nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ vận hành hệ thống hồ chứa thượng nguồn đến chế độ cấp nước, diễn biến sạt lở lòng dẫn và xâm nhập mặn trên hệ thống sông đồng nai-sài gòn

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN THẾ TOÀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN ĐẾN CHẾ ĐỘ CẤP NƯỚC, DIỄN BIẾ

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

NGUYỄN THẾ TOÀN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN ĐẾN CHẾ ĐỘ CẤP NƯỚC, DIỄN BIẾN SẠT

LỞ LÒNG DẪN VÀ XÂM NHẬP MẶN TRÊN HỆ THỐNG SÔNG ĐỒNG NAI – SÀI GÒN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2013

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

NGUYỄN THẾ TOÀN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN ĐẾN CHẾ ĐỘ CẤP NƯỚC, DIỄN BIẾN SẠT

LỞ LÒNG DẪN VÀ XÂM NHẬP MẶN TRÊN HỆ THỐNG SÔNG ĐỒNG NAI - SÀI GÒN

Chuyên ngành: Phát triển nguồn nước

Mẫu gáy bìa luận văn:

NHUYỄN THẾ TOÀN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2013

LỜI CẢM ƠN

Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ vận hành hệ thống hồ

chứa thượng nguồn đến chế độ cấp nước, diễn biến sạt lở lòng dẫn và xâm nhập mặn trên hệ thống sông Đồng Nai - Sài Gòn” được hoàn thành ngoài sự cố

gắng nỗ lực của bản thân tác giả còn được sự giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy, Cô,

cơ quan, bạn bè và gia đình

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Giáo viên hướng dẫn: PGS TS

Phạm Thị Hương Lan và TS Lê Hùng Nam đã giảng dạy và tận tình hướng dẫn

cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho Luận văn

Xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Thủy văn Tài nguyên nước - Trường Đại học Thuỷ Lợi đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, cũng như quá trình thực hiện Luận văn này

Xin trân trọng cảm ơn Cục Quản lý tài nguyên nước – Bộ Tài nguyên và Môi trường; Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Đồng Nai, thành phố Hồ Chí Minh, Biên Hòa đã tận tình giúp đỡ, cung cấp tài liệu để Luận văn được chính xác và có tính cấp thiết

Đặc biệt, để hoàn thành Luận văn, tác giả đã nhận được sự cổ vũ, động viên khích lệ thường xuyên và giúp đỡ về nhiều mặt của gia đình và bạn bè trong và ngoài lớp cao học 18PN

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 24 tháng 05 năm 2013

Tác giả Luận văn

NGUYỄN THẾ TOÀN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những nội dung và kết quả trình bày trong Luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào

Tác gi ả

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hệ thống sông Đồng Nai là một trong những hệ thống sông lớn ở Việt Nam,

về tiềm năng thủy điện đứng thứ hai sau sông Đà, về tiềm năng nguồn nước đứng vị trí độc tôn của khu vực Nam Bộ Tổng lượng nước trung bình năm đạt đến 35.7 kmP

3

P

(chỉ có 4 kmP

3

Plà từ Campuchia chảy vào )

Các công trình hồ chứa lớn trên lưu vực sông Đồng Nai có vai trò rất đặt biệt không chỉ đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế trong phạm vi lưu vực mà có ảnh hưởng lớn đối với vùng, quốc gia, đáng kể như hồ thủy điện Đa Nhim (1964), thủy điện Trị An (1988), Đại Ninh (2000) trên dòng chính sông Đồng Nai; Thác Mơ (1994), Cần Đơn (2003), Srock Phu Miêng (2005) trên sông Bé; Hàm Thuận, Đa Mi (2001) trên sông La Ngà; Dầu Tiếng (1985) trên sông Sài Gòn Hầu hết các hồ đều

có nhiệm vụ chính là phát điện, ngoại trừ công trình hồ Dầu Tiếng, và Phước Hòa Các công trình này đem lại hiệu quả kinh tế - xã hội rất lớn trong quá trình hình thành và phát triển như cung cấp phần lớn nguồn điện năng cho các tỉnh thành khu vực miền Đông Nam Bộ và vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, tăng cường dòng chảy về mùa khô cho vùng hạ lưu đáp ứng nhu cầu đẩy mặn phục vụ cho việc cấp nước dân sinh, công nghiệp và nhu cầu tưới Bên cạnh đó, các công trình này còn tham gia giảm thiểu ngập lũ cũng như tham gia phòng chống ô nhiễm ở vùng hạ lưu khá hiệu quả

Tuy nhiên một vấn đề đặt ra là các công trình hồ chứa được xây dựng và đưa vào hoạt động gây ra rất nhiều ảnh hưởng đến vùng hạ du, như thay đổi chế độ dòng chảy do ảnh hưởng chế độ vận hành, thay đổi chế độ bùn cát về hạ du gây ra diễn biến xói lở lòng dẫn, đặc biệt khi các hồ chứa xả lũ ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề ngập lụt hạ du và xói lở lòng dẫn cục bộ ở hạ du công trình

Tuy nhiên những nghiên cứu về ảnh hưởng của các hồ chứa đặc biệt là ảnh hưởng chế độ vận hành của hồ chứa đến hạ du lại mới chỉ dừng lại nghiên cứu xem xét những tác động riêng lẻ của từng hồ mà chưa có những nghiên cứu ảnh hưởng đầy đủ của chế độ vận hành của cả hệ thống hồ chứa

- Trong khi đó nhu cầu sử dụng nước trong lưu vực sông Đồng Nai là rất lớn

và ngày càng tăng cao cả về lượng và chất cũng như tính ổn định của nó Việc xây dựng quy trình vận hành liên hệ thống các hồ chứa cần phải được thực hiện, nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hệ thống hồ chứa đến hạ du sẽ là cơ sở quan trọng cho việc xây dựng quy trình vận hành liên hồ đảm bảo đáp ứng được yêu cầu nước cho dân sinh-công nghiệp, nông nghiệp và bảo vệ môi trường ở vùng hạ du sông Đồng Nai-Sài Gòn nói riêng và vùng kinh tế trọng điểm nói phía Nam nói chung ngày một gia tăng cả về khối lượng và chất lượng

- Xâm nhập mặn cũng là yếu tố quan trọng đáng chú ý đối với vùng hạ lưu sông ĐN-SG Do chịu tác động của triều biển Đông nên mặn cũng xâm nhập vào các sông rạch ở vùng hạ lưu làm ảnh hưởng đến sinh hoạt và sản xuất của nhân dân,

do vậy khi nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của việc vận hành hệ thống hồ hết sức chú ý ảnh hưởng của việc xả nước, đẩy mặn

Xuất phát từ thực tế trên, luận văn sẽ tiếp cận với tên đề tài là “ Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ vận hành hệ thống hồ chứa thượng nguồn đến chế độ cấp nước, diễn biến sạt lở lòng dẫn và xâm nhập mặn trên hệ thống sông Đồng Nai Sài Gòn”

II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

 Giới thệu hệ thống sông Đồng Nai Sài Gòn cùng với hệ thống hồ chứa thượng nguồn

 Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng vận hành hệ thống hồ chứa đến vấn đề cấp nước trong mùa kiệt

 Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của vận hành hồ chứa đến vấn đề xâm nhập mặn

 Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng chế độ vận hành đến sạt lở lòng dẫn hạ du

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Về không gian nghiên cứu: Toàn bộ lưu vực sông Đồng Nai - Sài Gòn

- Về đối tượng nghiên cứu: Luận văn tập trung xây dựng, tính toán mô phỏng

các phương án vận hành hệ thống hồ chứa và đánh giá ảnh hưởng của chế độ vận hành hệ thống hồ chứa đến hạ du

IV CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Cách tiếp cận của luận văn là đi từ những vấn đề cụ thể, qua phân tích, tổng hợp, xác định lựa chọn các nhân tố có tác động chính, quyết định đặc điểm thủy văn

- thủy lực của toàn hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Từ đó, xác định mức độ ảnh hưởng, tác động của từng nhân tố Sau cùng là tiến hành thiết lập bộ thông số mô hình thủy văn - thủy lực, đề xuất và mô phỏng các kịch bản vận hành hệ thống

Để đạt được mục đích nghiên cứu trên, luận văn đã áp dụng các phương pháp tiếp cận, nghiên cứu, phân tích đánh giá sau đây:

