* Không khí nhiệt đới biển Bắc Ấn Độ Dương tác động đến lưu vực sông Hồng nhất là vùng thượng nguồn sông Đà vào các tháng đầu mùa hạ, trong các tháng 5, 6, 7 với bản chất nóng và ẩm phát
Hỗ trợ tăng cờng lực cho Trờng Đại học Thuỷ lợi Giáo trình quy hoạch v quản lý nguồn nớc nghiên cứu điển hình phân tích hệ thống nguồn nớc kiểm soát lũ lu vực sông hồng Analysis of Water Resources System in the Red River Basin for Flood Control Biên soạn: GS.TS H Văn Khối TS Nguyễn Kiên Trung Th.s Nguyễn Thị Thu Nga Ks Lê Bảo Trung Hà nội, năm 2006 WRU/ SCB MC LC MỤC LỤC Mục lục Lời nói đầu Mở đầu Chương 1: Giới thiệu chung toán kiểm sốt lũ đồng sơng hồng 1.1 Vị trí địa lý lưu vực sống Hồng 1.2 Đặc điểm địa hình hệ thống sơng ngịi 1.2.1 Đặc điểm địa hình 1.2.2 Hệ thống sơng ngịi 1.3 Hệ thống cơng trình phịng lũ sơng Hồng 12 1.3.1 Hệ thống đê 12 1.3.2 Hệ thống hồ chứa phịng lũ 12 1.3.3 Hệ thống cơng trình phân chậm lũ khu phân chậm lũ 14 1.4 Tiêu chuẩn phịng lũ đồng sơng Hồng 16 Chương 2: Phân tích đặc điểm hình thành lũ lưu vực sơng hồng 2.1 Hình thời tiết gây lũ lớn 18 2.1.1 Cơ chế gió mùa 18 2.1.2 Các nhiễu động thời tiết gây mưa lớn 19 2.2 Các hình thời tiết gây mưa lũ lớn đặc biệt lớn lưu vực sông Hồng 22 2.2.1 Phân loại hình thời tiết gây mưa lũ lớn hệ thống sông Hồng 22 2.2.2 Đặc điểm hình thời tiết gây mưa lũ lưu vực sông Hồng 24 2.2.3 Chế độ mưa phân bố mưa mùa lũ 27 2.3 Phân tích quy luật hình thành lũ sơng Hồng 28 2.3.1 Phân tích tổ hợp lũ hệ thống 29 2.3.2 Phân tích kỳ dịng chảy lũ sơng Hồng 34 2.3.3 Phân tích đặc điểm hình thành số trận lũ lớn xảy 36 Chương 3: Ứng dụng mơ hình thuỷ văn tính tốn điều tiết phịng lũ hệ thống hồ chứa sơng hồng 3.1 Mở đầu 64 QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ NGUỒN NƯỚC - NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH 3.2 Giới thiệu mơ hình HEC- ResSim 64 3.3 Ngun lý tính tốn điều tiết phịng lũ mơ hình HEC- ResSim 66 3.3.1 Bài tốn điều tiết phịng lũ hạ du 66 3.3.2 Ngun lý tính tốn 67 3.4 Cấu trúc mơ hình 69 3.5 Hướng dẫn sử dụng mơ hình 71 3.6 Ứng dụng mơ hình HEC- ResSim cho tốn phịng chống lũ hệ thống sơng Hồng 82 3.6.1 Dị tìm thơng số kiểm định mơ hình 82 3.6.2 Ứng dụng mơ hình HEC- ResSim tính tốn xác định dung tích phịng lũ hồ chứa phịng lũ 3.7 Tính tốn điều tiết phịng lũ cho hệ thống hồ chứa chương trình PL 87 106 3.7.1 Phương pháp tính tốn 106 3.7.2 Một số kết tính tốn 110 3.8 Ngân hàng liệu 114 3.8.1 Thu thập thông tin liệu 114 3.8.2 Phát triển ngân hàng liệu 114 Phụ lục tính tốn 115 Tài liệu tham khảo 163 LỜI NÓI ĐẦU LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình "Quy hoạch