Ứng dụng mô hình hec ressim tính toán điều tiết cấp nước lưu vực hồ dầu tiếng

Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 SEMREGG 2018 507 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC RESSIM T NH TOÁN ĐIỀU TIẾT CẤP NƯỚC LƯU VỰC HỒ DẦU TIẾNG Phan Thị Thùy Dƣơng 1,* , Vũ Thị Vân Anh 1 , Vũ Hải Sơn 2 1Khoa Khí[.]

Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH HEC-RESSIM T NH TỐN ĐIỀU TIẾT CẤP NƯỚC LƯU VỰC HỒ DẦU TIẾNG Phan Thị Thùy Dƣơng1,*, Vũ Thị Vân Anh1, Vũ Hải Sơn2 Khoa Khí tượng thủy văn Biến đổi khí hậu, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường TP HCM Bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước Môi trường, Trường Đại học Thủy lợi - Cơ sở * Email: pttduong@hcmunre.edu.vn TÓM TẮT Bài báo sử dụng mơ hình HEC-HMS để mơ dịng chảy từ mưa đến hồ Dầu Tiếng mơ hình HEC-ResSim để tính toán điều tiết hồ Dầu Tiếng nhằm xem xét khả cấp nước hồ để đáp ứng yêu cầu cấp nước cho hạ du Kết mô dòng chảy từ mưa đến hồ Dầu Tiếng đường trình lưu lượng điều tiết cấp nước hạ lưu hồ Dầu Tiếng thông qua biểu đồ điều phối hồ, cho thấy hồ đảm bảo cấp nước ứng với nhu cầu xác định vào tháng năm, trừ tháng đầu cuối mùa kiệt (XII, I V) nhu cầu nước lớn nhiều so với lưu lượng nước khỏi hồ Từ khóa: điều tiết cấp nước, HEC-HMS, HEC-ResSim, hồ Dầu Tiếng, lưu vực sông Sài Gịn ĐẶT VẤN ĐỀ Lưu vực sơng Sài Gịn thuộc lưu vực sơng Sài Gịn - Đồng Nai vùng phụ cận ven biển (gọi tắt lưu vực sơng Sài Gịn - Đồng Nai) nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có lưu vực tích thủy từ vùng cao nguyên Tây Nguyên đến hết đồng miền Đơng Nam Bộ Sơng Sài Gịn bắt nguồn từ Krache - Campuchia, độ cao 200 m so với mực nước biển, chảy đến hồ Dầu Tiếng (tỉnh Tây Ninh), sau chảy ngang địa phận tỉnh Bình Dương đến Thành phố Hồ Chí Minh sau hợp lưu với sông Đồng Nai Mũi Đèn Đỏ (Nhà Bè) Chiều dài sông từ thượng nguồn đến Mũi Đèn Đỏ khoảng 280 km, độ dốc trung bình sơng 0,69 %, hệ số uốn khúc 2,27, lưu lượng vào mùa kiệt m3/s lưu lượng trung bình 69 m3/s Về khí hậu có phân dị mạnh mẽ lượng mưa (từ 800-1200 mm đến 2800-3200 mm năm), tập trung vào tháng mùa mưa (tháng V-IX), lượng bốc mạnh từ 800-1200 mm/năm, có tháng thiếu ẩm nghiêm trọng.[2] Hình Lưu vực sơng Sài Gịn - Đồng Nai.[4] 507 The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 Hồ Dầu Tiếng hệ thống thủy lợi lớn khu vực Đông Nam Bộ, khởi công xây dựng vào ngày 29/4/1981 hoàn thành vào ngày 10/01/1985 thượng lưu sơng Sài Gịn, ngã ba Dầu Tiếng, huyện Dầu Tiếng, tỉnh Bình Dương Hiện lực hồ đạt 67.400 ha/vụ cho tỉnh, đồng thời giúp đẩy mặn, hóa vùng hạ du sơng Sài Gịn, sơng Vàm Cỏ Đơng, gián tiếp phục vụ sản xuất nông nghiệp cho 32.000 lưu vực Các thông số hồ Dầu Tiếng thể Bảng [2] Bảng Các thông số hồ Dầu Tiếng[2] Đặc trưng Đơn vị Dầu Tiếng Diện tích lưu vực km2 2700 Qtb m /s 60,62 MNDGC m 25,1 MNTL m 21,45 MNDBT m 24,4 MNC m V MNDBT 10 m 1580 Vc 10 m 470 Vhi 10 m 1110 F