- Phương pháp điều tra khảo sát thực địa: Điều tra khảo sát thực địa để có

tầm nhìn tổng thể về lưu vực nghiên cứu nhằm đánh giá đặc điểm dòng chảy sông ngòi, nhu cầu sử dụng nước và kết quả điều tra cũng là cơ sở để hiệu chỉnh các

thông số đặc trưng lưu vực khi dùng các mô hình toán để mô phỏng, tính toán

- Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: Phương pháp này được sử dụng

trong việc xử lý các tài liệu về địa hình , khí tượng, thủy văn, thuỷ lực phục vụ cho các phân tích, tính toán của luận văn

- Phương pháp mô hình toán: Mô hình được dùng để tính toán, mô phỏng

chế độ vận hành điều tiết hồ làm cơ sở đánh giá ảnh hưởng chế độ vận hành hệ thống hồ chứa đến các vấn đề hạ du như cấp nước, xâm nhập mặn, sạt lở lòng dẫn

- Phương pháp phân tích hệ thống: Việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng

chế độ vận hành của hệ thống hồ chứa đối với hạ du là một bài toán vừa mang tính vận hành hợp lý vừa mang tính lợi dụng tổng hợp dựa trên chuỗi số liệu biến đổi theo không gian và thời gian

V BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN

Luận văn được trình bày với bố cục như sau:

- Mở đầu

- Chương 1: Tổng quan về lưu vực sông Đồng Nai – Sài Gòn và tình hình nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của chế độ vận hành hệ thống hồ chứa đến

hạ du trong và ngoài nước

- Chương 2: Thiết lập bài toán và lựa chọn mô hình

- Chương 3: Mô phỏng chế độ vận hành của hệ thống hồ chứa trên lưu vực Đồng Nai – Sài Gòn làm cơ sở cho việc đánh giá ảnh hưởng đến cấp nước hạ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG ĐỒNG NAI – SÀI GÒN VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA ĐẾN HẠ DU TRONG

VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA ĐẾN HẠ DU TRONG

VÀ NGOÀI NƯỚC

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Nghiên cứu chế độ vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu và đánh giá ảnh hưởng chế độ vận hành hồ chứa đến các vấn đề hạ du đã được chú ý nghiên cứu từ rất lâu

Điều hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu với việc sử dụng nước cho nhiều

mục đích khác nhau đã thu hút nhiều nhà nghiên cứu trong vài chục năm gần đây Một trong những nguyên nhân chính là sự mâu thuẫn cổ điển giữa kiểm soát lũ

và các mục đích bảo toàn như cấp nước, sản xuất điện, tưới, Thông thường vấn đề

nảy sinh trong việc sử dụng chiến lược phân phối để xác định dung tích phòng lũ dài hạn và xả nước ngắn hạn khi điều hành hệ thống trong mùa lũ, cũng như đảm bảo cấp nước trong mùa cạn

Các nghiên cứu về quyết định dài hạn liên quan đến việc phân bổ dung tích có xét đến sự biến động của dòng chảy năm và các nguy cơ liên quan khác Khi làm

việc với một hồ chứa đơn, vấn đề này có thể được giải quyết bằng các

phương pháp luận do Beard, Klemes, hay Duren và Beard Việc phân bổ dung tích trong hệ thống đa hồ chứa là bài toán phức tạp hơn nhiều vì tương tác giữa các

lưu lượng thượng, hạ lưu cho toàn bộ hệ thống cần phải được xem xét Marien và Kelman et all đề xuất phương pháp dựa trên khái niệm "điều kiện kiểm soát

được"

Vận hành hệ thống hệ thống hồ chứa phục vụ đa mục tiêu là một quá trình phức tạp, bị chi phối bởi nhiều yếu tố ngẫu nhiên, trong khi phải thỏa mãn các yêu cầu hầu như đối nghịch của các ngành dùng nước nên mặc dù đã được đầu tư

nghiên cứu rất bài bản và chi tiết nhưng các ứng dụng thành công chủ yếu gắn liền với đặc thù từng hệ thống, không có phương pháp luận, công cụ có thể dùng chung cho mọi hệ thống Có thể tóm tắt các phương pháp xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa thành ba nhóm chính như sau:

Mô hình mô phỏng trong điều hành hệ thống hồ chứa bao gồm tính toán cân bằng nước của đầu vào, đầu ra hồ chứa và biến đổi lượng trữ Kỹ thuật mô phỏng đã cung cấp cầu nối từ các công cụ giải tích trước đây cho phân tích hệ thống hồ chứa đến các tập hợp mục đích chung phức tạp Các mô hình mô phỏng có thể cung cấp các biểu diễn chi tiết và hiện thực hơn về hệ thống hồ chứa và quy tắc điều hành chúng.Thời gian yêu cầu để chuẩn bị đầu vào, chạy mô hình và các yêu cầu tính toán khác của mô phỏng là ít hơn nhiều so với mô hình tối ưu hoá Các kết quả mô phỏng sẽ dễ dàng thỏa hiệp trong trường hợp đa mục tiêu Hầu hết các phần mềm

mô phỏng có thể chạy trong máy vi tính cá nhân đang sử dụng rộng rãi hiện nay Hơn nữa, ngay sau khi số liệu yêu cầu cho phần mềm được chuẩn bị, nó dễ dàng chuyển đổi cho nhau và do đó các kết quả của các thiết kế, quyết định điều hành, thiết kế lựa chọn khác nhau có thể được đánh giá nhanh chóng Có lẽ một trong số các mô hình mô phỏng hệ thống hồ chứa phổ biến rộng rãi nhất là mô hình HecRessim, phát triển bởi Trung tâm kỹ thuật thủy văn Hoa Kỳ Một trong những

mô hình mô phỏng nổi tiếng khác là mô hình MIKE 11, Acres, tổng hợp dòng chảy

và điều tiết hồ chứa (SSARR), mô phỏng hệ thống sóng tương tác (IRIS) Gói phần mềm phân tích quyền lợi các hộ sử dụng nước (WRAP) Mặc dù có sẵn một số các

mô hình tổng quát, vẫn cần thiết phải phát triển các mô hình mô phỏng cho một (hệ thống) hồ chứa cụ thể vì mỗi hệ thống hồ chứa có những đặc điểm riêng

Kỹ thuật tối ưu hoá bằng quy hoạch tuyến tính và quy hoạch động đã được

sử dụng rộng rãi trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nước Nhiều công trình nghiên cứu áp dụng kỹ thuật hệ thống cho bài toán tài nguyên nước Yeh (1985), Simonovic (1992) và Wurbs (1993) Young (1967) lần đầu tiên đề xuất sử dụng

phương pháp hồi quy tuyến tính để xây dựng quy tắc vận hành chung từ kết quả tối

ưu hoá Phương pháp mà ông đã dùng được gọi là “quy hoạch động (DP)

Monte-Carlo” Về cơ bản phương pháp của ông dùng kỹ thuật Monte-Carlo tạo ra một số chuỗi dòng chảy nhân tạo Quy trình tối ưu thu được của mỗi chuỗi dòng chảy nhân tạo sau đó được sử dụng trong phân tích hồi quy để cố gắng xác định nhân tố ảnh hưởng đến chiến thuật tối ưu Các kết quả là một xấp xỉ tốt của quy trình tối ưu thực Một mô hình quy hoạch để thiết kế hệ thống kiểm soát lũ hồ chứa đa mục tiêu

