây Trường Sơn mang lại khá rõ rệt. Khí hậu Tây Trường Sơn Đặc điểm của kiểu khí hậu này là do gió mùa Tây Nam thổi qua vịnh Ben Gan mang theo hơi ẩm vào hàng năm từ tháng V đến tháng X tạo nên các trận mưa giông với một lượng mưa khá phong phú, tạo cho hầu hết lưu vực một mùa mưa ẩm dịu mát. Từ tháng XI đến tháng VI năm sau là một mùa khô ít mưa, gây tình trạng thiếu nước nghiêm trọng. Khí hậu Đông Trường Sơn Đặc điểm của kiểu khí hậu này là sự tác động mạnh mẽ của các nhiễu động thời tiết từ biển Đông vào và kết hợp với gió mùa Đông Bắc. Hàng năm từ tháng IX đến tháng XII các cơn bão muộn từ biển Đông đổ bộ vào đất liền, gặp dãy Trường Sơn bão bị suy yếu tạo thành vùng áp thấp nhiệt đới kết hợp với gió mùa Đông Bắc gây mưa lớn ở phần thượng nguồn trên dòng chính sông Ba và ảnh hưởng khá mạnh mẽ cho vùng hạ du sông Ba, trên lưu vực sông Hinh và một phần sông KRông H’Năng. Phần lưu vực từ thượng nguồn đến An Khê và hạ lưu Sơn Hoà, sông Hinh trở xuống đến cửa ra. Về mùa Đông do gió mùa Đông Bắc kết hợp bão muộn từ biển Đông hoạt động mang hơi ẩm từ biển Đông vào nên ở hai phần lưu vực kể trên vẫn có mưa nhưng với lượng mưa không nhiều. Chế độ mưa Do đặc điểm địa hình và điều kiện khí hậu mà chế độ mưa của lưu vực sông Ba khá phức tạp so với các lưu vực khác lân cận. Khi vùng thượng và trung du lưu vực đã là mùa mưa rồi nhưng vùng hạ du lại đang còn ở thời kỳ khô hạn, khi thượng và trung du đã kết thúc mùa mưa nhưng vùng hạ du vẫn trong thời kỳ mưa lớn. Mùa mưa ở vùng thượng và trung du thường đến sớm từ tháng V và kết thúc vào tháng X hoặc tháng XI, kéo dài trong 6-7 tháng. Trong khi đó mùa mưa vùng hạ 23 du đến muộn và kết thúc sớm, chỉ kéo dài 3-4 tháng khoảng tháng IX đến tháng XII. Phân bố mưa theo mùa Sự phân bố mùa mưa trong năm trên lưu vực sông Ba chịu sự chi phối mạnh mẽ của khí hậu Tây và Đông Trường Sơn và đặc điểm địa hình của lưu vực. Khu vực Tây Trường Sơn Mùa mưa kéo dài 6 tháng từ tháng V đến tháng X trùng với mùa gió mùa Tây Nam hoạt động. Lượng mưa cả mùa xấp xỉ 90% lượng mưa năm. Tháng VIII và tháng IX thường có lượng mưa tháng lớn nhất và đạt trên 200 mm/tháng ở nơi ít mưa, từ 350 đến 470 mm/tháng ở nơi nhiều mưa. Giữa mùa từ tháng I đến tháng III có nhiều năm không mưa và nếu có thì lượng mưa cũng không đáng kể (chỉ 2-10 mm/tháng) và cũng chỉ mưa trong một vài ngày. Đại diện cho khu vực này là trạm Pleiku, Pơ Mơ Rê, Chư Sê,… Khu vực Đông Trường Sơn Mùa mưa ngắn chỉ 3 -4 tháng, từ tháng IX đến tháng XI hoặc XII hàng năm cùng với thời kỳ gió mùa Đông Bắc và bão muộn hoạt động trên biển Đông. Lượng mưa trong mùa mưa ở đây chiếm 65 – 75% lượng mưa cả năm. Mưa lớn thường xảy ra vào tháng X và tháng XI, tháng có lượng mưa lớn có thể đạt trên 600 mm/tháng có năm có trạm đạt tới 1920 mm/(XI-81) ở Sông Hinh, 1310 mm/(XI-90) ở Tuy Hoà. Số ngày mưa trong tháng từ 20 – 25 ngày/tháng. Mùa ít mưa kéo dài 8- 9 tháng (từ tháng I đến tháng VIII hoặc IX) lượng mưa trong mùa ít mưa chiếm 30 – 35% lượng mưa cả năm. Tháng II đến tháng III thường có lượng mưa nhỏ nhất và chỉ đạt 20 - 30 mm/tháng đối với vùng cao, dưới 20 mm/tháng đối với vùng thấp. Khu vực này thường có đỉnh mưa từ tháng V đến tháng VI hàng năm. Tháng VII và tháng VIII lượng mưa lại giảm đi. Đại diện cho vùng này là các trạm Sông Hinh, Sơn Thành, Tuy Hoà. Khu vực trung gian Khu vực này chịu tác động qua lại của khí hậu Tây và Đông Trường Sơn. Mùa mưa ở đây kéo dài 7 tháng từ tháng V đến tháng XI. Lượng mưa dùng hàng năm chiếm khoảng 85 – 93 % lượng mưa năm. Số ngày mưa trong mùa mưa khoảng 15 24 – 20 ngày mưa trong một tháng. Tháng IX và tháng X thường có lượng mưa tháng lớn nhất đạt khoảng 250 – 350 mm/tháng xấp xỉ 20% lượng mưa năm. Mùa ít mư a kéo dài 5 tháng từ tháng XII đến tháng IV năm sau, trong đó tháng I và tháng II là những tháng ít mưa nhất, lượng mưa trong 2 tháng này có nhiều năm bằng 0 và nếu có mưa thì cũng chỉ đạt 2 – 10 mm/tháng và cũng chỉ mưa trong vài ngày. Nếu phân theo khu vực thì khu Đông Trường Sơn mưa lớn nhất (Sông Hinh, Sơn Thành), sau đó là đến Tây Trường Sơn (Pơ Mơ Rê, Chư Sê), có lượng mưa nhỏ nhất là khu trung gian (An Khê, Cheo Reo, Phú Túc, Krông H’Năng). 1.3.4 Đặc điểm thủy văn a Chế độ dòng chảy ∗ Phân phối dòng chảy trong năm: Trên lưu vực sông Ba, sự biến động về mùa ở đây khá phức tạp. Ngay tại vị trí một trạm đo có năm mùa lũ đến sớm hơn hoặc muộn hơn hai đến ba tháng tạo nên mùa lũ hàng năm dài ngắn khác nhau, có năm chỉ có 2 -3 tháng mùa lũ, song cũng có năm tới 5 - 6 tháng mùa lũ, điều này thể hiện tính chất mùa không ổn định trên lưu vực. Với những năm gió mùa Tây Nam hoạt động mạnh ngay từ đầu mùa mưa (tháng V hàng năm) mùa lũ trên lưu vực đến sớm. Đến cuối mùa nếu gặp mưa do bão, áp thấp nhiệt đới từ biển Đông vào thì mùa lũ sẽ kéo dài thêm. Trên lưu vực sông Ba chỉ có sông Hinh và các nhánh sông suối nhỏ khác vùng hạ lưu sông Ba chịu tác động đơn thuần của khí hậu Đông Trường Sơn nên có mùa dòng chảy ổn định hơn. Mùa lũ ở các trạm đo thuỷ văn trong lưu vực sông Ba như sau: An Khê 4 tháng (IX – XII) Củng Sơn 4 tháng (IX – XII) KRông HNăng 4 tháng (IX – XII) Phân phối dòng chảy các khu vực - Khu vực Tây Trường Sơn: Mùa mưa ở đây dài 6 tháng (V – X). - Khu vực phía Bắc: Bao gồm toàn bộ nhánh sông Iayun, mùa lũ kéo dài 5 tháng, từ tháng VII đến tháng XI. 25 - Khu vực phía Nam: Bao gồm thượng nguồn của sông Krông H’năng. Mùa lũ hàng năm khoảng 5 tháng, từ tháng VIII đến tháng XII. - Khu vực Đông Trường Sơn: gồm toàn bộ phần hạ lưu sông Ba. Mùa mưa ở đây muộn và ngắn từ 3 đến 4 tháng từ tháng IX đến tháng XII. Mùa lũ ngắn chỉ 3 tháng, từ tháng X đến tháng XII (chậm hơn mùa mưa 1 tháng) thành phần lượng nước mùa lũ chiếm 65 - 75 % lượng nước cả năm. Tháng có lượng nước nhiều nhất là tháng XI thành phần dòng chảy có thể đạt 32 - 36% lượng nước cả năm. - Khu vực trung gian: bao gồm phần lớn lưu vực sông Ba, dọc theo thung lũng sông Ba, kéo dài đến phần thượng nguồn sông Krông Ana, toàn bộ vùng này thể hiện tính trung gian của 2 khu vực Tây và Đông Trường Sơn. Mùa lũ khu vực này kéo dài 4 tháng từ tháng IX đến tháng XII chậm hơn so với mùa mưa 4 tháng. Do đặc điểm địa hình bị ngăn cách bởi các dãy núi cao nên lượng mưa trong khu vực không lớn, cộng với nắng nhiều, nhiệt độ cao, đất đai tơi xốp nên tổn thất qua bốc hơi và thấm rất lớn. Vì vậy mùa lũ ở đây chậm nhiều so với mùa mưa và mùa lũ ở các khu vực khác. Thành phần lượng nước mùa lũ chiếm 70 - 75% lượng nước cả năm. Tháng có lượng nước lớn nhất là tháng XI, lượng nước chiếm 22 - 27% lượng nước cả năm. b. Mưa, lũ Đặc điểm mưa sinh lũ Các đặc trưng của mưa sinh lũ như cường độ mưa, tâm mưa, phân bố mưa là các yếu tố quyết định đến độ lớn nhỏ của dòng chảy lũ. Mưa sinh lũ trên lưu vực sông Ba chủ yếu do các nguyên nhân sau:  Mưa dông do gió mùa mùa hạ hướng Tây Nam k ết hợp với dải hội tụ nhiệt đới.  Do bão từ biển Đông vào đất liền, gặp dải Trường Sơn tạo thành vùng áp thấp nhiệt đới. Sự kết hợp của hai yếu tố trên thường xảy ra vào cuối mùa mưa Tây Trường Sơn, vào cuối tháng X hoặc tháng XI hàng năm. Khả năng của mưa sinh lũ lớn 26 thường rơi vào tháng IX đến tháng XI hàng năm. Qua nghiên cứu cho thấy từ tháng V đến tháng VIII tuy đã là mùa mưa Tây Trường Sơn và lượng mưa cũng khá lớn song lượng mưa và cường độ mưa vẫn chưa đủ lớn, đất đai lại mới trải qua một mùa khô hạn gay gắt. Vì vậy mưa trong thời gian này chỉ gây nên các trận lũ nhỏ trên sông suối nhỏ và có biên độ không lớn. Từ tháng IX đến tháng XI các nhiễu động thời tiết ở biển Đông (chủ yếu là bão muộn, có khi là gió mùa Đông Bắc) mạnh lên kết hợp với mưa cuối mùa phía Tây Trường Sơn làm cho lượng mưa và cường độ mưa trên lưu vực tăng lên mạnh mẽ vượt qua cường độ thấm, khả năng trữ nước trong đất đã đạt đến mức bão hoà do đó lũ trong thời gian này là lũ lớn nhất trong năm. Phần lưu vực sông Ba từ trung du đến thượng nguồn nằm trên các khu vực địa hình khác nhau, có chế độ mưa khác nhau và cường độ mưa sinh lũ nói chung không lớn nên lũ vùng này không lớn và hầu như không có sự tổ hợp của các lũ sông nhánh gặp nhau ở dòng chính gây lũ lớn. Phần lưu vực phía hạ lưu thì ngược lại, mưa lớn trong năm tập trung trong thời gian tương đối ngắn, cường độ mưa lớn, khi lũ cuối mùa trên dòng chính sông Ba về đến Củng Sơn thường trùng với thời kỳ mưa lớn vùng hạ lưu, do đó lũ lớn trong năm thường gặp nhau. Do lũ lớn hàng năm ở hạ lưu sông Ba thường gặp nhau nên tình hình ngập lụt vùng hạ du trong thời gian này nói chung là nghiêm trọng, nhất là đối với vùng canh tác lúa Tuy Hoà thuộc hệ thống tưới Đồng Cam. Vì vậy cần có giải pháp tiêu thoát nước vùng hạ lưu và nhất là vùng lúa và thị xã Tuy Hoà. Mưa thời đoạn ngắn sinh lũ Mưa lớn là nguyên nhân của mọi thiên tai như xói mòn lũ lụt ,… làm ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống của nhân dân cũng như nền kinh tế quốc dân. Căn cứ số liệu mưa ngày của các trạm đo mưa trong lưu vực và vùng phụ cận thì cường độ mưa ngày tại các nơi thuộc lưu vực như sau. c. Đặc điểm lũ Sông Ba là con sông có tiềm năng xẩy ra lũ lớn rất cao, môđun đỉnh lũ lớn rất nhiều so với hệ thống sông Hồng. Trong gần 100 năm qua, tại Củng Sơn (F=12410 27 km2) đã xẩy ra 3 con lũ có Qmax trên 20000 m3/s. Qmax (1938) = 24.000 m3/s Qmax (1964) = 21.850 m3/s Qmax (1993) = 20.700 m3/s Thời gian duy trì các trận lũ thường chỉ 3-5 ngày. Lũ có biên độ lũ cao, cường suất nước lũ lớn, thời gian lũ lên ngắn, dạng lũ nhọn: Đặc điểm này là do cường độ mưa lớn, tập trung nhiều đợt, tâm mưa nằm ở trung hạ du các lưu vực sông, độ dốc sông lớn, nước tập trung nhanh. Tổng lượng lũ 1 ngày lớn nhất chiếm tới 40-50% tổng lượng của toàn trận lũ. Tại Củng Sơn, tổng lượng lũ 5 ngày lớn nhất đạt tới 2,51 tỷ m 3 lũ vào năm 1993, tại An Khê, tổng lượng lũ 5 ngày đạt tới 292,8 triệu m 3 lũ năm 1981. Lũ lớn nhất hàng năm tập trung xuất hiện vào 2 tháng X, XI với số trận lũ xuất hiện trong 2 tháng này chiếm (81-88)% tổng số các trận lũ lớn nhất năm trên dòng chính và phần lớn các sông nhánh, riêng ở thượng nguồn sông Ia Yun chỉ chiếm 60%; chỉ có 1 trận lũ xuất hiện sớm vào tháng IX và muộn tháng XII, nhưng cũng có năm xuất hiện sớm vào tháng VI (năm 1982) tại các trạm Cheo Reo sông Ba, Krông Hnăng sông Krông H’năng và Pơ Mơ Rê sông Đăk Sơ Con nhưng là lũ nhỏ. Bảng 1.3. Khả năng xuất hiện lũ lớn nhất năm tại một số trạm (%) Tháng Củng Sơn Phú Lâm IX 0.00 0,00 X 33.3 33,3 XI 54.5 55,4 XII 12,1 9,10 Lũ lớn nhất năm không hoàn toàn xuất hiện đồng thời trên dòng chính và các sông nhánh. Trong thời kỳ 1978 -2004 đã có 10 năm lũ lớn nhất năm tại trạm An Khê và 7 năm tại trạm AyunPa không xuất hiện đồng thời (sớm hơn 1 tháng) với lũ lớn nhất năm tại trạm Củng Sơn; trong thời kỳ 1979-1999 cũng đã có 7 28 năm lũ lớn nhấ t năm tại 2 trạm là Pơ Mơ Rê ở thượng nguồn sông Ia Yun và tại trạm AyunPa ở trung lưu sông Ba không xuất hiện đồng thời. Tuy nhiên với quy mô lũ từ lớn đến rất lớn (P<30%) xẩy ra tại Củng Sơn thì có đến 98% lũ lớn nhất trong năm xẩy ra tại các nhánh sông. Hạ du các sông chịu ảnh hưởng thủy triều mạnh, một số cơn bão mạnh đã làm nước dâng lên ở vùng ven biển rất lớn: Do các cửa sông Miền Trung nằm sát bờ biển nên chịu ảnh hưởng của thủy triều lớn, nên lũ có cơ hội gặp đỉnh triều thì sẽ gây lũ lớn ở hạ du các sông. Ví dụ như các trận lũ 12/1986 trên sông Đà Rằng gặp triều cường làm cho ngập sâu và lâu hơn. d. Đặc điểm ngập lụt Trên lưu vực sông Ba lũ lớn hàng năm luôn là một mối đe dọa đối với dân cư và kinh tế xã hội của một số khu vực. Hai khu vực thường bị tác động và thiệt hại đó là: (1) Khu vực trung lưu sông Ba từ thung lũng Cheo Reo tới Phú Túc, và (2) khu vực đồng bằng hạ lưu sông Ba trong đó có thành phố Tuy Hòa. Tuy nhiên trong hai khu vực nêu trên, lũ lụt và thiệt hại do lũ trên vùng đồng bằng hạ lưu sông Ba thường xuyên xảy ra và là vấn đề gay cấn và nghiêm trọng hơn cả. 29 Khu vực trung lưu sông Ba từ thung lũng Ayun Pa- Cheo Reo- Phú Túc Vùng hạ du của sông nhánh Ayun Pa - thung lũng Cheo Reo là một thung lũng độc lập, khá bằng phẳng, độ chênh cao giữa mặt ruộng và lòng sông rất nhỏ chỉ khoảng 1m lại bị phân cách bởi một số dãy núi chạy thẳng đến hai bên bờ sông tạo nên dạng địa hình co thắt đột ngột ở chân đèo Tô Na. Cũng vì thế khu vực này thường gây ngập lụt mỗi khi có mưa lũ lớn ở thượng lưu. Vùng này thường bị ngập vào đầu tháng X và tháng XI, từ cao trình ngập từ 160 m trở xuống, vùng cửa sông Ayun nhập vào dòng chính sông Ba chiều sâu ngập trên dưới 1m, thời gian ngập từ (2-6) ngày mới rút hết. Từ năm 2000 trở lại đây khi công trình thuỷ lợi hồ Ayun Hạ đi vào khai thác vận hành thì tình hình ngập lụt có giảm bớt, thời gian ngập tháng VII đến tháng IX, mỗi năm chỉ bị từ 2 đến 3 đợt sau một tuần mới rút hết. Trận lũ lớn nhất năm 1973 đã gây ngập lụt nhà cửa nghiêm trọng tại Cheo Hình 1.4. Vùng ngập thung lũng Ayun Pa – Cheo Reo – Phú Túc 30 Reo- Phú Túc, trận lũ 8/2006 và gần đây nhất là các trận mưa lớn trên diện rộng trung tuần tháng 11/2007, 11/2009 đã gây lũ lớn và ngập úng nghiêm trọng cho khu vực. Khu vực đồng bằng hạ lưu sông Ba. Do vị trí địa lý và ảnh hưởng của địa hình mà lũ lụt vùng hạ du của lưu vực sông Ba nằm trên địa bàn tỉnh Phú Yên xảy ra thường xuyên hơn so với phần thượng nguồn, do chịu tác động trực tiếp mưa lớn và lũ thượng nguồn lưu vực sông Ba. Tại hạ lưu sông Ba, các vùng đất trũng thấp ven sông và trong đồng bằng hạ du, trong đó có một số khu vực thuộc thành phố Tuy Hòa là vùng thường xuyên bị ảnh hưởng của ngập úng do mưa lũ. Theo số liệu điều tra trong những năm gần đây lũ lụt và tình hình ngập úng vùng hạ lưu sông Ba thường xuyên xảy ra hàng năm ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn. Thí dụ mưa lũ đã gây nên tình trạng ngập úng trên diện rộng trong khu vực, liên tục trong các năm 1981, 1986, 1988, 1992, 1993, 1996, 1999, 2005, 2007, 2009 gây nhiều thiệt hại. Trong khu vực Thành phố Tuy Hòa mỗi năm một vài lần khi có lũ lớn ngoài sông nước sông Đà Rằng tràn vào gây ngập úng 0,3-0,5 m tại khu vực Trung tâm từ 5 đến 10 ngày. Năm 2004 thành phố đã cho xây tuyến kè bao bảo vệ (kè Bạch Đằng) theo thiết kế có thể ngăn lũ lớn trên sông với tần suất lũ 5% tràn vào khu vực bên trong thành phố. Tuyến đê hiện nay tuy chưa xong nhưng bước đầu đã hạn chế được lũ lớn ngoài sông Đà Rằng tràn vào bên trong thành phố, hạn chế được một phần tình trạng ngập úng. Tuy nhiên, khu vực nội đô vẫn chưa hết bị tác động của ngập úng khi có mưa lớn, tập trung do mưa trong khu vực nội thị, do hạn chế của hệ thống tiêu thoát nước đô thị và ảnh hưởng của triều lũ làm nước sông cao gây khó khăn cho tiêu thoát nước tại cửa tiêu. 31 Theo báo cáo của tỉnh Phú Yên, khi mực nước tại Phú Lâm vượt báo động III (3,7 m) thì nước bắt đầu tràn vào thành phố Tuy Hòa. Qua số liệu điều tra, tổng hợp, thống kê thiệt hại từ các trận lũ cho thấy tại Phú Lâm:  Những trận lũ có mực nước đỉnh lũ nhỏ hơn hoặc bằng mức BĐIII là 19 trận (57,6%), trong khi thiệt hại nhiều hạng mục chỉ từ 10 đến 20%.  Những trận lũ có đỉnh từ BĐIII đến 4,0m thiệt hại chưa lớn, thiệt hại chủ yếu do các trận lũ có đỉnh lũ trên 4,0m gây ra. Với 10 trận lũ có đỉnh lũ trên 4,0m (chiếm 30%), hầu hết các h ạng mục thiệt hại đều chiếm tỷ lệ từ 50-100%. Tình trạng mưa lũ và ngập úng khu vực hạ lưu sông Ba và khu vực thành phố Tuy Hòa như trên đã ảnh hưởng rất lớn đến đời sống dân cư và phát triển kinh tế xã Hình 1.5. Ảnh chụp RADA ngập lụt hạ lưu sông Ba ngày 5/10/2009 32 hội của khu vực nên đây cũng là một vấn đề cần phải xem xét trong quy trình vận hành liên hồ chứa. 1.3.5 Hệ thống hồ chứa trên sông Ba Là một trong những lưu vực có tiềm năng thủy lợi, thủy điện, nên hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Ba phát triển mạnh. Tính đến nay, trên toàn lưu vực có khoảng 198 hồ chứa thủy lợi, thủy điện lớn, nhỏ (bao gồm cả những hồ đang vận hành, đang xây dựng và dự kiến xây dựng), trong đó có 39 hồ chứa thủy điện còn lại chủ yếu là các hồ chứa thủy lợi. Tổng dung tích của các hồ chứa trên lưu vực khoảng 1560,2 triệu m3. Hồ chứa có dung tích lớn nhất là hồ sông Hinh trên sông Hinh (dung tích ứng với mực nước dâng bình thường là 357.10 6 m3). Các hồ chứa và các công trình đi kèm thường có nhiều mục tiêu và nhiệm vụ khác nhau. Các mục tiêu quan trọng là phát điện, cấp nước, góp phần giảm lũ hạ du. Xét riêng các hồ chứa có dung tích trên 100 triệu m3 trên lưu vực, thì hiện nay đã xây dựng hồ chứa Sông Hinh, Ayun Hạ và sông Ba Hạ; hồ Krông H’Năng trên sông Krông H’Năng và cụm hồ An Khê-Kanak trên sông Ba đã tích nước trong năm 2010. Ngoài ra còn có hồ thủy lợi Ia M’lá trên suối IaM’lá có dung tích tổng cộng 54 triệu m3, dung tích hiệu ích 46 triệu m 3 vừa mới hoàn thành không có dung tích phòng lũ. Các đập dâng tạo nên các hồ chứa nhỏ điều tiết ngày đêm trên dòng chính đang xây dựng đó là Đăksrông, HChan, HMun. Các hồ này không có tác dụng điều tiết lũ. Trong mùa kiệt, có đập Đồng Cam cung cấp nước tưới hạ du. Do dung tích chứa nước của một số hồ chứa này khi xây dựng đã bị cắt giảm khá nhiều so với quy hoạch ban đầu nên các hồ chỉ có thể đáp ứng trong một mức độ nhất định trữ nước