21 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TẮC VẬN HÀNH XẢ LŨ AN TOÀN CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN LƢU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN TRONG MÙA MƢA LŨ Tô Thúy Nga 1 ; Nguyễn Thế Hùng 1 , 1 Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà[.]
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TẮC VẬN HÀNH XẢ LŨ AN TOÀN CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN LƢU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN TRONG MÙA MƢA LŨ Tô Thúy Nga1; Nguyễn Thế Hùng1, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn sau xây dựng hồ chứa thượng nguồn chế độ lũ ngập lụt hạ du bị ảnh hưởng hồ chứa Nếu có chế độ vận hành hợp lý cho hồ chứa có tác động tích cực vùng hạ du mà đảm bảo mục tiêu phát điện an toàn hồ chứa; ngược lại, khơng có chế độ vận hành thích hợp có tác động tiêu cực nhiều trường hợp gây thiệt hại lớn cho vùng hạ du Trong nghiên cứu này, đề xuất quy tắc vận hành hồ chứa hồ ứng với trường hợp tạo mực nước đón lũ hồ chứa nhỏ mực nước đón lũ quy định quy trình nhằm xả lũ an tồn cho hạ du, đồng thời đề xuất phương pháp xả lũ hợp lý cho hệ thống Vu Gia – Thu Bồn để giảm lũ cho hạ du mà không ảnh hưởng lớn đến mục tiêu phát điện hồ chứa Đặt vấn đề Trong số hồ chứa thủy điện lớn sơng Vu Gia Thu Bồn có nhiệm vụ cắt giảm lũ cho hạ du có hồ chứa Sơng Tranh 2, A Vƣơng Đakmi thuộc nhóm hồ chứa có quy định vận hành cắt lũ hạ du với tổng dung tích phịng lũ 175,71 triệu m3 Phần dung tích phịng lũ hồ chứa giới hạn mực nƣớc đón lũ (ZDL) đến mực nƣớc dâng bình thƣờng (HBT) đƣợc sử dụng để cắt lũ khu vực đỉnh lũ dự báo khoảng từ 6-12 h tới lũ hồ chứa đạt đỉnh Cũng theo quy trình liên hồ chứa, thời kỳ mùa lũ hồ chứa đƣợc tích đến mực nƣớc lớn mực nƣớc đón lũ tích đến mực nƣớc dâng bình thƣờng, dự báo khoảng 24h tới lƣu lƣợng lũ vƣợt qua giá trị định hồ chứa xả nƣớc để đƣa mực nƣớc đón lũ Nhƣ vậy, hồ chứa ƣu tiên nhiệm vụ tích nƣớc phát điện Điều hơ ̣p lý lƣu vực Vu Gia -Thu Bồn, lũ lên xuống nhanh lƣu lƣợng thời kỳ mùa lũ nhỏ, trì mực nƣớc hồ mức thấp mà khơng có lũ lớn khơng thể tích đầy hồ Tuy nhiên, với quy mơ dung tích phịng lũ nhƣ hiệu cắt lũ cho hạ du không cao Hơn nữa, với yêu cầu dự báo có 6-12h trƣớc cắt đỉnh lũ có nhiều rủi ro khơng thể bắt đƣợc đỉnh không kịp vận hành theo quy định Mặt khác, khu vực ngập lụt hạ du có khả điều tiết lớn, xả nƣớc trƣớc 24h để đón lũ lƣợng xả xuống lớn, phần lớn lƣợng xả xuống hạ du bị trữ lại khu vực hạ du chƣa kịp thoát biển trƣớc lũ Điều làm