đã được phát triển bởi Windsor (1975) Karamouz và Houck (1987) đã đề ra quy tắc vận hành chung khi sử dụng quy hoạch động và hồi quy Mô hình DPR sử dụng hồi

quy tuyến tính nhiều biến đã được Bhaskar và Whilach (1980) gợi ý Một phương pháp khác xác định quy trình điều hành một hệ thống nhiều hồ chứa khác là quy hoạch động bất định (Stochastic Dynamic Programing – SDP) Phương pháp này yêu cầu mô tả rõ xác suất của dòng chảy đến và tổn thất Phương pháp này được Butcher (1971), Louks và nnk (1981) và nhiều người khác sử dụng Mô hình tối ưu hoá thường được sử dụng trong nghiên cứu điều hành hồ chứa sử dụng dòng chảy

dự báo như đầu vào Datta và Bunget (1984) đề xuất một quy trình điều hành hạn ngắn cho hồ chứa đa mục tiêu từ một mô hình tối ưu hoá với mục tiêu cực tiểu hoá tổn thất hạn ngắn Nghiên cứu chỉ ra rằng khi có một sự đánh đổi giữa một đơn vị lượng trữ và một đơn vị lượng xả từ các giá trị đích tương ứng thì phép giải tối ưu hoá phụ thuộc vào dòng chảy tương lai bất định cũng như dạng hàm tổn thất Áp dụng mô hình tối ưu hoá cho điều hành hồ chứa đa mục tiêu là khá khó khăn Sự khó khăn trong áp dụng bao gồm phát triển mô hình, đào tạo nhân lực, giải bài toán, điều kiện thủy văn tương lai bất định, sự bất lực để xác định và lượng hóa tất cả các mục tiêu và mối tương tác giữa nhà phân tích với người sử dụng Một phương pháp khác đang được sử dụng hiện nay để giải thích tính ngẫu nhiên của đầu vào là logic

mờ Lý thuyết tập mờ đã được Zadeth (1965) giới thiệu Nhiều phần mềm vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa đã được xây dựng, tuy nhiên khả năng giải quyết các bài toán thực tế vẫn còn hạn chế Các phần mềm tối ưu hiện nay nói chung vẫn chỉ đƣa

ra lời giải cho những điều kiện đã biết mà không đưa ra được các nguyên tắc vận hành hữu ích Phần lớn các phần mềm vận hành hồ chứa được kết nối với mô hình

diễn toán lũ dựa trên mô hình Muskingum hay sóng động học như các phần mềm thương mại ModSim, RiverWare, CalSim Điều này rất hạn chế cho việc điều hành chống lũ và không áp dụng được cho lưu vực có ảnh hưởng của thủy triều hay nước vật Các nghiên cứu mới nhất gần đây về điều hành chống lũ cũng chỉ được áp dụng cho hệ thống một hồ

Wurb (1993) trong tổng quan về các nhóm mô hình chính sử dụng trong thiết

lập quy trình vận hành hệ thống hồ chứa đã tổng kết “Mặc dù, tối ưu hóa và mô

phỏng là hai hướng tiếp cận mô hình hóa khác nhau về đặc tính, nhưng sự phân biệt rõ ràng giữa hai hướng này là khó vì hầu hết các mô hình, xét về mức độ nào

đó đều chứa các thành phần của hai hướng tiếp cận trên” Wurb cũng đề cập đến

nhóm Quy hoạch mạng lưới dòng (Network Flow Programming) như là một kết hợp hoàn thiện của hai hướng tiếp cận tối ưu và mô phỏng Trong các quy trình tối ưu phục vụ bài toán liên hồ chứa (Labadie, 2004) thì cả hai nhóm quy hoạch ẩn bất định (Implicit stochastic optimization) và quy hoạch hiện bất định (Explicit stochastic optimization) đều cần có mô hình mô phỏng để kiểm tra các quy trình tối

ưu được thiết lập

Tóm lại, phương pháp mô phỏng vẫn là phương pháp được sử dụng nhiều nhất trong phân tích vận hành hệ thống hồ chứa và cho kết quả hoàn toàn chấp nhận được

Đối với nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hồ chứa đến hạ du phương pháp

mô phỏng vẫn là phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay đặc biệt khi có sự

hỗ trợ công nghệ tiên tiến, các mô hình thủy lực 2 chiều, 3 chiều kết hợp với các công cụ viễn thám đã nâng cao độ chính xác kết quả mô phỏng ảnh hưởng hồ chứa đến hạ du

Một số lượng lớn các hồ chứa được xây dựng ở Việt Nam trong vài thập kỷ

gần đây Không thể phủ nhận hệ thống hồ chứa đóng vai trò quan trọng trong nền

kinh tế quốc dân, tuy nhiên theo một số đánh giá thì rất nhiều hệ thống hồ chứa

lớn đã không đem lại hiệu ích kinh tế, môi trường như đã được đánh giá trong quá trình lập dự án Lý do phát huy hiệu quả kém có thể do trong giai đoạn thiết

kế không chú ý đầy đủ đến chế độ quản lý vận hành sau khi dự án hoàn tất, không lường trước được các yêu cầu, mục tiêu nảy sinh trong quá trình vận hành hệ

thống sau khi hoàn thành Ví dụ như các yêu cầu về cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, yêu cầu duy trì dòng chảy môi trường sông, duy trì sinh thái vùng hạ lưu Mâu thuẫn nảy sinh giữa các mục tiêu sử dụng nước có thể coi là nguyên nhân chính dẫn đến kém hiệu quả trong vận hành khai thác hệ thống hồ chứa Vận hành

hệ thống liên hồ chứa ở Việt Nam nói chung mới bắt đầu được tập trung nghiên cứu Một số nghiên cứu liên quan đã được các cơ quan nghiên cứu được tiến hành chủ yếu tập trung vào nhiệm vụ chống lũ Một số nghiên cứu vận hành hồ điều tiết cấp nước mới tập trung vào các mục tiêu cấp nước đơn lẻ Đặc biệt, các nghiên cứu chưa mang tính hệ thống liên hồ, và phục vụ đa mục tiêu

Hiện nay, ở Việt Nam các hồ chứa trên các hệ thống sông đã và đang được tiến hành nghiên cứu, xây dựng quy trình liên hồ, phục vụ đa mục tiêu, như hệ thống hồ chứa trên sông Hồng, sông Ba, sông Sê San, sông Đồng Nai, sông Vu Gia

- Thu Bồn và sông Srêpôk v.v Các hồ chứa này làm nhiệm vụ chính là cắt lũ vào mùa lũ, sau đó là phát điện, cung cấp nước tưới cho nông nghiệp, nước cho sinh hoạt, công nghiệp, ngoài ra còn phục vụ giao thông, du lịch, nuôi trồng thuỷ sản v.v…trong mùa cạn

Các nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hệ thống hồ chứa ở Việt Nam trong những năm gần đây đã được tập trung nghiên cứu và nhiều công trình đã đi sâu đánh giá ảnh hưởng của hệ thống hồ chứa đối với hạ du như nghiên cứu ảnh hưởng

hệ thống hồ chứa trên sông Đà đến chế độ cấp nước mùa cạn trên sông Hồng…

1.2 TỔNG QUAN VỀ LƯU VỰC SÔNG ĐỒNG NAI – SÀI GÒN

1.2.1.1 Vị trí địa lý

Lưu vực sông Đồng Nai nằm ở phía nam miền Nam Việt Nam, là một dải đất trải dài theo hướng Đông Bắc – Tây Nam trong phạm vi 11o00’ – 12o20’ vĩ độ Bắc

và 107o00’ – 108o30’ kinh độ Đông

Tổng diện tích lưu vực sông Đồng Nai không kể phần châu thổ là 38600

km2, tổng chiều dài 473 km, độ dốc trung bình là 4,2 ‰

Sông Đồng Nai là một trong các sông lớn ở miền nam Việt Nam, bắt nguồn

từ cao nguyên Lang Biang với độ cao trên 2000 m và đổ ra biển Đông ở khu vực Soài Rạp, Gò Công

Hình 1 1 : Ranh giới hành chính lưu vực Đồng Nai Sài Gòn trên lãnh thổ Việt Nam 1.2.1 2 Điều kiện địa hình, địa chất

Địa hình lưu vực sông Đồng Nai tương đối phức tạp Phần thượng nguồn hệ thống sông suối chằng chịt của sông Đồng Nai và sông La Ngà xuyên cắt qua các cao nguyên Lang Biang và cao nguyên Bảo Lộc với độ cao từ 500 m – 2000 m Các cao nguyên này được cấu tạo bằng đá cứng thuộc các chủng loại khác nhau Phần

thung lũng sông tương đối hẹp thường được cấu trúc bằng các loại đá, lòng sông có nhiều ghềnh thác, nhiều nơi có dốc nước lớn

Đoạn thác lớn cuối cùng của sông Đồng Nai bắt đầu từ tuyến đập và kết thúc

ở khu vực trên cửa sông Bé 1km Chiều dài đoạn thác này gần 10 km, độ chênh mực nước vào mùa kiệt khoảng 40 m

