Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các công trình thủy lợi, thủy điện đến tình hình lũ lụt lưu vực sông lam

4 MC LC MỤC LỤC 4 DANH MỤC HÌNH ẢNH. BIỂU ĐỒ 6 DANH MỤC BẢNG BIỂU 8 MỞ ĐẦU 9 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN LƢU VỰC SÔNG LAM 10 1.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên 10 1.1.1 Vị trí địa lý 10 1.1.2. Đặc điểm địa hình 12 1.1.3. Đặc điểm địa chất 13 1.1.4. Đặc điểm mạng lƣới sông ngòi trong lƣu vực 13 1.1.5. Đặc điểm khí hậu 15 1.1.6. Đặc điểm khí tƣợng thủy văn 16 1.2. Hệ thống hồ chứa nƣớc trên lƣu vực 22 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 28 2.1. Lựa chọn phƣơng pháp đánh giá ảnh hƣởng của hồ tới dòng chảy lũ 28 2.1.1. Phƣơng pháp thống kê, xử lý số liệu 28 2.1.2. Phƣơng pháp mô hình hóa 29 2.1.3. Lựa chọn phƣơng pháp đánh giá ảnh hƣởng của hồ tới dòng chảy lũ 29 2.2. Cơ sở lý thuyết mô hình NAM, HEC-RESSIM 30 2.2.1. Khối vận hành hồ chứa Error! Bookmark not defined. 2.2.2. Khối diễn toán dòng chảy trong kênh Error! Bookmark not defined. 2.2.3. Mô hình mƣa rào-dòng chảy (NAM) 30 2.2.4. Mô hình HEC-RESSIM 38 CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỔI ĐẶC TRƢNG DÕNG CHẢY LŨ LƢU VỰC SÔNG LAM TRƢỚC VÀ SAU KHI CÓ HỒ 46 3.1. Hệ thống hồ chứa lựa chọn để đƣa vào đánh giá 46 3.1.1. Các tiêu chí lựa chọn công trình 47 3.1.2. Hệ thống hồ chứa đƣa vào mô hình mô phỏng 48 3.2. Đánh giá ảnh hƣởng của hồ chứa đến dòng chảy lũ 49 3.2.1. Thu thập và chỉnh lý số liệu 50 3.2.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 53 5 3.2.3. Mô hình số 54 3.2.4. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình lƣu vực sông Lam 55 3.2.5. Kết quả chạy hoàn nguyên dòng chảy trận lũ năm đã có hồ hoạt động 58 3.2.6. Đánh giá sự biến đổi của đặc trƣng lũ trƣớc và sau khi có hồ 60 3.3. Mô phỏng lũ bằng mô hình HEC – RESSIM lƣu vực sông Lam 61 3.3.1. Tổng hợp xử lý số liệu và thiết lập mô hình 61 3.3.2. Kết quả hiệu chỉnh-kiểm định mô hình 64 Để kiểm định mô hình HEC – RESSIM, luận văn đã tiến hành chọn trận lũ tháng 10 năm 2013 cho quá trình kiểm định. 68 3.3.3. Xây dựng kịch bản và mô phỏng theo mô hình HEC-RESSIM 69 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC 79 6 DANH MNH Hình 1. 1. Bản đồ lƣu vực sông Lam trên lãnh thổ Việt Nam 11 Hình 1. 2. Bản đồ địa hình lƣu vực sông Lam 12 Hình 1. 3. Khả năng xuất hiện lũ vào các tháng trong năm trên lƣu vực sông Cả 17 Hình 1. 