52 Hình 1 Mạng lưới sông suối lưu vực sông Hương và khu hệ đầm phá ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHÒNG CHỐNG LŨ LỤT CỦA CÁC HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN SÔNG HƯƠNG TS Ngô Lê Long ThS Nguyễn Mạnh[.]
ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE 11 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHÒNG CHỐNG LŨ LỤT CỦA CÁC HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN SƠNG HƯƠNG TS Ngơ Lê Long ThS Nguyễn Mạnh Tồn Tóm tắt: Sơng Hương sơng lớn quan trọng tỉnh Thừa Thiên – Huế Sơng có nguồn nước phong phú, phân bố không theo mùa Để phòng lũ nâng cao khả khai thác, sử dụng nước, nhiều cơng trình thủy lợi, thủy điện hệ thống sông Hương xây dựng Sự xuất cơng trình hồ chứa thủy điện thượng nguồn làm thay đổi toàn chế độ dịng chảy tự nhiên hệ thống sơng Hương, đồng thời nảy sinh mâu thuẫn hộ dùng nước Trong đặc biệt mâu thuẫn yêu cầu chống lũ cho hạ du quyền lợi ngành điện Việc giải mâu thuẫn đòi hỏi phải có phối hợp tốt hồ chứa phịng chống lũ Bài báo ứng dụng mơ hình tốn MIKE 11 phân tích hiệu chống lũ hồ chứa thượng nguồn sông Hương, làm sở cho việc xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa phục vụ khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên nước lưu vực sông MỞ ĐẦU Sông Hương sông lớn quan trọng tỉnh Thừa Thiên – Huế, bắt nguồn từ phía đông dãy Trường Sơn, độ cao 1000m gồm nhánh Tả Trạch (dịng chính), Hữu Trạch sơng Bồ (Hình 1) Sơng có nguồn nước phong phú, phân bố không theo mùa, nên thường xuyên xảy tình trạng thừa nước mùa mưa, gây lũ lụt úng ngập diện rộng Để khắc phục tình trạng nhiều cơng trình thủy lợi hệ thống sông Hương xây dựng, có cơng trình thủy lợi quan trọng đập ngăn mặn Thảo Long (đã xây dựng), hồ chứa lợi dụng tổng hợp hồ Tả Trạch, Bình Điền, Hương Điền (Cổ Bi) (đang xây dựng), ngồi cịn có cơng trình thủy điện A Lưới sông A Sáp xả nước sông Bồ khởi cơng Các cơng trình có nhiệm vụ cắt lũ, phát điện, cấp nước, đẩy mặn, cải thiện môi trường cho vùng hạ du sông Hương thành phố Huế Sự xuất cơng trình hồ chứa thủy điện thượng nguồn làm thay đổi toàn chế độ dịng chảy tự nhiên hệ thống sơng Hương, đồng thời nảy sinh mâu thuẫn hộ dùng nước Trong đặc biệt mâu thuẫn yêu cầu chống lũ cho hạ du quyền lợi ngành điện Việc giải mâu thuẫn đòi hỏi phải có phối hợp tốt hồ chứa 52 Hình 1: Mạng lưới sơng suối lưu vực sơng Hương khu hệ đầm phá phòng chống lũ Bài báo ứng dụng mơ hình tốn MIKE 11 phân tích hiệu chống lũ hồ chứa thượng nguồn sông Hương, làm sở cho việc xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa phục vụ khai thác sử dụng hợp lý tài nguyên nước lưu vực sông ĐẶC ĐIỂM LŨ LỤT LƯU VỰC SÔNG HƯƠNG VÀ HỆ THỐNG HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN 2.1 Lũ lụt sơng Hương Lũ sơng Hương mang đặc tính chung lũ miền Trung có lưu lượng đỉnh lũ lớn, tốc độ truyền lũ nhanh, cường suất lớn Mặt khác mùa mưa lũ có nhiễu động