Ứng dụng mô hình toán thủy văn tính toán dòng chảy đến thủy điện Chi Khê sau khi hồ bản vẽ xây dựng

Bài viết Ứng dụng mô hình toán thủy văn tính toán dòng chảy đến thủy điện Chi Khê sau khi hồ bản vẽ xây dựng trình bày so sánh một số phương pháp khác nhau xác định đặc trưng dòng chảy năm thiết kế trong trường hợp không có tài liệu, tính toán cụ thể cho công trình hồ chứa Chi Khê khi có quy trình vận hành liên hồ chứa trên sông Cả, từ đó kiến nghị xem xét bổ sung phương pháp mô hình toán trở thành một trong những phương pháp tính trong Quy phạm.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN THỦY VĂN TÍNH TỐN DỊNG CHẢY ĐẾN THỦY ĐIỆN CHI KHÊ SAU KHI HỒ BẢN VẼ XÂY DỰNG Trần Kim Châu1, Vũ Thị Minh Huệ1, Lê Thị Thu Hiền1 Trường Đại học Thủy lợi, email: kimchau_hwru@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Để xác định dịng chảy năm thiết kế cho cơng trình thủy lợi trường hợp khơng có tài liệu thực đo, đơn vi tư vấn thiết kế thường sử dụng phương pháp quy định quy phạm Tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế (QPTL-C6-77) [1] Tuy nhiên phương pháp bộc lộ số khó khăn thực tế ứng dụng Điển phương pháp lưu vực tương tự phương pháp nhiều đơn vị tư vấn thiết kế sửu dụng việc lựa chọn lưu vực tương tự gặp nhiều khó khăn Hơn nữa, việc xây dựng nhiều hồ chứa sông suối dẫn đến việc dòng chảy đo trạm thuỷ văn khơng cịn tính tự nhiên mà phụ thuộc vào việc vận hành cơng trình hồ chứa phía Ngày với phát triển mơ hình tốn thủy văn mạnh mẽ, nhiều đơn vị tư vấn sử dụng cơng cụ tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế có kết tốt Tuy nhiên phương pháp chưa quy định Quy phạm C6-77 Bài báo trình bày so sánh số phương pháp khác xác định đặc trưng dòng chảy năm thiết kế trường hợp khơng có tài liệu, tính tốn cụ thể cho cơng trình hồ chứa Chi Khê có quy trình vận hành liên hồ chứa sơng Cả, từ kiến nghị xem xét bổ sung phương pháp mơ hình tốn trở thành phương pháp tính Quy phạm CƠNG TRÌNH THỦY ĐIỆN CHI KHÊ Nhà máy thủy điện Chi Khê bậc thang cuối quy hoạch dịng sơng Cả, cách NMTĐ Khe Bố khoảng 27km phía hạ lưu, tuyến cơng trình đặt xã Chi Khê huyện Con Cng tỉnh Nghệ An Diện tích tập trung mưa phía tuyến đập 15380km2, chiều dài dịng 341km, chiều rộng trung bình lưu vực 45,5km Tồn lưu vực sơng Cả có 26 trạm khí tượng đo mưa, có trạm khí tượng có tài liệu đo đạc đầy đủ yếu tố Lưới trạm đo mưa lưu vực dày phân bố không thời gian đo đạc khơng đồng Trạm có tài liệu đo mưa dài trạm Vinh (bắt đầu đo từ năm 1930 khơng liên tục), cịn hầu hết đo từ năm 1960 trở lại Hình Bản đồ mạng lưới trạm sơng Cả tính đến cơng trình thủy điện Chi Khê Dịng chảy lưu vực sơng Cả biến đổi mạnh theo thời gian không gian, tăng dần từ thượng lưu xuống hạ lưu Mơ đuyn dịng chảy trung bình năm vùng thượng lưu đạt 20 l/s.km2, vùng trung lưu đạt 25 l/s.km2 hạ lưu đạt 2530 l/s.km2 Mạng lưới trạm thủy văn lưu vực sông Cả phong phú, 736 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 hầu hết tập trung hạ du Vùng thượng nguồn: sơng có trạm cấp I Cửa Rào