4. Vị trí các hồ chứa trên lƣu vực sông Cả 24 Hình 2.1. Cấu trúc của mô hình NAM 31 Hình 2.2. Mô hình nhận thức của mô hình NAM 33 Hình 2.3. Mô hình tính toán của mô hình NAM 34 Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống hồ chứa và các nút mạng tính toán trên lƣu vực sông Lam 49 Hình 3.2. Sơ đồ chia lƣu vực bô phận ƣu vực sông La 51 Hình 3.3. Phần code khai báo của mô hình 54 Hình 3.4. Phần code tính toán các thành phần dòng chảy của mô hình 55 Hình 3.5. Phần code tính toán các thành phần của mô hình trong bể chứa diễn toán và chỉ tiêu Nash- Sutcliffe 55 Hình 3.6. Kết quả hiệu chỉnh tại trạm Con Cuông trận lũ năm 2006 56 Hình 3.7. Kết quả hiệu chỉnh tại trạm Nghĩa Khánh năm 2006 56 Hình 3.8. Kết quả kiểm định tại trạm Con Cuông năm 2007 57 Hình 3.9. Kết quả kiểm định tại trạm Nghĩa Khánh năm 2007 57 Hình 3.10. Kết quả hoàn nguyên tại trạm Con Cuông trận lũ tháng 9 năm 2009 59 Hình 3.11. Kết quả hoàn nguyên tại trạm Con Cuông trận lũ tháng 9 năm 2011 59 Hình 3.12. Sơ đồ hệ thống trong module hệ thống hồ chứa reservoir network 62 Hình 3.13. Đặc tính của hồ Bản Vẽ trong hệ thống 63 Hình 3.14. Đƣa dữ liệu đầu vào mô hình 64 Hình 3.15. Kết quả hiệu chỉnh mô hình hec-ressim tại trạm Con Cuông trận lũ 2010 67 Hình 3.16. Kết quả kiểm định mô hình hec-ressim tại trạm Con Cuông trận lũ 2013 68 Hình 3.17. Đƣờng tần suất lƣu lƣợng lũ tại trạm Nam Đàn 70 Hình 3.18. Kết quả mô phỏng lũ tại trạm Cửa Rào của KB1 và KB2 (nút số 3) 71 Hình 3.19. Kết quả mô phỏng lũ tại điểm sau hồ Bản Mồng (nút số 5) 72 7 Hình 3.20. Kết quả mô phỏng sau hồ Thác Muối (nút số 8) 73 Hình 3.21. Kết quả mô phỏng lũ đến trạm Yên Thƣợng (nút số 9) 74 8 DANH MC BNG BIU Bảng 1. 1. Phân bố diện tích lƣu vực một số sông nhánh lớn của lƣu vực sông Lam Error! Bookmark not defined. Bảng 1. 2. Đặc trƣng hình thái lƣu vực sông nhánh lớn của lƣu vực sông Lam 11 Bảng 1. 3. Lƣu lƣợng đỉnh lũ thực đo lớn nhất một số trạm trên lƣu vực sông Cả Error! Bookmark not defined. Bảng 1. 4. Mực nƣớc lũ thực đo tại một số vị trí 18 Bảng 1. 5. Mức báo động lũ dọc sông Cả 22 Bảng 1. 6. Các hồ chứa lớn trên lƣu vực sông Lam: 26 Bảng 3. 1. Danh mục các công trình hồ chứa trên lƣu vực sông Lam đƣợc lựa chọn 48 Bảng 3. 2. Trọng số mƣa và diện tích các tiểu lƣu vực trong lƣu vực sông Lam 52 Bảng 3. 3. Mực nƣớc đón lũ các hồ trong hệ thống Error! Bookmark not defined. 9 M U Những năm gần đây ở Miền Trung nƣớc ta, thiên tai lũ lụt và hạn hán xảy ra nhiều hơn, với mức độ trầm trọng hơn. Đặc biệt là năm 2007 (có tới 5 trận lũ xảy ra liên tiếp trong vòng 1 tháng) gây thiệt hại nặng nề về ngƣời và của cho các tỉnh miền Trung, trong đó có nhiều huyện nhƣ Quế Phong, Quỳ Châu, Nghĩa Đàn tỉnh Nghệ An thuộc lƣu sông Cả. Ngoài các nguyên nhân khách quan do thời tiết, khí hậu, còn có những nguyên nhân chủ quan khác nhƣ khả năng dự báo mƣa lũ trung và dài hạn chƣa tốt, sự phối hợp quản lý, vận hành các