Untitled TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ M1 2015 Trang 65 Nguyên nhân gây thiếu nước hồ thủy điện Đăk R’Tih – Tỉnh Đăk Nông Trương Minh Hoàng Hoàng Trường Sơn Trường Đại học Khoa học Tự[.]
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SỐ M1-2015 Ngun nhân gây thiếu nước hồ thủy điện Đăk R’Tih – Tỉnh Đăk Nơng Trương Minh Hồng Hồng Trường Sơn Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM (Bài nhận ngày tháng năm2014 , nhận đăng ngày tháng năm 2014) TÓM TẮT Các hồ thủy điện khu vực tỉnh Đăk Nông thường bị thiếu nước nghiêm trọng vào mùa khô thời gian gần đây, không với công suất thiết kế ban đầu Hồ thủy điện Đăk R’tih hoàn thành đưa vào vận hành 12/2011 xảy tượng Nên tiến hành khảo sát tính tốn lượng nước đến hồ thủy điện Đăk R’tih thông qua việc thiết lập giải phương trình cân lượng nước hồ Đồng thời, khảo sát thực địa, quan trắc mực nước ngầm theo thời gian, thí nghiệm trường, lấy mẫu thí nghiệm phịng Phân tích kết kết hợp với liệu thu thập địa chất, địa chất cơng trình, lượng mưa, diện tích rừng khu vực Từ xác định thấm khơng phải nguyên nhân gây thiếu nước hồ Đăk R’tih, mà nguyên nhân lượng mưa hàng năm giảm, đặc biệt lượng mưa mùa khô giảm mạnh, diện tích rừng khu vực giảm 80% từ 2005 – 2010, từ làm giảm lượng nước hồ làm giảm lượng nước bổ cập cho tầng chứa Từ khóa: Hồ, thủy điện, lưu vực tích thủy, thấm, thiếu nước, nguyên nhân 1.MỞ ĐẦU Thủy điện Đăk R’tih thuộc tỉnh Đăk Nông, với lưu vực tích thủy 718 km2, diện tích mặt hồ mực nước dâng bình thường (MNDBT) 618m 10km2, dung tích hồ MNDBT 137,1.106m3, mực nước chết hồ đạt 603m 1 Địa hình cao 550m gồm dãy đồi dạng bát úp kéo dài hình thành basalt phun trào theo khe nứt, xen hệ thống thung lũng nhỏ hẹp Lượng mưa trung bình năm 2560mm Thủy văn, chủ yếu hệ thống sông suối chạy dọc theo thung lũng, địa chất thủy văn nước ngầm khu vực có tầng, tầng chứa nước lỗ rỗng – vỉa trầm tích aluvi phân bố nhỏ hẹp dọc theo thung lũng, độ sâu 0-0.5m, khả chứa nước kém, tầng chứa nước lỗ rỗng – vỉa – khe nứt đất đá basalt (N1 – QI tt), có bề dày lớn khoảng 60m, phân bố toàn khu vực, hồ chứa lưu vực tích thủy 1 Kiến tạo, đới phong hóa basalt đá basalt gốc khơng có hệ thống đứt gãy cắt qua, khe nứt kiến tạo không xuất hiện, có khe nứt phong hóa đới phong hóa khe nứt nguyên sinh đá basalt đặc sít, nhiên số lượng khe nứt độ mở nhỏ (1 – 2mm) Nhưng đưa vào vận hành 12/2011 bị thiếu nước nghiêm trọng vào mùa khô, không với cơng suất thiết kế ban đầu Do đó, việc tìm hiểu nguyên nhân dẫn đến thiếu nước hồ thủy điện Đăk R’tih thực sở choviệc định lượng chi tiết xác bước cho hồ chứa nước khác khu vực PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Giải tốn cân thể tích nước hồ Kiểm nghiệm thực tế, kết hợp thí nghiệm trường thí nghiệm thấm, quan trắc mực nước ngầm; thí nghiệm phịng: thí nghiệm đầm nện, thí nghiệm xác định tiêu Trang 65 Science & Technology Development, Vol 18, No.M1- 2015 lý vật liệu Ngoài sử dụng cơng thức thực nghiệm để tính thấm qua đập, qua vai đập, qua đường phân thủy Tổng hợp phân tích số liệu thu thập lượng mưa, diện tích rừng khu vực để tìm hiểu nguyên nhân trực tiếp gián tiếp gây