Nghiên cứu sự thay đổi một số yếu tố thủy văn thủy lực hạ lưu hệ thống sông hương dưới tác động của các công trình thủy lợi thủy điện và biến đổi khí hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀĐÀOTẠO BỘ NÔNGNGHIỆPVÀPTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN ĐÍNH NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI MỘT SỐ YẾU TỐ THỦY VĂN -THỦY LỰC HẠ LƯU HỆ THỐNG SƠNG HƯƠNG DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA CÁC CƠNG TRÌNH THỦY LỢI - THỦY ĐIỆN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: Phát triển nguồn nước Mã số: 62 44 92 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2014 Cơng trình hồn thành tạiTrường Đại học Thủy lợi Người Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Đình Thành PGS.TS Hồng Minh Tuyển Phản biện 1: TS Lê Hùng Nam Tổng cục Thủy lợi, Bộ Nông nghiệp PTNT Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Thanh Sơn Trường Đại học KHTN, Đại học Quốc gia HàNộiPhảnbiện3: PGS TS Nguyễn ThanhHùng Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp Trường Đại học Thủy lợi Vào hồi 30 phút ngày 24 tháng năm 2014 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốcgia - Thư viện Trường Đại học Thủylợi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án:Hiện lưu vực sơng Hương đãvàđangxâydựng nhiều cơng trình thủy lợi – thủy điện lớn, có tác động đáng kể đến chế độ thủy văn - thủy lựchạlưu Đồng thời biến đổi khí hậu có tác động đến tài nguyên nước lưu vực.Vìvậy việc nghiên cứu đề tài luận án“Nghiên cứu sựthay đổi số yếu tố thủy văn - thủy lực hạ lưuhệthống sông Hương tác động cơng trình thủy lợi - thủy điện biến đổi khí hậu” cần thiết, đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững kinhtế- xã hội lưu vực, đặcbiệtphụcvụcho công tác cấu trúc lại cấu nông nghiệpvàxây dựng tỉnh Thừa Thiên Huế phát triển thành thành đô thị loại I trực thuộc Trungương Mục tiêu nghiên cứu:Làm rõ thay đổi số yếu tố thủy văn - thủy lực hạ lưu hệ thống sơng Hương tác động cơng trình thủy lợi - thủy điện biến đổi khí hậu đề xuất giải pháp thích ứng nhằm giảm thiểu tác động xấu đến phát triển kinh tế xã hội bảo vệ môi trường hạ lưu sông Hương Đối tượng phạm vi nghiên cứu:Đánh giá tác động hệ thống cơng trình thủy lợi – thủy điện lớn lưu vực đến số yếu tố thủy văn - thủy lực hạ lưu sông Hương từ sau hồ chứa đến đập Thảo Long có xét đến biến đổi khí hậu đến năm 2030 Phương pháp nghiên cứu:Luận án sử dụng phương pháp: kế thừa, điều tra, khảo sát, phân tích thốngkê,mơhình tốn thuỷ văn - thuỷ lực, GIS, phân tích hệ thống, phương pháp chuyên giavàtham vấn ý kiến cộngđồng Những đóng góp Luận án: 1) Đã đánh giá