thời tiết tác động tới lưu vực (áp thấp nhiệt đới, bão đổ bộ, ) xảy mưa lớn đồng thời diện rộng nên vùng đồng hạ du ven biển chịu tác động nước lũ vùng thượng du đổ mà chịu tác động lượng nước sinh mưa vùng hạ du khiến cho chế độ dòng chảy lũ vùng hạ du ác liệt phức tạp Toàn lượng nước lũ lưu vực sông Hương phần lớn lũ lưu vực sông khác Đông Trường Sơn (Trừ sơng Bù lu), sơng O Lâu biển qua hai cửa Thuận An Tư Hiền Do tác động dòng hải lưu ven bờ, dòng chảy sông nội địa nên cửa sông không ổn định bị di đẩy bồi lắng khả lũ bị hạn chế Vì thời gian lũ vùng đồng trở thành nơi chứa điều tiết nước lũ trước lũ thoát biển Các nguyên nhân làm cho vùng đồng ven biển lưu vực sông Hương thường bị úng ngập diện rộng kéo dài Do ảnh hưởng địa hình chia cắt nên thượng lưu sơng Hương, lũ xảy không sông nhánh Tả Trạch, Hữu trạch sông Bồ.Theo thống kê, thứ tự xuất lũ lớn hàng năm trạm Kim Long, Thượng Nhật, Phú Ốc (mực nước lớn năm) cho thấy: Lũ đặc biệt lớn xảy sông Bồ, cấp với sông Hương (lũ 1999, 1983) lũ sơng Tả Trạch (nhánh Thượng Nhật) xảy không đồng kỳ Tại nhánh sông Thượng Nhật, mùa lũ kéo dài từ tháng X – tháng XII, lũ tiểu mãn từ tháng V – tháng VIII Tuy nhiên, nhiều năm xuât lũ tiểu mãn lớn lũ vụ: 1979 (VI); 1989 (V); 2000 (VIII) Điều cho thấy tính phân kỳ lũ hệ thống sông Hương thiếu ổn định 2.2 Hệ thống cơng trình hồ chứa thượng nguồn Các thơng số hồ chứa thượng nguồn lưu vực sông Hương trình bày bảng Các hồ xây dựng với nhiệm vụ giảm mực nước lũ, đồng thời tăng lưu lượng nước mùa cạn hạ lưu sông Hương đảm bảo thỏa mãn nhu cầu nước cho phát triển kinh tế, xã hội môi trường Bảng 1: Các thông số hồ chứa thượng nguồn lưu vực sơng Hương Bình Điền Hương Điền Dương Hịa Thơng số (Hữu Trạch) (Bồ) (Tả Trạch) 2) Diện tích lưu vực (Km 515 707 717 MNDBT (m) 85 58 45 MNC (m) 53 42 23 MNGC (m) 85,1 59,13 51,98 Dung tích tồn (10 m ) 423,68 820,67 610 Dung tích hữu ích (10 m ) 344,39 440,31 420 Dung tích chết (10 m ) 79,29 380,36 72 Công suất lắp máy (Mw) 44 50 19,5 Dung tích phịng lũ (10 m ) 70-180 200-400 392,6 MIKE 11 - THIẾT LẬP MẠNG LƯỚI TÍNH TỐN MIKE 11 DHI Water & Environment phát triển, phần mềm dùng để mô thủy động lực dòng chảy chiều vùng cửa sông, sông, hệ thống kênh dẫn… Mô đun Thủy động lực (HD) thành phần mơ hình, sử dụng sơ đồ sai phân ẩn hữu hạn điểm AbbottIonescu để giải hệ phương trình Saint-Venant Với giao diện thân thiện, linh hoạt tốc độ, MIKE 11 cung cấp môi trường thiết kế hữu hiệu kỹ thuật cơng trình, tài ngun nước, quản lý chất lượng nước ứng dụng khác Mơ hình MIKE11 thiết lập cho hệ thống sơng Hương bao gồm tồn dịng phụ lưu vùng trung, hạ du lưu vực sơng Hương (hình 2) 53 Untitled 1850000 1845000 062 13463.1 14998.3 00 1840000 18254.4 00 24366.9 -97 n ad u 00 o 23646.20-6 027147.4 n x 28738.1 013090.2 a 99 27371.1 s ong la 00 15172.9 620.559 29598.5 950 23035.6 0n 4800 Ye Dap Da 0-1 c h 2112.53 22091.9 Ba 35 34 15568.8 18378.3 g on