thiếu nước hồ 3.1.Vùng khảo sát Khu vực hồ Đăk R’tih địa phận huyện Đăk R’lấp, phần thị xã Gia Nghĩa tỉnh Đăk Nơng (Hình 1); khu vực nghiên cứu giới hạn tọa độ: 11052’30’’– 1204’45’’ vĩ độ Bắc 107035’30’’–107041’ kinh độ Đơng 3.CHƯƠNG TRÌNH KHẢO SÁT Hình Vị trí khảo sát 3.2.Q trình khảo sát 3.2.1.Thí nghiệm trường Thí nghiệm thấm lớp đất phong hóa bố trí sườn đồi khu vực tích thủy hồ hình 2; đồng thời kết hợp lấy mẫu thí nghiệm phịng ví trí Dụng cụ gồm vịng thấm, vịng nhỏ nằm Đóng vịng xuống đất khoảng xác định, sau đổ nước đầy vòng đo thời gian nước thấm xuống khoảng định trước Tiến hành nhiều hố thí Trang 66 nghiệm, hố tiến hành nhiều lần Kết tính theo công thức (1) K = 10.V.L/(F.(L + H).t) (1) Trong đó: K: hệ số thấm (cm/s) V: lượng tiêu hao nước (cm3) F: tiết diện vòng (cm2) H: chiều cao mực nước tính từ mặt đất (cm) L: độ sâu đóng vào đất (cm) t: thời gian thí nghiệm (s) TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SỐ M1-2015 Hình Sơ đồ bố trí thí nghiệm thấm trường Để xác định hệ số thấm đới phong hóa đá gốc, tiến hành sử dụng thí nghiệm múc (hút) nước hố khoan, sau khoan qua mực nước ngầm 10m bắt đầu thí nghiệm cách hút hố sau đo thời gian nước hồi phục lại, hệ số thấm tính theo cơng thức (2) [1] K = 0,366.Q.(lg(1.32L/r))/L.S (2) Trong đó, K: hệ số thấm (cm/s) Q: Lưu lượng nước múc (cm3/s) r: bán kính hố khoan (cm) L: chiều dài đoạn thí nghiệm (cm) S: độ hạ thấp cột nước (cm) 3.2.2.Quan trắc mực nước ngầm Quan trắc mực nước ngầm giếng khu vực tích thủy hồ, giếng phân bố từ đỉnh đồi xuống tới chân đồi với cao trình là: G1 (632,8m), G2 (631,2m), G3 (625,1m); sơ đồ quan trắc hình Lần đầu vào cuối mùa khô–đầu mùa mưa ngày 20/4/2012 với mực nước hồ 604,4m Lần vào đầu mùa mưa ngày 5/6/2012 với mực nước hồ 608,2m Lần vào ngày 12/7/2012 với mực nước hồ 609,7m Lần vào ngày 25/7/2012 với mực nước hồ 612,3m Hình Sơ đồ quan trắc mực nước ngầm với mũi tên hướng xuống giếng quan trắc 3.2.3.Thí nghiệm phòng 3.2.4.Đánh giá lượng nước thấm qua đập Thực thí nghiệm thấm Kamenxki G.N [2] Thí nghiệm đầm nện Proctor theo tiêu chuẩn ASTM D698 [3] Thí nghiệm xác định thành phần hạt, sử dụng phương pháp rây, phương pháp tỉ trọng kế phương pháp pipet kế dựa theo [4] - Sử dụng cơng thức tính thấm Kamenxki G.N (3) [2] Q = B.K.H.m/(m+2b) (m3/s) (3) Với, Q: lưu lượng thấm (m /s) B: chiều dài đập (m) Trang 67 Science & Technology Development, Vol 18, No.M1- 2015 K: hệ số thấm trung bình đập (m/s) H: độ chênh lệch áp lực thượng hạ lưu (m) m: chiều dày tầng chứa nước (m) b: chiều rộng đập (m) - Đánh giá lượng nước thấm vịng qua vai đập cơng thức Kamenxki G.N sau (4) [2] (4) Q = (H12 – H22).q/2H, (m3/s) Với, Q: lưu lượng thấm (m3/s) H1, H2: cột nước thượng lưu hạ lưu (m) H =H1 –H2 q = Ktb(hA2 – hB2)/2l , lưu lượng thấm đơn vị (m2/s) hA: mực nước A (m) hB: mực nước B (m) l: khoảng cách A B (m) - Tính tốn thấm qua đường phân thủy: áp dụng công thức Kamenxki G.N sau (5) [1] Q = B.K.