cho hiệu cắt lũ hồ chứa không hiệu Từ đặc điểm cho thấy cần nghiên cứu giải pháp nhằm nâng cao hiệu cắt giảm lũ cho hạ du nhƣng đảm bảo an tồn tích nƣớc cho nhiệm vụ phát điện cấp nƣớc hạ du thời kỳ mùa kiệt Sơ đồ hệ thống bao gồm đoạn sông, nút nhập lƣu, nút hồ chứa nút kiểm soát Khu vực nghiên cứu đƣợc mô 18 nhập lƣu, 15 đoạn sông nút hồ chứa Có nút kiểm sốt đƣợc chọn ví trí trạm thủy văn Nơng Sơn, Thành Mỹ Hội Khách, trạm Hội Khách trạm đo mực nƣớc, trạm Thành Mỹ Nông Sơn trạm đo lƣu lƣợng, trạm đo kiểm định thơng số mơ hình hệ thống 21 Hình Sơ đờ hờ chứa thủy điê ̣n lớn có nhiê ̣m vụ cắ t giảm lũ cho hạ lưu và vi ̣ trí các trạm thủy văn sông Vu Gia – Thu Bồ n Phƣơng hƣớng đề xuất giải pháp nâng cao hiệu cắt giảm lũ cho hạ du Việc đề xuất phƣơng án dung tích phịng lũ chế độ điều tiết cắt lũ dựa sau đây: (*) Quy định quy trình vận hành liên hồ chứa chế độ điều tiết cắt lũ dựa theo dự báo có lũ trƣớc 24h dự báo đỉnh lũ trƣớc 6-12h (**) Khả kéo dài thời gian dự báo lũ nhỏ 24h nhƣ quy định quy trình liên hồ chứa lên đến ngày nhờ việc ứng dụng mơ hình MOPHONGLU tác giả xây dựng Việc kéo dài thời gian dự báo lũ cập nhật liên tục theo kết dự báo mƣa cho phép xả nƣớc từ hồ xuống dƣới mực nƣớc đón lũ trƣớc lũ Dựa trên tác giả nghiên cứu để đề xuất giải pháp nâng cao hiệu cắt lũ hồ chứa theo hƣớng sau : Hạ thấp mực nƣớc đón lũ còn go ̣i là “ tạo mực nước đón lũ” đƣợc quy định quy trình liên hồ chứa sở kéo dài thời gian dự kiến dự báo lũ đến hồ theo mơ hình MOPHONG-LU Theo hƣớng này, tác giả tôn trọng quy định việc cho phép hồ chứa đƣợc tích nƣớc cao mực nƣớc đón lũ hạ mực nƣớc mực nƣớc đón lũ xuất lũ lớn quy mơ Tuy nhiên, mực nƣớc đón lũ đƣợc hạ thấp so với quy trình Thiết lập mạng sông khu vực sông Vu Gia-Thu Bồn Bảng 3: Các thơng số hồ chứa Các thông số hồ chứa Đakmi A Vƣơng Công suất thiết kế (MW) 148 210 190 100 156 Dung tích thiết kế (106m3) 312,38 343,55 729,2 94,3 510,8 258 380 175 605 222,5 MNDBT (m): 22 Sông Tranh Sông Bung Sông Bung MNDGC (m): 258,2 382,2 178,5 608,11 228,11 MNC (m) 240 340 140 565 205 Mực nƣớc đón lũ (m) 253 375 171 600* 218* Cao trình ngƣỡng tràn (m) 242,5 363 161 363 210,5 Qmax qua nhà máy (m3/s) 128 78,4 245 54,5 166 6 14 x 16 14 x 16 16 x 16 14 x 16 12 x 12 Số cửa van Kích thƣớc van (m x m) Ghi chú: (*) mực nƣớc đón lũ tác giả đề nghị giả định hồ chứa Phía thƣợng lƣu sông từ Nông Sơn sông Thu Bồn Hội Khách sông Vu Gia trở lên dùng chƣơng triǹ h tin ́ h “MOPHONG-LU” tác giả xây dựng sở tích hợp mơ hình mƣa-dịng chảy, mơ hình vận hành