Châu thổ sông Đồng Nai (từ Nhà Bè đến cửa biển) là một vùng đặc biệt với

vô số các cù lao lầy lội mọc đầy sú vẹt và với hệ thống kênh rạch chi chít Diện tích châu thổ khoảng chừng 2200 km2

Thảm phủ thực vật của lưu vực sông Đồng Nai rất đa dạng Ở vùng núi cao, với cao độ trên 500 m đa số là rừng thông, thấp dần là rừng lá to và rừng tre Ở các bãi bồi thường là lùm bụi Các khu đất trống trải trong lưu vực phần lớn được sử dụng để canh tác nông nghiệp

Thổ nhưỡng trong lưu vực sông Đồng Nai gồm có: Đất bồi tích aluivi (trong phần thung lũng), đất mặn và chua mặn (ở hạ nguồn và ven biển), đất đỏ (ở trung lưu và vùng hồ chứa), một ít đất đen (ở vùng núi), đát cát ở hai bên bờ Phổ biến hơn cả là đất Laterit (ở vùng núi và đồi cao)

Tuyến công trình đầu mối thủy điện Trị An nằm ở hạ nguồn của phần trung lưu sông Đồng Nai cách cửa sông La Ngà 36 km và cách cửa sông chính 140 km Chiều dài đoạn sông Đồng Nai tính từ đầu nguồn đến tuyến đập là 335 km, diện tích lưu vực là 15400 km2

Đặc điểm địa hình cùng với các yếu tố khác như đất đai, thảm phủ thực vật

có ảnh hưởng lớn đến quá trình xói mòn, rửa trôi trên mặt đất và từ đó ảnh hưởng đến chất lượng nước sông cũng như hoạt động lâu bền của các hồ chứa

Đặc điểm địa hình còn có mối quan hệ khăn khít với đặc điểm khí hậu, ảnh hưởng chi phối đến lưu vực hứng nước và môđun dòng chảy bề mặt Ngoài ra, độ dốc bề mặt địa hình còn liên quan đến tiềm năng thuỷ điện của các dòng sông Do vậy, việc nghiên cứu các đặc điểm địa hình trên lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai là rất cần thiết để cùng với việc nghiên cứu về đặc điểm địa chất - thổ nhưỡng và thảm

phủ thực vật trên lưu vực đưa ra các luận cứ khoa học phục vụ cho việc quản lý thống nhất và tổng hợp nguồn nước ở lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai

Sự hình thành dòng chảy bề mặt của hệ thống sông SG - ĐN phụ thuộc khá nhiều vào điều kiện địa chất và địa hình trên lưu vực nên phần lớn các sông chảy quanh co, tuỳ theo điều kiện cụ thể của từng lưu vực mà dòng chính có các hướng khác nhau Ngoài ra, điều kiện địa hình cũng hình thành nên các lưu vực sông ven biển khá độc lập

Do nằm ở vị trí chuyển tiếp giữa cao nguyên Nam Trung Bộ và ĐBSCL, lại tiếp giáp với thềm lục địa biển Đông nên địa hình lưu vực sông SG - ĐN vừa mang đặc điểm của một cao nguyên, vừa có dáng dấp, sắc thái của một đồng bằng, lại vừa

có nét đặc trưng của một vùng duyên hải Nhìn tổng thể, lưu vực sông SG - ĐN có địa hình nghiêng dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam với độ dốc trung bình toàn lưu vực là 4,6% Đỉnh chung của khối địa hình này là cao nguyên Lang Biang Nam Trường Sơn có độ cao khoảng 2.000 m và thấp dần cho tới khi gặp sông Vàm Cỏ có

độ cao từ 1 - 3 m Càng lên phía Bắc và Đông Bắc, địa hình càng cao, mức độ chia cắt từ trung bình đến mạnh Mặc dù độ dốc bình quân của lưu vực chỉ đạt 4,6% nhưng trên dòng chính sông Đồng Nai có nhiều thác ghềnh tạo nên tiềm năng thuỷ điện rất lớn Một cách tổng quát, có thể phân chia địa hình lưu vực sông SG - ĐN thành 4 dạng hình thái như sau:

a) Địa hình rừng núi

Hầu hết thuộc cao nguyên Lâm Viên và Di Linh trong địa phận tỉnh Lâm Đồng, một ít ở Ninh Thuận, Bình Thuận, Đồng Nai, Bình Phước, Tây Ninh và liền một dãy với cao nguyên Nam Đắklắk Có thể chia vùng này ra 3 loài địa hình riêng

Vùng núi ven các đồng bằng sát biển với những dãy núi nhỏ có địa hình cắt

xẻ mạnh

Vùng núi bao quanh Đà Lạt nằm trên một nền cao nguyên có độ cao trung bình 1200 - 1700 m, địa hình khá phức tạp với nhiều đồi cùng các lòng chảo nhỏ

Đây là vùng của cao nguyên Lâm Viên, đỉnh mái nhà của lưu vực Độ cao tuyệt đối của vùng này là đỉnh Bidoup - 2287 m

Vùng cao nguyên Nam Đắclắk có cao độ khoảng 600 - 1000 m và địa hình thoải dần về phía Nam và Tây - Nam Đây là vùng của cao nguyên Xnaro và một phần của cao nguyên Di Linh

Nguồn:Viên khoa học thủy lợi Miền Nam Hình 1 2 B ản đồ địa hình lưu vực sông Đồng Nai – Sài Gòn

1.2.1.3 Hệ thống sông ngòi- kênh rạch

Nằm ở hạ lưu của lưu vực sông Đồng Nai nên xét về mặt thuỷ văn, dòng

chảy trong khu vực luôn chịu tác động mạnh bởi chế độ thuỷ văn thượng lưu trong lưu vực cũng như các hoạt động phát triển liên quan như xây dựng hồ chứa, kiểm

soát lũ, lấy tưới…

Hiện tại trên sông đã xây dựng công trình thuỷ lợi Dầu Tiếng để tưới cho

diện tích canh tác của lưu vực và lưu vực sông Vàm Cỏ Đông thuộc 2 tỉnh Tây Ninh

và Tp HCM Đoạn sông từ sau đập hồ Dầu Tiếng về tới cửa sông có bề rộng biến đổi từ 150m ÷ 350m, độ sâu từ 10m ÷ 20m, độ dốc lòng sông từ 0,005 ÷ 0,0001

b Sông Đồng Nai:

Là sông lớn nhất vùng Đông Nam Bộ có nguồn nước dồi dào vừa làm nhiệm

vụ cung cấp nước tưới, dân sinh, công nghiệp vừa làm nhiệm vụ tiêu thoát nước cho khu vực Sông Đồng Nai có tổng chiều dài 628km diện tích lưu vực khoảng 40.683kmP

2

P

, đoạn chảy qua vùng hạ lưu từ sau thác Trị An đến cửa sông dài khoảng 150km, bề rộng sông biến đổi từ 600m ÷ 2.000m, sâu từ 15m ÷ 25m, độ dốc nhỏ hơn 0,0001 Hiện tại chế độ dòng chảy cửa sông có nhiều sự thay đổi do trên dòng chính đã xây dựng công trình thủy điện Trị An

c Sông Vàm C ỏ:

Là một chi lưu được hợp thành từ hai sông Vàm Cỏ Đông và Vàm Cỏ Tây đổ vào sông Đồng Nai tại Vàm Láng gần cửa Soài Rạp Sông Vàm Cỏ Đông có diện tích hứng nước 6.300kmP

dài 235km Trong những năm gần đây do xây

dựng một số kênh ngang lấy nước từ sông Tiền nên trong mùa lũ sông Vàm Cỏ chịu nhiều ảnh hưởng của lũ sông Tiền tràn qua

trên sông đã và đang xây dựng các nhà máy thủy điện như: Thác Mơ, Cần Đơn,

công trình Phước Hoà cũng đang chuẩn bị xây dựng

e H ệ thống kênh rạch khu vực Tp HCM

(1) Rạch Bến Nghé – Tàu Hũ, Kênh Đôi, Kênh Tẻ:

Song song với nhau một đầu nối với sông Sài Gòn bằng hai rạch: Bến Nghé và Kênh Tẻ đầu kia nối với sông Bến Lức (Chợ Đệm) bằng kênh Tàu Hũ và kênh Đôi

