Thông tin tài liệu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT KHOA KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT BỘ MÔN ĐỊA CHẤT THỦY VĂN ***************** BÁO CÁO SINH HOẠT HỌC THUẬT ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP THƠNG KÊ TÍNH TỐN CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN THIẾT KẾ PHỤC VỤ DỰ BÁO DIỄN BIẾN XÓI LỞ - BỒI LẮNG CƠNG TRÌNH THU NƯỚC Người trình bày: Th.S Vũ Thu Hiền Hà Nội, tháng 11 năm 2021 Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” MỤC LỤC MỞ ĐẦU PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TỐN CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN THIẾT KẾ 1.1 Phương pháp thống kê ứng dụng tính tốn thủy văn 1.2 Các bước đặc trưng thủy văn thiết kế cần tính tốn dự báo diễn biến xói lở - bồi lắng cơng trình thu nước sử dụng phương pháp thống kê ỨNG DỤNG TÍNH TỐN CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN THIẾT KẾ PHỤC VỤ DỰ BÁO XÓI LỞ - BỒI LẮNG CHO CƠNG TRÌNH THU NƯỚC NHÀ MÁY NƯỚC SÔNG ĐÀ 2.1 Vị trí cơng trình 2.2 Hiện trạng cơng trình 2.3 Đánh giá biến đổi dòng chảy năm, dòng chảy lũ, dòng chảy kiệt 2.4 Tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế trạm Hịa bình Trung Hà 13 2.5 Tính tốn mực nước thấp cửa lấy nước theo phương pháp thống kê 15 KẾT LUẬN 21 Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” MỞ ĐẦU Hiện nay, việc nghiên cứu vận chuyển bùn cát sơng nói chung bồi xói vùng cửa sơng hay cơng trình thu nước nói riêng trở thành vấn đề cấp thiết đặc biệt có tác động người vào làm thay đổi dịng chảy sơng tự nhiên Những nghiên cứu sử dụng phương pháp khác để tính tốn, phân tích dự báo tình hình bồi lắng tương lai Để tính tốn, dự báo q trình bồi vùng sơng cửa sơng sử dụng nhiều phương pháp Đơn là sử dụng phương pháp xác xuất thống kê để tính tốn đặc trưng thủy văn đánh giá sơ xói lở, bồi lắng từ làm tiền đề - thơng số đầu vào cho mơ hình tốn chiều, hai chiều ba chiều dự báo, tính tốn xói lở, bồi lắng cửa sơng, cơng trình thu nước cách xác Trong báo cáo sinh hoạt học thuật này, tác giả giới thiệu phương pháp thống kê để tính toán đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ cơng tác dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước đưa kết ví dụ cho cơng trình thu nước nhà máy nước sông Đà PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TỐN CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN THIẾT KẾ 1.1 Phương pháp thống kê ứng dụng tính tốn thủy văn Dòng chảy sản phẩm tác động nhiều yếu tố ngẫu nhiên Khi yếu tố ngẫu nhiên có tác động đáng kể tới dịng chảy mang tính ngẫu nhiên rõ rệt Những tượng thuỷ văn, lũ lụt, hạn hán, xảy theo chu kỳ, đặc trưng định lượng chúng, độ lớn, thời điểm xuất , lại có tính ngẫu nhiên tn theo số quy luật ngẫu nhiên định Phân phối dịng chảy sơng thiên nhiên trung bình năm cực đại gần với phân phối loga chuẩn, Kriski - Men Ken, Pirson III Các tham số ngẫu nhiên dùng nhiều mô men bậc I, II, III, chúng cho biết giá trị trung bình, mức biến đổi đối xứng chuỗi Đó sở cho phép ứng dụng lí thuyết xác suất thống kê vào nghiên cứu dòng chảy, xác định xác suất xuất giá trị khoảng biến động chuỗi, cho dù tượng xảy hay chưa, tính gần giá trị đại lượng cần nghiên cứu ứng với xác suất định trước, bao gồm giá trị có xác suất nhỏ nhỏ Các cơng trình xây dựng bền vững trên, trong, liền kề dịng sơng phải thiết kế ứng với tần xuất dòng chảy đó, ví dụ 1%, 0,1% , để đảm bảo độ bền vững an tồn Các cơng trình khai thác nước, phục vụ giao thơng thuỷ thường phải thiết kế ứng với tần suất thường gặp đó, ví dụ 75%, 90%, 99% Tuy nhiên tần suất xuất chu kỳ lặp tượng không đồng pha nhau, giá trị ứng với tần suất 1% khơng có nghĩa phải sau 100 năm xảy ra, tượng