hồ chứa hiện có trên các lƣu vực sông chƣa hợp lý. Trên lƣu vực hệ thống sông Lam đã và đang xây dựng nhiều hồ chứa nƣớc lớn nhƣ hồ chứa Bản Mồng trên sông Hiếu, hồ sông Sào trên sông Sào (nhánh đổ vào sông Hiếu), hồ chứa Bản Vẽ, hồ chứa Khe Bố trên sông Cả, và hồ Thác Muối trên sông Giăng. Đây đều là các hồ chứa đa mục tiêu: phòng lũ, phát điện, cấp nƣớc cho các ngành kinh tế trên lƣu vực sông Cả. Khi những hồ chứa đi vào hoạt động, chúng gây ra những ảnh hƣởng rất lớn đến chế độ dòng chảy trên lƣu vực, đặc biệt là dòng chảy lũ. Để đƣa ra đƣợc một cái nhìn khái quát về ảnh hƣởng của các hồ chứa đến sự thay đổi của các đặc trƣng lũ thì việc nghiên cứu sự thay đổi của dòng chảy lũ khi các hồ tiến hành điều tiết trong mùa lũ là rất cần thiết. Đánh giá đƣợc tác động của hồ chứa đến dòng chảy trong mùa lũ giúp đƣa ra đƣợc các giải pháp vận hành hồ nhằm giảm nhẹ các thiệt hại cho kinh tế - xã hội và mội trƣờng. Với ý nghĩa đó, Tác giả đã lựa chọn Đề tài luận văn “Nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng của các công trình thủy lợi, thủy điện đến tình hình lũ lụt lƣu vực sông Lam ” 10 CH 1.1.   1.1.1 Vị trí địa lý Lƣu vực sông Lam nằm ở vùng Bắc Trung bộ, có toạ độ địa lý từ 18 0 15' đến 20 0 10'30'' vĩ độ Bắc; 103 0 45'20'' đến 105 0 15'20'' kinh độ Đông. Điểm đầu của lƣu vực nằm ở toạ độ 20 0 10'30'' vĩ độ Bắc; 103 0 45'20'' kinh độ Đông. Cửa ra của lƣu vực nằm ở toạ độ 18 0 45’27” vĩ độ Bắc; 105 0 46’40” kinh độ Đông (xem hình 1.1). Điểm sông Cả chảy vào đất Việt Nam tại Biên giới Việt Lào trên dòng Nậm Mô có toạ độ: 19 0 24'59'' vĩ độ Bắc; 104 0 04'12'' kinh độ Đông. Sông Cả là sông chính của hệ thống sông Lam, một trong 9 hệ thống sông lớn của nƣớc ta. Sông bắt nguồn từ nƣớc bạn Lào, chảy qua hầu hết địa phận tỉnh Nghệ An, đƣợc gọi là sông Cả. Đến hạ lƣu vùng Nam Đàn (tại Chợ Tràng) sông tiếp nhận nhánh sông La từ Hà Tĩnh chảy sang. Từ ngã ba này ra tới biển sông đƣợc gọi là sông Lam. Nhánh sông lớn của sông Cả là sông Hiếu. Sông Hiếu thuộc địa phận phía Bắc và Tây Bắc của lƣu vực chảy qua vùng đồi núi cao huyện Quế Phong, Quỳ Châu và đồi núi thấp của các huyện Nghĩa Đàn, Quỳ Hợp, Tân Kỳ đổ vào sông Cả tại Ngã ba cây Chanh. Sông Ngàn Phố, Ngàn Sâu chảy từ vùng đồi núi cao của hai huyện Hƣơng Sơn và Hƣơng Khê gặp nhau Linh Cảm tạo nên dòng sông La rồi chảy vào sông Cả ở Chợ Tràng. Bốn lƣu vực sông nhánh lớn của sông Cả là Nậm Mô, sông Hiếu, sông La, sông Giăng có tổng diện tích chiếm 50% diện tích toàn bộ lƣu vực sông đóng góp một phần đáng kể vào nguồn nƣớc sông Cả. Đặc trƣng hình thái lƣu vực sông của một số sông nhánh lớn và dòng chính sông Cả đƣợc tóm tắt trong Bảng 1.1 11 Bảng 1. 