cho phát điện và tưới, chưa đáp ứng đươc yêu cầu hồ chứa nước trung tâm sử dụng tổng hợp có khả năng chống lũ, phát điện, điều hòa dòng chảy, cấp nước cho hạ du. 33 Lũ lụt đang có xu thế gia tăng ở khu vực hạ lưu và cho đến này vẫn chưa có khả năng giảm thiểu được đáng kể các thiệt hại còn do trên dòng chính sông Ba, ở trung và thượng lưu lưu vực , mặc dù đã xây dựng được một số hồ chứa thủy điện, thủy lợi lớn, nhưng cho đến nay chưa có hồ nào có khả năng phòng chống lũ đáng kể cho khu vực hạ du do tất cả các hồ chứa này khi xây dựng chỉ ưu tiên cấp nước cho tưới hoặc thủy điện, không hồ nào có dung tích dành riêng cho tích nước phòng chống lũ cho hạ du. Phòng chống lũ cho hạ du chỉ kết hợp một cách đơn giản là hạ thấp mực nước trước lũ xuống thấp hơn mực nước dâng bình thường của hồ. Tuy Ia MLá Hình 1.6. Vị trí các hồ chứa trên lưu vực sông Ba 34 nhiên để bảo đảm an toàn cho trữ nước phát điện các hồ này thường không áp dụng phương án trữ nước muộn nên hiệu quả giảm lũ cho hạ du bằng cách thức này thường không có tác dụng đáng kể trong thực tế phòng chống lũ những thời gian vừa qua. Các hồ chứa lớn trên hệ thống hiện tại vẫn vận hành với quy trình riêng, độc lập, chưa có quy trình vận hành tích nước, xả nước thống nhất trên toàn hệ thống ven các công trình chưa phối hợp được với nhau trong phòng chống và giảm thiểu tác hại của lũ lụt đối với khu vực hạ du. Các thông số cơ bản của các hồ như trong bảng 1.4 Bảng 1.4. Thông số cơ bản các hồ trên lưu vực sông Ba Thông số Đơn vị An Khê-Kanak AYun hạ Krông H’Năng Sông Ba Hạ Sông Hinh (2004) Sông Hinh (2010) An Khê Kanak F Km2 1236 833 1670 1196 11115 772 772 Qo m3/s 27.8 18.6 447 32.5 227.2 40.2 40.2 MNDBT m 429 515 204 255 105 209 211.5 MNC m 427 485 195 242.5 101 196 196 MNGC (P=1%) m 209.92 MNGC (P=0.5%) m 429.88 515.32 255.16 105.96 211.85 211.85 MN kiểm tra (P=0.1%) m 431.45 516.8 257.4 108.05 212.35 213.11 Vtb tr.m3 15.9 313.7 253 165.78 349.7 357 476.26 Vhi tr.m3 5.6 285.5 201 108.5 165.9 323 442.26 Nlm Mw 160 13 3 64 220 70 70 Đi vào hoạt động 2010 1995 2010 2009 2000 2000 Các thông số cụ thể như Z-W, F-Z,...(xem thêm phụ lục). Các điểm kiểm soát lũ được lấy tại các trạm thủy văn: An Khê, Ayum Pa, Củng Sơn, Phú Lâm. Các hồ chứa này được liên kết với nhau trở thành một hệ thống liên hồ, hỗ trợ lẫn nhau trong việc cắt giảm lũ cho hạ du. 35 1.3.6 Đặc điểm dân sinh kinh tế a. Đặc điểm dân sinh Tổ chức hành chính lưu vực sông Ba Lưu vực sông Ba nằm trong phạm vi ranh giới hành chính của 20 huyện thị thuộc 3 tỉnh Tây Nguyên: Kon Tum, Gia Lai, ĐaKlak và một tỉnh duyên hải miền trung trung bộ là Phú Yên. Trong đó có một số huyện thuộc tỉnh Kon Tum là huyện KonPlong, 10 huyện thị thuộc tỉnh Gia Lai là: Kbang thị xã An Khê, ĐakPơ, Konch Ro, ĐakĐoa, Mang Yang, Chư Sê, Ayun Pa, Krông Pa. EaPa, 4 huyện thuộc tỉnh Đak Lak là:Ea Hleo, Krông HNăng, Eakar, MadRăk và 5 huyện thuộc tỉnh Phú Yên là: Sơn Hòa, Sông Hinh, Phú Hòa, Tuy Hòa, và thị xã Tuy Hòa. Dân số. Dân số trong toàn lưu vực sông Ba tính đến 31/12/2004 có khoảng 1.391.701 người. Trong đó vùng thượng và trung lưu thuộc Tây Nguyên bao gồm Nam Bắc An Khê, thượng Ayun, Ayun Pa, Krông Pa, Krông H ’Năng có dân số khoảng 804.364 nguời, mật độ dân số bình quân 76,8 người/ Km 2, người kinh chiếm 55,57% dân số toàn vùng còn lại 44,23% là người dân tộc ít người (phần lớn là người Gia Lai). Dân số thị trấn huyện lỵ chiếm 19,5% và nông thôn chiếm 80,5%. Mật độ dân số phân bố không đều chủ yếu tập trung ở các thành thị, trục giao thông và những vùng kinh tế phát triển, mật độ có thể đạt từ (305-1314) người/ km2. Còn các huyện thuộc vùng Nam Bắc An Khê, thượng Ayun như huyện KBang, Kon ChRo, ĐăkĐoa mật độ dân số chỉ đạt từ (20 -30) người/ km2. Tỷ lệ tăng dân số 2,01%. b. Đặc điểm kinh tế. Cơ cấu phát triển kinh tế từ trước đến nay vẫn lấy Nông – Lâm - Nghiệp là chính cho nên giá trị GDP trong nông nghịêp vẫn chiếm tỷ trọng cao trong tổng giá trị các ngành năm 1998 chiếm 52,6%, năm 2000 chiếm 48,5% , năm 2004 giảm còn 46% trong tổng giá trị các ngành kinh tế trong lưu vực. Tuy vậy nền kinh tế nông lâm nghiệp đang có chiều hướng giảm dần để tăng giá trị cơ cấu công nghiệp - dịch vụ du lịch cho phù hợp với xu thế phát triển kinh tế chung của đất nước nhằm thúc 36 đẩy và đáp ứng nhu cầu hiện đại hoá và công nghiệp hoá đất nước. Nhìn chung cơ cấu kinh tế giữa các vùng trong lưu vực sông Ba biến động không đồng đều. Đối với vùng thượng và trung lưu cơ cấu kinh tế nông lâm nghiệp chiếm 69,6% năm 1998 và năm 2004 chiếm 65%. Nhưng giữa các huyện biến động cũng khác nhau. Năm 1998 cơ cấu Nông lâm nghiệp huyện An Khê, Krông Pa là (45,9 – 46,9%) trong khi đó các huyện liền kề như KBông, Kon Chro, Đăk Đoa, Ayun Pa cơ cấu kinh tế nông lâm nghiệp chiếm tới (68 -95,8%) tổng cơ cấu kinh tế các ngành. Hiện nay bình quân thu nhập đầu người trên lưu vực sông Ba đạt khoảng 335 USD/người-năm. Khu vực thượng trung lưu thuộc vùng Tây Nguyên có lợi thế về mặt hàng nông lâm sản có giá trị kinh tế cao như cao su, cà fê, tiêu, điều nên mức thu nhập bình quân đầu người đạt khoảng 324 USD/người-năm. Còn khu vực hạ lưu thuộc đồng bằng Duyên Hải ven biển miền Trung có nhiều lợi thế về điều kiện tự nhiên, xã hội nhất là dịch vụ du lịch, thuỷ hải sản nên mức thu nhập bình quân đầu người có phần cao hơn vùng thượng trung lưu một chút và mức thu nhập đạt khoảng 350 USD/người-năm. 37 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐIỀU TIẾT HỆ THỐNG HỒ CHỨA LƯU VỰC SÔNG BA 2.1 Giới thiệu chung về mô hình Để tiến hành nghiên cứu cắt lũ cho hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Ba, tác giả tiến hành áp dụng các mô hình toán như mô hình thủy văn tham số phân bố Marine, mô hình điều tiết hồ chứa và mô hình tính toán thủy lực một chiều Muskingum. Mô hình thủy văn tham số phân bố Marine (Modelisation de l’Anticipation du Ruissellement at des Inondations pour des événements Extrêmes) do Viện Cơ học chất lỏng Toulouse phát triển (IMFT – Institut de Mecanique de Fluides de Toulouse). Mô hình có chức năng thu gom nước mưa trên bề mặt lưu vực và tập trung ra hai bên bờ sông, được sử dụng để giải quyết phần biên lưu lượng vào các hồ chứa và lưu lượng gia nhập. Mô hình điều tiết hồ chứa do Viện Cơ học viết, Viện Cơ học là một trong các cơ quan tư vấn tính toán vận hành hệ thống hồ chứa trên sông Hồng từ nhiều năm nay. Lũ sau khi được hệ thống hồ chứa điều tiết sẽ diễn toán xuống hạ du đánh giá hiệu quả cắt giảm lũ của các phương án vận hành. Vì vậy phải lựa chọn phương pháp diễn toán nào đó vừa đơn giản, bảo đảm sai số cho phép mà tính toán nhanh. Phạm vi nghiên cứu từ sau các hồ chứa lớn đến Củng Sơn, mạng sông ở đây có độ dốc lớn và không chịu ảnh hưởng của thuỷ triều, do đó nước chuyển động chủ yếu dưới tác động của trọng lực và phương trình biểu diễn đường cong thể tích đoạn sông. Vì vậy, mô hình tính toán thủy lực Muskingum được sử dụng để diễn toán lũ. 2.2. Mô đun tính lưu lượng đầu vào và gia nhập khu giữa Mô hình MARINE mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy sinh ra bởi mưa trên lưu vực dựa trên phương trình bảo toàn khối lượng: 0)(. PVt V =+ ∂ ∂ gradu (2.1) Trong đó: V là thể tích khối chất lỏng xét. 38 u là vận tốc của dòng chảy giữa các ô lưới. P0 là lượng mưa. Vì: )()()(. uugradu VdivVV −∇= Với chất lỏng không nén được ta có 0)(div =u , sử dụng công thức Green - Ostrogradski ∫∫ ∫ Γ Γ= S dmdSmdiv unu)( ta thu được ∫∫∫∫∫ =Γ+∂ ∂ Γ SS PdVdS t V 0un (2.2) Vận tốc của dòng chảy trao đổi giữa các ô được tính theo công thức: Manning H.pente 3/2 =u (2.3) ở đây: pente - độ dốc Manning – hệ số nhám Manning Vì lưới sử dụng để tính toá n là lưới vuông nên thay biểu thức vận tốc vào phương trình tích phân ta thu được: t.P x t.pente. K H H 0 4 1j m 3/5 j ∆= ∆ ∆ +∆ ∑ = (2.4) Trong đó H là độ sâu mực nước của ô lưới tính. ∆H: sự thay đổi mực nước của ô lưới tính từ thời điểm t1 đến t2 ∆x: chiều rộng của ô lưới ∆t: Bước thời gian tính J: hướng dòng chảy của ô lưới (j = 1÷ 4) Đây chính là phương trình tính sự biến thiên mực nước theo thời gian của mỗi ô lưới. Từ sự biến thiên mực nước ∆H của mỗi ô lưới ta tính được tổng lưu lượng trao đổi của mỗi ô (bao gồm lưu lượng nhận từ mưa, lưu lượng chảy vào và lưu lượng chảy ra) tại mỗi bước tính chính bằng sự biến thiên thể tích nước chứa trong ô. ∆Q=∆H*dx*dx (2.5) 39 Trong đó: dx là kích thước của lưới tính. Đối với lưu vực kín, lưu vực chỉ có một điểm thoát nước, tại điểm thoát nước của lưu vực ta luôn có lưu lượng ra khỏi lưu vực là: q=∆Q Đối với lưu vực hở, lưu vực nằm dọc hai