quản lý nguồn nước" biên soạn theo khn khổ Chương trình Hỗ trợ ngành nước Danida (WAterSPS), thuộc tiểu hợp phần Hỗ trợ nâng cao lực trường Đại học Thuỷ lợi Chính phủ Đan Mạch tài trợ Giáo trình phục vụ giảng dạy môn học Quy hoạch nguồn nước chương trình đại học sử dụng làm tài liệu tham khảo cho học viên cao học nghiên cứu sinh thuộc lĩnh vực phát triển nguồn nước Mục tiêu Giáo trình giới thiệu khái niệm quy hoạch quản lý nguồn nước, phương pháp phân tích kinh tế kỹ thuật, phương pháp phân tích hệ thống quy hoạch quản lý nguồn nước Môn học gồm phần lý thuyết phần thực hành, Nghiên cứu điển hình tài liệu kèm theo Mục đích Nghiên cứu điển hình giới thiệu ví dụ tốn quy hoạch hệ thống hồ chứa phịng lũ lấy lưu vực sông Hồng làm đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu điển hình gồm nội dung sau: Phân tích đặc điểm hình thành lũ hệ thống sông Hồng Giới thiệu hệ thống cơng trình phịng lũ tốn kiểm sốt lũ đồng sơng Hồng Ứng dụng mơ hình HEC-ResSim tính tốn điều tiết phịng lũ cho hệ thống hồ chứa Hịa Bình - Tun Quang Thác Bà Tài liệu tập thể tác giả biên soạn, gồm: GS.TS Hà Văn Khối (Chủ biên), TS Vũ Kiên Trung, Ths Nguyễn Thị Thu Nga, Ths Lê Bảo Trung Các tác giả xin trân thành cảm ơn đồng nghiệp cung cấp tài liệu có liên quan đóng góp ý kiến nội dung nghiên cứu điển hình Đây tài liệu xuất lần đầu nên khơng thể tránh khỏi sai sót khuyến khuyết, mong góp ý độc giả để nâng cao chất lượng giáo trình lần xuất sau Các tác giả QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ NGUỒN NƯỚC-NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH MỞ ĐẦU Hệ thống sông Hồng bao gồm ba hệ thống sông nhánh: Sông Đà, sông Thao, sông Lô Lưu vực sông Hồng gồm 26 tỉnh Việt Nam với tổng số dân 28 triệu người (năm 2002) Trong tổng diện tích 86660km2, diện tích nơng nghiệp chiếm 18741km2 đất trồng trọt 14630km2 Đất rừng 25708km2 đất có rừng 21010km2 Đất tiềm cho phát triển nông nghiệp rừng 39195km2 Lũ lớn thượng nguồn mối hiểm hoạ hàng năm Thủ đô Hà Nội đồng sơng Hồng vùng dân cư có dân cư đơng đúc (khoảng 18 triệu người) vùng kinh tế quan trọng nước ta Bởi vậy, phòng chống lũ lụt nhiệm vụ quan trọng quy hoạch khai tác quản lý hệ thống sông Hồng Vấn đề giảm thiệt hại lũ cho khu vực đóng vai trị quan trọng Đê điều hệ thống quan trọng bảo vệ cho thành phố Hà Nội đồng sông Hồng Tuy nhiên, hệ thống đê đến đắp cao chống lũ mực nước Hà Nội không vượt cao trình 13,40 m (đối với Hà Nội) 13,10 m (đối với vùng đồng sông Hồng) Mặt khác, hệ thống đê hình thành từ nhiều kỷ nên tiềm ẩn nhiều hiểm hoạ xẩy lũ lớn hàng năm Bởi vậy, để đảm bảo an toàn cho vùng hạ du cần có