Giữa kênh Tàu Hũ và kênh Đôi được nối với nhau bằng 4 kênh ngang số 1, 2, 3, 4,

cầu Chữ Y là giao điểm của 4 kênh rạch (Kênh Đôi, Kênh Tàu Hũ, Kênh Tẻ và rạch

Bến Nghé) Diện tích lưu vực của 2 rạch này là 5,559ha Hiện tại đây là nơi tiếp

nhận nguồn nước thải chưa qua xử lý khá lớn từ phía Bắc Tp Hồ Chí Minh đổ ra

Do chịu tác động của dòng chảy thượng nguồn và dòng triều nên tạo nên tại khu

vực này vùng giáp nước

(2) Rạch Nhiêu Lộc - Thị Nghè:

Đây là rạch cụt, xuất phát từ khu vực sân bay Tân Sơn Nhất, chảy qua các

quận Tân Bình, Q3,Q1 và quận Bình Thạnh rồi đổ ra sông Sài Gòn tại xưởng đóng tàu Ba Son, diện tích lưu vực khoảng 3,324ha

(3) Kênh Thày Cai - An Hạ - Rạch Tra:

Đây là hệ thống kênh rạch nối liền giữa 2 sông Vàm Cỏ Đông và Sài Gòn theo hướng rạch Trảng bàng và kênh Xáng lớn Kênh Thày Cai có chiều dài 43,3km (cả

rạch Trảng bàng), kênh An Hạ có chiều dài 17km, và rạch Tra dài 11km

(4) Rạch Bến Mương - Láng The:

Đây là rạch bắt nguồn từ vùng ranh giới giữa Tây Ninh và Tp Hồ Chí Minh,

chảy qua trung tâm huyện Củ Chi rồi đổ vào sông Sài Gòn tại xã Phú Hòa Đông, chiều dài rạch khoảng 20km

Địa hình sông có hình lòng máng, sông có độ

dốc nhỏ, phía hạ lưu chịu ảnh hưởng của thủy triều

(6) Rạch Chiếc - Rạch Trau Trảu:

Đây là hệ thống rạch nối liền giữa sông Tắc và sông Sài Gòn với chiều dài

tổng khoảng 11km

7 S.Đồng Nai2 (phân lưu) 2900 16 R Tắc Cua 16000

9 S.Đồng Nai4 (phân lưu) 6000 18 S Đồng Tranh 25000

TT Tên sông, kênh Dài (m) TT Tên sông, kênh Dài

29 R Tư Trang 2200 62 R Nhiêu Lộc - Thị Nghè 9300

30 R Cầu Kinh - R Gia 2300 63 R Tân Hóa - Lò Gốm 7800

(Ngu ồn: Viện KHTL Miền Nam)

Bảng 1 2: Đặc trưng hình thái lưu vực sông

STT S«ng L (Km) FR lv R (kmP

2 P) H R tb R(m) J % B tb (m) D

1.2.1.4 M ạng lưới trạm khí tượng thủy văn

HLĐNSG có khá nhiều trạm mực nước Tuy nhiên, chất lượng và số năm quan

trắc không đều Trạm Vũng Tàu được xem là trạm mực nước ven biển duy nhất

phần hạ lưu, do ít chịu ảnh hưởng của các biến động dòng chảy từ đất liền nên được

xem là trạm biên cho yếu tố thuần triều Các trạm Phú An trên sông Sài Gòn, Nhà

Bè, Biên Hòa trên sông Đồng Nai, Gò Dầu Hạ, Bến Lức trên sông Vàm Cỏ Đông, được xem là các trạm đo dài năm trên sông chính Ngoài ra, trên các sông này cũng còn một vài trạm khác ngắn tài liệu hơn và một số trạm được bố trí trên các kênh

rạch nội đồng

Bảng 1 3: Danh sách trạm mực nước hạ lưu sông Đồng Nai Sài Gòn

Ngu ồn : Viện Khoa học Thủy lợi Miền nam

Đa số các trạm mực nước phần hạ lưu có cao độ chính thức theo hệ thống

Quốc gia Trong báo cáo này, mực nước được sử dụng theo hệ cao độ Hòn Dấu,

thấp hơn hệ cao độ Mũi Nai (Hà Tiên) 167 mm

1.2.1.5 Đặc điểm thủy văn

a Dòng ch ảy năm

Mùa dòng chảy trên lưu vực sông Đồng Nai –Sài Gòn (LVSDNSG) biến động

phức tạp theo thời gian và không gian do biến động của mùa mưa và chụi ảnh hưởng của chế độ vận hành các hồ chứa phía thượng nguồn

Theo thời gian, dòng chảy được phân chia thành hai mùa rõ rệt, với mùa lũ thường chậm hơn mùa mưa 1-2 tháng và mùa kiệt trùng với mùa khô Hàng năm, mùa lũ bắt đầu từ tháng VI và kết thúc vào tháng XI, kéo dài 6 tháng Tuy nhiên,

thời gian này không đều ở từng vùng Mùa kiệt thường duy trì trong khoảng từ tháng XII-V, với tháng kiệt nhất rơi vào tháng III hoặc IV, thậm chí tháng V Tùy

cấp diện tích lưu vực nhưng nhìn chung sự chênh lệch dòng chảy lũ-kiệt rất lớn từ 5-20 lần thậm chí hơn Sự chênh lệch giữa ngày kiệt nhất và lũ cao nhất vì thế càng

lớn hơn nhiều từ 50-200 lần thậm chí 500 lần Sự phân hóa mạnh mẽ giữa dòng

chảy hai mùa dẫn đến hướng khai thác nguồn nước trên toàn lưu vực là phải bằng các hồ chứa điều tiết có chu kỳ dài, ít ra là điều tiết năm Một hệ thống khai thác

kiểu bậc thang trên hệ thống sông là rất có lợi về mặt sử dụng tài nguyên nước Theo không gian, cũng như chế độ mưa, chế độ dòng chảy trên lưu vực cũng

có sự phân hóa rất sâu sắc Mô đun dòng chảy trung bình toàn LVSĐN khoảng 25 l/s.kmP

Ngu ồn: Viên KHTL Miền Nam

Hình 1 3: Mô đun dòng chảy trung bình nhiều năm LVSĐN

Lưu vực Vàm Cỏ Đông, hạ lưu Đồng Nai-Sài Gòn là nơi cho mô đun dòng

chảy nhỏ nhất trên lưu vực, khoảng 15-20 l/s.kmP

2

P

Ở các vùng hẹp hơn, mô đun có thể đạt đến 45 l/s.kmP

2

P

hoặc hơn Đây cũng là những vùng cho hiệu suất dòng chảy cao nhất, từ 45-50% lượng mưa năm Hạ lưu vực La Ngà, thượng Đa Nhim-Đa Dung có mô đun dòng chảy 28-35 l/s.kmP

2

P

Hạ lưu sông Bé, các sông suối nhỏ ven hạ lưu dòng chính Đồng Nai, thượng lưu sông Sài Gòn, có

mô đun dòng chảy thuộc loại trung bình, từ 22-28 l/s.kmP

Đỉnh lũ hàng năm thường xuất hiện trùng vào thời gian cho lưu lượng tháng

lớn nhất, nghĩa là từ tháng VIII-X Xu thế chung là vùng trung lưu Đồng Nai, La Ngà có đỉnh lũ xuất hiện sớm hơn cả, đa phần vào tháng VIII, IX Vùng sông Bé, sông Sài Gòn và sông Vàm Cỏ thường cho đỉnh lũ vào tháng IX, X Thượng lưu Đồng Nai và các sông vùng ven biển cho đỉnh lũ muộn hơn cả, từ tháng X-XI, thậm chí tháng XII Tuy nhiên, ở một vài lưu vực nhỏ, khi vào năm dạng mưa địa hình chiếm ưu thế hơn dạng mưa hệ thống, thì đôi khi lại cho đỉnh lũ rất sớm, vào tháng

V, VI

Mực nước lũ trên các sông lên xuống ở mức vừa phải, vào khoảng 0,5-1,0 m/giờ ở các lưu vực nhỏ và 0,1-0,3 m/giờ ở các lưu vực lớn