bên bờ sông nên có nhiều điểm thoát nước. Với trường hợp này lưu lượng ra khỏi lưu vực là tổng lưu lượng trao đổi của các điểm thoát nước: q=∑Q=∑∆H*dx*dx (2.6) MARINE diễn toán dòng chảy trao đổi giữa các ô lưới với nhau, lượng mưa rơi vào các ô củ a lưu vực được coi là lượng nước bổ sung tại mỗi bước thời gian tính. Quá trình diễn toán cuối cùng cho ta lưu lượng ra tại một điểm gọi là điểm thoát nước của lưu vực. 2.3. Mô đun vận hành hệ thống hồ chứa Vận hành cửa van hệ thống hồ chứa trên sông Ba để cắt lũ khá phức tạp. Các cửa được mở theo từng nấc 0.5 m, các cửa được mở từ giữa ra. Hết một chu trình thì mở tiếp nấc mới. Các hồ đã đi vào hoạt động, việc vận hành của van tuân theo quy trình đã được phê duyệt. Do đó tác giả đã sử dụng một chương trình riêng mô phỏng lại đúng quy trình đóng mở cửa van hồ chứa để điều tiết lũ. Mô hình này được phát triển bới Viện Cơ học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Phương trình cơ bản của quá trình điều tiết hồ chứa là phương pháp bảo toàn khối lượng được viết dưới dạng sau: 21 QQdt dV −= (2.7) V(T0) = Vo (2.8) Ở đây V- thể tích nước chứa trong hồ tại thời điểm t. V là hàm phụ thuộc vào mực nước Z của hồ: z = z(t), V = V(z(t)) T0 là thời điểm hiện thời Q1 - lưu lượng vào hồ, là hàm phụ thuộc vào thời gian Q1 = Q11(t)+Q12(t) 40 Với Q11 là lưu lượng tự nhiên chảy vào hồ và Q 12 là lưu lượng điều tiết từ hồ thượng lưu mắc nối tiếp với hồ xem xét (trong trường hợp không có hồ thượng lưu Q12=0). Q2 – lưu lượng ra khỏi hồ Q2(t) = Q21(t) + Q22(t) Với Q21 là lưu lượng xả từ hồ qua các cửa xả đáy, cửa xả mặt và lưu lượng qua tuabin Q21(t) = nxd(t) . Qxd(z(t)) + nxm(t) . Qxm(z(t)) + Qtb(z(t),N(t)) Ở đây: nxd- số cửa xả đáy được mở, nxm- số cửa xả mặt được mở. Qxd- lưu lượng qua 1 cửa xả đáy, phụ thuộc vào mực nước hồ. Qxm- lưu lượng qua 1 cửa xả mặt, phụ thuộc vào mực nước hồ. Qtb- lưu lượng qua tuốc bin, phụ thuộc vào mực nước của hồ và công suất phát. Q22(t) là lưu lượng tổn thất do thấm và bốc hơi phụ thuộc vào thời gian v à mực nước hồ. Phương pháp giải Tại thời điểm t, khi số cửa xả mặt nxm và nxd xác định, vế phải của phương trình (2.7) hoàn toàn xác định và là hàm của t và V. Phương trình (2.7) là phương trình vi phân đạo hàm thường với điều kiện ban đầu (2.8) được giả i bằng phương pháp Ơ-le hoặc Runge –Kutta bậc 4. 2.4. Mô đun thủy lực hay mô hình diễn toán lũ Mô hình diễn toán lũ nhằm xác định lưu lượng và mực nước của hệ thống sông tại các điểm quan trắc ở hạ du khi đã biết lưu lượng đầu vào của hệ thống bao gồm các lưu lượng điều tiết từ các hồ chứa trong hệ thống. Một cách tổng quát, mực nước và lưu lượng tại một điểm A dưới hạ du có thể biểu diễn như sau: Qhadu(A,t) = f(Qhochua,Qbien,hbien,p) (2.9) Tương tự hhadu(A,t) = f(Qhochua,Qbien,hbien,p) (2.10) Trong đó 41 Qhochua(t) = (Qho(1)(t), Qho(2)(t), …,Qho(nho)(t)) với nho là số các hồ trong hệ thống Qbien(t) = (Qbien(1)(t), Qbien(2)(t), …,Qbien(nbienq)(t)) với nbienq là số các biên cho lưu lượng trong hệ thống sông; hbien(t) = (hbien(1)(t), hbien(2)(t), …,hbien(nbienh)(t)) với nbienh là số các biên cho cho mực nước trong hệ thống sông; p là đại lượng đặc trưng cho tham số lòng dẫn của hệ thống sông phụ thuộc vào mô hình toán được lựa chọn. Phương trình (2.9), (2.10) sẽ được sử dụng để thiết lập điề u kiện ràng buộc hoặc hàm mục tiêu của bài toán vận hành hệ thống hồ chứa. Mô hình diễn toán dòng chảy có thể được thiết lập trên cơ sở các mô hình toán khác nhau: mô hình động lực dựa trên hệ phương trình Saint -Venant 1 chiều, mô hình sóng động học, sóng khuếch tán, mô hình Muskingum ...Đối với mô hình động lực p là các tham số đại diện cho từng mặt cắt của hệ thống sông bao gồm các thông số về hình học, hệ số nhám; đối với mô hình Muskingum, p là véc tơ các tham số K, x cho từng đoạn sông. Trong luận văn này, tác giả chọn mô hình Muskingum để diễn toán lũ. Cơ sở toán học của mô hình Muskingum: Phương pháp này được McCarthy đề xuất năm 1939. Phương pháp này tuy đơn giản nhưng rất hiệu quả trong trường hợp số liệu địa hình không đầy đủ. Vì vậy, hiện nay phương pháp Muskingum vẫn được nhiều tác giả phát triển và sử dụng. Phương pháp Muskingum được xây dựng như sau: Giả thiết rằng trên đoạn sông từ điểm x1 đến x2 có lưu lượng nhập lưu khu giữa, lấy tích phân hai vế phương trình bảo toàn khối lượng (2.11) theo x từ đầu đoạn sông x1 đến cuối đoạn sông x2 , ta thu được đẳng thức sau : ∫ =−+ 2 1 )()(),( x x LQtItOdxtxAdt d (2.11) 42 Trong đẳng thức (2.11): ∫ 2 1 ),( x x dxtxA = V(t) là thể tích của khối nước trên đoạn sông từ điểm x1 đến điểm x2 tại thời điểm t. I(t) = Q(x1 ,t) là lưu lượng chảy vào trong đoạn sông. O(t) = Q(x2, t) là lưu lượng chảy ra ngoài đoạn sông. Đẳng thức (2.11) thể hiện định luật bảo toàn khối lượng sau: sự thay đổi khối lượng nước trên một đoạn sông bằng lưu lượng chảy vào trong đoạn sông trừ đi lưu lượng chảy ra ngoài đoạn sông. Phương trình (2.11) có thể viết lại là: )()()( tOtItV dt d −= + QL (2.12) Sai phân phương trình (2.12) theo t, ta thu được đẳng thức sau: [V(t) – V(t-∆t)]/ ∆t = [I(t)-O(t)+ I(t-∆t)-O(t-∆t)] /2 +QL (2.13) Phương pháp Muskingum giả thiết rằng các đại lượng trong phương trình (2.12) có liên quan với nhau qua đẳng thức: V(t) = K[XI(t) + (1-X)O(t)] , (2.14) với K, X là các hệ số kinh nghiệm (empirical) cho từng đoạn sông. K có thứ nguyên là thời gian, tương ứng với thời gian truyền lũ trong đoạn sông; X là tham số không thứ nguyên, phụ thuộc vào hình dạng của dung tích hình nêm đã mô hình hóa. Giá trị thay đổi từ 0 đối với dung tích kiểu hồ chứa, đến 0.5 đối với dung tích hình nêm đầy. Thay V(t) trong phương trình (2.14) vào phương trình (2.13) ta thu được đẳng thức K*X [I(t) – I(t-∆t)]/ ∆t + K(1-X) [O(t) – O(t-∆t)]/∆t= [I(t) + I(t-∆t)]/2 –[O(t)+O(t-∆t)]/2 +QL Từ đẳng thức này ta thu được đẳng thức [∆t +2K-2K*X]O(t) = [2K-2K*X-∆t]O(t-∆t)+[∆t-2K*X]I(t)+[∆t+2K*X]I(t-∆t) +QL*2∆t Như vậy, lưu lượng chảy ra ngoài đoạn sông Q(t) trong phương pháp Muskingum được tính theo công thức: O(t) = c1I(t- ∆t ) + c2I(t) + c3O(t-∆t ) +c4QL (2.15) Các hệ số c1 , c2 , và c3 được tính theo công thức : 43 KXKt KXtc 22 2 1 −+∆ +∆ = KXKt KXtc 22 2 2 −+∆ −∆ = (2.16) KXKt KXtKc 22 22 3 −+∆ −∆− = KXKt tc 22 2 4 −+∆ ∆ = Tính toán lưu lượng chảy ra ngoài một đoạn sông theo phương pháp Muskingum đơn giản hơn tính toán trong mô hình sóng động học. Trong phương pháp Muskingum ta chỉ cần xác định 2 hệ số kinh nghiệm K và X cho đoạn sông và tính lưu lượng chảy ra Q(t) theo công thức (2.15). 2.5. Khả năng và yêu cầu dữ liệu của mô hình Thu thập dữ liệu các trận lũ lịch sử trên lưu vực sông Ba, bao gồm các trận lũ như sau: Năm Qmax Củng sơn (m3/s) Zmax Tuy Hòa (m) 1986 9200 4,64 1988 10500 4,39 2009 13540 4.65 Tương ứng với các trận lũ trong quá khứ, tác giả cũng thu thập được các tài liệu về hiện trạng hồ chứa trên lưu vực, các điều kiện địa hình, địa chất, thảm phủ, khí tượng thủy văn và mạng lưới sông suối trên hệ thống. Số liệu hồ chứa: - Thông số thiết kế. - Quy trình vận hành phê duyệt - Các báo cáo về tính toán thủy văn, điều tiết hồ chứa,… Thu thập các số liệu khí tượng thủy văn: lượng mưa, mực nước, lưu lượng trích lũ của các năm từ 1977-2008. 44 Lựa chọn 3 hồ chứa lớn đã vận hành trước năm 2010 trên hệ thống, có khả năng cắt lũ phối hợp, tính toán để đưa vào quy trình liên hồ, bao gồm các hồ: Ayun Hạ, sông Ba Hạ, sông Hinh. Đây là những hồ chứa lớn trên lưu vực có khả năng điều hành cắt lũ. Các hồ chứa vẫn quản lý vận hành một cách riêng rẽ, chưa có phối kết hợp gắn kết với nhau nên không phát huy được hiệu quả phòng chống lũ cho hạ du của các hồ. - Thu thập, phân tích các yêu cầu, tiêu chuẩn phòng chống lũ cho hạ du. Phòng, chống và giảm đến mức thấp nhất các thiệt hại của lũ lụt, ngập úng khu vực trung lưu và hạ lưu sông Ba, tập trung chủ yếu cho đồng bằng hạ lưu ven biển Tuy Hòa và thành phố Tuy Hòa, nhằm ổn định dân cư, đảm bảo sản xuất tạo đà phát triển kinh tế xã hội bền vững. 45 CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA CỦA LƯU VỰC SÔNG BA 3.1. Các kịch bản lũ Trong thời gian quan trắc 33 năm, chỉ có 2 năm 1993, 2009 thuộc năm lũ rất lớn. Cấp lũ lớn có 7 năm (1978, 1971, 1986, 1988, 1992, 1998, 2003), lũ trung bình xẩy ra vào năm 1983, 1984, 1985, 1990, 2001,... Các năm lũ rất nhỏ chỉ có 4 năm 1982, 1989, 2002, 2006. Trên cơ sở phân tích tài liệu khí tượng thủy văn, tình hình ngập lụt lũ trong lưu vực, định hướng phòng chống lũ cho vùng hạ du sông Ba, trong khuôn khổ của luận văn này, tác giả đã chọn các trường hợp tính toán sau: - Kịch bản không hồ: chọn