quan trắc đến năm 1987, sơng nhánh Nậm Mơ có trạm cấp II Mường Xén đo đạc từ 1969 đến PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH DỊNG CHẢY NĂM THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH THỦY ĐIỆN CHI KHÊ Bài báo sử dụng phương pháp lưu vực tương tự phương pháp mơ hình tốn để xác định dịng chảy chuẩn đến cơng trình thủy điện Chi Khê 3.1 Phương pháp lưu vực tương tự Dịng chảy tháng, năm tuyến cơng trình thủy điện Chi Khê thời khoảng 1960 đến 2009 tính theo giai đoạn TKKT [2] (sử dụng tài liệu trạm thủy văn Mường Xén, Cửa Rào, Thạch Giám, Khe Bố, Nghĩa Khánh trạm Dừa) Trạm thuỷ văn Khe Bố nằm dịng phía thượng lưu thuỷ điện Chi Khê trạm dùng riêng Xây dựng tương quan trạm Khe Bố trạm Cửa Rào để kéo dài dịng chảy Tính tốn theo lưu vực khu Dừa Nghĩa Đàn nhiên vận hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông nên dịng chảy khơng cịn tự nhiên Dịng chảy tháng, năm tuyến cơng trình thủy điện Chi Khê từ 2010 đến 2017 tính theo cách sau: 3.2 Phương pháp mơ hình tốn Ứng dụng mơ hình Mike Nam để mơ mưa dịng chảy đến tiểu lưu vực Diễn tốn dịng chảy lưu vực mơ hình MIKE 11 giới hạn phạm vi mơ hình trạm thủy văn Mường Xén sơng Nậm Mơ, lưu lượng dịng chảy thủy điện Bản Vẽ sông Cả, trạm Nghĩa Khánh sông Hiếu biên hạ lưu tới trạm Nam Đàn sông Cả Sử dụng biên mơ hình: Biên trên: Trạm thủy văn Mường Xén (sông Nậm Mô); Lưu lượng xả thủy điện Bản Vẽ (sông Cả); Trạm thủy văn Nghĩa Khánh (sông Hiếu) Biên dưới: Trạm thủy văn Nam Đàn (sông Cả) Biên nhập lưu khu sông bao gồm 16 tiểu lưu vực Hình Vị trí nhập lưu khu tiểu lưu vực sông Cả KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 Phương pháp lưu vực tương tự Bảng Kết dòng chảy chuẩn theo phương pháp lưu vực tương tự a) Mượn mơ đun dịng chảy chuẩn lưu vực Khe Bố Trạm thủy văn Khe Bố có diện tích 14300 km2 trạm dùng riêng Công ty Tư vấn Xây dựng Điện đo từ 1994 - 1997; 20032005 kiểm tra chỉnh biên đạt chất lượng tốt, tài liệu đối chứng với trạm Cửa Rào hợp lý M0 Chi Khê = M0 Khe Bố b) Tính theo lưu vực khu trạm thủy văn Dừa Nghĩa Đàn Q0 Chi Khê = Q0 Kg * (FChi Khê / FKg) Diện tích khu giữa: FKg = Fdừa  Fnghĩađàn = 20800  3970 = 16830 km2 Đặc trưng Khe Bố Dừa KG: Nghĩa DừaĐàn Nghĩa đàn Chi Khê A B Flv 14300 20800 3970 16830 15380 (km2) Qo 259,7 427,2 115 312,3 279,3 285,4 (m3/s) Mo 18,2 20,5 29,0 18,6 18,16 18,55 (l/skm2) Kết xác định dòng chảy chuẩn theo hai lưu vực tương tự lưu vực Khe Bố lưu vực khu thể Bảng Lựa chọn luật phân bố xác suất PIII xác định đặc trưng dòng chảy năm thiết kế (thể Bảng 2) 737 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 Bảng Dòng chảy năm thiết kế Khe Bố Chi Khê Tuyến Qo Cv Cs 10 Công m3/s % trình Khe Bố 250,3 0,25 1,5Cv 334 Chi Khê 273,8 0,24 1,5Cv 360 Qp (m3/s) 50% 90% 247,6 173,4 270,0 192,3 4.2 Phương pháp mơ hình tốn Mơ dịng chảy sơng giới hạn biên tính toán Biên sử dụng số liệu lưu lượng thực đo trạm thủy văn Mường Xén, Nghĩa Khánh, lưu lượng xả từ thủy điện Bản Vẽ; biên sử dụng mực nước trạm thủy văn Nam Đàn để giới hạn tính tốn