đượcmộtcách định lượng tác động cơng trình thủy lợi – thủy điện lưu vực sông Hươngvàtác động biến đổi khí hậu đếnmộtsốyếutố thủy văn - thủy lực ởhạlưu hệ thống sôngHương 2) Đã đề xuất giải pháp phi cơng trìnhvàcơng trình nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực cơngtrình thủy lợi – thủy điện lưu vực sông Hương đến chế độ dòng chảy ởhạlưuvànâng cao hiệu khai thác cơngtrình Chương I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨUTRƯỚC ĐÂY CÓ LIÊN QUAN Luận án tiến hành nghiên cứu tổng quan 38 cơng trình nghiên cứu giới, nước lưu vực sông Hương 1.1.1 Các nghiên cứu thếgiới Đã có nhiều nghiên cứu liên quan đến tác động hồ chứa biến đổi khí hậu đến chế độ thủy văn - thủy lựchạlưu lưu vực sơng giới Các cơng trình nghiên cứu nói chung thường tập trung vào lưu vực sơng có quimơlớn, chia thành hai hướng chính: (i)sosánh phân tích diễn biến mơi trường giai đoạn trước sau có hồ chứa bằngsốliệu thực đo,và(ii) sử dụngmơhình tốn thủy văn, thủy lực để đánh giá tác động tới dòng chảyhạlưu 1.1.2 Các nghiên cứu trongnước Ở Việt Nam, việc đánh giá tác động cơng trìnhvàbiến đổi khí hậu đến dịng chảy gần quan tâm nghiên cứu, đặcbiệttừ có cơng trình thủy lợi - thủy điện (TLTĐ) lớn hệ thống sông Nghiên cứu tác động biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước chưa sâu đánh giá chi tiếtvàđịnh lượng tác động cơng trình thủy lợi - thủy điệnvàbiến đổi khí hậu đến yếu tố thủy văn - thủy lực ởhạlưu hệ thốngsông 1.1.3 Những hạn chế cơng trình nghiên cứu trước lưu vực sông Hương vàhướngkhắcphục Tác động tổng hợp công trình thượng, hạ lưu biến đổi khí hậu (BĐKH) đến chế độ thủy văn - thủy lực (TV-TL) hạ lưu sông Hương chưa nghiên cứu sâu chi tiết Cách tiếp cận nghiên cứu chưa xét đủ thành phần hệ thống, hầu hết dựa giả thiết điều kiện thủy văn mặt đệm lưu vực không thay đổi, việc đánh giá định lượng tác động chưa thật đầy đủ Hướng khắc phục luận án: - Xem xétđánhgiátrênquanđiểmphân tích hệ thống củalưuvực sơngHương,tậptrungvào cơng trìnhchính cótácđộngđángkểđếnchếđộdịngchảyhạlưusơngHương - Đánhgiá địnhlượngđượctác độngcủacác cơng trình vàBĐKH,bướcđầuxemxétđến vaitrịcủasử dụng đấtvàlớpthảmphủrừngtrêncơsởlựachọndịngchảy năm cáctrậnlũcụthể đểnghiêncứuthayđổicủamộtsốyếutốTVTLđiểnhình - Đềxuấtđượccácgiảiphápcócơsởkhoahọcvàthựctiễn,có tính khả thi, thiết thực hiệu 1.1.4 Hướng tiếp cận luậnán - Tiếp cận tổng hợp theo hệ thống nguồnnước - Tiếp cận mô hệ thống mơ hình tốn thủy văn - thủy lực - Tiếp cận theo kịchbản Sơ đồ tiếp cận luận án xem hình 1.1 Thu thập số liệu khí hậu, thủy văn, địa hình, cơng trình TL-TĐ Phân tích yếu tố tác động đến chế độ TV-TL Mơ hình mưa – dịng chảy Đánh giá