năm 1986, 1988 để hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thủy văn và mô hình điều tiết hệ thống trong trường hợp không hồ. - Kịch bản 3 hồ: hồ chứa Ayunhạ, sông Hinh, sông Ba Hạ. Ứng với lũ chính vụ năm 2009 tính theo quy trình vận hành đơn hồ. - Kịch bản 3 hồ vận hành theo quy trình mới được đề xuất do đề tài KC-08- 30 do PGS.TS. Nguyễn Hữu Khải chủ trì. Lý do chọn các trận lũ trên đưa vào mô phỏng là: Lũ 1986 là lũ lớn có lưu lượng đỉnh lũ tại Củng Sơn đạt 9200m3/s. Tuy trận lũ này không lớn như trận lũ 1993 nhưng đã gây ngập nặng cho thành phố Tuy Hòa. Mưa to xảy ra trên d iện rộng gây lũ lớn trên nhánh Ia Ba và nhánh Ayunpa, mực nước trên tại Pơmơrê vượt báo động 3 là 99cm. Mực nước tại trạm Ayunpa vượt báo động 3 là 142cm, tuy nhiên tại An Khê lũ nhỏ hơn báo động 1. Mực nước tại Phú Lâm vượt báo động 3 là 94 cm. Lũ 1988 là lũ lớn có lưu lượng đỉnh lũ tại Củng Sơn đạt 10500m3/s. Mưa rất to ở hạ lưu, mưa phần thượng, sông Hinh và hạ lưu của khu giữa kết hợp với mưa trên diện rộng gây lũ lớn ở hạ du, mực nước ở trạm Ayunpa vượt báo động 3 là 74 cm, tại Pơ Mơ Rê chỉ vượt báo động 1 là 20cm. Mực nước tại Phú Lâm vượt báo động 3 là 69 cm. Lũ 11/2009, với lưu lượng max tại Củng Sơn 13500m3/s. Mưa lớn ở nhánh 46 IaBa, khu giữa và phần hạ lưu gây lũ rất lớn trên sông Ba, mực nước tại trạm AyunPa vuợt báo động 3 là 263 cm, mực nước tại Anh Khê vượt báo động 3 là 48 cm, trong khi đó tại Pơ Mơ rê chỉ vượt BĐ 1 là 119 cm , mực nước tại Phú Lâm vượt báo động 3 là 95 cm. Hình 3.1. Sơ đồ tính toán hồ chứa Thủy điện YAyun Hạ Thủy điện Ba Hạ Củng Sơn Thủy điện Sông Hinh Sông Iayun Sông B a H Sông Hinh 47 3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 3.2.1 Xử lý số liệu trong mô hình Marine a. Xử lý số liệu địa hình lưu vực Các trạm đo mưa và trạm đo mực nước, đo lưu lượng đã được mô hình hóa vào MARINE bằng 3 lưu vực nhỏ nối với nhau bằng hệ thống sông. Trong luận văn này, tác giả sử dụng DEM (Digital Elivation Model) với độ phân giải 90m trên hệ quy chiếu phẳng UTM1984 làm số liệu địa hình. Quá trình khoanh vùng và phân chia lưu vực được xác định trên cơ sở các đường phân nước của lưu vực. Bản đồ sử dụng đất và bản đồ lớp phủ thực vật được xử lý đưa vào tính toán đều có tỷ lệ 1:100 000 và cùng hệ quy chiếu phẳng UTM1984. Hình 3.2. Sơ đồ phân chia lưu vực sông Ba sử dụng trong mô hình MARINE Số liệu vào của các lưu vực đã được kiểm tra thông qua bài toán kiểm định của mô hình và đạt tiêu chuẩn tốt. Số liệu mưa đưa vào tính toán là số liệu thực đo của việc phân bố mưa trên lưu vực được dựa trên phương pháp đa giác Thiessen. 20 km 48 Hình 3.3. Sơ đồ phân chia lưu vực theo phương pháp đa giác Thiessen 49 b. Xử lý số liệu số liệu hiện trạng sử dụng đất Số liệu hiện trạng sử dụng đất được đưa vào để tính toán trong mô hình thủy văn Marine. Đây là một trong ba l oại số liệu cơ bản phục vụ cho mô hình diễn toán dòng chảy trên lưu vực từ mưa. Số liệu hiện trạng sử dụng đất trực tiếp ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy trên bề mặt lưu vực, vì vậy chất lượng và kỹ thuật xử lý loại số liệu này rất quan trọng đối với chất lượng tính toán của mô hình. Hình 3.4. Sơ đồ hiện trạng sử dụng đất của lưu vực sông Ba Tương tự như số liệu hiện trạng sử dụng đất, số liệu thành phần cấu trúc của 50 đất cũng là một trong ba loại số liệu cơ bản của mô hình thủy văn. Số liệu thành phần cấu trúc của đất được xử lý kỹ hơn, phức tạp hơn số liệu hiện trạng sử dụng đất, vì có nhiều thông tin của cần được đưa vào mô hình tính. c. Một số kết quả kiểm tra bài toán mẫu của các lưu vực bộ phận trong mô hình  Thiết lập bài toán mẫu: Bài toán mẫu được xây dựng với mục đích kiểm tra sự bảo toàn tổng khối lượng của lưu lượng nước vào và ra khỏi lưu vực, đồng thời kiểm tra sự ổn định của mô hình khi tính toán ở trạng thái dừng. Bài toán mẫu được xây dựng bằng cách, cho mưa liên tục và đồng đều trên toàn lưu vực trong một khoảng thời gian đủ dài (tùy thuộc vào đặc thù của từng lưu vực và thời gian này dài ngắn khác nhau). Sau đó ngắt mưa và kéo dài quá trình tính sao cho lượng nước trong lưu vực chảy hết ra khỏi lưu vực. Với lưu vực 1, do diện tích lưu vực rộng, thời gian chảy truyền của lưu vực dài nên lượng mưa được chọn để test là 0.1m/giờ và kéo dài trong 5 ngày liên tục, sau đó cho lượng mưa bằng không và tiếp tục tính toán đến thời điểm 30 ngày.  Kết quả bài toán mẫu: Với lưu vực sông Ba, mô hình đã được thiết lập, đã chạy kiểm tra các bài toán mẫu đảm bảo tốt để chạy các phương án tính toán và áp dụng vào thực tế. Dưới đây là một số kết quả kiểm tra bài toán mẫu cho các lưu vực bộ phận. Kiểm tra bài toán mẫu cho tiểu lưu vực 1: Dưới đây là bảng kết quả kiểm tra bài toán mẫu (xem thêm phụ lục) và biểu đồ thủy văn tính toán của lưu vực. Sum(Q*DeltaT) R*T*S DeltaV R T S (m3) (m3) (%) (m/hours) (hours) (m2) 274.67x106 277.44x106 0.99 0.01 10 2774.48x106 Trong đó: R – Lượng mưa S – Diện tích của lưu vực T – Thời gian mưa DeltaV – Sai số tổng lượng 51 0 50 100 150 200 250 300 350 400 1 51 10 1 15 1 20 1 25 1 30 1 35 1 40 1 45 1 50 1 55 1 60 1 65 1 70 1 Thời gian (giờ) L ư u lư 0 1 2 3 Mua (mm/h) Luu luong (m3/s) Hình 3.5. Kết quả kiểm tra bài toán mẫu cho lưu vực 1 Hình 3.6. Lưu vực 1 52 Kiểm tra bài toán mẫu cho tiểu lưu vực 2: Dưới đây là bảng kết quả kiểm tra bài toán mẫu và biểu đồ thủy văn tính toán của lưu vực. Sum(Q*DeltaT) R*T*S DeltaV R T S (m3) (m3) (%) (m/hours) (hours) (m2) 817.74x106 826.88x106 1.1 0.01 10 8268.87x106 Trong đó: R – Lượng mưa S – Diện tích của lưu vực T – Thời gian mưa DeltaV – Sai số tổng lượng 0 200 400 600 800 1000 1200 1 50 99 14 8 19 7 24 6 29 5 34 4 39 3 44 2 49 1 54 0 58 9 63 8 68 7 Thời gian (giờ) L ư u lư 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Mua (mm/h) Luu luong (m3/s) Hình 3.7. Kết quả kiểm tra bài toán mẫu cho lưu vực 2 53 Hình 3.8. Lưu vực 2 Kiểm tra bài toán mẫu cho tiểu lưu vực 3: Dưới đây là bảng kết quả kiểm tra bài toán mẫu và biểu đồ thủy văn tính toán của lưu vực. Sum(Q*DeltaT) R*T*S DeltaV R T S (m3) (m3) (%) (m/hours) (hours) (m2) 96.94x106 97.25x106 0.31 0.01 10 972.52x106 Trong đó: R – Lượng mưa S – Diện tích của lưu vực T – Thời gian mưa DeltaV – Sai số tổng lượng 54 0 20 40 60 80 100 120 140 1 50 99 14 8 19 7 24 6 29 5 34 4 39 3 44 2 49 1 54 0 58 9 63 8 68 7 Thời gian (giờ) L ư u lư 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Mua (mm/h) Luu luong (m3/s) Hình 3.9. Kết quả kiểm tra bài toán mẫu cho lưu vực 3 Hình 3.10. Lưu vực 3 Qua việc kiểm tra các bài toán mẫu, kết quả cho thấy sai số nằm trong phạm 55 vi chấp nhận được. Vậy có thể dùng mô hình Marine này để tính toán áp dụng cho một số trận lũ của lưu vực sông Ba. 3.2.2 Xử lý số liệu trong mô hình điều hành hồ chứa Thiết lập file đầu vào: gồm các thông số thiết kế hồ chứa như lưu lượng vào hồ, q xả qua tuorbin, chế độ xả, quan hệ V-Z hồ, các mực nước đặc trưng của hồ chứa, tham số thủy lực của cửa xả đáy và mặt. Vận hành cửa van hệ thống hồ chứa trên sông Ba để cắt lũ khá phức tạp. Các cửa được mở theo từng nấc 0.5 m, các cửa được mở từ giữa ra. Hết một chu trình thì mở tiếp nấc mới. Các hồ đã đi vào hoạt động, việc vận hành cửa van tuân theo quy trình đã được phê duyệt. Do đó tác giả đã sử dụng một chương trình tự viết của Viện Cơ học để điều tiết lũ. 3.2.3. Xử lý số liệu trong mô hình diễn toán lũ Muskingum Toàn bộ nhánh chính đoạn sông từ Ayun Hạ về đến Củng Sơn được mô hình hóa trong mô hình Muskingum là một dòng sông. Mô hình thủy lực Muskingum có vai trò dẫn nước và thu gom lượng nước gia nhập khu giữa trên suốt đoạn đường từ thượng lưu về hạ lưu (theo sơ đồ tính toán). Toàn bộ phần lưu lượng phụ gia nhập khu giữa của Muskingum do mô hình thủy văn MARINE diễn toán từ mưa trên toàn lưu vực và xuất ra sông. Hình 3.11. Mô hình hóa sông Ba trong Muskingum Trong diễn toán hồ , sóng động học không đòi hỏi số liệu địa hình chi tiết. Thông số mô hình K, X và hệ số nhập lưu khu giữa cũng như quá trình lượng nhập khu giữa của từng đoạn sông được hiệu chỉnh, xác định cho một số con lũ lớn. Các năm điển hình đã lựa chọn tính toán được hiệu chỉnh để xác định lượng nhập khu giữa k và quá trình của lượng nhập khu giữa riêng rẽ. Các thông số này được giữ Biên trên Q gia nhập Biên dưới Các đoạn 56 nguyên trong quá trình điều tiết cắt lũ sau này. 3.2.4. Kết quả kịch bản không hồ năm 1986, 1988 Dưới đây là một số kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy văn và mô hình mô phỏng điều tiết hệ thống liên hồ. Đường quá trình lưu lượng đến hồ Ayun Hạ năm 1986 0 500 1000 1500 