Da i Gia Hu ng 0172.047 629.423 6563.05 27 100 10847 9449.66 qu an 0- 3000 UAN AN CUA TH cu a 1835000 bo 1830000 31 0- 010 80 25 Xa 1825000 ph a ta m xa nh u 071 60 01 10 y 12 0- 1820000 gi an g 63 0 0 1815000 huu trach 0-7700 ta tr 1810000 ach 57675 0-1 280 1805000 1800000 750000 760000 770000 780000 790000 800000 810000 820000 Hình 2: Sơ đồ tính tốn thủy lực mạng lưới sơng suối – đầm phá lưu vực sông Hương Điều kiện Biên mơ hình q trình lưu lượng theo thời gian Q = f(t) vị trí sau: + Trên sơng Tả Trạch: Dương Hịa (Flv = 717km2) + Trên sơng Hữu Trạch: Bình Điền (Flv = 515km2) + Trên sông Bồ: Cổ Bi (Flv = 707km2) Điều kiện Biên mô hình trình mực nước triều thực đo vùng cửa sơng Thuận An Hịa Dn Trong mùa lũ, đập Thảo Long mở hồn tồn khơng ảnh hưởng đến lũ Biên dọc sơng mơ hình lưu lượng gia nhập khu (Bảng 2) Số liệu sử dụng cho việc hiệu chỉnh kiểm định mơ hình q trình lưu lượng mực nước Phú Ốc, Kim Long, Phú Cam, Đập Đá từ trận lũ lớn xảy lưu vực Kết tính tốn hiệu chỉnh, kiểm định cho thấy đường tính tốn thực đo tương đối phù hợp, khẳng định độ tin cậy thông số lựa chọn Mơ hình hồn tồn sử dụng cho tính tốn nghiên cứu thủy lực lưu vực Bảng 2: Các đặc trưng khu lưu vực sông Hương TT Tên lưu vực Khu từ Dương Hịa đến Tuần Khu từ Bình Điền đến Tuần Khu từ Tuần đến Nham Biều Dân Dùng Ơ Hơ Cống Bặc Khe Vực Phú Bài Sơng Nơng PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỐNG LŨ CỦA CÁC HỒ CHỨA Lưu vực sông Hương xảy nhiều trận lũ vụ lớn, trận lũ diễn từ ngày 54 Flv(km2) 78.6 159 76.8 29.9 49 23 41.2 44 123 Cửa Sông Tả Trạch Sông Hữu Trạch Sông Hương Sông Bạch Yến Sông Bồ Sông Đại Giang Sông Đại Giang Sông Đại Giang Sông Đại Giang 29/10 – 4/11/1983 coi trận lũ tương đối lớn vòng 50 năm trở lại đây, trận lũ đánh giá tương đương với tần suất lũ P=7-10% Đây trận lũ có tài liệu quan trắc tương đối đồng nên chọn để đánh giá khả cắt lũ hồ chứa Hồ Tả Trạch tính tốn điều tiết lũ với dung tích phịng lũ 392.6 106 m3 Hồ Bình Điền hồ Cổ Bi nhiệm vụ dặt rõ ràng, chưa giải mâu thuẫn lợi ích chống lũ với lợi ích cấp nước khác, hồ Bình Điền kiến nghị tính tốn với trường hợp: (i) hồ vận hành với dung tích chống lũ 70 106 m3, (ii) hồ vận hành với dung tích phịng lũ 180 106 m3; Hồ Cổ Bi tính tốn với trường hợp: (i) hồ để dung tích phịng lũ 200 106 m3, (ii) hồ để dung tích phịng lũ 400 106 m3 Trên sở dung tích phịng lũ ứng với hồ trên, tiến hành tính tốn điều tiết dịng chảy lũ (1983) qua hồ Đường trình (Qxả~t) sử dụng làm điều kiện biên toán Các kịch phối hợp cắt lũ hồ thể bảng Bảng 3: Phương án phối hợp cắt lũ hồ chứa thượng nguồn sông Hương TT Tên phương án TBC1 TBC2 TBC3 TBC4 Tả Trạch 392.6 392.6 392.6 392.6 Dung tích cắt lũ hồ chứa (106 m3) Bình Điền Cổ Bi 70 200 180 200 70 400 180 400 Kết tính tốn mực nước, lưu lượng dịng chảy điểm hạ lưu sơng Hương ứng với phương án cắt lũ thể bảng Bảng 4: Mực nước lớn ứng với phương án tính tốn cắt lũ Kim Long Phú