Các biên từ nhập lưu khu sử dụng số liệu lượng mưa thực đo trạm Mường Xén, Thạch Giám, Tương Dương, Con Cuông, Dừa, Nghĩa Khánh, Quỳ Châu, Quỳ Hợp, Tây Hiếu để phục vụ tính tốn Dữ liệu bốc sử dụng trạm khí tượng Con Cng làm đầu vào cho tiểu lưu vực Do liệu quan trắc không đồng Thủy điện Bản Vẽ sông Cả năm 2009 bắt đầu vào vận hành (năm 2010 chưa có liệu quan trắc) nên liệu sử dụng để tính tốn hiệu chỉnh kiểm định mơ hình NAM mơ từ năm 2011 - 2018 Để hiệu chỉnh kiểm định thông số mơ hình nghiên cứu sử dụng liệu lưu lượng quan trắc trạm thủy văn Dừa sông Cả Sử dụng liệu từ năm 2011 - 2015 để hiệu chỉnh mơ hình kiểm định lại thông số với số liệu năm 2016 - 2018 Bảng Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình Nội dung Hiệu chỉnh Kiểm định Giai đoạn 2011 - 2015 2016 - 2018 NASH 0.81 0.88 ΔW (%) 6.95 18.38 Kết hiệu chỉnh - kiểm định thông số mơ hình NAM cho số NASH tương đối tốt chênh lệch tổng lượng không nhiều nằm phạm vi cho phép Vì vậy, sử dụng thơng số để diễn tốn dịng chảy đến hồ Chi Khê giai đoạn 2011 - 2018 Dưới đường trình lưu lượng đến hồ thủy điện Chi Khê: Hình Đường trình lưu lượng dòng chảy đến hồ Chi Khê giai đoạn 2011 - 2018 Từ chuỗi dịng chảy đến cơng trình thủy điện Chi Khê mơ từ mơ hình, tiến hành vẽ đường tần xuất xác định đặc trưng chuẩn dòng chảy năm, hệ số phân tán hệ số thiên lệch, kết ghi Bảng Bảng Đặc trưng thống kê dòng chảy năm tuyến Chi Khê Mo Qo Qp (m3/s) Cv Cs (m /s) (l/skm ) 10% 50% 90% 282,7 18,38 0,25 1,2 376,7 269,0 205,5 KẾT LUẬN Sau hồ Bản Vẽ vào hoạt động (2009) dòng chảy hạ lưu sơng Cả khơng cịn tự nhiên nên phương pháp tương quan kéo dài tương tự khơng cịn sử dụng Dịng chảy đến Thuỷ điện Chi Khê gồm ba nhánh, nhánh Nậm Mô có trạm thuỷ văn Mường xén, nhánh từ hồ Bản Vẽ xả nhập lưu, mạng lưới trạm đo mưa dày sử dụng mơ hình tốn mơ q trình dịng chảy đến hồ Chi Khê cho kết tin cậy hợp lý có xem xét ảnh hương vận hành hồ chứa lưu vực Sau phân tích kết tính tốn cho thuỷ điện Chi Khê phương pháp khác cho thấy việc sử dụng mơ hình tốn tính tốn đặc trưng thuỷ văn thiết kế có nhiều ưu việt Tuy nhiên phương pháp chưa quy định Quy Phạm C6-77 cần có nghiên cứu bổ sung tạo sở cho đơn vị tư vấn sử dụng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Thủy lợi, 1979, “Tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế C-6-77” [2] Công ty Tư vấn điện 1, 2018, “Báo cáo tính tốn lại lượng Eo cho Nhà máy thủy điện Bản Vẽ” 738 ... vậy, sử dụng thơng số để diễn tốn dịng chảy đến hồ Chi Khê giai đoạn 2011 - 2018 Dưới đường trình lưu lượng đến hồ thủy điện Chi Khê: Hình Đường q trình lưu lượng dịng chảy đến hồ Chi Khê giai... mơ hình tốn để xác định dịng chảy chuẩn đến cơng trình thủy điện Chi Khê 3.1 Phương pháp lưu vực tương tự Dòng chảy tháng, năm tuyến cơng trình thủy điện Chi Khê thời khoảng 1960 đến 2009 tính. .. sử dụng Dòng chảy đến Thuỷ điện Chi Khê gồm ba nhánh, nhánh Nậm Mơ có trạm thuỷ văn Mường xén, nhánh từ hồ Bản Vẽ xả nhập lưu, mạng lưới trạm đo mưa dày sử dụng mơ hình tốn mơ q trình dịng chảy