1. Đặc trƣng hình thái lƣu vực sông nhánh lớn của lƣu vực sông Lam TT Lƣu vực F (km 2 ) L sông (km) Độ cao bq (m) Độ dốc bqlv (%o) B pq km/km 2 Mật số lƣới sông km/km 2 Hệ số không đối xứng Hệ số hình dạng lƣu vực 1 Sông Cả 17.900 418 294 1,83 89 0,60 -0,14 0,29 2 S. Nậm Mô 3.970 173 960 2,57 38,2 0,22 0,27 3 Sông Hiếu 1.050 227 492 1,72 15,8 -0,09 0,24 4 Sông Giăng 5.340 228 303 1,30 32,5 0,71 0,02 0,20 Hình 1. 1. Bản đồ lƣu vực sông Lam trên lãnh thổ Việt Nam 12 1.1.2. Đặc điểm địa hình Lƣu vực sông Lam có thể phân chia 3 dạng địa hình (xem hình 1.2): Vùng đồi núi cao: Vùng này thuộc 7 huyện miền núi của Nghệ An bao gồm: Kỳ Sơn, Con Cuông, Thanh Chƣơng, Quế Phong, Quỳ Châu, Quỳ Hợp, và Nghĩa Đàn. Đây là vùng đồi núi cao gồm các dãy núi chạy dài theo hƣớng từ Đông Bắc xuống Tây Nam, tạo nên những thung lũng sông hẹp và dốc nối hình thành những sông nhánh lớn nhƣ Nậm Mô, Huổi Nguyên, sông Hiếu, sông Giăng. Xen kẽ với những dãy núi lớn thƣờng có những dãy núi đá vôi nhƣ ở thƣợng nguồn sông Hiếu. Hình 1. 2. Bản đồ địa hình lƣu vực sông Lam Vùng trung du: Bao gồm các huyện nhƣ Anh Sơn, Tân Kỳ, một phần đất đai huyện Thanh Chƣơng. Diện tích đất đai vùng trung du thƣờng hẹp nằm ở hạ lƣu các sông nhánh lớn của sông Cả. Đây là vùng đồi trọc với độ cao từ 300  400m xen kẽ là đồng bằng ven sông của các thung lũng hẹp có độ cao từ 15  25m. Diện tích 13 canh tác chủ yếu tập trung ở các thung lũng hẹp hạ du các sông suối. Vùng này chịu ảnh hƣởng của lũ khá mạnh nhất là những trận lũ lớn, đất thƣờng bị xói mòn, rửa trôi mạnh, lớp đất sỏi cát thƣờng bị nƣớc lũ mang về, bồi lấp diện tích canh tác vùng ven bãi sông gây trở ngại cho sản xuất. Vùng đồng bằng hạ du sông Cả: Vùng này có độ cao mặt đất từ 6  8m ở vùng tiếp giáp với vùng đồi núi thấp, hoặc từ 0,5 2,0m ở vùng ven biển. Vùng đồng bằng thƣờng bị chia cắt bởi hệ thống sông suối hoặc các kênh đào chuyển nƣớc hoặc giao thông. Vùng ven biển vừa chịu ảnh hƣởng lũ lại vừa chịu ảnh hƣởng của thuỷ triều. Khi có mƣa lớn ở hạ du gặp lũ ngoài sông chính lớn khả năng tiêu tự chảy kém. Mặt khác do tác động của thuỷ triều, nhất là thời kỳ triều cƣờng gặp lũ lớn thời gian tiêu rút ngắn lại gây ngập úng lâu, nhất là vùng Nam Hƣng Nghi, 9 xã Nam Đàn. Về mùa khô do lƣợng nƣớc thƣợng nguồn về ít và mặn xâm nhập vào khá sâu, những năm kiệt độ mặn xâm nhập tới trên Chợ Tràng 1  2km. 1.1.3. Đặc điểm địa chất Đặc điểm địa chất trong vùng khá phức tạp. Đới Trƣờng Sơn Bắc, đới Phu Hoạt trên lƣu vực sông Hiếu, đới Sầm Nứa thƣợng nguồn sông Lam. Do sự nâng lên và hạ xuống đã tạo nên những nếp đứt gãy phân tầng chạy dọc theo hƣớng Tây Bắc - Đông Nam. Tạo nên sự phân cách riêng