(H12 - H22)/2L, (m3/s) (5) Với, Q: lưu lượng thấm (m /s) B: chiều dài đường phân thủy (m) L: chiều dài đường thấm (m) H1, H2: cột nước thượng hạ lưu (m) * Thiết lập phương trình cân thể tích nước cho hồ dựa phương trình ban đầu (6) (6) Với, Vra thể tích nước khỏi hồ chứa Vvào thể tích nước vào hồ chứa Vgiảm lượng nước giảm xuống hồ chứa + Nước khỏi hồ, Vra, tổng hợp loại nước sau: Lượng nước thoát khỏi hồ để sử dụng cho nhà máy thủy điện, Vnm Lượng nước thoát khỏi hồ tượng thấm, Vt Lượng nước thoát khỏi hồ bốc bề Trang 68 + Lượng nước vào hồ, Vvào, tổng hợp loại nước sau: Lượng nước cung cấp cho hồ mưa, Vmưa Lượng nước cung cấp cho hồ sông, suối, Vsông Lượng nước cung cấp cho hồ nước ngầm, Vngầm Kết hợp kết khảo sát, quan trắc mực nước hồ, lượng nước sử dụng cho nhà máy điện khoảng thời gian định, lượng nước giảm xuống hồ Nội suy tính lượng nước cụ thể Và phương trình cân (6) viết lại phương trình (7) Vnm + Vt + Vbh + Vk = Vmưa + Vngầm + Vsông + Vgiảm (7) Hồ sử dụng chủ yếu cho thủy điện thời gian khảo sát ngắn vào tháng mùa khô, chọn thời điểm tính tốn khơng xuất mưa, để loại bỏ tham số Vmưa Vk để việc giải phương trình (7) đơn giản Trong phương trình cân (7) có yếu tố khơng xác định trực tiếp Vngầm Vt đặt chúng thành ẩn số (Vngầm – Vt) phương trình (7) trở thành phương trình (8) (Vngầm – Vt) = Vnm + Vbh – Vsông – Vgiảm K: hệ số thấm trung bình (m/s) Vra = Vvào + Vgiảm mặt hồ, Vbh Lượng nước thoát khỏi hồ nguyên nhân khác, Vk (8) Từ vế trái phương trình (8) rút điều kiện sau: (1) Nếu (Vngầm – Vt) > Vt ảnh hưởng đến lượng nước hồ, giá trị lớn Vt ảnh hưởng; nghĩa thấm nguyên nhân gây thiếu nước cho hồ (2) Nếu (Vngầm – Vt) < nước hồ nguyên nhân tượng thấm 4.KẾT QUẢ 4.1 Giá trị tham số phương trình (8) Thời gian khảo sát từ ngày 12/2/2012 – 2/3/2012 chia thành đợt xác định yếu tố vế phải phương trình (8), từ xác định giá trị, Vngầm – Vt, bảng TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SỐ M1-2015 Bảng 1: Giá trị tham số xác định, với hệ số 106m3 Thời gian Vnm Vbh Vsông Vgiảm (Vngầm – Vt) 12/2 – 22/2/2012 20,91 0,227 5,74 14,3 1,097 22/2 – 2/3/2012 20,53 0,176 4,13 15,7 0,876 4.2 Kết thí nghiệm thấm trường Hình Sơ đồ thay đổi mực nước ngầm từ kết quan trắc mực nước giếng hồ Đăk R’tih Tại vị trí H5: K1 = 1518.10-5cm/s, -5 K2 = 942.10 cm/s Tại vị trí H4: K1 = 8169.10-5cm/s, K2 = 3501.10-5cm/s Tại vị trí H3: K1 = 54,2.10-5cm/s, K2 = 23,7.10-5cm/s Tại vị trí H2: KTB = – 43.10-5cm/s Tại vị trí H1: K < 3.10-5cm/s 4.2 Kết quan trắc mực nước ngầm Theo kết quan trắc mực nước hồ Đăk R’tih mực nước ngầm giếng khu vực tích thủy hồ thiết lập đường đẳng trị mực nước đất hồ hình 4.4 Kết thí nghiệm phịng Kết thí nghiệm phịng cho thấy vật liệu có hàm lượng bột sét chiếm 60%, tiêu vật lý cao, nhiên độ ẩm lớn.Tính tốn thấm qua cơng thức thực nghiệm Kamenxki G.N kết bảng sau (bảng 3): Trang 69 Science & Technology Development, Vol 18, No.M1- 2015 Bảng Thể tích nước qua qua vai đập Lượng nước, m3/ngày Khu vực Đập Đập phụ Đập phụ Đập phụ Qua 478,0 333,0 143,2 402,3 Qua vai đập 103,7 49,5 90,5 55,2 Cộng 581,7 382,5 233,7 457,5 Tổng cộng 1655,4 = 0,019 m3/s Bảng Thể tích nước qua đường phân thủy Lượng nước, m3/ngày Khu vực Phân thủy Bờ kênh dẫn vào cửa lấy nước Phía Đơng 760 Phía Tây 1240 Phía Đơng 467,9 Phía Tây 421,1 Tổng cộng 2890 = 0,03m3/s Kết quan trắc lượng mưa khu vực thể biểu đồ sau (hình 5): Hình