Cam Đập Đá H HmaxTT Hmax* H HmaxTT Hmax* H HmaxTT Hmax* H (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) -1.61 3.45 4.80 -1.35 3.31 4.66 -1.35 2.99 4.35 -1.36 -1.74 3.14 4.80 -1.66 3.02 4.66 -1.64 2.71 4.35 -1.64 -2.45 3.34 4.80 -1.46 3.21 4.66 -1.45 2.83 4.35 -1.52 -2.64 3.02 4.80 -1.78 2.89 4.66 -1.77 2.52 4.35 -1.83 Hmax* mực nước lớn khơng có hồ tham gia cắt lũ Từ bảng rút số nhận xét sau: +3,33m 732 m3/s; +3,20m 711 Khi có tham gia cắt lũ hồ, m3/s; 2,49 m 310 m3/s; 2,30 305 m3/s tương phương án lựa chọn đảm bảo hạ thấp mực ứng với phương án TBC1; TBC2; TBC3; nước max Kim Long xuống +3,5m Hiệu TBC4 cắt lũ phương án TBC1; TBC2; Ngoài độ sâu, thời gian ngập lụt điều TBC3; TBC4 cho Thành phồ Huế (Mực nước Tại cần xem xét việc đánh giá ảnh hưởng lũ Kim Long giảm xuống) 1.35 m; 1,66 lụt hạ du Kết mô cho thấy hiệu m; 1,46 m; 1,78 m Tương ứng với mực nước lũ thu ngắn thời gian ngập giảm rõ rệt có lớn +3,45 m; +3,14 m; +3,34 m; +3,02 m tham gia cắt lũ hồ chứa Trong trường hợp Nếu dung tích chống lũ hồ Bình Điền có tham gia hồ Tả Trạch, hồ Bình Điền nâng lên 180 triệu m3 hiệu việc cắt lũ (dung tích lũ 180 106 m3) hồ Cổ Bi (dung tích cao với mực nước lớn Kim Long lũ 400 106 m3) ứng với trận lũ năm 1983 cịn +3,02 m, khơng gây ngập đường Lê thời gian ngập lũ tính tốn kiểm tra Kim Lợi, Trần Hưng Đạo… Thành phố Huế Long với mực nước cao +3m rút xuống Đối với đồng sơng Bồ, có tham gia Thành phố Huế không bị cắt lũ hồ Cổ Bi nên phương án làm ngập cao lâu dài trước giảm mực nước sông đáng kể Cụ thể mực KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ nước lưu lượng lớn Phú Ốc đo 1) Lũ sông Hương (tại Kim Long) lớn Phương TT HmaxTT án (m) TBC1 3.33 TBC2 3.2 TBC3 2.49 TBC4 2.3 Phú Ốc Hmax* (m) 4.94 4.94 4.94 4.94 55 trở lên hay lũ đặc biệt lớn xảy đồng kỳ với sông Bồ song không đồng kỳ với lũ xảy nhánh trái sông Tả Trạch (sông Thượng Nhật) Vì cần thiết có trạm thủy văn cấp II đặt sơng nhánh BaRan có nhiệm vụ quan trắc mưa, lưu lượng làm biên tính tốn 2) Các trận lũ lớn đặc biệt ba sơng có mưa lớn xảy đồng thời 3) Lũ đặc biệt lớn sông Hương xuất đồng thời song không đồng kỳ, chúng xảy với cấp độ lớn khác (độ lặp lại khác nhau) Do tính phân kỳ ổn định, cần lưu ý xây dựng qui trình vận hành cho hồ chứa thượng nguồn 4) Lũ sông Hương xảy thời gian ngắn với cường suất lớn (đỉnh lũ lớn), song tổng lượng lũ khơng lớn thích ứng Vì vậy, việc chống lũ tập trung vào cắt đỉnh chủ yếu 5) Lũ sông Hương lên nhanh, xuống nhanh, thời gian truyền lũ ngắn Vì địi hỏi phải xây dựng cơng nghệ dự báo lũ có độ tin cậy cao với thời gian dự kiến ≥ 24h 6) Do lũ lên nhanh xuống nhanh nên cần theo dõi lũ Kim Long HKL =1 m chuẩn bị cắt lũ HKL = 1,5 -2,0 m 7) Việc ứng dụng mô hình MIKE 11 cho việc diễn tốn dịng chảy lưu vực sơng Hương phù hợp Ngồi mơ hình cịn có module Structure Control giúp cho việc mơ quy trình vận hành hồ chứa cách dễ dàng, thuận tiện cho việc