biệt giữa hệ thống sông chính và các sông nhánh lớn. Ở miền núi đất đai chủ yếu là đất trầm tích đá quặng chứa nhiều Mica và Thạch Anh có xen kẽ đá vôi. Đất đá vùng trung du chủ yếu là đất đá bị phong hoá mạnh nhƣ đất Bazan xốp nhẹ, đất vùng đồng bằng chủ yếu là đất trầm tích giàu chất sét. 1.1.4. Đặc điểm mạng lưới sông ngòi trong lưu vực Hệ thống sông Lam có mật độ lƣới sông 0,6km/km 2 . Những vùng mƣa lớn nhƣ sông Hiếu, sông Giăng có mật độ lƣới sông cao hơn đạt từ 0,7 0,9 km/km 2 . Các sông suối ngắn và dốc đổ vào dòng chính sông Lam với tổng số 44 sông nhánh [...]... có hồ Các đặc trƣng lũ đƣợc đƣa ra để đánh giá là tổng lƣợng lũ, biên độ lũ, thời gian lũ lên, chân lũ lên, thời gian lũ xuống, đỉnh lũ, cƣờng suất lũ, vận tốc lũ Để đánh giá đƣợc các đặc trƣng lũ khách quan, ta cần số liệu trận lũ, đƣờng quá trình lũ của thời điểm trƣớc và sau khi có hồ để so sánh với nhau Sau đây trình bày một số phƣơng pháp phục vụ đánh giá ảnh hƣởng của hồ tới dòng chảy lũ 2.1.1... pháp mô hình hóa để thực hiện mục tiêu nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng của hồ chứa tới dòng chảy lũ lƣu vực sông Lam 2.2 Cơ sở lý thuyết mô hình NAM, HEC-RESSIM Mục tiêu chính xây dựng mô hình: Xây dựng mô hình NAM để tính toán hoàn nguyên dòng chảy lũ đến trạm sau hồ chứa Mô hình HEC-RESSIM dùng để tính toán mô phỏng điều tiết lũ qua hồ và diễn toán lũ trong trƣờng hợp đoạn sông có hồ chứa Các mô hình. .. tƣởng Các mô hình toán đƣợc nhắc tới sử dụng ở đây gồm mô hình hoàn nguyên lũmô hình mƣa rào-dòng chảy (NAM) và mô hình điều tiết hồ chứa Trong luận văn sử dụng mô hình cụ thể để tính toán hoàn nguyên dòng chảy là mô hình Mike-NAM, mô hình tính toán điều tiết hồ chứa và diễn toán lũ là mô hình HEC-RESSIM 2.1.3 Lựa chọn phương pháp đánh giá ảnh hưởng của hồ tới dòng chảy lũ Để thực hiện đánh giá ảnh hƣởng... đổi của dòng chảy ở từng thời điểm trƣớc hay sau hồ nhƣ các đặc trƣng: tần suất lũ, biên độ lũ trung bình, thời gian lũ lên trung bình, thời gian lũ xuống trung bình, thời gian kéo dài lũ trung bình hay cƣờng suất lũ trung bình Khi này, các giá trị chỉ đánh giá ở dạng trung bình và khái quát, chƣa mang tính cụ thể 2.1.2 Phương pháp mô hình hóa Mục đích của phƣơng pháp mô hình hóa chính là để đánh giá. .. chứa nƣớc Bản Vẽ thuộc công trình Thuỷ điện Bản Vẽ, là công trình đƣợc Chính phủ tập trung đầu tƣ, đƣợc khởi công xây dựng trong năm 2004 Đây là công trình thuỷ điện lớn nhất khu vực Bắc Trung Bộ với công suất 320 MW, đã đƣợc ngăn dòng vào ngày 26-12-2005 Với tổng mức đầu tƣ 5.740 tỷ đồng, Thuỷ điện Bản Vẽ là công trình thuỷ điện lớn, đa mục tiêu Nhiệm vụ chính: phát điện, hoà lƣới điện quốc