thuỷ văn cịn có tính chu kỳ Hơn nữa, tính tốn thống kê khơng trả lời câu hỏi tượng xuất hiện, đồng thời chuỗi số liệu ngắn sai số tính tốn cao Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” Cơ sở phương pháp thống kê: tượng thủy văn mang tính ngẫu nhiên nên coi đại lượng đặc trưng tượng thủy văn đại lượng ngẫu nhiên Chính vậy, thống kê tốn học ứng dụng tính tốn thủy văn, nghiên cứu quy luật ngẫu nhiên sở ghi nhận, mơ tả phân tích kết quan sát thực nghiệm, tiến hành tượng ngẫu nhiên Nội dung phương pháp thống kê: - Phương pháp lựa chọn số liệu thống kê (phương pháp chọn mẫu) Ước lượng đặc trưng thống kê (tham số thống kê) Phân tích quy luật ngẫu nhiên tượng từ tài liệu thống kê lựa chọn hàm phân phối xác suất phù hợp với đại lượng ngẫu nhiên Phân tích tương quan đại lượng ngẫu nhiên Các giá trị thu từ mẫu (dung lượng: n) coi biến cố xung khắc đôi một, xác suất xuất giá trị tuân theo luật phân phối đều, tức là: p(xi)=1/n Vì mẫu phận nhỏ tổng thể nên đặc trưng thống kê mẫu không đặc trưng thống kê tổng thể, có sai số định gọi sai số lấy mẫu x= x Trị số bình quân: Cv = Hệ số phân tán: Cs = Hệ số thiên lệch: i n (k i − 1) n −1 (k − 1) i (n − 3)C v3 1.2 Các bước đặc trưng thủy văn thiết kế cần tính tốn dự báo diễn biến xói lở - bồi lắng cơng trình thu nước sử dụng phương pháp thống kê Phương pháp phân tích thống kê sử dụng tư liệu thu thập từ phương pháp khác phân tích tổng hợp theo hệ thống thống nhất, lập bảng biểu tổng hợp Trên bảng thống kê rõ địa điểm xảy đoạn bờ xói lở số liệu quan trọng cần thiết tổng hợp Các bước tính tốn đặc trưng thủy văn dự báo diễn biến xói lở - bồi lắng cơng trình thu nước bao gồm: - Đánh giá chế độ khí tượng thủy văn diễn biến khí hậu, thủy văn khu vực - Tính tốn đặc trưng dịng chảy với tần suất thiết kế - Tính tốn mực nước nhỏ cửa lấy nước Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” ỨNG DỤNG TÍNH TỐN CÁC ĐẶC TRƯNG THỦY VĂN THIẾT KẾ PHỤC VỤ DỰ BÁO XĨI LỞ - BỒI LẮNG CHO CƠNG TRÌNH THU NƯỚC NHÀ MÁY NƯỚC SƠNG ĐÀ 2.1 Vị trí cơng trình Vị trí cửa lấy nước đặt bờ phải sông Đà thuộc địa phận xã Hợp Thành huyện Kỳ Sơn tỉnh Hịa Bình, cách tuyến đập thủy điện Hịa Bình khoảng 20km hạ lưu theo đường sơng Đoạn sơng có tốc độ dịng chảy lớn, lưu lượng phù sa ít, đáy sơng chủ yếu đá gốc, hai bên bờ bãi Hình 1: Vị trí cửa lấy nước 2.2 Hiện trạng cơng trình Sau cơng tác khảo sát đo đạc địa hình, địa chất, thủy văn vị trí cửa thu nước vùng ảnh hưởng đến cửa thu nước hoàn thành, thời điểm tại vị trí cửa thu nước có số vấn đề sau: - Mực nước vị trí khu vực cửa thu nước phụ thuộc lớn vào chế độ vận hành nhà máy thủy điện Hịa Bình, mực nước có kiệt đến cao trình đáy kênh 8.7m, nguyên nhân nhà máy thủy điện Hịa Bình đóng hết tất cửa xả mực nước hồ chưa đạt đến cao trình mực nước trước lũ - Tổng lưu lượng xả qua nhà máy đạt 48 m3/s (trong 20 m3/s xả môi trường) 2.3 Đánh giá biến đổi dòng chảy năm, dòng chảy lũ, dòng chảy kiệt * Hiện trạng số liệu thủy văn sử dụng đánh giá, tính tốn: Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ mơn Địa chất thủy văn Trang Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” Hai trạm thủy văn quan trọng để đánh giá xói lở, bồi lắng cơng trình trạm Hịa Bình Trung Hà Trạm Hịa Bình thành lập từ năm 1955 có nhiệm vụ quan trắc yếu tố thủy văn mực nước, lưu lượng, nhiệt độ, mưa, phù sa yếu tố môi trường hóa nước, nhiệt độ khơng khí Trạm Trung Hà thành lập từ năm 1954 quan trắc hai yếu tố mưa mực nước Số liệu thủy văn thu thập số liệu mực nước, lưu lượng phù sa hại trạm thủy văn nêu trạm lân cận như: Yên Bái sông Thao, Vụ Quang sông Lô, Sơn Tây sông Hồng Các yếu tố thủy văn thu thập sử dụng tính tốn thể bảng: Bảng 1: Tài liệu thủy văn thu thập trạm