2000 2500 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Thời gian (giờ) L uu lu on g (m 3/ s) TinhToan_Marine ThucDo Hình 3.12. Đường quá trình lưu lượng đến hồ Ayun Hạ năm 1986 57 Đường quá trình lưu lượng đến hồ sông Hinh năm 1986 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Thời gian (giờ) L uu lu on g (m 3/ s) TinhToan_Marine ThucDo Hình 3.13. Đường quá trình lưu lượng đến hồ sông Hinh năm 1986 Đường quá trình lưu lượng tại Củng Sơn năm 1986 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Thời gian (giờ) L ư u lư Cung Son tinh toan Cung Son thuc do Hình 3.14. Đường quá trình lưu lượng tại Củng Sơn năm 1986 58 Đường quá trình lưu lượng đến hồ Ayun Hạ năm 1988 0 500 1000 1500 2000 2500 0 50 100 150 200 250 Thời gian (giờ) L uu lu on g (m 3/ s) TinhToan_Marine ThucDo Hình 3.15. Đường quá trình lưu lượng đến hồ Ayun Hạ năm 1988 Đường quá trình lưu lượng đến hồ sông Hinh năm 1988 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0 50 100 150 200 250 Thời gian (giờ) L uu lu on g (m 3 /s ) TinhToan_Marine ThucDo Hình 3.16. Đường quá trình lưu lượng đến hồ sông Hinh năm 1988 59 Đường quá trình lưu lượng tại Củng Sơn năm 1988 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 50 100 150 200 250 Thời gian (giờ) L ư u lư 3 /s ) Cung Son tinh toan Cung Son thuc do Hình 3.17. Đường quá trình lưu lượng tại Củng Sơn năm 1988 60 3.3. Kịch bản điều tiết đơn hồ QUY TRÌNH VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA NƯỚC AYUN HẠ Cơ sở dữ liệu văn bản quy phạm pháp luật lĩnh vực Nông nghiệp và phát triển nông thôn ------------------------------------------------- QUYẾT ĐỊNH CỦA BỘ TRƯỞNG BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN Số 64/2004/QĐ-BNN, ngày 11 tháng 11 năm 2004 Về việc ban hành Qui trình vận hành điều tiết hồ chứa nước Ayun Hạ tỉnh Gia Lai BỘ TRƯỞNG BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN - Căn cứ Luật Tài nguyên nước số 08/1998/QH10; Pháp lệnh khai thác và bảo vệ công trình thuỷ lợi số 32/2001/PL-UBTVQH10. - Căn cứ Nghị định số 86/2003/NĐ -CP ngày 18 tháng 7 năm 2003 của Chính phủ quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. - Xét Tờ trình số 680/DATL ngày 05/3/2002 của Ban QLDATL 412 về việc xin phê duyệt Qui trình vận hành điều tiết hồ chứa nước Ayun Hạ tỉnh Gia Lai. - Theo kết quả thẩm định và đề nghị của Cục trưởng Cục Thuỷ lợi tại Tờ trình số 18/TT -TL ngày 5 tháng 5 năm 2004 về việc phê duyệt và ban hành Qui trình vận hành điều tiết hồ chứa nước Ayun Hạ tỉnh Gia Lai. QUYẾT ĐỊNH Điều 1. Ban hành kèm theo Quyết định này Qui trình vận hành điều tiết hồ chứa nước AYun Hạ tỉnh Gia Lai. Điều 2. Quyết định này có hiệu lực sau 15 ngày, kể từ ngày đăng Công báo. Điều 3. Chánh Văn phòng Bộ, Thủ trưởng các Cục, Vụ thuộc Bộ và Thủ trưởng các đơn vị liên quan chịu trách nhiệm thi hành Quyết định này./. KT.BỘ TRƯỞNG BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN Thứ trưởng Phạm Hồng Giang: Đã ký 61 QUY TRÌNH VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA NƯỚC SÔNG HINH 62 QUY TRÌNH VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA NƯỚC SÔNG BA HẠ BỘ CÔNG THƯƠNG Số: 1863/QĐ-BCT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Hà Nội, ngày 14 tháng 04 năm 2009 QUYẾT ĐỊNH Ban hành Quy trình vận hành hồ chứa thủy điện sông Ba Hạ BỘ TRƯỞNG BỘ CÔNG THƯƠNG Căn cứ Luật Tài nguyên nước ngày 20 tháng 05 năm 1998; Căn cứ Pháp lệnh phòng, chống lụt, bão ngày 20 tháng 03 năm 1993 và Pháp lệnh sửa đổi, bổ sung một số điều của Pháp lệnh Phòng, chống lụt, bão ngày 24 tháng 08 năm 2000; Căn cứ Pháp lệnh Khai thác và Bảo vệ công trình thủy lợi ngày 4 tháng 4 năm 2001; Căn cứ Nghị định số 189/2007/NĐ-CP ngày 27 tháng 12 năm 2007 của Chính phủ Quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Bộ Công Thương; Căn cứ Nghị định số 08/2006/NĐ-CP ngày 16 tháng 01 năm 2006 của Chính phủ về việc quy định chi tiết một số điều của Pháp lệnh Phòng, chống lụt, bão được sửa đổi, bổ sung ngày 24 tháng 8 năm 2010; Căn cứ Nghị định số 143/2003/NĐ-CP ngày 28 tháng 11 năm 2003 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Pháp lệnh khai thác và bảo vệ công trình thủy lợi; Căn cứ Nghị định số 72/2007/NĐ-CP ngày 7 tháng 5 năm 2007 của Chính phủ về quản lý an toàn đập; Căn cứ Nghị định số 112/2008/NĐ-CP ngày 20 tháng 10 năm 2008 của Chính phủ về quản lý, bảo vệ, khai thác tổng hợp tài nguyên và môi trường các hồ chứa thủy điện, thủy lợi; Căn cứ Nghị định số 285/2006/QĐ-TTg ngày 25 tháng 12 năm 2006 của Thủ tướng Chính phủ về nội dung thẩm quyền ban hành và tổ chức thực hiện Quy trình 63 vận hành hồ chứa thủy điện; Theo đề nghị của Vụ trưởng Vụ Khoa học và Công nghệ, QUYẾT ĐỊNH Điều 1. Ban hành kèm theo Quyết định này Quy trình vận hành hồ chứa thủy điện sông Ba Hạ Điều 2. Quyết định này có hiệu lực kể từ ngày ký. Các quy định trước đây liên quan đến việc vận hành hồ chứa thủy điện sông Ba Hạ trái với Quy trình này đều bãi bỏ. Điều 3. Chủ tịch ỦY ban nhân dân tỉnh Phú Yên, Chánh Văn phòng Bộ, Chánh Thanh tra Bộ, Cục trưởng , Vụ trưởng thuộc Bộ, Trưởng Ban Chỉ huy Phòng chống lụt, bão và Tìm kiếm cứu nạn tỉnh Phú Yên, Giám đốc Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Phú Yên, Tổng Giám đốc Tập đoàn Điện lực Việt Nam, Tổng Giám đốc Công ty Cổ phần Thủy điện sông Ba Hạ và các tổ chức, cá nhân liên quan chịu trách nhiệm thi hành Quyết định này./. KT. BỘ TRƯỞNG Thứ trưởng Đỗ Hữu Hào: Đã ký 64 Kịch bản 3 hồ: hồ chứa Ayunhạ, sông Hinh, sông Ba Hạ. Ứng với lũ chính vụ năm 2009 tính theo quy trình vận hành đơn hồ để xem xét khả năng của mô hình mô phỏng điều tiết hệ thống. Dưới đây là một số kết quả điều tiết đơn hồ theo qui trình cũ. Hồ Ayun Hạ: Theo qui trình vận hành điều tiết hồ chứa nước Ayun Hạ năm 2004 thì: Bảng 3.1. Mực nước hồ cao nhất ở đầu các tháng trong mùa lũ Thời gian 1/8 1/9 1/10 1/11 1/12 Mực nước cao nhất 199,43 201,90 203,0 203,0 204,0 Khi mực nước hồ vượt quá mực nước qui định tại bảng 3.1 nhưng chưa vượt quá mực nước dâng bình thường, có thể không xả lũ. Khi mực nước hồ vượt quá mực nước dâng bình thường, phải xả lũ để hạ mực nước hồ xuống dưới hoặc bằng mực nước dâng bình thường. Đường quá trình điều tiêt hồ Ayun Hạ năm 2009 theo qui trình đơn hồ 0 100 200 300 400 500 600 2/11/2009 0:00 2/11/2009 12:00 3/11/2009 0:00 3/11/2009 12:00 4/11/2009 0:00 4/11/2009 12:00 5/11/2009 0:00 5/11/2009 12:00 Thời gian (giờ) L ư u lư 3 /s ) 200 200.5 201 201.5 202 202.5 203 203.5 204 204.5 M ực n ư ớc h ồ (m ) Q vao ho Qxa MNDBT MN 203 Zho Hình 3.18. Đường quá trình điều tiết hồ Ayun Hạ năm 2009 theo qui trình đơn hồ Hồ sông Hinh, theo Điều 5 khoản 5.3 quy trình 8/2002, khi lũ vào hồ đang lên 65 với Qlũ>1300 m3/s thì nhà máy tiến hành xả trước (trước khi xu ất hiện đỉnh lũ) từ mực nước hiện tại đến mực nước hồ không dưới 202.5m (VPL=331 triệu m3) và quy trình 5/2010 điều chỉnh lên mực nước hạ thấp cho phép là 206 m (VPL=231 triệu m3). Đường quá trình điều tiêt hồ sông Hinh 2009 theo qui trình đơn hồ 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 2/11/2009 0:00 2/11/2009 12:00 3/11/2009 0:00 3/11/2009 12:00 4/11/2009 0:00 4/11/2009 12:00 5/11/2009 0:00 5/11/2009 12:00 Thời gian (giờ) L ư u lư 3 /s ) 200 202 204 206 208 210 M ực n ư ớc h ồ (m ) Qxa Qvaoho Zho MNDBT MN 206 Hình 3.19. Đường quá trình điều tiết hồ sông Hinh năm 2009 theo qui trình đơn hồ Hồ Ba Hạ: Cao trình mực nước trước lũ của hồ trong thời kỳ mùa lũ không được vượt quá cao trình mực nước dâng bình thường 105m. 66 Đường quá trình điều tiết hồ Ba Hạ năm 2009 theo qui trình đơn hồ 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 2/11/2009 0:00 2/11/2009 12:00 3/11/2009 0:00 3/11/2009 12:00 4/11/2009 0:00 4/11/2009 12:00 5/11/2009 0:00 5/11/2009 12:00 Thời gian (giờ) L ư u lư 3 /s ) 90.00 92.00 94.00 96.00 98.00 100.00 102.00 104.00 106.00 108.00 110.00 112.00 114.00 116.00 118.00 120.00 M ực n ư ớc h ồ (m ) Qvaoho Qxa MNDBT_105 Zho Hình 3.20. Đường quá trình điều tiết hồ Ba Hạ năm 2009 theo qui trình đơn hồ 3.4. Kịch bản điều tiết liên hồ theo quy trình mới (Xem them phần Phụ lục) Nguyên tắc vận hành các hồ trong thời kỳ lũ Cao trình mực nước các hồ trong thời kỳ lũ chính vụ không được vượt quá quy định trong bảng 3.2. Bảng 3.2. Cao trình mực nước khống chế ở các hồ trong mùa lũ Tên hồ Krông H’Năng Ka Nak Ayun hạ Sông Hinh Sông Ba Hạ Mực nước (m) 255 515 204,0 209,0 105,0 Trong quá trình vận hành các hồ, cần theo dõi cập nhật các thông tin cảnh báo dự bão lũ, lưu lượng mực nước thực đo tại các tuyến công trình và các trạm thủy văn khống chế để điều chỉnh quá trình xả, cắt lũ cho phù hợp với thực tế. Quá trình vận hành các hồ chứa giảm lũ cho hạ du phải tuân thủ theo các quy định và trình tự đóng mở cửa van các công trình xả đã được các cấp có thẩm quyền ban hành. Quy định về chế độ vận hành giảm lũ cho hạ du Cao trình mực nước đón lũ của các hồ được quy định ở bảng 3.3. 