gia, đồng... giá ảnh hƣởng của hồ chứa tới dòng chảy lũ theo các phƣơng pháp đƣợc nêu trên, cần dựa vào nhiều yếu tố, nhƣng quan trọng nhất là số liệu 29 Theo thống kê, ở lƣu vực sông Lam, có rất nhiều hồ chứa vừa và nhỏ, đa mục tiêu nếu đánh giá từng hồ thì sự tác động của hồ thủy lợi đến dòng chảy rất nhỏ, vì vậy luận văn đã tiến hành lựa chọn các hồ chứa có ảnh hƣởng mạnh đến lƣu vực vào đánh giá (đƣợc thể hiện... tháng VIII, kết thúc vào tháng XI Lũ lớn nhất thƣờng xuất hiện vào tháng X Hình 1 3 Khả năng xuất hiện lũ vào các tháng trong năm trên lƣu vực sông Cả Thời gian truyền lũ trung bình từ Đô Lƣơng tới Yên Thƣợng là 12  18 giờ, trong các trận lũ đặc biệt lớn có thể dƣới 10 giờ Thời gian lũ lên nhanh 3  5 ngày ở các lƣu vực sông lớn, một vài giờ ở lƣu vực sông nhỏ Khi các hình thế gây mƣa tác động mạnh và... năm 2013 Thủy điện Khe Bố khai thác thủy năng sông Cả để phát điện lên lƣới điện quốc gia Theo thiết kế, sản lƣợng điện trung bình hằng năm của nhà máy này đạt hơn 440 triệu KWh Cùng với công trình Thủy điện Bản Vẽ, Thủy điện Khe Bố góp phần điều tiết sự hung hãn của dòng sông Cả về mùa lũ và bảo đảm yêu cầu cấp nƣớc cho hạ du với lƣu lƣợng 95,5 m3/giây về mùa cạn Công suất lắp máy là 100MW.Tổng vốn... điểm lũ Lũ sông Cả có thể chia làm hai thời kỳ chính là lũ tiểu mãn và lũ chính vụ Lũ tiểu mãn vào khoảng tháng V, VI do hoạt động mạnh của tín phong bắc bán cầu và gió mùa Tây Nam Lũ chính vụ vào khoảng tháng IX, X, XI do hoạt động của các hình thế thời tiết gây mƣa lớn Thời gian bắt đầu, kết thúc mùa lũ và thời gian 16 xuất hiện lũ lớn trên dòng chính sông Cả và các dòng nhánh là khác nhau (xem hình. .. lập lƣu vực (Watershed setup): cung cấp 1 sƣờn chung để thiết lập và định nghĩa lƣu vực nghiên cứu cho các ứng dụng khác nhau Một lƣu vực bao gồm hệ thống sông suối, các công trình thuỷ lợi (hồ chứa, đập chắn, dẫn 38 dòng), vùng ảnh hƣởng ngập lụt, … và hệ thống các tram quan trắc đo đạc thuỷ văn, khí tƣợng Trong môđun này khi tổng hợp các hạng mục thì phải mô tả đƣợc tính chất vật lý của lƣu vực Ta . nhẹ các thiệt hại cho kinh tế - xã hội và mội trƣờng. Với ý nghĩa đó, Tác giả đã lựa chọn Đề tài luận văn Nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng của các công trình thủy lợi, thủy điện đến tình hình lũ. Cả 17 Hình 1. 4. Vị trí các hồ chứa trên lƣu vực sông Cả 24 Hình 2.1. Cấu trúc của mô hình NAM 31 Hình 2.2. Mô hình nhận thức của mô hình NAM 33 Hình 2.3. Mô hình tính toán của mô hình NAM. lƣu vực một số sông nhánh lớn của lƣu vực sông Lam Error! Bookmark not defined. Bảng 1. 2. Đặc trƣng hình thái lƣu vực sông nhánh lớn của lƣu vực sông Lam 11 Bảng 1. 3. Lƣu lƣợng đỉnh lũ thực