MNDBT km2 270 Qmax TB m /s 60 Cao trình đỉnh tràn m 14 B tràn m 60 17 Số khoang 6(10x6) Số khoang B khoang (m) m 10 H khoang m 11,1 Q tràn max 2800 m /s Tình trạng Đã có Năm xây dựng 1985 Tuy nhiên năm trở lại thay đổi việc khai thác nguồn nước hệ canh tác, gia tăng nhu cầu nước hạ lưu hồ Dầu Tiếng gia tăng diện tích canh tác nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt đẩy mặn cho hạ lưu sơng Sài Gịn; có tác động biến đổi khí hậu năm qua nên lượng nước hệ thống cần tính tốn đánh giá lại để đáp ứng nhu cầu nước cho hạ du Bài báo tập trung nghiên cứu mơ dịng chảy đến hồ Dầu Tiếng mơ hình HECHMS tính tốn điều tiết cấp nước hồ Dầu Tiếng với tần suất thiết kế dòng chảy đến hồ 85% thông số mực nước thiết kế hồ mơ hình HEC-ResSim 508 Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Số liệu Để tính tốn điều tiết cấp nước hồ Dầu Tiếng, tác giả sử dụng chuỗi số liệu mưa bốc lưu lượng thực đo để hiệu chỉnh kiểm định mơ hình mơ dịng chảy đến hồ Dầu Tiếng, thơng số kỹ thuật hồ chứa nhu cầu dùng nước Số liệu mưa ngày từ năm 1985 - 2011 trạm Lộc Ninh, Bình Long, Dầu Tiếng.[5] Số liệu bốc trung bình lưu vực hồ Dầu Tiếng từ năm 1985 - 2007.[5] Số liệu dòng chảy trung bình lưu vực hồ Dầu Tiếng từ năm 2001 - 2007.[5] Dữ liệu DEM lưu vực hồ Dầu Tiếng có độ phân giải không gian 30m.[5] 2.2 Mô ph ng dòng chảy đến hồ Dầu Tiếng từ số liệu mƣa 2.2.1 Thiết lập mơ hình Khi áp dụng mơ hình, để đảm bảo tính xác cần phân chia lưu vực thành tiểu lưu vực, có lượng mưa phân bố tương đối đồng Căn vào điều kiện địa hình, đặc điểm mưa, mạng lưới quan trắc yêu cầu toán, sử dụng phần mềm ArcGIS công cụ HEC-GeoHMS xử lý DEM phân chia lưu vực hồ Dầu Tiếng thành tiểu lưu vực Mô hình chạy phận lưu vực kết nối thành hệ thống mạng lưới Theo cách chia này, lưu vực hồ Dầu Tiếng gồm có lưu vực, đoạn sơng, hợp lưu Sơ đồ kết nối hệ thống hình Hình Sơ đồ mơ hệ thống lưu vực hồ Dầu Tiếng mơ hình HEC-HMS 2.2.2 iệu chỉnh m h nh Số liệu dùng để hiệu chỉnh mơ hình gồm Số liệu mưa ngày từ ngày 01/01/2002 đến ngày 31/12/2002 trạm Bình Long, Dầu Tiếng, Lộc Ninh; Số liệu lưu lượng ngày thực đo từ ngày 01/01/2002 đến ngày 31/12/2002 lưu vực hồ Dầu Tiếng; Số liệu bốc ngày từ ngày 01/01/2002 đến ngày 31/12/2002 lưu vực hồ Dầu Tiếng 509 The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 Hình Đường trình lưu lượng tính tốn thực đo năm hiệu chỉnh Kết hiệu chỉnh mơ hình hệ số Nash = 0,71 2.2.3 Kiểm định mơ hình Số liệu dùng để kiểm định mơ hình gồm Số liệu mưa ngày thực đo từ ngày 01/01/2007 đến ngày 31/12/2007 trạm Bình Long, Dầu Tiếng, Lộc Ninh; Số liệu lưu lượng ngày thực đo từ ngày 01/01/2007 đến ngày 31/12/2007 lưu vực hồ Dầu Tiếng; Số liệu bốc ngày từ ngày 01/01/2007 đến ngày 31/12/2007 lưu vực hồ Dầu Tiếng Hình Đường q trình lưu lượng tính tốn thực đo năm kiểm định Kết kiểm định mô hình hệ số Nash = 0,69 2.3 Tính tốn điều tiết hồ Dầu Tiếng nhằm xem xét khả cấp nƣớc hồ để đáp ứng yêu