Tùy cấp diện tích lưu vực, module đỉnh lũ trung bình hàng năm của các sông

suối ở LVĐNSG chỉ vào khoảng 300-1000 l/s.kmP

1 Đặc điểm thủy triều

Mực nước biển dao động liên tục theo thủy triều, theo chu kỳ ngày đêm, tháng, năm và nhiều năm, dao động ngày đêm đóng vai trò quyết định trực tiếp có liên quan đến chế độ dòng chảy trên biển vùng cửa sông và trong sông Dạng triều khu vực sông Đồng Nai Sài Gòn dạng bán nhật triều Biên độ dao động lớn khoảng 2- 3 m Mực nước triều tại Đồng Tranh vµ mực nước triều tại Vùng Tàu cã hệ số tương quan đạt 95%

Hình 1 4: Di ễn biến thủy triều vùng cửa sông Đồng Tranh tháng 10-2000

2 S ự truyền triều trong sông và nội đồng

Chế độ nước vùng hạ du sông Đồng Nai-Sài Gòn phụ thuộc vào chế độ nước

của thượng nguồn, sự truyền triều vào sâu trong sông, mưa và dòng chảy cục bộ, ảnh hưởng của gió chướng và nước dâng và hoạt động của con người vùng hạ du

(xây dựng cầu, đập, các công trình chỉnh trị sông, tuyến đê, đào kênh,nạo vét sông

Do thủy triều thay đổi thay đổi theo theo chu kì ngày, chu kì tháng và chu kì

năm, nên lưu lượng triều cũng thay đổi theo các chu kỳ trên

1.2.2.1 Dân cư đô thị

Tỷ lệ dân cư đô thị và đô thị hóa là 40,3%, trong đó TP Hồ Chí Minh là 74% Riêng vùng này đã chiếm 33,7% tổng số dân đô thị cả nước

Mật độ dân số trung bình của lưu vực năm 2009 là 421 người/kmP

Đặc điểm xã hội chính của lưu vực sông Đồng Nai là tính đa dân tộc, đa địa phương và đa ngành nghề Chính điều này đã tạo cho khu vực một tiềm năng to lớn

về nhân lực, vừa đa dạng về thành phần kinh tế, vừa phong phú trong bản sắc văn hóa

1.2.2.2 Cơ sở hạ tầng

Hệ thống đường bộ trong lưu vực sông Đồng Nai khá phát triển với trung tâm

là TP Hồ Chí Minh Quốc lộ 1 nối TP Hồ Chí Minh và Hà Nội, đi qua Biên Hòa, Phan Thiết và Phan Rang Quốc lộ 20 nối TP Hồ Chí Minh và Đà Lạt, đi qua Bảo

Lộc-Di Linh, và cũng từ Đà Lạt xuống Phan Rang để ra Hà Nội

Hệ thống đường sắt chạy dọc Quốc lộ 1 nối TP Hồ Chí Minh và Hà Nội Vận chuyển đường sắt tuy tầm quan trọng nhưng còn nhiều hạn chế do tốc độ, số lượng đầu máy và cơ sở hạ tầng kèm theo

Trên lưu vực có 2 cảng đường thủy lớn là Sài Gòn và Vũng Tàu Cảng Sài Gòn có năng lực bốc dỡ 3 triệu tấn/năm, đóng vai trò quan trọng trong các hoạt động kinh tế phía Nam

Trên lưu vực có 2 sân bay là Tân Sơn Nhất và Liên Khương Sân bay Tân Sơn

Nhất lớn nhất cả nước, đóng vai trò là cửa ngõ thông thương với quốc tế

1.2.2.3 Đặc điểm kinh tế

Lưu vực sông Đồng Nai có một vị trí quan trọng đặc biệt trong nền kinh tế

quốc dân với tỷ trọng là 14,2% trong nông nghiệp và 53,5% trong công nghiệp so

với tổng sản phẩm cả nước Giá trị xuất khẩu ngoại thương đạt 21,7% cả nước Khu

tứ giác kinh tế TP Hồ Chí Minh-Biên Hòa-Vũng Tàu-Bình Dương đóng vai trò như

một vùng phát triển kinh tế then chốt ở nước ta Khai thác dầu khí và chế biến sản

phẩm là thế mạnh ở vùng này Đây cũng là nơi có nền sản xuất công nghiệp và hàng hóa chất lượng cao dành cho xuất khẩu và cho các nơi khác trong cả nước Những

sản phẩm công nghiệp chính ở đây là hàng điện tử, gia dụng, dệt may, xe máy, chế

biến nông phẩm và thủy hải sản

Bên cạnh đó Lưu vực sông Đồng Nai còn có một vị trí quan trọng trong sự phát triển chung của cả nước bởi: (i) tốc độ đô thị hóa cao và vùng đô thị hóa mở

rộng nhanh, (ii) có khả năng tiếp nhận một số lượng lớn dân từ các nơi khác trong

cả nước vào các vùng kinh tế mới và các vùng đô thị, (iii) cơ cấu đô thị hóa tập trung cao, (iv) hệ thống đường bộ và đường sắt nối thông với cả nước, hệ thống

cảng sông-biển có khả năng tiếp nhận và vận chuyển hàng hóa ra các nước trên thế

giới bằng đường thủy

Các tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận, Bà Rịa Vũng Tàu và một phần của TP Hồ Chí Minh có nguồn thủy sản đánh bắt trên biển và vùng nước lợ, với tổng sản lượng 240.000 tấn hải sản các loại (năm 2009) Ngoài ra nghề làm nước mắm cũng đem

lại giá trị sản phẩm thủy sản cao ở các tỉnh ven biển

c Lâm nghi ệp

Lưu vực sông Đồng Nai là nơi còn nhiều rừng với chất lượng tốt Rừng được khai thác chủ yếu để lấy gỗ và làm chất đốt Diện tích rừng là 194.971,3 ha, trong

đó rừng tự nhiên là 155.804,6 ha, rừng trồng là 45.574,2 ha Ngoài ra, lưu vực hiện

có hơn 9.000 ha rừng nằm ngoài quy hoạch lâm nghiệp, do các đơn vị lực lượng vũ trang và các tổ chức, hộ gia đình đang quản lý, sử dụng Trong 3 năm vừa qua, do

chủ trương đóng cửa rừng của chính phủ mà việc khai thác rừng giảm Bên cạnh đó

diện tích rừng trồng cũng ngày càng được mở rộng, đặc biệt là rừng cao su và rừng đặc dụng

CHƯƠNG 2: THIẾT LẬP BÀI TOÁN VÀ LỰA CHỌN CÁC MÔ HÌNH MÔ

PH ỎNG PHÙ HỢP VỚI MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

2 1 THIẾT LẬP BÀI TOÁN

Các hồ chứa trên hệ thống sông Đồng Nai – Sài Gòn khi xây dựng và đi vào vận hành đều có những nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng chế độ vận hành của các hồ chứa đến hạ du, tuy nhiên những nghiên cứu mới chỉ dừng lại đánh giá ảnh hưởng chế độ vận hành riêng lẻ của từng hồ đến hạ du mà chưa xem xét sự ảnh hưởng của của cả hệ thống đến hạ du Do vậy trong luận văn sẽ tiếp cận nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ vận hành của cả hệ thống đến hạ du

Bài toán sẽ gồm 2 phần

Phần 1 thiết lập chế độ vận hành của các hồ chứa trên hệ thống

Phần 1 có thể được phát biểu như sau: Gọi X(t) là véc tơ các thông tin vào, X(t) = ( x1(t), x2(t), , xn1(t)); U(t) là véc tơ điều khiển, U(t) = ( u1(t), u2(t), , un2(t)); Y(t) là véc tơ các thông tin ra, Y(t) = ( y1(t), y2(t), , yn3(t)) ; Z(t) là véc tơ biến trạng thái, Z(t) = ( z1(t), z2(t), , zn4(t)); A là véc tơ thông số cấu trúc của hệ thống, A = (a1, a2, , an)

Trong đó:

+ X(t): dòng chảy đến hồ chứa (bao gồm lưu lượng, mưa và tổn thất, yêu cầu cấp nước ưu tiên của hệ thống (dòng chảy tối thiểu)

+ U(t): Cửa van, tuốc bin,

+ Y(t): Công suất và điện năng của từng hồ

+ Z(t): mực nước từng hồ ở đầu thời điểm tính toán

+ A: các thông số thiết kế hồ chứa, mạng lưới sông suối Ràng buộc hệ thống hồ chứa (như cao trình đỉnh đập, lưu lượng xả tối đa, )