hồ chứa diễn tốn lũ sông cho phép kéo dài thời gian dự báo lũ đến nút hồ chứa nút sông sở để tác giả đề nghị phƣơng án xả lũ hợp lý Sơ đồ hệ thống bao gồm đoạn sông, nút nhập lƣu, nút hồ chứa nút kiểm sốt Khu vực nghiên cứu đƣợc mơ 18 nhập lƣu, 15 đoạn sông nút hồ chứa Có nút kiểm sốt đƣợc chọn ví trí trạm thủy văn Nơng Sơn, Thành Mỹ Hội Khách, trạm Hội Khách trạm đo mực nƣớc, trạm Thành Mỹ Nông Sơn trạm đo lƣu lƣợng, trạm đo kiểm định thơng số mơ hình hệ thống Lƣu lƣợng đến hồ nút nhập lƣu trƣờng hợp khơng có tài liệu đo thủy văn đƣợc tính tốn theo mơ hình mƣa-dịng chảy Trong nghiên cứu chúng tơi chọn hai phƣơng pháp tính tốn: Phƣơng pháp đƣờng đơn vị tổng hợp SCS phƣơng pháp tính tốn theo mơ hình NAM - Mơ hình NAM có thơng số (9 thơng số) so với mơ hình TANK (36 thơng số), tham số mơ hình biến động lƣu vực nhập lƣu lƣu vực sông Bởi vậy, lƣu vực tài liệu nhƣ lƣu vực sông Vu Gia-Thu Bồn có sai số tính tốn nhỏ so với mơ hình khác - Mơ hình đƣờng đơn vị SCS có tham số phụ thuộc vào đặc trƣng hình thái lƣu vực: Diện tích lƣu vực, chiều dài sơng, độ dốc bình qn lƣu vực Các đặc trƣng hoàn toàn đƣợc xác định từ tài liệu địa hình khơng cần phải xác định theo tài liệu thực đo lƣu vực Vì vậy, mơ hình khơng phù hợp với lƣu vực có tài liệu đo đạc mà cịn đƣợc sử dụng để tính dịng chảy nhập lƣu lƣu vực thuộc vùng hạ du sông Vu Gia -Thu Bồn nhƣ lƣu vực Ly Ly , sông Con , Túy Loan v v Hơn nữa, mơ hình SCS đƣợc tổng hợp từ hàng trăm lƣu vực sông cho kết đáng tin cậy đã đƣợc sử dụng mơ hình HEC-HMS, MIKE 11 v v - Diễn tốn dịng chảy cho đoạn sơng đƣợc mơ theo phƣơng pháp Muskingum - Diễn toán lƣu lƣợng qua hồ chứa :Tai nút hồ chứa, lƣu lƣợng xả qua cửa xả đƣợc tính tốn cách hợp giải phƣơng trình cân nƣớc dV = (Q(t)-qx(t)) khả xả qua cơng trình xả lũ qx (t) =f(Zt, Zh, A) 23 Trong đó: V dung tích hồ chứa; Q(t) lƣu lƣợng đến hồ thời điểm t; qx(t) lƣu lƣợng xả qua cơng trình xả lũ; Zt, Zh mực nƣớc hồ mực nƣớc sau cơng trình xả lũ; A thơng số hình thức mơ tả loại cơng trình xả, số cửa xả đƣợc mở độ mở cửa xả lũ Phía Hạ lƣu sơng từ Nơng Sơn Hội Khách trở xuống chúng tơi dùng mơ hình Mike 11 để mơ Bộ thơng số mơ hình đƣợc hiệu chỉnh theo trận lũ năm 2009 kiểm định trận lũ năm 2007 Xây dựng hệ thống kịch điều tiết hồ chứa cắt lũ Nghiên cƣ́u đề xuất bố n phƣơng án đƣợc thống kê dƣới và từ kết tính tốn phân tích chọn phƣơng án khả thi Phƣơng án (PA1-1): Vận hành theo quy trình liên hồ chứa - Mực nƣớc ban đầu mực nƣớc dâng bình thƣờng; - Trƣớc 24 dự báo lũ xuấ t hiê ̣n vƣợt lƣu lƣơ ̣ng