cầu cấp nƣớc cho hạ du Để tính tốn điều tiết cấp nước hồ Dầu Tiếng, tác giả sử dụng mơ hình HEC-ResSim Trung tâm Thủy văn cơng trình Hoa Kỳ phát triển từ mơ hình HEC-5 để thiết lập mơ Mơ hình đánh giá có độ tin cậy cao, dễ thao tác sử dụng rộng rãi giới 510 Hội nghị Khoa học Cơng nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 Hình Sơ đồ hồ chứa Dầu Tiếng HEC-ResSim Các số liệu đầu vào đưa vào mơ hình thể qua biểu đồ điều phối hồ chứa Hình Biểu đồ điều phối hồ Dầu Tiếng thể mơ hình HEC-ResSim Trong biểu đồ điều phối: Vùng B vùng cấp nước bình thường nằm đường (1) đường (2) Tại thời điểm t2 dung tích hồ tương ứng với điểm B2 rơi vào vùng hồ chứa cấp nước bình thường, tức hồ chứa cấp nước theo yêu cầu thiết kế (qc=q) để đảm bảo khơng xảy tình trạng thiếu nước cho thời đoạn Vùng A vùng hạn chế cấp nước nằm đường (1) trục hồnh Tại thời điểm t2 dung tích hồ ứng với điểm B1 rơi vào vùng hồ chứa phải hạn chế cấp nước, tức hồ cấp nước theo yêu cầu thiết kế để không xảy tình trạng thiếu nước cho giai đoạn Vùng C vùng gia tăng cấp nước đường (3) đường (2) đường thẳng ngang với mực nước siêu cao Hsc Tại thời điểm t3 dung tích hồ tương ứng với điểm C3 rơi vào vùng hồ chứa gia tăng cấp nước, tức hồ chứa cấp nước lớn yêu cầu thiết kế (qc > q) mà khơng sợ xảy tình trạng thiếu nước cho thời đoạn Vùng D vùng xả lũ bình thường nằm vùng (3) mực nước siêu cao Hsc Tại thời điểm t1 ứng với dung tích hồ tương ứng với điểm E1 rơi vào vùng hồ chứa phải xả lũ 511 The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 qua công trình xả lũ để đưa mực nước hồ đường (3) nhằm đảm bảo an tồn cho cơng trình Vì mực nước hồ nằm mực nước siêu cao nên trình xả lũ tiến hành theo đường trình xả lũ thiết kế nên gọi vùng xả lũ bình thường Vùng E vùng xả lũ khẩn cấp nằm đường mực nước siêu cao Hsc đường thẳng ngang với cao trình đỉnh đập Tại thời điểm t1 dung tích hồ tương ứng với điểm F rơi vào vùng hồ chứa phải xả lũ khẩn cấp, tức phải xả lũ lớn trình xả thiết kế Trong trường hợp tràn cố hồ chứa phải làm việc để đảm bảo an tồn cho cơng trình (mực nước hồ khơng vượt cao trình đỉnh đập).[1] KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết khơi phục dịng chảy từ mƣa Sử dụng tài liệu phân phối mưa ngày thiết kế ứng với tần suất Ptk = 85 % ba trạm Bình Long, Dầu Tiếng Lộc Ninh tính tốn đưa vào mơ hình để chạy mơ dịng chảy đến lưu vực hồ Dầu Tiếng ứng với tần suất thiết kế Ptk = 85 % Kết mơ phịng dịng chảy đến lưu vực hồ Dầu Tiếng trích xuất từ phần mềm HECDSS Hình Kết dịng chảy đến lưu vực hồ Dầu Tiếng 3.2 Kết thảo luận điều tiết hồ chứa Dầu Tiếng phục vụ cấp nƣớc cho hạ du Theo biểu đồ mực nước hình 8, cao trình mực nước hồ suốt trình vận hành điều tiết cấp nước trì mức mực nước dâng bình thường Vào tháng V cao trình mực nước hồ nằm mực nước chết sau mùa kiệt (tháng XII đến tháng IV) hồ chưa tích đủ nước Thời kỳ mùa lũ (tháng VII đến tháng X), mực nước hồ vượt đường phòng