biện pháp cơng trình khác hệ thống hồ chứa thượng nguồn cắt lũ hạ du biện pháp hiệu Trên lưu vực sông Hồng, tồn hai hồ chứa (hồ Hồ Bình sơng Đà hồ Thác Bà sông Chảy, nhánh sơng Lơ), hồ q trình xây dựng (hồ Tuyên Quang sông Lô) hai hồ chứa dự định xây dựng (hồ Lai Châu Sơn La sơng Đà) Tất hồ chứa nói thiết kế với nhiệm vụ quan trọng kiểm sốt lũ Mục đích hồ kiểm soát lũ vùng hạ lưu bao gồm Hà Nội Nghĩa hệ thống hồ chứa phải vận hành cho bảo đảm mực nước sông Hồng Hà Nội khơng vượt q cao trình 13,4m với trận lũ 500 năm xuất lần (khi có hồ Sơn La) Nghiên cứu điển hình cách sử dụng mơ hình tốn cơng cụ giúp cho việc phân tích hệ thống tài nguyên nước xây dựng quy luật vận hành hồ chứa cho nhiệm vụ phòng lũ hạ du Nghiên cứu điển hình phần mơn học Quy hoạch quản lý nguồn nước Vì vậy, đóng góp cho việc hiểu rõ giảng liên hệ mơn học thực tiễn Các sản phẩm NCĐH là: Ngân hàng liệu Phân tích phân loại trận lũ xẩy khứ Khai thác ứng dụng mơ hình thuỷ văn tốn kiểm sốt lũ CHƯƠNG - GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÀI TOÁN KIỂM SỐT LŨ ĐỒNG BẰNG SƠNG HỒNG Chương1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÀI TOÁN KIỂM SOÁT LŨ ĐỒNG BẰNG SƠNG HỒNG 1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ LƯU VỰC SƠNG HỒNG Sông Hồng sông lớn thứ hai Việt Nam, bắt nguồn từ Trung Quốc chảy qua Việt Nam trước đổ Biển Đơng Tổng diện tích lưu vực ước tính 169020km2 82240 km2 (48%) nằm Trung Quốc, 1100km2 nằm Lào phần lại 86600km2 (51,35%) nằm Việt Nam Tổng lượng nước mặt sông Hồng 133,68 tỷ m3 51,82 tỷ m3 từ bên ngồi lãnh thổ Sơng Hồng bắt nguồn từ hồ Đại Lý độ cao gần 2000m đỉnh Ngụy Sơn (Vân Nam - Trung Quốc) chảy theo hướng Tây Bắc-Đông Nam vào địa phận Việt Nam vùng biên giới Lào Cai tiếp tục chảy biển cửa Ba Lạt chiều dài 510 km Phần lưu vực sông Hồng trải dài từ 20°00’đến 25°30’ độ vĩ bắc 100°7’đến 106°7’ độ kinh đơng Phần phía Bắc lưu vực sơng Hồng giáp với lưu vực sơng Trường Giang, phía Đơng giáp với lưu vực sơng Thái Bình vịnh Bắc Bộ, phía Tây giáp lưu vực sơng MêKơng sơng Cả Phần thuộc lãnh thổ Việt Nam lưu vực sông Hồng trải dài qua địa phận tỉnh Lai Châu, Yên Bái, Sơn La, Hà Giang, Tuyên Quang, Cao Bằng, Bắc Cạn, Thái Ngun, Phú Thọ, Hồ Bình, Vĩnh Phúc, Hà Tây, Hà Nội, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình, Hà Nam Ninh Bình Phần thượng lưu nguồn sơng có tên sơng Ngun, phần trung du sơng Thao phần hạ du sông Hồng Đến Việt Trì hai nhánh lớn sơng Đà sơng Lơ gia nhập làm tăng diện tích lưu vực từ 51900 km2 lên 143000 km2 Cũng từ Việt Trì, sơng Hồng vào tam giác châu để biển với chiều dài dịng 240 km Diện tích đồng khoảng 15000 km2 Sau chảy qua Sơn Tây, sông Hồng chia năm phân lưu: Sông Đuống, sông Luộc, sông Trà Lý, sông Nam Định sông Ninh Cơ Sông Đuống sơng Luộc nối liền sơng Thái Bình với sông Hồng tạo thành hệ thống tưới tiêu cho tồn đồng Bắc Bộ 1.