Thì mô hình mô phỏng hệ thống sẽ có dạng :

Y(t) = F(X(t), U(t), Z(t), A)

Xác định vecto Y(t) của từng hồ đánh giá khả năng cấp nước của từng hồ trong hệ thống, xác định lưu lượng xả của các hồ nằm dưới cùng của hệ thống làm

số liệu đầu vào để đánh giá ảnh hưởng chế độ vận hành của các hồ đến hạ du

Phần 2 lấy kết quả tính toán phần 1 làm đầu vào cho tính toán toán thủy lực hạ

du

Sơ đồ tổng quát của bài toán được trình bày trên hình 2.1

Hình 2 1 : Sơ đồ khối tính toán đánh giá ảnh hưởng vận hành hồ chứa

2.2 PHÂN TÍCH, L ỰA CHỌN CÔNG CỤ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG

Trong nghiên cứu các quá trình thủy lực, thủy văn ta gặp ba loại mô hình hóa

chủ yếu sau đây: mô hình vật lý, mô hình tương tự điện và mô hình toán học Mô hình vật lý khôi phục và dự báo bức tranh thủy lực theo tỷ lệ thu nhỏ của vùng nghiên cứu Để có được một mô hình vật lý, chúng ta phải đầu tư rất nhiều thời gian, kinh phí và địa điểm xây dựng Mô hình tương tự điện cũng cho bức tranh

thủy lực nhưng trong một phạm vi hẹp hơn và thường là cho từng công trình cụ thể

nhờ sự tương tự giữa các phương trình mô tả dòng điện, các phương trình mô tả dòng chảy và chủ yếu sử dụng cho các bài toán thấm Hai loại mô hình này ít mềm

dẻo và khá tốn kém, còn mô hình toán nhờ tính mềm dẻo và kinh tế, nó thích ứng cho nhiều bài toán với các kích cỡ khác nhau, điều kiện khác nhau, thời gian khác

nhau và đặc biệt là với các bài toán về quy hoạch và thiết kế ta có thể thay đổi phương án một cách dễ dàng

Trong những năm gần đây, nhờ sự hoàn thiện của các thế hệ máy tính, đặc

biệt là máy tính cá nhân, công nghệ thông tin và công nghệ thông tin địa lý (GIS),

mô hình toán học đã là một công cụ đắc lực cho các nhà quy hoạch và quản lý nguồn nước Với sự bùng nổ của khoa học và công nghệ trên toàn thế giới mà nước

ta không là ngoại lệ, việc sử dụng mô hình toán trong các bài toán thực tế giúp rút ngắn thời gian, giảm bớt công sức và tiền của mà kết quả tính toán vẫn đạt được độ chính xác cần thiết Việc lựa chọn mô hình từ những mô hình hiện có phục vụ cho bài toán vận hành liên hồ chứa phụ thuộc vào một số yếu tố sau:

+ Phù hợp với mục đích

+ Có khả năng thương mại và giá cả

+ Linh hoạt và dễ sử dụng

Do đó bộ mô hình phải đáp ứng được các yêu cầu tối thiểu sau:

 Tính toán quá trình dòng chảy trên các tiểu lưu vực từ số liệu mưa

 Mô phỏng mực nước, lưu lượng dòng chảy trên hệ thống sông

 Mô phỏng hoạt động của các hồ chứa chính phục vụ cho cấp nước, thủy điện,

 Xem xét xu hướng của lượng mưa và dòng chảy trong lưu vực do sự thay đổi khí hậu gây ra

 Có khả năng mô phỏng các tác động của các phương án vận hành hồ đối với dòng chảy sông

 Cho ra nhiều loại kết quả, chuỗi thời gian về dòng chảy sông và đường quá trình lưu lượng, mực nước

 Mô hình cho phép trình bày bằng đồ họa hoặc bảng biểu các kết quả mô hình kết hợp Khuôn thức phải linh họat cho phép thực hiện các thao tác xuất khẩu dữ liệu hoặc kết nối với các phần mềm khác, ví dụ: phần mềm

sọan thảo văn bản

 Mô hình có thể chạy tốt trên máy vi tính có dung lượng hạng trung bình vận hành trên hệ điều hành Windows XP

 Mô hình có thể kiểm tra các dữ liệu đã được thu thập về mặt lịch sử

 Mô hình đã được nhiều đơn vị trong nước và nước ngoài sử dụng cho lưu vực nghiên cứu

Căn cứ theo các tiêu chí nêu trên và tình hình ứng dụng các mô hình toán trong nghiên cứu ở Việt Nam những năm gần đây, luận văn lựa chọn các mô hình tính toán vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Đồng Nai – Sài Gòn mùa cạn bao gồm:

1 Tính toán lưu lượng gia nhập khu giữa bằng mô hình NAM

2 Mô phỏng các kịch bản vận hành hệ thống hồ chứa bằng mô hình Ressim

Hec-3 Mô hình MIKE 11

2.3 TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH ĐƯỢC CHỌN

2.3.1 Mô hình NAM

 Ngu ồn gốc, xuất xứ của mô hình:

Mô hình NAM được viết tắt từ chữ Đan Mạch Nedbor – Afstromming - Model, nghĩa là mô hình mưa - dòng chảy Mô hình NAM thuộc loại mô hình tất định, thông số tập trung, và là mô hình mô phỏng liên tục Mô hình NAM hiện nay được sử dụng rất nhiều nơi trên thế giới và gần đây cũng hay được sử dụng ở Việt Nam Đây là mô hình quan niệm, mô tả đặc tính vật lý của lưu vực, trên cơ sở đó tính toán dòng chảy từ mưa NAM là mô đun trong bộ phần mềm MIKE do Viện Thủy lực Đan Mạch DHI phát triển Điểm mạnh của mô hình là có một giao diện rất thuận tiện, kết nối với GIS và có chức năng tự động hiệu chỉnh thông số của mô hình Nam là mô hình thông số tập trung, thông số và biến số trình bày giá trị trung bình cho toàn bộ lưu vực

Kết quả thông số cuối cùng được xác định dựa trên so sánh giữa dòng chảy tính toán và dòng chảy thực đo Sau khi kết thúc quá trình mô phỏng, NAM sẽ cung cấp đầu vào cho mô hình Hec-Ressim

Mô hình NAM là mô hình thuỷ văn mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy diễn ra trên lưu vực Là một mô hình toán thủy văn, mô hình NAM bao gồm một tập hợp các biểu thức toán học đơn gian để mô phỏng các quá trình trong chu trình thuỷ văn Mô hình Nam là mô hình nhận thức, tất định, thông số tập trung Đây là một mođun tính mưa từ dòng chảy trong bộ phần mềm thương mại MIKE 11 do Viện Thủy lực Đan Mạch xây dựng và phát triển

Hình 2 2: Sơ đồ mô phỏng cấu trúc mô hình NAM

Mô hình NAM mô phỏng quá trình mưa – dòng chảy một cách liên tục thông qua việc tính toán cân bằng nước ở bốn bể chứa thẳng đứng, có tác dụng qua lại lẫn nhau để diễn tả các tính chất vật lý của lưu vực Các bể chứa đó gồm:

 Bể tuyết (chỉ áp dụng cho vùng có tuyết)

Mô hình NAM đơn bao gồm 9 thông số cần được hiệu chỉnh:

Bảng 2 1: Các thông số hiệu chỉnh của mô hình NAM

LRmax

Lượng nước tối đa trong bể chứa tầng rễ cây LR max Rcó thể gọi là lượng ẩm tối đa của tầng rễ cây để thực vật có thể hút để thoat hơi nước

URmax

Lượng nước tối đa trong bể chứa mặt Lượng trữ này có thể gọi

là lượng nước để điền trũng, rơi trên mặt thực vật, và chứa trong vài Cm của bề mặt của đất

CQOF Hệ số dòng chảy mặt (0 ≤ CQOF ≤ 1) CQOF quyết định sự

phân phối của mưa hiệu quả cho dòng chảy ngầm và thấm

TOF

Giá trị ngưỡng của dòng chảy mặt (0 ≤ TOF ≤ 1) Dòng chảy mặt chỉ hình thành khi lượng ẩm tương đối của đất ở tầng rễ cây lớn hơn TOF