sông TT Trạm - Sông Yếu tố thu thập Năm thu thập Hịa Bình - Sông Đà Q, H, R, QfH, MCN 1956-2018 Trung Hà - Sông Đà H 1956-2017 Yên Bái - Sông Thao Q, H 1956-2018 Vụ Quang - Sông Lô Q, H 1956-2018 Sơn Tây - Sông Hồng Q, H 1956-2018 * Đánh giá biến đổi dòng chảy năm, dòng chảy lũ, dòng chảy kiệt Dòng chảy năm Dịng chảy năm sơng Đà dồi Sau cơng trình thủy điện hệ thống sơng Đà vào hoạt động dịng chảy sơng có thay đổi, khơng đáng kể, cụ thể trạm thủy văn Hịa Bình bảng sau Bảng 2: Dịng chảy trung bình nhiều năm thời đoạn trạm thủy văn Hịa Bình Thời đoạn Qo (m3/s) Wo (103m3) Mo (l/s.km2) Tự nhiên (1956-1985) 1680 52.8 32.44 Khi có hồ Hịa Bình (1986-2018) 1636 51.4 31.59 Khi có hồ Sơn La (2010-2018) 1350 42.4 26.06 Trên dịng sơng Đà dịng chảy năm trạm thủy văn có quan hệ chặt chẽ với kể hình dạng tổng lượng nước Cụ thể, quan hệ dòng chảy Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” năm trạm Tạ Bú Hịa Bình thời kỳ quan trắc song song điều kiện tự nhiên (19611985) có dạng tuyến tính số tương quan cao R2 = 0.895 (xem hình 2) Dựa vào quan hệ dòng chảy năm hai tuyến điều kiện tự nhiên, ta khơi phục dịng chảy năm tuyến tuyến bị ảnh hưởng điều tiết hồ chứa thủy điện Hình 2: Tương quan dòng chảy năm trạm Tạ Bú trạm Hịa Bình Từ chuỗi số liệu lưu lượng trung bình năm trạm Tạ Bú Hịa Bình xây dựng đường lũy tích sai chuẩn dịng chảy năm hình Hình 3: Đường lũy tích hiệu số (k-1)/Cv lưu lượng trung bình năm trạm Tạ Bú Hịa Bình Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” Theo biểu đồ cho thấy, thời kỳ 1902-2018 gồm chu kỳ nhiều nước-ít nước xen kẽ nhau, thời kỳ 1920 - 1954 nhiều nước, 1955-1993 nước, 19942002 nhiều nước, 2003-2018 nước Lưu lượng mực nước trạm Hịa Bình có xu giảm dần thấy rõ hình DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC TRUNG BÌNH NĂM TRẠM THỦY VĂN HỊA BÌNH 1600 Hồ Hịa Bình bắt đầu tích nước Mực nước (cm) 1500 Hồ Sơn La bắt đầu tích nước 1400 1300 1200 1100 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 Thời gian (năm ) Hình 4: Dao động mực nước trung bình năm trạm thủy văn Hịa Bình Biến động mực nước trung bình năm trạm Trung Hà 1200 Mực nước (cm) 1150 1100 1050 Hồ Hịa Bình bắt đầu tích nước 1000 Hồ Sơn La bắt đầu tích nước 950 900 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Thời gian (năm) Hình 5: Dao động mực nước trung bình năm trạm thủy văn Trung Hà Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” DAO ĐỘNG LƯU LƯỢNG TRUNG BÌNH NĂM TẠI TRẠM THỦY VĂN HỊA BÌNH 2500 Hồ Hịa Bình bắt đầu tích nước 2300 2100 Q (m3/s) 1900 1700 1500 1300 1100 Hồ Sơn La bắt đầu tích nước 900 700 500 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 Thời gian (năm) Hình 6: Dao động lưu lượng trung bình năm trạm thủy văn Hịa Bình Dịng chảy lũ Một đặc điểm quan trọng chế độ dịng chảy sơng Đà hình thành trận lũ lớn tháng VII, VIII ảnh hưởng áp thấp Ấn Miên Trong thời gian thường xuất trận bão, gây đợt mưa lớn kéo dài đến 510 ngày liên tục diện rộng Trên sông suối xuất lũ dồn dập đổ hạ lưu, tạo nên q trình nước lũ có dạng cưa, nhiều đỉnh nâng cao dần Đỉnh lũ cao hàng năm thường xuất vào tháng VII, tháng VIII với trung bình tháng từ đến đỉnh Các đỉnh lũ thường cách đến 10 ngày có cách 35 ngày mưa liên tục có nhập thành lũ đơn cao, điển hình năm 1964; 1971; 1996 Thời gian trì đỉnh lũ Hịa Bình thường kéo dài từ vài đến vài ba ngày Thời gian lũ lên thường 26 ngày, thời gian lũ xuống thường dài gấp 23 lần lũ lên Phân phối tỷ lệ phần trăm xuất đỉnh lũ tháng mùa lũ lưu vực sông Đà sông Hồng theo hai trạm thủy văn đại biểu Hịa Bình Sơn Tây trình bày Bảng Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” Bảng 3: Tần suất xuất đỉnh lũ tháng mùa lũ lưu vực sông Đà sông Hồng Tỷ lệ % theo