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH VÀ HỆ THỐNG SƠNG NGỊI 1.2.1 Đặc điểm địa hình QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ NGUỒN NƯỚC - NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH Lưu vực sơng Hồng có hướng dốc từ Tây Bắc xuống Đơng Nam từ Tây sang Đơng Địa hình phức tạp với 90% diện tích đồi núi, 70% diện tích có độ cao 500m, 47% diện tích lưu vực độ cao 1000 m Độ cao bình quân lưu vực khoảng 1090 m Địa hình lưu vực sơng Hồng chia bốn vùng có điều kiện khác nhau: a) Phần phía Tây: Gồm dãy núi lớn cao nằm địa phận Trung Quốc thuộc thượng nguồn ba sông lớn sông Đà, sông Thao sông Lô Hướng thịnh hành dãy núi hướng Tây Bắc - Đơng Nam điển hình dãy Hồng Liên Sơn với đỉnh cao Việt Nam: Phan Xi Păng cao 3142m nằm ranh giới lưu vực sông Đà sông Thao, đỉnh Tây Côn Lĩnh 2419m ( Hà Giang) phân chia lưu vực sông Lô sông Thao, dãy Vô Lương cao 2500 phân chia lưu vực sông Đà sông Mê Kông Pu Luông cao 2983m, Xà Phing cao 2879m Độ cao dãy núi thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, có xen kẽ bồn địa tiếng Than Uyên, Nghĩa Đô, Quang Huy, cao nguyên đá vôi nối tiếp nhau: Xà Phìn, Xin Chải, Sơn La, Mộc Châu thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam Địa hình vùng bị chia cắt mạnh theo chiều sâu mạnh mạng lưới sông suối ngắn, dốc, có thung lũng dạng khe sâu hình chữ V b) Ở miền Đông Bắc: Là vùng núi thấp, phần lớn có độ cao từ 600 ÷700m, dãy núi có hướng vòng cung chiếm ưu thế, quy tụ Tam Đảo Độ cao dãy núi giảm dần từ 1000 - 100m Những dãy núi ngắn thấp phân bố theo dạng nan quạt, tạo thành vịng cung có hướng chuyển từ Tây Bắc xuống Đơng Nam Trong khu vực có đỉnh cao đột xuất núi Con Voi, Ba Vì, Chàm Chu có độ cao lớn 1000m Có nhiều vùng núi đá vôi dốc đứng bị chia cắt mạnh, tạo nên phong cảnh kỳ thú Quản Bạ, Đồng Văn, Bắc Sơn, Ba Bể, Chi Lăng Các sông vùng thường có hướng chảy vịng cung Càng phía đông độ cao giảm, xen vào vùng núi có nhiều đường trũng hồ cạn nằm rải rác dọc theo thung lũng sông c) Vùng trung du: Gồm đồi xếp úp bát xen kẽ thung lũng thấp, độ cao giảm nhiều, cịn từ 150 - 200m trở xuống bị chia cắt Ngồi cịn có thềm phù sa có mặt lượn sóng độ cao 25m d) Vùng đồng châu thổ sơng Hồng: Có địa hình tương đối phẳng, độ dốc trung bình khoảng 0,1m/km từ Việt Trì đến biển Hướng dốc Tây BắcĐơng Nam CHƯƠNG - GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÀI TOÁN KIỂM SOÁT LŨ ĐỒNG BẰNG SƠNG HỒNG Địa hình lưu vực có tác dụng tích cực đến phân hố phức tạp đa dạng khí hậu lưu vực sơng Hồng mà hệ trực tiếp chế độ mưa lưu vực Sự phân hoá mưa dẫn đến vùng mưa nhiều mạng lưới sơng phát triển có mật độ dày (mật độ đạt 2km/km2 ) vùng mưa mật độ sông suối thưa (mật độ 0,5km/km2) 1.2.2 Hệ thống sơng ngịi Từ điều kiện tự nhiên, địa hình, khí hậu, lớp phủ thực vật, đất đai, mạng lưới sơng ngịi hệ thống sơng Hồng hình thành Hướng chảy sơng ngịi phù hợp với hướng địa hình Mật độ sơng ngịi thay đổi phạm vi từ 0,4÷2 km/km2 Sự phân bố mật độ sơng ngịi lưu vực phức tạp nhìn chung vùng núi cao trung bình, nham thạch chủ yếu phún xuất vùng Hồng Liên Sơn - Tây Cơn Lĩnh, mật độ dày từ 1,5 ÷ km/km2 Ở vùng núi thấp núi trung bình, mưa nhiều vùng Ngân Sơn, Sông Gâm, Chàm Chu, dãy Con Voi mật độ đạt từ 1,0 ÷1,5 km/km2 Ở vùng thung lũng cao nguyên, mưa tương đối trung bình mật độ đạt từ 0,5 đến 1,0 km/km2 Thượng lưu sơng thường dốc, độ dốc lịng sơng thường lớn 0,2%, xuống trung lưu nhiều thác ghềnh, xen kẽ đoạn lịng sơng mở rộng nước chảy chậm đoạn thu hẹp nước chảy xiết Về hạ du, sơng nhánh nhập vào sơng chính, lịng sơng mở rộng, độ dốc giảm nhỏ, hai bên bờ sơng có đê khống chế, tốc độ dịng nước có giảm, lịng sơng uốn khúc quanh co thay đổi phức tạp, bên lở bên bồi dòng có bãi cát Bảng 1: Một số đặc trưng hình thái lưu vực sơng nhánh 1000 Km2 Sơng Chiều dài (km) Diện tích (km2) Độ cao bình quân lưu vực (%) Độ dốc bình quân lưu vực (%) Độ rộng bình quân lưu vực (km) Mật độ lưới sơng km/km2) Ngịi Nhù 73 1580 942 39,2 27,6 1,20 Ngòi Thia 96 1570 907 42,1 23,1 0,99 S Bứa 100 1370 302 22,2 17,9 1,03 10 QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ NGUỒN NƯỚC - NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH Đặc điểm dịng sơng Hồng suốt chiều dài từ thượng nguồn đến cửa sông giữ hướng chảy Tây Bắc - Đông Nam Lưu vực phát triển khơng cân xứng, phần lưu vực phía thượng lưu thuộc địa phận Trung Quốc phát triển phía trái phần lưu vực trung lưu lại phát triển lệch phía phải Những nhánh sơng lớn phần thượng lưu có sơng Mã Thất, sơng Dun Trấp, sơng Để sơng Nam Khê Ở phần trung lưu có sơng Ngịi Bo ( 587 km2), Ngịi Nhù (1580 km2), Ngịi Hút (632 km2), Ngịi Thia (1570 km2), sơng Bứa (1370 km2), Ngòi Phát ( 512 km2) Ngòi Lao ( 680 km2) Sông Đà nhánh lớn sơng Hồng, thượng lưu, sơng Đà có tên Lý Tiên với nhánh lớn sông Bố Cố với diện tích lưu vực 14121 km2 Vào địa phận Việt Nam, sơng Đà có nhánh lớn gia nhập Nậm Pô, Nậm Na, Nậm Mức, Nậm Sập, Nậm Bú Sông suối lưu vực sông Đà thuộc loại sơng trẻ, thung lũng sơng hẹp nhiều