Lượng mưa trung bình năm tỉnh Đăk Nơng Hình Biểu đồ lượng mưa mùa khơ tỉnh Đăk Nơng 4.5 Kết tổng hợp diện tích rừng từ tài liệu thu thập [7] Kết khảo sát diện tích rừng thơng qua chương trình FOMIS Bộ Tài Ngun Mơi Trường 2 hình Hình Diện tích rừng tỉnh Đăk Nơng Trang 70 Hình Diện tích rừng khu vực hồ thủy điện Đăk R’tih TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SỐ M1-2015 5.THẢO LUẬN Lượng nước hồ chịu ảnh hưởng từ yếu tố nước vào yếu tố nước khỏi hồ Qua việc giải phương trình cân lượng nước hồ, ta thấy hiệu (Vngầm – Vt) trường hợp lớn đạt gần 106m3 tương ứng với lưu lượng khoảng 1,2m3/s, tức lượng nước ngầm cung cấp cho hồ nhiều lượng nước ngầm thoát khỏi hồ, từ suy lượng nước thấm ảnh hưởng đến thể tích nước hồ Kết hợp với thí nghiệm trường ta thấy vật liệu đập có hệ số thấm bé (25.10-5cm/s), đặc biệt ngậm nước hệ số thấm vật liệu lại giảm mạnh (còn 12.10-5cm/s), điều giải thích tính trương nở vật liệu phong hóa từ đá basalt; hệ số thấm đới phong hóa bên thấp (3 – 43.10-5cm/s); đá basalt không thấm (K < 3.10-5cm/s) Với hệ số thấm bé làm cho lượng nước thấm khỏi hồ khơng đáng kể, kết tính tốn lượng nước qua đập, qua vai đập qua đường phân thủy cho ta thấy rõ điều đó, tổng lượng nước nhỏ, đạt 0,049m3/s Qua kết quan trắc mực nước ngầm khu vực nhận thấy mực nước ngầm khu vực vào cuối mùa khô thấp, gần ngang với mực nước hồ, nên khả bổ cập cho hồ không đáng kể Qua lần quan trắc đến mùa mưa ta thấy mực nước ngầm tăng lên chậm Có thể, mùa mưa mực nước hồ dâng lên nhanh nên bổ cấp ngược trở lại cho nước ngầm Tuy nhiên mực nước ngầm không tăng cao mùa mưa nên đến mùa khơ lượng nước ngầm tầng chứa khơng nhiều để cung cấp trở lại cho hồ Nguyên nhân mực nước ngầm hạ thấp vào mùa khô tăng chậm mùa mưa giải thích diện tích rừng khu vực tỉnh Đăk Nơng khu vực đập Đăk R’tih giảm mạnh năm gần (kết hình 8) Diện tích rừng giảm xuống làm cho đất trống đồi trọc tăng lên, khả giữ nước lại bề mặt kém, nên mùa mưa đến lượng nước di chuyển nhanh phía hạ lưu Ngồi đất trống đồi trọc lộ làm tăng trình laterit hóa bề mặt; hệ số thấm đất mặt giảm xuống mạnh Một nguyên nhân trực tiếp khác quan trọng làm giảm lượng nước hồ vào mùa khô lượng mưa khu vực giảm năm gần đây, đặc biệt lượng mưa mùa khơ giảm mạnh (như hình 6), vòng năm từ 2009 – 2011 tổng lượng mưa vào mùa khơ khu vực giảm 500mm, tương ứng với lưu vực tích thủy 718km2 lượng nước mưa cung cấp giảm 109m3 6.KẾT LUẬN Hiện tượng thấm nguyên nhân gây nước cho hồ thủy điện Đăk R’tih Lượng mưa khu vực, đặc biệt lượng mưa mùa khô giảm mạnh, làm cho lượng nước bổ cập trực tiếp cho hồ, cho nước ngầm giảm xuống Đây nguyên nhân gây thiếu nước hồ Mực nước ngầm khu vực giảm mạnh, gần cạn kiệt vào mùa khô tăng chậm vào mùa mưa, nguyên nhân gây thiếu nước cho hồ vào mùa khơ Diện tích rừng khu vực tỉnh Đăk Nông khu vực đập Đăk R’tih bị thu hẹp mạnh làm giảm lượng bổ cập cho nước ngầm Để có giá trị định lượng chi tiết xác cần thiết lập hệ thống giếng khoan quan trắc nước ngầm khu vực theo tuyến, thời gian quan trắc dài năm Thiết lập đồ thị quan hệ lượng mưa hàng năm với mực nước ngầm, đồ thị quan hệ diện tích rừng với mực nước ngầm; làm sở cho bước