phá hoại, nhiên nằm đường mực nước dâng bình thường - mực nước hồ nằm vùng C vùng gia tăng cấp nước Thời kỳ cuối mùa lũ đầu mùa kiệt (tháng XI đến tháng I), mực nước hồ trì mức đường hạn chế cấp nước đường phòng phá hoại, lúc hồ tích đủ nước -tương ứng với vùng B biểu đồ điều phối - vùng cấp nước bình thường, chứng tỏ hồ chứa có khả cấp nước theo lưu lượng thiết kế Tất nhiên với định cho hồ chứa hoạt động với trạng thái thiết kế xảy tình trạng thừa nước thiếu nước thời đoạn tùy thuộc vào lượng nước đến thời đoạn sau Tuy nhiên vào thời kỳ cuối mùa kiệt (từ tháng II đến tháng IV), mực nước hồ 512 Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 cao đường phòng phá hoại - tương ứng vùng C biểu đồ điều phối - vùng gia tăng cấp nước, chứng tỏ hồ chứa có khả cấp nước gia tăng Lưu lượng xả lớn 36 m3/s, xả vào hai giai đoạn mực nước hồ cao đường phòng phá hoại (từ ngày 8/VII - 22/X từ ngày 2/II - 30/IV), đảm bảo theo quy trình vận hành hồ Dầu Tiếng - lưu lượng xả tối đa không 200 m3/s điều kiện thời tiết bình thường Vùng C Vùng B Vùng A Hình Biểu đồ mực nước lưu lượng xả hồ Dầu Tiếng Bên cạnh cần phải xét đến khả đáp ứng nhu cầu nước lưu lượng nước nhu cầu nước yêu cầu, thể qua biểu đồ hình Bảng Lưu lượng nước nhu cầu nước tháng BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA LƢU LƢỢNG NƢỚC RA VÀ NHU CẦU NƢỚC 200.00 150.00 Lưu lượng nước (m3/s) 100.00 50.00 Nhu cầu nước (m3/s) II XI 0.00 V Nhu cầu nước (m3/s) 55,34 16,45 16,56 14,3 3,13 3,39 5,87 18,37 24,79 24,54 23,39 28,53 VIII V VI VII VIII IX X XI XII I II III IV Lưu lượng nước (m3/s) 26,84 53,91 122,65 167,91 162,03 138,78 23,42 5,70 1,53 35,07 38,35 45,22 Lưu lượng (m3/s) Tháng Tháng Hình Biểu đồ quan hệ lưu lượng nước nhu cầu nước tháng Biểu đồ thể quan hệ lượng nước khỏi hồ nhu cầu nước tháng, nhằm xác định hồ có đảm bảo cấp nước ứng với nhu cầu xác định thiếu nước Dựa vào biểu đồ, đầu mùa kiệt (tháng XII, tháng I), lưu lượng nước khỏi hồ không đáp ứng đủ nhu cầu nước cho sinh hoạt, công nghiệp, thủy sản tưới nông nghiệp; với lượng nước thiếu tương ứng tháng XII 12,67 m3/s, tháng I 23,26 m3/s Vào cuối mùa kiệt (tháng V), mực nước hồ nằm mực nước chết, dựa vào biểu đồ quan hệ cho thấy nhu cầu nước hạ du vào tháng không đáp ứng đủ, thiếu 28,50 m3/s Mùa kiệt nhu cầu nước lớn lưu lượng nước nhỏ, 513 ... 0,69 2.3 Tính tốn điều tiết hồ Dầu Tiếng nhằm xem xét khả cấp nƣớc hồ để đáp ứng yêu cầu cấp nƣớc cho hạ du Để tính tốn điều tiết cấp nước hồ Dầu Tiếng, tác giả sử dụng mơ hình HEC- ResSim Trung... lượng nước hệ thống cần tính toán đánh giá lại để đáp ứng nhu cầu nước cho hạ du Bài báo tập trung nghiên cứu mô dịng chảy đến hồ Dầu Tiếng mơ hình HECHMS tính tốn điều tiết cấp nước hồ Dầu Tiếng. .. chảy đến lưu vực hồ Dầu Tiếng 3.2 Kết thảo luận điều tiết hồ chứa Dầu Tiếng phục vụ cấp nƣớc cho hạ du Theo biểu đồ mực nước hình 8, cao trình mực nước hồ suốt trình vận hành điều tiết cấp nước trì