đoạn có dạng hẻm, lịng sơng bị đào mạnh, nhiều thác ghềnh Độ cao trung bình lưu vực sơng Đà 1130m, riêng phần lãnh thổ Việt Nam có độ cao trung bình lưu vực 965m Sơng Đà nằm phía hữu ngạn sơng Hồng (gặp sơng Hồng Trung Hà) Sông Đà bắt nguồn độ cao 1500 m từ vùng núi Nguy Sơn - Vân Nam - Trung Quốc, có 48% diện tích tập trung nước nằm lãnh thổ Trung Quốc, 2% nằm lãnh thổ Lào Ban đầu sông chảy theo hướng Đông Bắc - Tây Nam, sau ngoặt sang hướng Đơng, tới Thị xã Hồ Bình chuyển sang hướng Bắc đổ vào sơng Hồng đoạn Trung Hà, phía thành phố Việt Trì khoảng 12 km Vùng lưu vực sơng Đà thuộc lãnh thổ Việt Nam có tổng diện tích 26000 km2 bao gồm 22 huyện tỉnh: Lai Châu, Hồ Bình, Sơn La, Lào Cai, n Bái Phía Bắc Tây Bắc giáp biên giới Việt - Trung, Việt - Lào Phía Nam giáp thị xã Hồ Bình, bị chắn đập thuỷ điện dài 734 m đường phân thuỷ từ hai đầu đập suối chảy vào hồ chứa Phía Đơng, Đơng Bắc, Tây, Tây Nam đường chia nước sông Đà với sông Hồng sông Mã.Tổng chiều dài sông Đà 1010 km (phần thuộc lãnh thổ Việt Nam có chiều dài 570 km), với diện tích tồn lưu vực 52900 km2 (chiếm khoảng 31% lưu vực sông Hồng ), diện tích lưu vực sơng tính đến đầu mối Thuỷ điện Hồ Bình 51700 km2 Lưu vực sơng Đà có chiều dài 690 km (phần thuộc lãnh thổ Việt Nam 380 km), chiều rộng trung bình 76 km (trong nước ta 80 km) Phần lưu vực Việt Nam nơi có độ rộng lớn 165 km thuộc địa phận tỉnh Lai Châu, phần hẹp thuộc địa phận tỉnh Hồ Bình 25 km Lưu vực sơng Đà có độ cao trung bình tồn lưu vực 1130 km, riêng lãnh thổ Việt Nam 965 m Độ dốc lịng sơng: Đoạn thuộc địa phận Trung Quốc: I = 2,5 o oo , từ biên giới Việt Nam thị CHƯƠNG - GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÀI TOÁN KIỂM SOÁT LŨ ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG 11 xã Lai Châu: I = 1,05 o oo , từ Tạ Bú Vạn Yên: I = 1,5 - o oo , từ Vạn Yên Chợ Bờ: I = 0,3 - 0,5 o oo , từ Chợ Bờ đến Trung Hà (cửa sông) I = 0,8 o oo Bề rộng sông trung bình 427 m Hồ Bình Hịa Hình 1: Bản đồ hệ thống sơng Hồng - Sơng Thái Bình Sơng Lô: Nhánh lớn thứ hai sông Hồng Lưu vực sơng Lơ giới hạn phía Đơng cánh cung Ngân Sơn, cánh cung sơng Gâm, phía Đơng Nam dãy núi Tam Đảo phía Tây dãy núi Con Voi Mật độ sông suối lưu vực phân phối khơng vùng phía Tây Tây Bắc lưu vực, mật độ từ dày đến dày (0,5 - km/km2), cịn phía Đơng Đơng Bắc lại thưa (0,5 km/km2) Dịng sơng Lô bắt nguồn từ cao nguyên Vân Nam cao 2000m chảy vào địa phận nước ta Thanh Thuỷ Đến Hà Giang, sông Miện gia nhập bờ trái, đến Vĩnh Tuy nhánh sông Con gia nhập bờ phải đến Hàm Yên sông Gâm gia nhập bờ trái Tại Đoan Hùng sơng Lơ lại có thêm nhánh lớn gia nhập: Sông Chảy