tháng Sông - Tuyến VI VII VIII IX X Đà - Hịa Bình 31 58 Hồng - Sơn Tây 29 55 Tổng 100 100 Từ tháng IXX lượng mưa thượng nguồn sông Đà giảm hẳn, lũ xuất Chỉ có ảnh hưởng gió mùa Đơng Bắc bão xuất trận lũ đơn tháng IX-X, cường suất độ lớn chúng lưu lượng tổng lượng thua nhiều so với trận lũ tháng VII-VIII Lũ sông Đà thường sinh trận mưa rào nhiệt đới gây nên phạm vi rộng lớn có cường đồ lớn Lượng nước mùa lũ bình quân chiếm từ 77,6-78,5 % lượng nước năm; riêng tháng VIII chiếm tới 23,7 %, tháng có lượng dịng chảy lớn Nước lũ sông Đà lớn hệ thống sông Hồng trung tâm mưa lớn phân bố trung lưu sông Đà gây nên Đoạn từ Lý Tiên Độ đến Tạ Bú, mưa lớn sườn núi cao đón gió Tây nam Module đỉnh lũ Tạ Bú đạt tới giá trị 484 l/s.km2 (ngày 21/VIII/1996) Sự hoạt động sớm áp thấp phía Tây nguyên nhân chủ yếu dẫn đến xuất lưu lượng đỉnh lũ sớm vào tháng VII Đặc điểm hình thái lưu vực sơng thuận lợi cho lũ hình thành nhanh chóng ác liệt Theo tài liệu quan trắc, lưu lượng đỉnh lũ lớn hàng năm lưu vực sông Đà dao động lớn: Ở Tạ Bú từ 4600 đến 22700 m3/s Hịa Bình từ 4720 đến 21000 m3/s Lưu lượng đỉnh lũ lớn sông Đà khu vực dự án có xu hướng giảm mạnh, ảnh hưởng vận hành hồ thủy điện Các hồ thể rõ khả cắt giảm lũ Khi phân tích kết đo đạc trạm thủy văn Hịa Bình Trung Hà (Hình 3.8 - Hình 3.10) cho thấy mực nước lưu lượng đỉnh lũ có xu hướng giảm dần, riêng năm 2017 lũ lớn lại xuất tương ứng với mực nước Hmax = 20,53 m, Qmax = 14300 m3/s Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính toán đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” Biến động mực nước cao năm trạm Hịa Bình 2400 Mực nước (cm) 2200 2000 1800 Hồ Hịa Bình bắt đầu tích nước 1600 Hồ Sơn La bắt đầu tích nước 1400 1200 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 Thời gian (năm) Hình 7: Biến động mực nước cao năm trạm thủy văn Hịa Bình Biến động mực nước cao năm trạm Trung Hà 2100 Hồ Hịa Bình bắt đầu tích nước Mực nước (cm) 1900 1700 1500 Hồ Sơn La bắt đầu tích nước 1300 1100 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Thời gian (năm) Hình 8: Biến động mực nước cao năm trạm thủy văn Trung Hà Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang 10 Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” Biến động lưu lượng lớn năm trạm thủy văn Hịa Bình 20000 Hồ Sơn La bắt đầu tích nước 18000 16000 Q (m3/s) 14000 12000 10000 8000 6000 Hồ Hịa Bình bắt đầu tích nước 4000 2000 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 Thời gian (năm) Hình 9: Biến động lưu lượng lớn năm trạm thủy văn Hịa Bình Dòng chảy kiệt Tùy thuộc vào điều kiện mặt đệm tình hình mưa mà lượng dịng chảy nhỏ sơng Đà có thay đổi từ nơi qua nơi khác Nhìn chung, dịng phụ lưu chảy qua vùng đá vôi, vào thời kỳ mưa dịng chảy nhỏ có trị số nhỏ Module dịng chảy bình qn tháng nhỏ điều kiện tự nhiên trạm Lai Châu 6,42 l/s.km2, ứng với lưu lượng bình quân tháng nhỏ 218 m3/s; Hịa Bình 12,7 l/s.km2, ứng với lưu lượng bình quân tháng nhỏ 657m3/s Tuy nhiên, kể từ sau hồ Hịa Bình vận hành, đặc biệt năm gần kể từ năm 2010 thủy điện Sơn La vận hành cộng với điều kiện thời tiết cực đoan xuất ngày nhiều dịng chảy kiệt trạm Hịa Bình giảm đáng kể, tính bình qn module dịng chảy kiệt năm 2010 đến 2018 vào khoảng 17,8 l/s.km2 Cũng dòng chảy lũ, ảnh hưởng hồ chứa bậc thang thủy điện sông Đà, mực nước lưu lượng nhỏ thay đổi, đặc biệt từ thủy điện Sơn La vào vận hành, điều thấy rõ Hình 10 11 sau Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang 11 Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính toán đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” Biến động mực nước nhỏ năm trạm Hịa Bình 1300 Hồ Sơn La bắt đầu tích nước Mực nước (cm) 1200 1100 Hồ Hịa Bình bắt đầu