xu thay đổi số yếu tố khí hậu Tác động hệ thống hồ chứa thủy lợi – thủy điện lớn thượng lưu Thay đổi dòng chảy đến hồ Lựa chọn kịch biến đổi khí hậu, NBD Tác động cơng trình thủy lợi vùng cửa sông Chi tiết kịch biến đổi BĐKH Vận hành hồ chứa thủy lợi – thủy điện Mô hình tốn thủy văn - thủy lực Thay đổi chế độ thủy văn- thủy lực hạ lưu So sánh với kết điều tra, khảo sát Đề xuất giải pháp định hướng Hình 1.1: Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu luận án Hình 1.2: Lưu vực sơng Hương lãnh thổ Việt Nam 1.2 1.2.1 ĐẶC ĐIỂM LƯU VỰC SƠNGHƯƠNG Đặcđiểm tựnhiên Lưu vực sơng Hương nằm gần trọn tỉnh Thừa Thiên Huế (hình 1.2), gồm ba nhánh lớn: sông Bồ, Hữu Trạch Tả Trạch, Tả Trạch nguồn nước sơng Hương Tài ngun nước lưu vực sơng Hương có vaitrịrất quantrọngđốivớipháttriển kinhtế, vănhóa- xãhội,bảovệ mơi trườngcủatỉnhThừa ThiênHuế 1.2.2 Đặcđiểm kinh tế -xãhội Những năm gần lưu vực sông Hương có nhiều cơng trình TL-TĐ xây dựng để đáp ứng nhu cầu phát triểnvề kinhtế- xã hội lưu vực, cơng trình TL-TĐ với thay đổi cấu sử dụng đất lưu vựcsẽcó tác động đáng kể đến chế độ TV-TL sơngHương 1.3 HỆ THỐNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI - THỦY ĐIỆN TRÊN LƯU VỰC SÔNG HƯƠNG VÀ LỰA CHỌN CÔNG TRÌNH ĐƯA VÀO NGHIÊNCỨU 1.3.1 Cáccơngtrìnhthủylợi-thủyđiệntrênlưuvựcsơngHương Hệ thống cơng trình rấtđadạng, gồm:(i)cáchồchứa thượngnguồncó nhiệmvụchống lũ, cấpnước, phátđiện; (ii)cáccơngtrìnhcống,đậpvencáctuyếnsơngchínhđượcxâydựngởcửavàocác chilưu cónhiệm vụngănmặn, giữngọt, lấy nước tướichocácvùngnộiđồng, ngăn lũtiểumãn,lũsớm; (iii)các cơngtrình vùngcửa sơng có nhiệmvụngănmặn, giữ vàtiêuthốtlũ sơng Hươngvà vùng đồng bằng, đóquantrọng nhấtlà đập ThảoLong 1.3.2 Lựa chọn cơng trình nghiên cứu luậnán Tiêuchílựa chọn: V hồ chứa ≥ 100.10 6m3, N lắp máy ≥ 30MW hồ chứa thủy điện, ≥ 10MW hồ chứakếthợp, đập Thảo Long cửa sông Hương có tác động lớn dịng chảy mùa cạn tồn hệ thống, hồ Bình Điền, Hương Điền, Tả Trạchvàđập Thảo Long đưavàonghiêncứu 1.4 Kết luận chươngI Trên lưu vực sông Hương, đánh giá tác động củacác cơngtrìnhchưanghiêncứusâuvàđầyđủvềmặtđịnhlượngnhững thay đổi cácyếutốthủy văn – thủy lực ởhạlưu hồ chứa lớn thượng nguồn hoạt động với cơng trình ngănmặnở cửa sơng, đặc biệt tình hình biến đổi khí hậu đặt thách thứcmớicho quản lý tổnghợptài nguyên nước nhằm đáp ứng nhữngyêucầu phát triển kinh tế - xã hội địaphương Trên sở định hướng nghiên cứuvàtiếp cận luậnán,ứng dụngmơhình tốn thủy văn, thủy lựcvàphân tích tổnghợpsẽđược chọn phương pháp chủ đạo đánh giá tác động cơng trình thủy lợi – thủy điện lưuvực Cáchồchứa ởthượnglưugồm:TảTrạch,BìnhĐiền,HươngĐiền vàđập ngănmặnThảoLongởhạlưu