nghiên cứu cho hồ chứa nước khác khu vực Lời cảm ơn: Các tác giả xin chân thành cảm ơn Công Ty Tư Vấn Xây Dựng Điện 2, Ban Điều Hành Thủy Điện Đak R’tih, Phịng Thí Nghiệm Địa Chất Cơng Trình-Địa Chất Thủy Văn, Khoa Địa Chất, tạo điều kiện để hồn thành cơng việc Ban tổ chức hội nghị khoa học Trường Đại Học Khoa Học tự nhiên-Khoa Địa Chất tạo điều kiện công bố kết Thầy cô phản biện cho ý kiến để hoàn thiện Trang 71 Science & Technology Development, Vol 18, No.M1- 2015 Causes of water shortage for Dak R’Tih hydropower reservoir-Dak Nong province Truong Minh Hoang Hoang Truong Son University of Sciene, VNU-HCM ABSTRACT Recently, hydropower reservoirs in Dak Nong province are continually significantly deprived of water in dry season; it is not as the initial designed capacity Dak R’tih hydropower reservoir has just been completed and worked since December 2011 but this phenomenon also occured Therefore, it is recommendable to carry out investigation and calculation of water volume flowing in and out of Dak R’tih reservoir by establishing and solving an equilibrium equation of water volume in the reservoir Field survey, groundwater level monitoring, field test and sampling for labortory tests were carried out simultaneously Analysing the investigated results together with collected geological, engineering geological, rainfall and forest area data in the researched zone, we can determine that The permeability is not a cause for water shortage in the Dak R’tih reservoir The real cause is decrease of rainfall, especially during the dry season The forest area in the zone has decreased more than 80% from 2005 to 2010 Hence, the water amount flowing in the reservoir and recharge for the aquifer has been decreased Key words: lake, hydroelectricity, watershed, permeability, water shortage, deprived of water, cause TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Công ty Tư vấn xây dựng điện - Báo cáo nghiên khả thi (12/2003) báo cáo giai đoạn thiết kế kỹ thuật (8/2007) cơng trình thủy điện Đăk R’tih 2 Phạm Quý Nhân – Động lực học nước đất – Hà Nội, (2004) 3 Tiêu chuẩn ASTM D 698 : (1991) 4 Head, K H - Soil classification and compaction tests, Vol Pentech press Trang 72 London, (1985) 5 Tiêu chuẩn TCVN 4198: 1995 [6] Head, K H.- Permeability, Shear Strength and Compressibility Tests, Vol Pentech press London, (1985) [7].Tổng cục lâm nghiệp – Chương trình “Phát triển hệ thống quản lý thông tin ngành lâm nghiệp – forest monitoring information system (Fomis)” – Hà Nội, (2010) ... tích nước vào hồ chứa Vgiảm lượng nước giảm xuống hồ chứa + Nước khỏi hồ, Vra, tổng hợp loại nước sau: Lượng nước thoát khỏi hồ để sử dụng cho nhà máy thủy điện, Vnm Lượng nước thoát khỏi hồ tượng... lượng nước bổ cập trực tiếp cho hồ, cho nước ngầm giảm xuống Đây nguyên nhân gây thiếu nước hồ Mực nước ngầm khu vực giảm mạnh, gần cạn kiệt vào mùa khô tăng chậm vào mùa mưa, nguyên nhân gây thiếu. .. hồ thủy điện Đăk R’tih TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SỐ M1-2015 5.THẢO LUẬN Lượng nước hồ chịu ảnh hưởng từ yếu tố nước vào yếu tố nước khỏi hồ Qua việc giải phương trình cân lượng nước hồ,