giới hạn đến hồ bắt đầu xả lũ đƣa mực nƣớc đón lũ quy định quy trình; - Chỉ cắt lũ dự báo đỉnh lũ xuấ t hiê ̣n sau thời gian từ 6-12h; Phƣơng án (PA1-2): Đề nghị mức nƣớc đón lũ thấp quy trình liên hồ chứa - Mực nƣớc ban đầu mực nƣớc dâng bình thƣờng; - Trƣớc lũ 24h mở dần cửa xả mực nƣớc đón lũ thấp mực nƣớc đón lũ theo quy trình liên hồ chứa cho trình xả khơng gây thay đổi đột biến hạ lƣu - Chỉ cắt lũ dự báo đin̉ h lũ xuấ t sau thời gian từ 6-12h; Phƣơng án (PA1-3): Xả lũ trƣớc lũ 48h-60h Cụ thể nhƣ sau: - Mực nƣớc ban đầu mực nƣớc dâng bình thƣờng; - Dự báo lũ xuất sau 48-60h, tiến hành xả lũ để hạ mực nƣớc hờ mực nƣớc đón lũ thời điểm 24h trƣớc có lũ, mực nƣớc hồ đạt mực nƣớc đón lũ quy định quy trình; - Trƣớc 24h nế u có lũ sẽ tiếp tục hạ mực nƣớc xuống mức thấp mực nƣớc đón lũ theo quy trình đƣơ ̣c phê duyệt cho q trình xả khơng gây thay đổi đột biến hạ lƣu Phƣơng án (PA1-4): Phƣơng án mực nƣớc ban đầu thấp mực nƣớc đón lũ, kịch xảy trận lũ năm 2009 với mực nƣớc ban đầu hồ A Vƣơng ngang với cao trình mực nƣớc chết Phƣơng án tính tốn nhƣ sau: - Mực nƣớc ban đầu xấp xỉ mực nƣớc chết; - Khi lũ tích nƣớc hồ chứa đến cao trình ngƣỡng tràn; - Nếu lũ tiếp tục lên, xả lũ từ từ đảm bảo lƣu lƣợng xả nhỏ lƣu lƣợng đến để không gây thay đổi đột biến hạ lƣu - Cắt lũ cho hạ du trƣớc xuất đỉnh lũ từ 6-12h (hoặc sớm tùy thuộc vào tính tốn cụ thể cho trận lũ điển hình) 24 Tính tốn vận hành theo phƣơng án 4.1 Kết tính tốn theo phƣơng án mực nƣớc đón lũ Các phƣơng án tính tốn đƣợc tiến hành với trận lũ tháng năm 2009, trận lũ lớn tƣơng đƣơng với tần suất khoảng 5-10% nút hạ du, tần suất cần quy hoạch lựa chọn xem xét lựa chọn quy mơ dung tích phịng lũ hồ chứa để cắt giảm lũ cho hạ du Tính tốn theo đƣợc tính tốn theo mơ hình MOPHONG-LU, kết tính tốn đƣợc liên kết với mơ hình MIKE 11 cho vùng hạ du Kết tính tốn điều tiết cắt lũ hồ chứa diễn biến lƣu lƣợng nút kiểm sốt Nơng Sơn, Thành Mỹ, hợp lƣu sông Bung với sông A Vƣơng nút Hội khách trình bày hình vẽ phụ lục Kết tính tốn thủy lực nút Giao Thủy , Cẩm Lệ , Câu Lâu, Ái Nghĩa, Hội Khách trình bày phu ̣ lu ̣c Tổng hợp tổng lƣợng cắt giảm nút Nông Sơn, Thành Mỹ, Hội Khách, nút nhập lƣu sông Bung +A Vƣơng đƣợc tổng hợp bảng Mức độ giảm mực nƣớc theo phƣơng án vận hành cắt giảm lũ hạ du đƣợc tổng hợp bảng 4.2 Nhận xét Từ kết tính tốn cho phƣơng án điều tiết cắt giảm lũ cho hạ du có nhận xét nhƣ sau: Với việc sử dụng mơ hình MOPHONG-LU cho phép kéo dài thời gian dự kiến dự báo dự báo đƣợc quy mơ trận lũ Do giảm mực nƣớc đón lũ thấp