nghiên cứu thiết lập quy trình vận hành liên hồ sau 8) Viêc kết hợp ba hồ cắt lũ (với lũ 1983 ứng với p=7-10%) đảm bảo mực nước Kim Long +3,5 m, không ảnh hưởng đến di tích lịch sử 9) Việc lựa chọn dung tích phịng lũ cho hồ chứa xác định sở yêu cầu mực nước phòng lũ hạ du (tại Kim Long), yêu cầu phát điện với trận lũ có độ lặp lại N20 năm (p5%) Đây mục tiêu đối lập, việc tìm tiếng nói chung ngành khơng dễ dàng, địi hỏi phải ứng dụng phương án tối ưu hóa vận hành quản lý hồ chứa 10) Cần sớm tiến hành xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa cho hệ thống sông Hương TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Cơng ty Cổ phần Thủy điện Bình Điền, Thuyết minh tính tốn thủy văn cơng trình hồ chứa nước Bình Điền 2) Cơng ty Cổ phần Thủy điện Hương Điền, Thuyết minh tính tốn thủy văn cơng trình hồ chứa nước Hương Điền 3) DHI, MIKE 11 – A modelling system for Rivers and Channels DHI Software, DHI Water & Environment, Denmark 4) HEC1, Thuyết minh tính tốn thủy văn cơng trình hồ chứa nước Tả Trạch 5) Ngơ Đình Tuấn nnk, Báo cáo Đánh giá tác động môi trường dự án hồ chứa Tả Trạch tỉnh Thừa Thiên Huế Abstract: APPLICATIONS OF THE MIKE 11 MODEL FOR EVALUATING THE EFFECTIVENESS IN FLOOD CONTROL OF THE RESERVOIRS IN UPSTREAM OF THE HUONG RIVER Huong River is the largest one which plays an important role in the social-economic development of Hue province Physically, the Huong river flow is profuse, but varies in time In order to neither control flood nor improve the water exploitation/use ability, many constructions have been built in the river basin Consequently, the Huong flow regime is dramatically governed due to the appearance of various hydropower reservoirs in the upstream leading to the conflicts between local stakeholders - especially, between flood control and hydropower generation Therefore, solutions copping this problem would be effectively solved unless the cooporated interreservoir operation is made This paper presents the application of MIKE 11 model to analyse the effectiveness of the reservoir operations for flood control As expected, the research results will be used as scientific basis for establishing multi-reservoir regulation for exploitation and water resources usage within the Huong river basin 56 ... Bài Sông Nông PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỐNG LŨ CỦA CÁC HỒ CHỨA Lưu vực sông Hương xảy nhiều trận lũ vụ lớn, trận lũ diễn từ ngày 54 Flv(km2) 78.6 159 76.8 29.9 49 23 41.2 44 123 Cửa Sông. .. Sông Hữu Trạch Sông Hương Sông Bạch Yến Sông Bồ Sông Đại Giang Sông Đại Giang Sông Đại Giang Sông Đại Giang 29/10 – 4 /11/ 1983 coi trận lũ tương đối lớn vòng 50 năm trở lại đây, trận lũ đánh giá. .. cho hồ chứa thượng nguồn 4) Lũ sông Hương xảy thời gian ngắn với cường suất lớn (đỉnh lũ lớn), song tổng lượng lũ khơng lớn thích ứng Vì vậy, việc chống lũ tập trung vào cắt đỉnh chủ yếu 5) Lũ sông