cáccơngtrìnhlớn,có vaitrịquantrọng,cótácđộngđáng kể đến chế độ TVTLhạlưusơngHương Luậnán đãlựa chọn nhữngcơngtrình chonghiêncứu Chương II CÁCYẾUTỐTÁC ĐỘNG ĐẾN CHẾĐỘ THỦY VĂN- THỦY LỰCSƠNGHƯƠNGVÀTHIẾTLẬPBỘCƠNGCỤTÍNHTỐN 2.1 XU THẾ BIẾN ĐỔI MỘT SỐ YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG, THỦY VĂN TRÊN LƯU VỰC SƠNGHƯƠNG 2.1.1 Dữ liệu vàphươngpháp đánh giá xuthế Sử dụngsốliệu nhiệt độ, mưa, bốc vàmựcnước thu thập trạm đo đạc khu vực để tiến hành phân tích đánh giá xu củamộtsốyếutố khí tượng, thủy văn phương pháp kiểm định Mann Kendall phương phápSen 2.1.2 Xu biến đổimộtsố yếu tốkhítượng Các đặc trưngmưacó xu tăng không rõ ràng (không thỏamãn mứcý nghĩa 5%), ngược lại, bốc có xu giảm Nhiệt độ trung bình khu vực miền núi tăng, song Huế có xu giảm khơng rõ ràng (không thỏamãn mứcý nghĩa5%) 2.1.3 Xu biến đổimộtsố yếu tố thủyvăn Các đặc trưngmựcnước trạm Kim Long, Phú Ốc có xu tăng, phùhợpvới xu tăng lượngmưatrên lưu vực 2.1.4 Đánhgiáchungvề xuthếdiễn biếnmộtsốyếu tốkhítượng,thủyvănvàlựachọnkịchbảnBĐKH,NBDcholưuvựcsơng HươngKếtq u ả đ n h gi áxut hế chothấymột sốyếutốkhít ợng, thủy văn lưu vực sơng Hương có xu diễn biến phù hợp với điều kiện BĐKH, đáng ý xu tăng lượng mưa mùa khô, mùa mưa, lượng mưa 1, 3, 5, ngày liên tục lớn nhất, yếu tố gây lũ lưu vực Năm 2012 Bộ Tàingun vàMơi trường (TN&MT)đãcơng bố cáckịchbảnBĐKH,NBDchoViệtNam,trongđó cókhuvựcThừaThiên Huếvới mứcthay đổilượng mưa trungbình nămvàothờikỳ2030 tăng 2,1% sovớithờikỳ nền1980-1999(B2).Trên sởkhuyến nghịcủa Bộvề việcsửdụngkịch phát thảitrung bình(B2)trong định hướngban đầu để đánhgiátác động củaBĐKH,luận ánchọnkịchbảnphátthảitrungbìnhB2đểnghiêncứuđánhgiátácđộngcủa biếnđổikhíhậu đến chếđộ thủyvăn– thủylực sơngHương 2.1.5 Tínhtốnlượngmưatheokịchbảnbiếnđổikhíhậunăm2030 Chuỗimưanăm điểnhình cho mỗitrạm toàn khu vựcnghiêncứu đượclựa chọntheo năm đạibiểu vàthay đổitheotỉ lệ biến đổilượng mưa theokịch B2củaBộTN&MT côngbố năm 2012.Kếtquảchuỗi mưa dựtínhtheokịch bảnbiếnđổikhíhậu sẽlàm liệuđầuvào chomơhìnhthủy vănHEC-HMSđể tínhtốndịng chảy trênlưuvựctrong trường hợpcóxét đến biếnđổikhíhậu 2.2 CÁCYẾU TỐCHÍNHTÁCĐỘNGĐẾNCHẾĐỘTHỦYVĂNTHỦYLỰCSƠNGHƯƠNG 2.2.1 Mưa, bão cáchìnhthế thời tiết gâymưalũ Chế độmưaphân phối không đồng không gian thời gian, tạo nên phân hóa sâu sắc chế độ thủy văn – thủy lực sơng Hương:mùt mưa, dịng chảy sơng cạn kiệt; mùa mưa, dịng chảy lũ rấtlớntràn bờ gây ngập lụt nặng nề hàngnăm Bão làyếutố quan trọng tác động lớn đến chế độ thủy văn – thủy lực sơng Hương, dịng chảy lũ Bão, áp thấp nhiệt đớikếthợp với hình thời tiết khác khơng khí lạnh, hội tụ nhiệt đới, thường gâymưalớn đến lớn sinh lũ lụtnghi êm