mực nƣớc đón lũ quy định quy trình liên hồ chứa Đồng thời, chủ động đƣợc thời gian bắt đầu cắt đỉnh lũ để giảm lũ cho hạ du Mực nƣớc lớn vùng hạ du theo Phƣơng án PA1-1 PA1-2 không chênh lệch nhiều Do việc điều khiển mực nƣớc trƣớc lũ theo (PA1-2) hiệu không cao Phƣơng án PA1-3 cho mực nƣớc giảm đáng kể so với phƣơng án Bởi vậy, vận hành hệ thống hồ chứa theo hƣớng điều khiển mực nƣớc đón lũ nên lựa chọn phƣơng án PA1-3, phƣơng án xả lũ nƣớc từ hồ trƣớc 48h Điều hoàn toàn thực đƣợc khả dự báo lũ có thời gian dự kiến dài nhiều so với quy định quy trình vận hành liên hồ chứa Với phƣơng án PA1-4, trƣớc lũ về, mực nƣớc hồ mức thấp (trƣờng hợp lũ năm 2009 hồ A Vƣơng), nên tích nƣớc đến cao trình ngƣỡng tràn, lũ tiếp tục lên mở dần cửa xả lũ cho lƣu lƣợng xả không lớn lƣu lƣợng đến hồ để dành dung tích cắt lũ phần đỉnh lũ Theo kết thống kê bảng 4.3 cho thấy hiệu cắt lũ cao Đƣờng trình xả lũ đƣợc chủ động điều tiết dự báo đƣợc lũ ngày nên không gây “xốc” cho hạ du nhƣ xả hồ A Vƣơng trận lũ tháng năm 2009 Hiệu giảm mực nƣớc Ái Nghĩa phƣơng án không rõ ràng, Điều giải thích Ái Nghĩa năm phía dƣới sơng Quảng Huế, lũ lớn nƣớc chuyển từ Vu Gia sang Thu Bồn nên hiệu cắt lũ đƣợc tích lũy cho vùng hạ du sơng Thu Bồn 25 Bảng 2: Hiệu cắt lũ nút Nông Sơn, Thành Mỹ, Hội Khách, nút nhập lƣu sông Bung +A Vƣơng Phƣơng án Tổng lƣợng lũ cắt Tỷ lệ % so với tổng giảm phần đỉnh lũ lƣợng trận lũ (106m3) Vị trí nút PA 1-1 Nông Sơn 68,27 4,00 Thành Mỹ 39,16 3,90 Hợp lƣu sông Bung+ sông A Vƣơng 125,8 12,9 Hội Khách 162,8 6,70 PA1-2 Nông Sơn 106,0 6,0 Thành Mỹ 69,65 7,0 Hợp lƣu sông Bung+ sông A Vƣơng 140,0 14,0 Hội Khách 200,8 8,0 PA1-3 Nông Sơn 193,4 11,0 Thành Mỹ 97,0 10,0 Hợp lƣu sông Bung+ sông A Vƣơng 207,6 21,0 Hội Khách 300,3 12,0 PA1-4 Nông Sơn 215,1 13,0 Thành Mỹ 72,3 7,1 Hợp lƣu sông Bung+ sông A Vƣơng 308,0 31,6 Hội Khách 390,0 16,1 Bảng 3: Mực nƣớc lớn vị trí vùng hạ du theo phƣơng án vận hành cắt giảm lũ hạ du Trận lũ tháng năm 2009 Vị trí Phƣơng án vận hành tạo mực nƣớc đón lũ Chƣa cắt lũ PA1-1 PA1-2 PA1-3 PA1-4 Hội Khách 19,08 17,96 18,87 17,45 17,69 Ái Nghĩa 10,90 10,27 10,24 9,97 10,09 Giao Thủy 9,74 8,83 8,81 8,61 8,57 Câu Lâu 5,38 4,72 4,68 4,49 4,39 Cẩm Lệ 3,55 3,18 3,14 2,96 2,66 Hô ̣i An 3,20 2,75 2,73 2,61 2,51 Bảng 4: Hiệu giảm mực nƣớc hạ du theo hƣớng tạo dung tích đón lũ trƣớc lũ Trận lũ tháng năm 2009 Vị trí Hiệu giảm mực nƣớc vị trí theo phƣơng án 26 Chƣa cắt lũ PA1-1 PA1-2 PA1-3 PA1-4 Hội Khách 1,12 1,21 1,63 1,39 Ái Nghĩa 0,63 0,66 0,94 0,82 Giao Thủy 0,47 