tích nước 1000 900 800 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 Thời gian (năm) Hình 10: Biến động mực nước thấp năm trạm thủy văn Hịa Bình Biến động mực nước thấp năm trạm Trung Hà Mực nước (cm) 1000 900 800 Hồ Hòa Bình bắt đầu tích nước 700 Hồ Sơn La bắt đầu tích nước 600 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Thời gian (năm) Hình 11: Biến động mực nước thấp năm trạm thủy văn Trung Hà Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang 12 Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” Biến động lưu lượng nhỏ năm trạm thủy văn Hịa Bình 700 Hồ Hịa Bình bắt đầu tích nước 600 Q (m3/s) 500 Hồ Sơn La bắt đầu tích nước 400 300 200 100 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 Thời gian (năm) Hình 12: Biến động lưu lượng nhỏ năm trạm thủy văn Hịa Bình 2.4 Tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế trạm Hòa bình Trung Hà Các đặc trưng thủy văn thiết kế gồm mực mước, lưu lượng lớn nhất, nhỏ trung bình năm hai trạm thủy văn Hịa Bình Trung Hà tính tốn dựa chuỗi số liệu thực đo tương ứng từ năm 1986 đến năm 2018 Hiện có nhiều hồ chứa vận hành phía thượng nguồn sơng Đà nên dịng chảy trạm quan trắc khơng cịn mang tính tự nhiên Do đó, kết tính tốn đặc trưng thiết kế dựa sở phân tích thống kê số liệu quan trắc năm gần tương thích với điều kiện dịng chảy bị ảnh hưởng chế độ vận hành hồ thủy điện Hịa Bình Mực nước cao nhất, thấp ứng với tần suất thiết kế trạm thủy văn Dựa vào chuỗi số liệu mực nước lớn nhỏ tức thời trạm thủy văn Hịa Bình Trung Hà, tiến hành phân tích tần suất chuỗi dài 33 năm (19862018: từ hồ Hịa Bình bắt đầu tích nước) 25 năm (1994-2018: từ khánh thành thủy điện Hịa Bình, hồ chứa vận hành ổn định) Khi phân tích tần suất chuỗi mực nước có thực tế giá trị trị số bình quân Ho hệ số biến động mực nước (Cv) phụ thuộc vào độ cao mặt quy chiếu mực nước trạm đo Hiện mực nước trạm thủy văn hệ cao độ tuyệt đối quốc gia Để tăng độ nhạy hệ số biến động Cv giảm khối lượng tính tốn, phân tích tần suất mực nước trạm Hịa Bình Trung Hà sử dụng độ cao quy chiếu giả định cho chuỗi mực nước thực đo Độ cao quy chiếu giả định A chọn cho trị số chuỗi mực nước tính tốn có Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang 13 Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” thể giảm nhỏ nhất, song khơng âm Kết tính tốn với chuỗi mực nước giả định (mới) cộng với độ cao quy chiếu trạm chọn để thành mực nước hệ cao độ gốc (cũ, tuyệt đối) Quan hệ thông số chuỗi cũ chuỗi (sau trừ A) sau: Ho* = Ho – A (3-1) Cv* = Cv(Ho/(Ho-A)) (3-2) Cs* = Cs Cụ thể sau: Hệ số A Trạm Hịa Bình Trạm Trung Hà Hmax (cm) Hmin (cm) 1400 900 Hmax (cm) Hmin (cm) 600 Kết phân tích tần suất chuỗi mực nước cao nhất, thấp trạm Hịa Bình Trung Hà trình bày Bảng 4-5 đây: Bảng 4: Kết tính đường tần suất mực nước thấp tức thời (Hmin) thời đoạn trạm thủy văn Trạm Hịa Bình Trung Hà Hmin (cm) Thời đoạn Cv Cs Hp (cm) 50% 75 80% 90% 95% 1986-2018 0.58 0.58 1036 979 968 941 925 1994-2018 0.59 0.59 1029 974 964 938 922 1986-2018 0.32 -0.8 833.5 781 768 728 692 Bảng 5: Kết tính đường tần suất mực nước cao tức thời (Hmax) thời đoạn trạm thủy văn Trạm Hp (cm) Hmax (cm) Thời đoạn Cv 1986-2018 0.45 2280.1 2275.1 2269.0 2260.0 2235.8 1.5 1994-2018 0.49 2334.9 2320.8 2306.0 2285.0 2250.4 1.2 Hịa Bình Cs Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn 0.1% 0.5% 1% 2% 5% Trang 14 Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” Lưu lượng lớn nhất, nhỏ ứng với tần suất thiết kế trạm thủy văn Hịa Bình Đập Hịa Bình bắt đầu chặn dịng tích nước từ năm 1986, nhà máy thủy điện Hịa Bình khánh thành năm 1994 Cũng từ năm trở hồ chứa vận hành ổn định, đến (2018) 25 năm Vì vậy, chọn chuỗi số liệu lưu lượng