67 Bảng 3.3. Cao trình mực nước đón lũ của các hồ Tên hồ Krong H’Nang Ka Nak Ayun hạ Sông Hinh Sông Ba Hạ Mực nước (m) 252,5 513,0 203,0 207,0 103,0 Quy trình vận hành với nhóm 2 hồ An Khê-Ka Nak và Ayun Hạ Xả nước đón lũ: • Khi có cảnh báo trong 48 đến 72 giờ tới, mực nước tại trạm thủy văn An Khê sẽ vượt quá mức báo động II, hồ Ka Nak phải xả lũ để hạ mực nước hồ tới mức quy định như trong bảng 3.3, đảm bảo sẵn sàng đón lũ. • Khi có cảnh báo trong 48 đến 72 giờ tới, mực nước tại trạm thủy văn Yaun Pa sẽ vượt quá mức báo động II, hồ Ayun Hạ phải xả lũ để hạ mực nước hồ tới mức quy định như trong bảng 3.3, đảm bảo sẵn sàng đón lũ. Cắt giảm lũ cho hạ du • Đối với cụm 2 hồ này thì khi lũ bắt đầu về nhánh An Khê – Ka Nak và dự báo mực nước tại An Khê sẽ lên mức báo động 2 thì tiến hành tích nước cắt lũ ngay khi lũ lên bằng 25% lưu lượng đỉnh lũ dự báo đến tuyến công trình. • Khi mực nước trong hồ Ka Nak bằng MNDBT thì tiếp tục xả lũ bằng lưu lượng đến và mở hết các cửa xả để giữ mực nước hồ ở MNDBT. • Khi lũ về nhánh Yaun Hạ và dự báo mực nước tại Yaun Pa sẽ lên mức báo động 2 thì tiến hành tích nước cắt lũ ngay khi lũ lên bằng 25% lưu lượng đỉnh lũ dự báo đến tuyến công trình. • Khi mực nước trong hồ Yaun Hạ bằng MNDBT thì tiếp tục xả lũ bằng lưu lượng đến và mở hết các cửa xả để giữ mực nước hồ ở MNDBT. 68 • Khi đã mở hết cửa xả mà lũ vẫn lên thì vận hành an toàn hồ cho cụm hai hồ, sử dụng dung tích ở phần trên và báo cáo cơ quan có trách nhiệm. Quy trình vận hành với nhóm 3 hồ Krông H’Năng, Sông Hinh và Sông Ba Hạ Xả nước đón lũ: • Khi có cảnh báo trong 48 đến 72 giờ tới, mực nước tại các hồ đang ở MNDBT, mực nước tại trạm thủy văn Phú Lâm quá mức báo động II, thì lần lượt các hồ Ka Nak , Sông Ba Hạ, Sông Hinh phải xả lũ để hạ mực nước hồ tới mức quy định như trong bảng 3.3, đảm bảo sẵn sàng đón lũ. Cắt giảm lũ cho hạ du Bảng 3.4. Ngưỡng cắt lũ cho 3 hồ TT Dạng lũ Hồ Ba hạ Hồ Sông Hinh Hồ KronH’năng Qđỉnh (m3/s) Qcắt lũ Qđỉnh (%) Q đỉnh (m3/s) Qcắt lũ Qđỉnh (%) Q đỉnh (m3/s) Qcắt lũ Qđỉnh (%) 1 P≤5% 17500 80-85 3700 48-50 4942 36-40 2 P=10% 14000 75-80 2970 35-40 3950 35-40 3 P≥20% 8500 75-80 3410 35-40 4500 32-35 • Khi lũ lên thì xả bằng lưu lượng đến, giữ hồ ở MNTL. Căn cứ vào dự báo thủy văn xác định một giá trị đỉnh lũ, và nếu lưu lượng đến bằng một lưu lượng Qcắt lũ (quy định ở bảng 3.4) thì chuyển sang điều tiết cắt lũ. • Cắt lũ bằng cách xả một lưu lượng bằng lưu lượng xả cuối cùng của bước 1. Tích nước đến MNDBT. • Khi mực nước trong hồ bằng MNDBT thì tiếp tục xả lũ bằng lưu lượng đến và mở hết các cửa xả để giữ mực nước hồ ở MNDBT. 69 • Khi đã mở hết cửa xả mà lũ vẫn lên thì vận hành an toàn hồ, sử dụng dung tích ở phần trên và báo cáo cơ quan có trách nhiệm. Dưới đây là một số kết quả điều tiết đơn hồ theo qui trình mới. Đường quá trình điều tiêt hồ Ayun Hạ năm 2009 theo qui trình mới 0 100 200 300 400 500 600 2/11/2009 0:00 2/11/2009 12:00 3/11/2009 0:00 3/11/2009 12:00 4/11/2009 0:00 4/11/2009 12:00 5/11/2009 0:00 5/11/2009 12:00 Thời gian (giờ) L ư u lư 3 /s ) 200 200.5 201 201.5 202 202.5 203 203.5 204 204.5 M ực n ư ớc h ồ (m ) Qxa Q vao ho Zho MNDBT MNTLu Hình 3.21. Đường quá trình điều tiết hồ Ayun Hạ năm 2009 theo qui trình mới 70 Quá trình điều tiết hồ sông Hinh 2009 theo qui trình mới 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 2/11/2009 0:00 2/11/2009 12:00 3/11/2009 0:00 3/11/2009 12:00 4/11/2009 0:00 4/11/2009 12:00 5/11/2009 0:00 5/11/2009 12:00 Thời gian (giờ) L ư u lư 3 /s ) 203 205 207 209 211 M ực n ư ớc h ồ (m ) Qxa Qvaoho Zho MNDBT MNTLU Hình 3.22. Đường quá trình điều tiết hồ sông Hinh năm 2009 theo qui trình mới Đường quá trình điều tiết hồ Ba Hạ năm 2009 theo qui trình mới 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 2/11/2009 0:00 2/11/2009 12:00 3/11/2009 0:00 3/11/2009 12:00 4/11/2009 0:00 4/11/2009 12:00 5/11/2009 0:00 5/11/2009 12:00 Thời gian (giờ) L ư u lư 3 /s ) 100 102 104 106 108 110 M ực n ư ớc h ồ (m ) Qxa Qvaoho Zho MNDBT MNTLU Hình 3.23. Đường quá trình điều tiết hồ Ba Hạ năm 2009 theo qui trình mới 71 Đường quá trình lưu lượng Củng Sơn năm 2009 theo qui trình đơn hồ và liên hồ 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 10 20 30 40 50 60 70 Thời gian (giờ) L ư u lư 3 /s ) Cung Son tinh theo QTcu Cung Son thuc do Cung Son tinh theo QTmoi Hình 3.24. Đường quá trình lưu lượng Củng Sơn năm 2009 theo qui trình đơn hồ và liên hồ. 3.5. Kết luận Sau khi áp dụng quy trình điều tiết từng hồ riêng lẻ: Ayun Hạ [3], sông Hinh [7] và sông Ba Hạ [2] và quy trình mới do PGS.TS. Nguyễn Hữ u Khải đề xuất để tính toán điều tiết đơn hồ và liên hồ chứa thì tác giả có một số nhận xét như sau: - Đối với quy trình điều tiết đơn hồ riêng lẻ chỉ đảm bảo lợi ích cho mình hồ đó mà chưa kết hợp được giữa các hồ với nhau. Hồ Ayun Hạ thì chỉ có nhiệm vụ chính là cấp nước tưới sinh hoạt và phát điện, hồ sông Hinh chỉ có nhiệm vụ tích nước để phát điện, còn hồ Ba Hạ thì có nhiệm vụ cung cấp điện và tham gia hạn chế lũ, tạo nguồn nước cho hạ du. - Nhưng đối với quy trình liên hồ thì đã giải quyết được nhiệm vụ đa mục tiêu: an toàn công trình, góp ph ần cắt giảm lũ cho hạ du, đảm bảo an toàn phát điện. - Kết quả mô phỏng điều tiết và diễn toán lũ xuống đến Củng Sơn của quy trình liên hồ so với đơn hồ là khá tốt, chứng tỏ được hiệu quả cắt giảm lũ cho hạ du của quy trình liên hồ mà PGS.TS. Nguyễn Hữu Khải đề xuất . Lưu lượng tại trạm hạ du Củng Sơn đã giảm được 1708m3/s. 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Để thiết lập các quy trình điều tiết hồ chứa các mô hình mô phỏng và tối ưu thường được sử dụng. Tuy nhiên với hệ thống đa hồ, đa mục tiêu thì việc thiết lập và giải bài toán tối ưu là khá khó khăn nên các mô hình mô phỏng được sử dụng rộng rãi hơn. Vận hành cửa van hệ thống hồ chứa trên sông Ba để cắt lũ khá phức tạp. Các cửa được mở theo từng nấc 0.5 m, các cửa được mở từ giữa ra. Hết một chu trình thì mở tiếp nấc mới. Các hồ đã đi vào hoạt động, việc vận hành của van tuân theo quy trình đã được phê duyệt. Mặc dù có sẵn một số các mô hình tổng quát, vẫn cần thiết phải phát triển các mô hình mô phỏng cho một (hệ thống) hồ chứa cụ thể vì mỗi hệ thống hồ chứa có những đặc điểm riêng. Do đó tác giả đã sử dụng một chương trình riêng mô phỏng lại đúng quy trình đóng mở cửa van hồ chứa để điều tiết lũ. Mô hình này được phát triển bới Viện Cơ học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Các hồ chứa trên lưu vực sông Ba đều không có dung tích phòng lũ và cố gắng giữ mực nước hồ cao nhất trong suốt mùa lũ. Khi dự báo có lũ lớn xẩy ra, tùy theo tình hình lũ mà các hồ xả bớt nước để dành dung tích cắt giảm lũ cho hạ du. Sau khi điều tiết lũ, đóng dần các cửa van để đưa mực nước hồ về mực nước dâng bình thường. Do dung tích cắt giảm lũ nhỏ so với lượng lũ, nên mục tiêu của việc điều hành hệ thống hồ là cắt giảm đỉnh lũ cho hạ du và tránh gây lũ chồng lũ. Điểm khác biệt trong điều hành của hệ thống hồ chứa lưu vực sông là: chưa biết trước dung tích phòng lũ của các hồ và toàn hệ thống, quy mô lũ cần phải bảo vệ cho hạ du không cố định, mục tiêu là cố gắng cắt lũ vừa dưới mức báo động 2 đối với lũ trung bình (lũ sớm và muộn), giảm tối đa đối với lũ lớn và rất lớn (lũ chính vụ). Đưa ra quy trình cắt lũ hợp lý để thoả mãn các yêu cầu là rất khó. Nằm trong vùng thường xuyên chịu tác động của các hình thế nguy hiểm gây mưa lớn, sông Ba được xếp vào một trong những con sông có tiềm năng sinh lũ lớn nhất nước ta. Với đặc điểm lũ lên nhanh, đỉnh lũ cao, trong khi đó dung tích phòng lũ cho hạ du của các hồ chứa lại nhỏ. Lũ lớn ở hạ du xẩy ra chủ yếu phần trung và hạ du của lưu vực gây ra. Khi xẩy ra lũ lớn đến rất lớn ở hạ du thì hầu hết các nhánh 73 sông trên hệ thống sông Ba đều có lũ. Đặc biệt hai nhánh sông Krông H’Năng, sông Hinh lũ rất đồng bộ với lũ Củng Sơn ở mức độ lũ trung bình trở lên. Phương thức hạ mực nước hồ sớm và cắt đỉnh lũ đã giảm lũ cho hạ du đồng thời không gây ra lũ chồng lên lũ. Hoạt động điều tiết cắt giảm lũ của cụm hai hồ Knak, Ayun Hạ không gây tác động lớn đến dòng chảy vào sông Ba Hạ. Hồ Sông Ba Hạ, Ayun Pa có vai trò quan trọng trong việc giảm lũ cho hạ du, các hồ khác sẽ hỗ trợ trong