0,49 0,91 1,17 Câu Lâu 0,66 0,70 0,89 0,99 Cẩm Lệ 0,37 0,41 0,59 0,89 Hô ̣i An 0,45 0,47 0,60 0,70 Kết luận kiến nghị: Kết luận Từ kết nghiên cứu theo giải pháp tăng dung tích đón lũ hồ chứa dài thấp so với quy định quy trình vận hành liên hồ chứa cho thấy ƣu việt chọn thời gian dự báo kéo dài dự báo lũ để tiến hành xả sớm thấp so với quy trình mơ vừa nâng cao đƣợc hiệu cắt lũ hạ du mà đảm bảo nhiệm vụ phát điện tích nƣớc đầy hồ vào cuối mùa lũ Điều thực thời gian dự kiến dự báo lũ đƣợc nâng lên ngày so với quy định dự báo 24h quy trình vận hành liên hồ chứa Kiến nghị: Đề xuất bổ sung quy trình vận hành liên hồ chứa Với kết luận trên, với khả kéo dài thời gian dự kiến dự báo lũ, dựa vào quy trình vận hành liên hồ chứa ban hành, tác giả đề xuất quy trình vận hành liên hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn nhƣ sau: Trong thời gian mùa lũ, khơng có lũ, hồ chứa đƣợc tích nƣớc đến cao trình lớn mực nƣớc đón lũ đƣợc quy định quy trình liên hồ chứa ban hành Khi dự báo 48h tới xuất lũ, lƣu lƣợng đến hồ chứa vƣợt mức quy định quy trình liên hồ chứa, mực nƣớc hồ cao mực nƣớc đón lũ, hồ chứa phải xả nƣớc để đƣa đƣợc mực nƣớc hồ mực nƣớc đón lũ trƣớc xảy lũ 24h Nếu dự báo 24h tiếp theo, có lũ xuất với lƣu lƣợng vƣợt mức quy định quy trình vận hành, tiếp tục xả nƣớc để đƣa mực nƣớc hồ cao trình thấp mực nƣớc đón lũ quy định mực nƣớc trạm đo hạ du đạt mức báo đô ̣ng II Khi mực nƣớc hạ du đạt mức báo đô ̣ng II, lƣu lƣợng xả lũ khơng đƣợc vƣợt lƣu lƣợng đến hồ Dung tích đón lũ đƣợc sử dụng để cắt lũ cho hạ du dự báo khoảng 12h tới lũ đến hồ chứa đạt đỉnh Tài liệu tham khảo [1] Tơ Thúy Nga: Thiết lập mơ hình mơ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn thời kỳ mùa lũ Đăng số tạp trí số [2] Quyết định số 1880/QĐ-TTg ngày 13 tháng 10 năm 2010 Về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa hồ chứa A Vƣơng, Đắk Mi Sông Tranh mùa lũ hàng năm 27 ... vụ vận hành hệ thống hồ chứa sông Vu Gia- Thu Bồn thời kỳ mùa lũ Đăng số tạp trí số [2] Quy? ??t định số 1880/QĐ-TTg ngày 13 tháng 10 năm 2010 Về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa hồ chứa. .. vận hành liên hồ chứa sơng Vu Gia- Thu Bồn nhƣ sau: Trong thời gian mùa lũ, khơng có lũ, hồ chứa đƣợc tích nƣớc đến cao trình lớn mực nƣớc đón lũ đƣợc quy định quy trình liên hồ chứa ban hành. .. nghị: Đề xuất bổ sung quy trình vận hành liên hồ chứa Với kết luận trên, với khả kéo dài thời gian dự kiến dự báo lũ, dựa vào quy trình vận hành liên hồ chứa ban hành, tác giả đề xuất quy trình vận