lớn năm trạm Hịa Bình thời kỳ 1994-2018 để phân tích tần suất nhằm xác định đặc trưng dòng chảy lớn sau hồ Hòa Bình làm việc ổn định Dựa vào chuỗi số liệu Qmax Qmin tức thời trạm Hịa Bình 25 năm gần (xem phụ lục PLB 3.5-PLB 3.6) tiến hành phân tích tần suất sở đường tần suất lý luận Kriski-Menken, kết thông số thống kê tối ưu xác định Bảng 6,7 sau đây: Bảng 6: Kết tính đường tần suất lưu lượng nhỏ tức thời (Qmin) trạm thủy văn Hịa Bình Trạm Qmin (m3/s) Thời đoạn Cv Hịa Bình 1994-2018 0.82 1.22 Cs Qp (m3/s) 50% 75% 85% 90% 95% 154 70.0 41.4 26.4 13.7 Bảng 7: Kết tính đường tần suất lưu lượng nước lớn tức thời (Qmax) trạm thủy văn hịa Bình Qp (m3/s) Trạm Qmax (m3/s) Thời đoạn Cv Hịa Bình 1994-2018 0.39 0.39 19787 17811 Cs 0.1% 0.5% 1% 2% 5% 16828 15929 14138 2.5 Tính tốn mực nước thấp cửa lấy nước theo phương pháp thống kê Xác định độ dốc mặt nước chênh cao từ trạm thủy văn Hịa Bình đến cửa lấy nước Vị trí cửa lấy nước cách trạm thủy văn Hịa Bình 12.45 km phía hạ lưu cách trạm thủy văn Trung Hà 38.6 km phía thượng lưu Để xác định độ dốc trung bình, lớn nhất, nhỏ cửa lấy nước trạm thủy văn Hịa Bình dựa vào số liệu mực nước trung bình ngày, lớn nhỏ hai trạm Hịa Bình Trung Hà Từ chuỗi số liệu mực nước thực đo trung bình ngày đồng hai trạm tính độ dốc trung bình ngày Tương tự vậy, tính độ dốc lớn nhất, nhỏ từ mực Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang 15 Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” nước lớn nhỏ năm đồng tương ứng hai trạm Hịa Bình Trung Hà Từ xác định chênh cao mực nước từ trạm thủy văn Hịa Bình đến cửa lấy nước Kết tính toán bảng sau Bảng 8: Độ dốc chênh cao mực nước từ trạm thủy văn Hòa Bình đến trạm thủy văn Trung Hà cửa lấy nước Đặc trưng Trung bình ngày Lớn Nhỏ J (0/00) 5.29 8.11 5.38 Chênh cao (HB-CLN) (cm) 65.9 101.0 67.0 Mực nước thấp năm cửa lấy nước Từ chuỗi số liệu mực nước trung bình ngày mùa kiệt (1994-2018) trạm thủy văn Hịa Bình, tính trì mực nước trung bình ngày mùa kiệt (từ tháng XI-V) ứng với tần suất, kết bảng sau Bảng 9: Duy trì mực nước trung bình ngày mùa kiệt trạm thủy văn Hịa Bình P (%) H (cm) P (%) H (cm) 1.0 3.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 1450 1403 1373 1329 1305 1285 1270 1257 1244 1233 1222 50.0 55.0 60.0 65.0 70.0 75.0 80.0 85.0 90.0 95.0 97.0 1211 1199 1189 1178 1166 1153 1134 1109 1081 1046 1024 99.0 989 Từ kết tính tần suất thiết kế mực nước nhỏ năm trạm thủy văn Hịa Bình - trình bày chênh cao mực nước trạm thủy văn Hịa Bình với cửa lấy nước xác định mực nước nhỏ cửa lấy nước, cụ thể bảng 10 sau Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang 16 Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” Bảng 10: Mực nước thấp năm, trì trung bình ngày mùa kiệt cửa lấy nước ứng với tần suất 95% Cửa lấy nước 95% Hmin năm (cm) 855 H trì ngày mùa kiệt (cm) 980 Tính quan hệ Q = f(H) cửa lấy nước * Vị trí tính tốn Vị trí: tuyến cửa lấy nước * Tài liệu sử dụng - Tài liệu địa hình: 12 mặt cắt ngang sơng Đà khu vực, mặt cắt dọc đoạn tuyến thực vào tháng – tháng năm 2019 - Tài liệu khảo sát thủy văn trạm dùng riêng tuyến cơng trình cửa lấy nước: kết đo đạc lưu lượng sông Đà thực vào tháng 5/2019, đo đạc mực nước từ 18/5/2019 đến 17/6/2019, kết điều tra mực nước lũ năm 1971, 1996, 2017 - Tài liệu vận hành hồ chứa thủy điện Hịa Bình - Tài liệu đo đạc trạm thủy văn Hịa Bình * Phương pháp tính Đường quan hệ Q = f(H) tuyến cơng trình cửa lấy nước xác định sau: - Lưu lượng (Q) mặt cắt ứng với cấp mực nước tính theo cơng thức thủy lực có dạng: Cơng thức thủy lực Sedi – Manning: Q = R / J / n (3.3) Trong đó: : diện tích mặt cắt ướt (m2); R: bán kính thủy lực (m); J: độ dốc thủy lực; n: hệ số nhám lịng sơng Đường quan hệ Q = f(H) xác định làm hai phần: Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang 17 Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” + Phần nước thấp: Cao trình đáy sơng ứng với lưu lượng nước "0" đường quan hệ Q = f(H) tuyến cửa lấy nước xác định theo bình đồ lịng sơng tỷ lệ 1:1000 trắc dọc, trắc ngang sông Công ty cổ phần Tư vấn Xây dựng Năng lượng tái tạo lập vào tháng tháng năm 2019 Mực nước, lưu lượng tuyến cửa lấy nước lần thực đo mực nước tuyến mực nước thực đo lập trắc dọc, ngang năm 2019 tương ứng với mực nước, lưu lượng xác định từ trạm thủy văn Hịa Bình Tương quan mực nước ngày đo trạm thủy văn Hịa Bình trạm vị trí cửa lấy nước chặt chẽ, cụ thể: Tương quan mực nước trạm Hịa Bình trạm đo cửa nhận nước 1300 y = 0.9437x + 23.906 1250 R2 = 0.9422 1200 H_CNN (cm) 1150 1100 1050 1000 950 900 850 800 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 H_Hịa Bình (cm) Hình 13: Quan hệ tương quan mực nước trạm thủy văn Hịa Bình trạm đo cửa lấy nước + Phần nước cao: Phần nước cao đường quan hệ Q = f(H) xác định theo phương pháp kết hợp: ➢ Công thức thủy lực Sedi – Manning ➢ Phương pháp Stivens + Ở mực nước cao định lưu lượng nước qua mặt cắt có quan hệ thẳng, tuyến tính với tích số diện tích mặt cắt độ sâu trung bình mặt cắt (h0.5) Từ số liệu mặt cắt ngang xác định quan hệ h0.5, từ đường quan hệ Q = f(H) phần nước xác định Kết tính tốn thể bảng hình vẽ Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang 18 Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” Bảng 11: Đường quan hệ Q=f(H) mặt cắt số – Sông Đà – trước cửa lấy nước TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Hệ cao độ : Tuyệt đối MC7- Cửa lấy nước H Q cm m3/s 800 0.0 850 0.0 900 13.3 950 79 1000 220 1050 510 1100 908 1150 1353 1200 1829 1250 2357 1300 2952 1350 3596 1400 4348 1450 5112 1500 5926 1550 6794 1600 7677 1650 8626 1700 9644 1750 10641 1800 11691 1850 12797 1900 13954 1950 15166 2000 16434 2050 17682 2100 19043 2150 20490 2190 21834 Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang 19 Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” Quan hệ Q = f(H) tuyến cửa lấy nước - MC7 sơng Đà (Đường tổng hợp trung bình) 2500.0 Mực nước H (m) 2000.0 1500.0 1000.0 24000 22000 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 0.0 2000 500.0 Lưu lượng Q (m3/s) Hình 13: Đường quan hệ Q = f(H) tuyến cửa lấy nước- MC7 sông Đà Lưu lượng phù sa cửa lấy nước Vị trí cửa lấy nước nằm cách trạm thủy văn Hịa Bình 12.45 km theo đường sơng, tuyến khơng có phụ lưu đáng kể Vì vậy, lưu lượng phù sa cửa lấy nước lấy theo tài liệu trạm thủy văn Hịa Bình Lưu lượng phù sa lơ lửng, độ đục phù sa lơ lửng trung bình tháng, năm trạm thủy văn Hịa Bình thể Hình 14 15 Số liệu đo đạc trạm Hịa Bình cho thấy: từ năm 1989-1990, hồ chứa thủy điện Hịa Bình bắt đầu tích nước mức cao lưu lượng phù sa lơ lửng kéo theo độ đục phù sa nước sơng Đà trạm thủy văn Hịa Bình bắt đầu giảm nhanh Độ đục trung bình năm giảm từ trị số 581 g/m3 thời kỳ 1959-1984 (sông thiên nhiên thuộc chu kỳ nước), xuống cịn xấp xỉ 55g/m3 thời kỳ 1989-2017, nhỏ gấp khoảng 10 lần Sau hồ thủy điện Sơn La số hồ thủy điện khác thượng lưu vào hoạt động độ đục phù sa sơng Đà Hịa Bình tiếp tục giảm sâu, cịn khoảng 17 g/m3 (thời kỳ 2010-2017) Xu giảm độ đục phù sa nước sông Đà kéo theo hệ lụy tăng khả xói lở lịng sơng hạ du đập Hịa Bình, từ làm cho mực nước sơng hạ thấp theo Dự báo bồi – xói lịng sơng Đà Báo cáo giới hạn phạm vi khu vực xung quanh cửa lấy nước cơng trình thu nước Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang 20 Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” Biến động độ đục trung bình năm trạm thủy văn Hịa Bình 2500.0 Hồ Hịa Bình bắt đầu