quá trình cắt giảm lũ. Vì vậy, có gắng đưa mực nước hai hồ này đến mức thấp nhất cho phép có thể được. Trong luận văn này trình bày việc tích hợp một số phần mềm với nhau để tạo thành một công cụ cho phép điều tiết liên hồ chứa trên hệ thống sông Ba. Kết quả điều tiết và diễn toán lũ xuống đến Củng Sơn của quy trình liên hồ so với đơn hồ là khá tốt, chứng tỏ được hiệu quả cắt giảm lũ của quy trình liên hồ mới. Các kết quả tính toán trong luận văn đã chứng tỏ được khả năng ứng dụng của công cụ tích hợp mà tác giả đã xây dựng. Công cụ này không chỉ sử dụng cho hệ thống liên hồ chứa trên sông Ba mà có thể áp dụng cho hệ thống các hồ chứa khác. Việc thu thập được đầy đủ các số liệu khí tượng thủy văn và địa hình, cũng như các đặc tính của hồ chứa, lưu vực nghiên cứu thì việc mô phỏng được tốt hơn, nâng cao tính hiệu quả trong việc xây dựng vận hành cắt lũ. Mô hình thủy văn Marine mà tác giả sử dụng trong luận án rất cần số liệu chi tiết về địa hình, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ cấu trúc đất, số liệu trạm đo mưa chi tiết hơn. Nếu có được những loại số liệu chi tiết này thì việc tính toán thủy văn sẽ được tốt hơn. Với đặc điểm lũ lên nhanh, đỉnh lũ cao, trong khi đó dung tích phòng lũ cho hạ du của các hồ chứa lại nhỏ. Lũ lớn ở hạ du xảy ra chủ yếu ở phần trung và hạ du của lưu vực gây ra. Khi xẩy ra lũ lớn đến rất lớn ở hạ du thì hầu hết các nhánh sông trên hệ thống sông Ba đều có lũ. Đặc biệt hai nhánh sông Krông H’Năng, Hinh lũ rất đồng bộ với lũ ở Củng Sơn ở mức độ lũ trung bình trở lên. Vì các hồ không có dung tích phòng lũ, việc xả nước đón lũ rất phụ thuộc vào dự báo, ảnh hưởng rất lớn đến 74 việc ngập lụt hạ du (đoạn từ Củng Sơn ra đến Cửa Đà Rằng). Ngập lụt hạ du chủ yếu do lưu lượng xả từ hai hồ Ba Hạ và sông Hinh nên việc kết hợp hai hồ này điều tiết là rất quan trọng. Để có được bức tranh ngập lụt ở vùng này thì cần phải có thêm thời gian và áp dụng thêm một số mô hình khác nữa. Do thời gian hạn chế nên luận văn mới chỉ tính cho 3 hồ chứ chưa tính được cho nhiều hồ và mới chỉ tính điều tiết liên hồ chứa cho năm 2009, chứ chưa tính được cho nhiều năm lũ lớn. 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Ban chỉ đạo phòng chống lụt bão Trung ương (6/6/2005), “Qui trình vận hành hồ chứa thủy điện Hòa Bình và các công trình cắt giảm lũ hàng năm”. 2) Bộ Công Thương (6/2009), Quyết định: Ban hành quy trình vận hành hồ chứa thủy điện sông Ba Hạ, số 3024 /QĐ-BCT. 3) Bộ NN&PTNT (2004), Quyết định: về việc ban hành quy trình vận hành điều tiết hồ chứa nước Ayun Hạ tỉnh Gia Lai, số 64/2004/ QĐ-BNN. 4) Bộ NN&PTNT (10/2007), Quy định: Phê duyệt “Quy hoạch sử dụng tổng hợp và bảo vệ nguồn nước lưu vực sông Ba”, số 2994 /QĐ-BNN-KH. 5) Nguyễn Tiến Cường, Marie Madeleine Maubourguet (2004), Thử nghiệm mô hình thủy văn cho lưu vực sông Đà, phần thuộc lãnh thổ Việt Nam . Tuyển tập báo cáo hội nghị cơ học toàn quốc 2004, T2. 6) Dự án quốc tế FLOCODS, Hệ thống hỗ trợ ra quyết định nhằm kiểm soát lũ lụt đảm bảo phát triển bền vững môi trường sinh thái châu thổ sông Hồng- Trung Quốc, Việt Nam. 7) Trịnh Quang Hoà (1997), Xây dựng công nghệ nhận dạng lũ thượng nguồn sông Hồng phục vụ điều hành hồ chứa Hoà Bình chống lũ hạ du. 8) Nguyễn Hữu Khải. Lê Thị Huệ (2007), Điều tiết lũ hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hương bằng mô hình HEC -RESSIM. Tạp chí KTTV số 11. Hà Nội, Việt Nam. 9) Nhà máy thủy điện Vĩnh Sơn – Sông Hinh (8/2002), Tổng Công ty Điện lực Việt Nam, “Quy trình xả lũ hồ chứa sông Hinh”, số 2775/QĐ-EVN-KTNĐ. 10) PEC1 (2003), Điều kiện khí tượng thủy văn thủy điện sông Ba Hạ. 11) Quyết định số 1936/QĐ-UBND, (2009): “Ban hành Quy định phối hợp vận hành điều tiết lũ các hồ chứa thủy điện lưu vực sông Ba trên địa bàn tỉnh Phú Yên”, Phú Yên. 12) Quyết định số 1757/QĐ-TTg, (2009), Quyết định về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa các hồ: Sông Ba Hạ, Sông Hinh, Krông H’Năng, Ayun Hạ và An Khê – Ka Nak trong mùa lũ hàng năm, Hà Nội. 76 13) Lâm Hùng Sơn (2005), Nghiên cứu cơ sở điều hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng. 14) Trần Hồng Thái (2005) và Ngô Lê Long (2006), Bước đầu áp dụng thuật tối ưu hoá trong vận hành hồ Hoà Bình phòng chống lũ và phát điện. 15) Hoàng Minh Tuyển (2002) , Phân tích đánh giá vai trò của một số hồ c hứa thượng nguồn sông Hồng cho phòng chống lũ hạ du 16) Ven Te Chow, David R. Maidment, Larry W. Mays (1994), Thủy văn ứng dụng, Nxb Giáo dục, Hà Nội. . . . . 77 PHỤ LỤC Bảng thông số kỹ thuật chủ yếu của các hồ chứa thủy điện STT Thông số Đơn vị An Khê Ka Nak Iayun Hạ Krông H' năng Sông Ba Hạ Sông Hinh KaNak An Khê I Các đặc trưng lưu vực 1 Diện tích lưu vực km2 833 1236 1670 1196 11115 772 2 Lượng mưa TB nhiều năm mm 1821 1726 1780 1776 2154 3 Lưu lượng TB nhiều năm m3/s 18.60 27.80 447 32.5 227.2 40.2 4 Lưu lượng TB mùa kiệt m3/s 7.27 10.80 14.5 146.8 15.7 5 Tổng lượng dòng chảy TBNN 106m3 588.00 875.00 1025 7099 1270 6 Lưu lượng đỉnh lũ P = 0,1% m3/s 4586.00 6021/5309 6383 35685 1164 P = 0,5% m3/s 3505.00 4601/4408 5101 28483 8930 P = 1% m3/s 4545 25334 7830 P = 5% m3/s 3240 17842 5460 P = 10% m3/s 2669 14477 4490 II Hồ chứa MNDBT m 515.00 429.00 204.0 255 105 209 MNC m 485.00 427.00 195.0 242.5 101 196 MN max ứng P=0,5% m 515.32 429.88 255.16 105.96 211.85 MN max ứng P=0,1% m 516.80 431.45 257.4 108.05 212.35 Dung tích toàn bộ (Wtb) 106m3 313.70 15.90 253.0 171.6 349.7 357 Dung tích hữu ích(Whi) 106m3 285.50 5.60 201.0 112.3 165.9 323 Dung tích chết (Wc) 106m3 28.20 10.30 52.00 59.3 183.9 34 Diện tích mặt hồ ứng với MNDBT km2 17.00 3.40 13.67 54.66 41 III Công trình cụm đầu mối 1 Loại đập Đập CFRD Đập đất Đập đất Đập đất Đập đất - Cao trình đỉnh đập m 520.4 433.3 258.2 110.9 214 - Chiều cao đập max m 68 23.5 48.6 50 42 -C.T đỉnh tường chắn sóng m 521.6 258.8 111.9 215 2 Tràn xả lũ -Số khoang tràn kh. 3 4 12 6 78 -Kích thước cửa van m x m 12x14.7 12x14.7 12x14.5 15x16.5 12x13.2 -Qxả max với P=0,1% m3/s 3873.50 5093.20 6194 28945 7180 -Cao trình ngưỡng tràn m 502 416 241 89 196 -Tràn sự cố không có không có b= 5.50m IV Lưu lượng qua nhà máy 1 Q đảm bảo (90%) m3/s 11.00 9.60 12.9 56.7 19 2 Q lớn nhất m3/s 42.00 50.00 68 393 57.3 V Công suất Công suất lắp máy MW 13 160 3 64 220 70 Công suất đảm bảo (90%) MW 6.5 80 12.1 33.3 22.9 Số tổ máy 2 2 2 2 BẢNG TRA VÀ BIỂU ĐỒ QUAN HỆ MỰC NƯỚC, DUNG TÍCH CỦA HỒ CHỨA NƯỚC AYUN HẠ 1. Bảng tra quan hệ H~W : Z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 195 52.00 52.70 53.50 54.30 55.00 56.00 58.00 60.00 62.00 63.00 196 64.00 65.55 67.10 68.65 70.20 71.75 73.30 74.85 76.40 77.95 197 79.50 81.25 83.60 84.15 85.70 87.25 88.80 90.35 91.90 93.45 198 95.00 97.00 99.00 101.00 103.00 105.00 107.00 109.00 111.00 113.00 199 115.00 117.00 119.00 121.00 123.00 125.00 127.00 129.00 131.00 133.00 200 135.00 137.60 140.20 142.80 145.40 148.00 150.60 153.20 155.80 158.40 201 161.00 163.60 166.20 168.80 171.40 174.00 176.60 179.20 181.80 184.40 202 187.00 190.30 193.60 196.90 200.20 203.50 206.80 210.10 213.40 216.70 203 220.00 223.30 226.60 229.90 233.20 236.50 239.80 243.10 246.40 249.70 204 253.00 257.05 261.10 265.15 269.20 273.25 277.30 281.35 285.40 289.45 205 293.50 297.55 301.60 305.65 309.70 313.75 317.80 321.85 325.90 329.95 206 334.00 338.70 343.40 348.10 352.80 357.50 362.20 366.90 371.60 376.30 207 381.00 385.70 390.40 395.10 399.80 404.50 409.20 413.90 418.60 423.30 208 428.00 433.25 438.50 443.75 449.00 454.25 459.50 464.75 470.00 475.25 209 480.50 485.75 491.00 496.25 501.50 506.75 512.00 517.25 522.50 527.75 210 533.00 538.80 544.60 550.40 556.20 562.00 567.80 573.60 579.40 585.20 211 591.00 596.80 602.60 608.40 614.20 620.00 625.80 631.60 637.40 643.20 212 649.00 655.45 661.90 668.35 674.80 681.25 687.70 694.15 700.60 707.05 79 2. Đồ thị quan hệ H~W : Đường quan hệ mực nước - dung tích (W=F(H)) 194 196 198 200 202 204 206 208 210 212 214 50 150 250 350 450 550 650 750 W (106.m3) Z (m ) 80 Quan hệ F, W = F(Z) sông Ba Hạ 67.5 70 72.5 75 77.5 80 82.5 85 87.5 90 92.5 95 97.5 100 102.5 105 107.5 110 112.5 115 117.5 120 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 Diện tích - F (km2) Z (m ) 01002003004005006007008009001000110012001300140015001600170018001900200021002200 W (106. m3) MNDBT MNC W~Z F~Z Z (m) 67.8 70 72.5 75 77.5 80 82.5 85 87.5 90 92.5 95 97.5 100 102.5 105 107.5 110 112.5 115 117.5 120 F (km2) 0.00 0.38 0.47 0.70 0.82 0.94 1.19 2.37 3.41 4.98 7.15 10.59 14.80 26.48 39.28 54.66 79.94 99.29 119.92 142.11 170.54 192.52 W (106. m3) 0.00 0