TIF

Giá trị ngưỡng của dòng chảy sát mặt (0 ≤ TOF ≤ 1) Dòng chảy sát mặt chỉ được hình thành khi chỉ số ẩm tương đối của tầng rễ cây lớn hơn TIF

TG

Giá trị ngưỡng của lượng nước bổ sung cho dòng chảy ngầm (0

≤ TOF ≤ 1) Lượng nước bổ sung cho bể chứa ngầm chỉ được hình thành khi chỉ số ẩm tương đối của tầng rễ cây lớn hơn TG

CKIF

Hằng số thời gian của dòng chảy sát mặt CKIF cùng với Umax quyết định dòng chảy sát mặt Nó chi phối thông số siễn toán dòng chảy sát mặt CKIF >> CK12

Thông số mô hình Mô tả

chứa ngầm được tạo ra sử dụng mô hình bể chứa tuyến tính với hằng số thời gian CKBF

 Bao gồm chương trình nạp lại nước ngầm

 Đơn giản dễ sử dụng

 Liên kết trực tiếp với Mike Basin và Mike 11

 Phù hợp với điều kiện ở Việt Nam

 Việc phát triển hiện nay được DHI đảm bảo

 Kết nối với cơ sở dữ liệu chung và hệ thống thông tin địa lý GIS

 Liên kết tốt với các chương trình DHI khác

 Có thể tích hợp trong một hệ thống ra quyết định

 Có thể chuyển đổi với các mô hình khác như HEC, ISIS

2.3.2 Mô hình Hec-ResSim

 Ngu ồn gốc, xuất xứ của mô hình:

Hec-ResSim là mô hình mô phỏng hệ thống hồ chứa của Trung tâm Kỹ thuật Thủy văn (HEC), Cục Công binh Mỹ Đây là dạng mô hình mô phỏng hệ thống diễn toán dòng chảy sông ngòi theo trình tự từ thượng lưu xuống hạ lưu Mô hình có thể

mô phỏng một hoặc nhiều hồ chứa làm nhiệm vụ phòng lũ, cấp nước, phát điện, v.v Các yêu cầu về nước có thể được chỉ định tại hồ và tại vị trí ở hạ du (gọi là các điểm kiểm soát) Các yêu cầu về nước có thể được đáp ứng từ một hoặc nhiều hồ chứa ở thượng lưu dựa trên dữ liệu đầu vào Việc vận hành hệ thống hồ chứa để đáp ứng yêu cầu về nước được thực hiện thông qua các ràng buộc về điều kiện vật lý, các mực nước và dung tích đặc trưng của hồ chứa, các quy tắc vận hành,

Hình 2 3: Giao diện khi khởi động mô hình Hec-ResSim

Mô hình Hec-ResSim được cấu tạo bởi 3 mô đun chính:

- UMôđun thiết lập lưu vực (Watershed Setup)U:

Người sử dụng có thể thiết lập và định nghĩa lưu vực nghiên cứu cho các ứng dụng khác nhau thông qua môđun này Một lưu vực được định nghĩa bao gồm: hệ thống sông suối, các công trình thủy lợi (hồ chứa, đập, kênh dẫn ) và vùng bị ảnh hưởng ngập lụt Trong môđun này các hạng mục công trình được miêu tả bởi các tính chất vật lý Ngoài ra người sử dụng có thể nhập một bản đồ từ ngoài vào để thiết lập một lưu vực mới

- UMôđun mạng lưới hồ (Resevoir Network)U:

Trong môđun này, dựa vào một sườn chung đã xác định ở môđun thiết lập lưu vực để hoàn chỉnh hệ thống mạng lưới hồ chứa Trong môđun này các nút, các đoạn sông, mạng lưới công trình được đưa thêm vào để tạo thành một mối liên hệ chung giữa các yếu tố trong hệ thống mạng lưới hồ chứa Ngoài ra các số liệu mô tả tính chất vật lý, vận hành của các yếu tố, và các phương án tính toán của bài toán cũng được khai báo trong môđun này Khi hoàn thành xác định sơ đồ mạng lưới, khai báo các tính chất vật lý của các thành phần trong hệ thống thì tiến hành đặt các phương

án cho bài toán bao gồm: khai báo cấu hình (định hình hệ thống), mạng lưới hồ, tập hợp các phương án vận hành, điều kiện ban đầu, chuỗi số liệu đầu vào của từng phương án

- UMôđun mô phỏng (Simulation)U:

Quá trình mô phỏng hệ thống hồ chứa, các tính chất của hệ thống và tính toán theo các phương án đã định ở môđun mạng lưới hồ được thực hiện trong môđun này Trước hết phải thiết lập một cửa sổ thời gian mô phỏng, bước thời gian tính toán, sau đó các thành phần của phương án tính toán sẽ được lựa chọn Chúng ta cũng có thể thay đổi, chỉnh sửa các số liệu trong môđun này Sau khi mô phỏng được thực hiện thì kết quả sẽ được hiển thị thông qua bảng hoặc biểu đồ, chuỗi số liệu kết quả được lưu trữ bằng một file dạng DSS

Hình 2 4: Sơ đồ cấu trúc mô hình Hec-ResSim

- Mô hình có giao diện đồ họa thân thiện với người sử dụng (GUI) Các thao tác sử dụng mô hình bao gồm nhập dữ liệu, điều chỉnh thông số, chạy mô hình, xuất kết quả đều có thể thực hiện một cách đơn giản

- Mô hình cho phép mô phỏng đầy đủ các thông số và chức năng của hồ chứa

đa mục tiêu

- Mô hình được thiết kế để chạy cho tối đa là 40 hồ chứa, 80 điểm kiểm soát,

40 nhánh chuyển nước, 35 nhà máy,

- Thời đoạn tính toán rất linh hoạt có thể theo giờ, ngày, tuần, tháng

- Các phương pháp diễn toán dòng chảy trên sông gồm: phương pháp hệ số; phương pháp Muskingum, phương pháp Muskingum-Cunge lòng dẫn 8 điểm, phương pháp Muskingum Cunge lòng dẫn lăng trụ, phương pháp Puls hiệu chỉnh, phương pháp SSARR, phương pháp R&D

- Mô hình được thiết kế để có thể vận hành kiểm soát lũ cho các công trình có cửa hoặc không có cửa điều khiển Các hồ chứa có cửa điều khiển được vận hành cho mỗi thời đoạn để phòng lũ cho hạ du và tháo dung tích kiểm soát lũ càng nhanh càng tốt mà không làm vượt mức dòng chảy tối đa ở một hoặc nhiều điểm dưới hạ

du

- Mô hình được thiết kế để phát điện đáp ứng yêu cầu về công suất đảm bảo

do người sử dụng đưa ra Khi người sử dụng không đưa ra yêu cầu về công suất bảo đảm thì mô hình sẽ tối đa hóa sản lượng điện phát hàng năm Mô hình cũng có thể

mô phỏng các công trình tích năng

- Đặc điểm nổi bật của mô hình là vận hành hệ thống hồ chứa Mô hình có thể vận hành hệ thống hồ chứa làm nhiệm vụ cấp nước, phòng lũ và phát điện dựa trên các mức cân bằng dung tích của hệ thống hồ chứa Phương pháp mặc định của mô hình là phương pháp Ẩn cho phép vận hành hệ thống hồ chứa theo tỉ lệ dung tích tương đương Ngoài ra mô hình cho phép người sử dụng điều chỉnh mức cân bằng dung tích (phương pháp Hiện) theo ý muốn

- Mô hình quản lý dữ liệu vào và ra trong cơ sở dữ liệu HEC-DSS vì vậy có tính liên thông với mọi phần mềm thủy văn, thủy lực họ HEC và các phần mềm của khác

Kế hoạch điều hành của hầu hết hồ chứa được mô tả bằng đường mực nước mục tiêu thay đổi theo mùa còn gọi là Guide Curve (đường điều phối) Phần dung tích hồ chứa nằm phía trên đường này thường là dung tích phòng lũ Dung tích phía dưới đường này gọi là dung tích hữu ích

Việc xác định lưu lượng xả ra khỏi hồ chứa khi đó được dựa vào mực nước hiện tại có quan hệ thế nào với đường điều phối Trong điều kiện cơ bản, nếu mực