tích nước Độ đục (g/m3) 2000.0 1500.0 Hồ Sơn La bắt đầu tích nước 1000.0 500.0 0.0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Thời gian (năm) Hình 14: Biến động độ đục trung bình năm trạm thủy văn Hịa Bình Biến động lưu lượng phù sa lơ lửng trung bình năm trạm thủy văn Hịa Bình lưu lượng phù sa lơ lửng (kg/s) 4000 3500 Hồ Hịa Bình bắt đầu tích nước 3000 2500 Hồ Sơn La bắt đầu tích nước 2000 1500 1000 500 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Thời gian (năm) Hình 15: Biến động lưu lượng phù sa lơ lửng trung bình năm trạm thủy văn Hịa Bình KẾT LUẬN Khu vực cửa thu nước cách trạm thủy văn Hịa Bình 12.45 km theo đường sơng sử dụng số liệu trạm thủy văn Hịa Bình làm trạm tương tự để tính đặc trưng khí tượng thủy văn cho khu vực cơng trình thu nước đảm bảo độ tin cậy cao Qua công tác khảo sát, thu thập tài liệu thủy văn thống kê số liệu thực đo trạm gần khu vực dự án (hạ lưu thủy điện Hịa Bình) nhận thấy rằng: Từ hồ Hịa Bình bắt đầu tích nước năm 1986, 1987 lưu lượng, mực nước lưu lượng phù sa lơ Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang 21 Báo cáo sinh hoạt học thuật “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu nước” lửng thực đo trạm thủy văn Hịa Bình, Trung Hà đến có xu giảm rõ rệt Cụ thể mực nước nhỏ trạm Hịa Bình đo từ nhà máy thủy điện Hịa Bình khánh thành (1994) đến 9.36 m vào ngày 2/2/2014 tương ứng với lưu lượng nhỏ 14.6 m3/s Mực nước nhỏ Trung Hà 6.55 m vào ngày 19/3/2017 Từ tài liệu thống kê mực nước trạm thủy văn Hịa Bình từ năm 1994 đến năm 2018,TVTK tính tốn mực nước Hmin theo tài liệu quan trắc, ứng với tần suất mực nước thấp 95% trạm thủy văn Hịa Bình 9.22m cửa lấy nước 8.55m Tuy nhiên, mực nước khu vực cửa thu nước phụ thuộc lớn vào chế độ vận hành nhà máy thủy điện Hịa Bình mực nước hạ lưu Trung Hà nơi chịu chi phối dịng chảy nhánh sơng Thao, Lơ Kết tính tốn với kịch dịng chảy kiệt xảy ứng với tần suất thiết kế cấp nước 95% kết Hmin nhỏ kịch tính tốn khu vực cửa nhận nước 7.24m Khu vực cửa lấy nước nằm vị trí bãi bồi lớn kéo dài từ khu vực thượng lưu cách cửa nhận nước 2.0km hạ lưu Diễn biến bãi bồi năm có xu bồi thêm khu vực lấy nước dịch chuyển dần hạ lưu ảnh hưởng dòng chủ lưu ngày áp sát bờ phải Tốc độ bồi năm nhỏ khoảng 0.2m, tượng bồi chủ yếu xảy thời kỳ mùa lũ với thời kỳ mùa kiệt khu vực cửa nhận nước có xu hướng xói nhẹ nên năm nước nhỏ trung bình mức độ bồi xói cân bằng, địa hình lịng dẫn ổn định Các năm lũ lớn mức độ bồi nhiều, mức độ xói thời kỳ khơng có lũ chậm mức độ bồi nên tính cân năm khu vực cửa nhận nước có xu hướng bồi, phần bồi xói dần năm khơng có lũ Như vậy, so với mức độ biến đổi lòng dẫn tồn khu vực địa hình khu vực cửa nhận nước tương đối ổn định chu kỳ dự báo thời đoạn dài Diễn biến lòng dẫn khu vực nghiên cứu ngồi tác động dịng chảy tự nhiên yếu tố địa hình, địa chất khu vực cịn chịu ảnh hưởng q trình khai thác cát sông Ảnh hưởng việc làm thay đổi lớn bề mặt địa hình cục đoạn sơng điều ảnh hưởng nhiều đến kết tính tốn khơng thể dự báo xu lòng dẫn việc khai thác cát gây Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang 22 ... theo Dự báo bồi – xói lịng sơng Đà Báo cáo giới hạn phạm vi khu vực xung quanh cửa lấy nước cơng trình thu nước Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Trang 20 Báo cáo sinh hoạt học thu? ??t... Vũ Thu Hiền – Bộ môn Địa chất thủy văn Báo cáo sinh hoạt học thu? ??t “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở, bồi lắng cơng trình thu. .. giá, tính tốn: Th.S Vũ Thu Hiền – Bộ mơn Địa chất thủy văn Trang Báo cáo sinh hoạt học thu? ??t “Ứng dụng phương pháp thống kê tính tốn đặc trưng thủy văn thiết kế phục vụ dự báo diễn biến xói lở,
Ngày đăng: 14/09/2022, 01:37
Xem thêm:
