Tính toán dòng chảy lũ và điều tiết hồ chứa Nước Trong – sông Trà Khúc – Quảng Ngãi

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 1 MỞ ĐẦU 1 1. Ý nghĩa nghiên cứu: 1 2. Nội dung giải quyết của đồ án 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU HỒ CHỨA 3 NƯỚC TRONG 3 1. 1. Đặc điểm tự nhiên. 3 1.1.1. Vị trí địa lý. 3 1.1.2. Đặc điểm địa hình lưu vực. 3 1.1.3. Đặc điểm mạng lưới sông ngòi. 5 1.1.4. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng. 6 1.1.5. Thảm phủ thực vật. 7 1.1.6. Đặc điểm khí hậu. 7 1.1.7. Chế độ thủy văn 8 1.2. Tình hình quan trắc khí tượng thủy văn. 9 1.2.1. Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn. 9 1.2.2. Mạng lưới trạm thủy văn. 10 1.3. Tình hình phát triển dân sinh kinh tếxã hội. 10 1.3.1. Dân cư, dân tộc. 10 1.3.2. Kinh tế. 10 1.4. Tình hình phát triển nguồn nước và vai trò hồ chứa Nước Trong. 11 CHƯƠNG II 12 ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÙNG HỒ CHỨA 12 2.1. Đặc điểm khí tượng 12 2.1.1. Đặc điểm mưa. 12 2.1.2. Phân bố mưa trong năm. 15 2.1.3. Bốc thoát hơi nước. 16 2.1.4. Độ ẩm tương đối. 16 2.1.5. Nắng. 17 2.1.6. Gió. 17 2.2. Đặc điểm thủy văn. 18 2.2.1. Dòng chảy năm và sự biến động dòng chảy năm. 18 2.2.2. Dòng chảy lũ. 20 2.2.3. Dòng chảy kiệt. 22 Chương III: Tính toán dòng chảy lũ cho hồ chứa Nước Trong 23 3.1. Khái quát về mưa lũ thiết kế 23 3.2. Khái quát về dòng chảy lũ và lũ thiết kế 23 3.2.1. Sự hình thành dòng chảy lũ 24 3.2.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến sự hình thành lũ. 24 3.2.3. Các đặc trưng về lũ. 26 3.2.4. Quá trình lũ thiết kế (Qtk). 27 3.2.5. Phương pháp tính lũ thiết kế. 27 3.3. Giới thiệu mô hình HEC HMS. 28 3.3.1. Nguồn gốc của mô hình. 28 3.3.2. Mô phỏng các thành phần lưu vực 29 3.3.3. Khả năng của mô hình. 30 3.3.4. Lý thuyết mô hình. 31 3.4. Ứng dụng mô hình HEC HMS tính toán dòng chảy lũ hồ chứa Nước Trong 50 3.4.1. Xây dựng sơ đồ lưu vực tính toán 50 Chương IV: TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ CHO HỒ CHỨA 63 NƯỚC TRONG 63 4.1. Khái quát về điều tiết lũ. 63 4.2. Phương pháp tính toán điều tiết lũ bằng hồ chứa 64 4.2.1. Nguyên lý cơ bản của điều tiết bằng kho nước. 64 4.2.2. Phân tích đường quá trình xả lũ. 65 4.2.3 Các phương pháp tính toán điều tiết lũ. 66 4.3. Tính toán lũ điều tiết hồ chứa Nước Trong. 67 4.3.1. Số liệu đầu vào. 67 4.3.2. Phương án tính toán. 67 4.3.3. Ứng dụng phương pháp Potapop tính toán điều tiết lũ. 67 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 73

Xin gửi lời cảm ơn tới những người thân cùng toàn thể các bạn trong lớp đãchia sẻ, giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện để em hoàn thành nhiệm vụ học tập, thuthập số liệu cần thiết trong suốt quá trình làm niên luận.

Do đồ án được thực hiện trong thời gian có hạn, tài liệu tham khảo và số liệucòn hạn chế, kinh nghiệm làm việc còn chưa cao nên nội dung của niên luận cònnhiều thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô và củatoàn bộ các bạn sinh viên để niên luận được hoàn thiện hơn và sẽ phát triển lên làm

đồ án

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện

Lại Thị Ngọc Anh

Hình 1.1 Bản đồ mạng lưới sông ngòi tỉnh Quảng Ngãi

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU

Lũ là một pha của chế độ dòng chảy sông ngòi và được coi là đặc trưng củachế độ dòng chảy Dòng chảy lũ biến đổi rất lớn theo thời gian với lưu lượng vànăng lượng vượt quá yêu cầu khai thác và khả năng tải nước của sông Do vậy nó đã

và đang gây rất nhiều tác hải cho con người và môi trường sống trên lưu vực sông

Để hạn chế những tác hại do lũ gây ra, từ ngàn đời xưa đến nay con người đã khôngngừng đấu tranh nhằm phòng tránh và chế ngự dòng chảy như đắp đê, cải tạo lòngsông, phân lũ chậm lũ, bảo vệ rừng, trồng rừng và cải tạo đất, xây dựng các khonước phòng lũ trong đó biện pháp phòng tránh bằng kho nước là biện pháp tích cựcnhất và một loạt hồ chứa đã và đang xây dựng không chỉ với mục đích phòng tránh

lũ mà còn kết hợp với nhiều mục tiêu khác Mặc dù vậy tình trạng lũ lụt vẫn xảy ra,

vì dòng chảy lũ chủ yếu do mưa lớn gây nên, mưa lại là một đại lượng ngẫu nhiênkhó kiểm soát Do đó việc ngiên cứu tính toán lũ trên sông luôn là vấn đề cần thiết

và cần có biện pháp xử lý

Đồ án cập nhật đến vấn đề nghiên cứu biện pháp lũ cho sông Trà Khúc cụ thể

là tính toán dòng chảy và điều tiết lũ cho hồ chứa Nước Trong Một công trình thủy

lợi lớn trên hệ thống sông của tỉnh Quảng Ngãi với đề tài: Tính toán dòng chảy lũ

và điều tiết hồ chứa Nước Trong – sông Trà Khúc – Quảng Ngãi.

1. Ý nghĩa nghiên cứu:

Lưu vực hồ chứa Nước Trong chịu ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới gió mùa,trong năm chia làm hai mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô Lượng mưa tập trung vàomùa mưa chiếm từ 70-75% lượng mưa năm, mưa gây lũ thuộc loại lớn nhất trongvùng duyên hải miền Trung Ngoài ra địa hình lưu vực Nước Trong có dạng hìnhnan quạt, sự hợp lưu tại hai nhánh sông cùng bắt nguồn từ tâm mưa lớn, khả năngtập trung lũ nhanh và dễ tạo nên sự tổ hợp lũ Từ điều kiện địa hình lưu vực, khảnăng tập trung nước trong mạng lưới sông nhanh cộng với lượng mưa lũ cường độcao tạo nên cường độ lũ tương đối khốc liệt Vì vậy mà hồ chứa Nước Trong đượcxây dựng ngoài những mục đích khác, một nhiệm vụ của hồ này còn nhằm mụcđích cắt lũ, giảm nhẹ lũ cho hạ du Trong đồ án đưa ra tính toán dòng chảy lũ vàđiều tiết hồ chứa Nước Trong

2. Nội dung giải quyết của đồ án

Dựa vào những tài liệu cơ bản và những kết quả nghiên cứu đã có về tài nguyênnước trong lưu vực sông Trà Khúc nói riêng và tỉnh Quảng Ngãi nói chung, đồ ánđặt vấn đề nghiên cứu giải quyết một số vấn đề sau:

- Thu thập số liệu quan trắc mưa, lưu lượng của các trạm đo mưa, đo lưu lượngtrong vùng nghiên cứu

- Nghiên cứu ứng dụng một số mô hình tính toán dòng chảy lũ cho lưu vực hồchứa Nước Trong

- Từ kết nghiên cứu lựa cho mô hình HEC-HMS thích hợp cho bài toán tínhtoán dòng chảy lũ cho hồ chứa Nước Trong

- Từ kết quả lũ thiết kế tính toán điều tiết lũ cho hồ chứa Nước Trong

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU HỒ CHỨA

có hướng chung là Tây Nam - Đông Bắc, nằm trong vị trí 108008’45”đến 108039’7’’

kinh độ Đông và 14033’ đến 15017’34’’ vĩ độ Bắc

Phía bắc lưu vực sông Trà Khúc là sông Trà Bồng thuộc địa phận tỉnh QuảngNam Phía Tây giáp địa phận tỉnh Kon Tum có dãy núi Ngọc Cơ Rinh cao 2050 m.Phía Nam giáp lưu vực sông Côn thuộc địa phận tỉnh Bình Định Phía Đông giápbiển

Hồ chứa Nước Trong được xây dựng trên nhánh sông Nước Trong một phụlưu lớn, tản ngạn sông Trà Khúc có tọa độ 15003’00’’ vĩ độ Bắc và 108025’ kinh độĐông Cụm công trình đầu mối Nước Trong thuộc địa phận xã Sơn Bao, huyện Sơn

Hà, Tỉnh Quảng Ngãi, cách thị trấn Sơn Hà khoảng 10 km về phía Tây - Tây Bắc vàcách thị xã Quảng Ngãi 50km về phía Tây

Vùng lòng hồ gồm 2 xã Di Lăng và Sơn Bao, huyện Sơn Hà và 4 xã củahuyện Tây Trà: Trà Phong, Trà Xinh, Trà Trung, Trà Thọ Hình dạng của vùng lòng

hồ tạo bởi nhánh chính của Nước Trong có hướng Tây Bắc và hai nhánh phụ là suốiNước Biếc có hướng Đông Bắc và Nước Nia chảy theo hướng Đông Tây

1.1.2 Đặc điểm địa hình lưu vực.

Địa hình lưu vực chủ yếu là loại địa hình miền núi thuộc sườn đông của dãyTrường Sơn Nam và vùng đồng bằng do sông Trà Khúc tạo nên Địa hình lưu vựcsông Trà Khúc nghiêng từ Tây, Tây nam sang Đông và Đông Bắc:

Toàn lưu vực có thể chia làm 2 loại chính:

- Địa hình vùng núi cao:

Là những vùng đất từ thượng nguồn về đập Thạch Nham, đất đai đa phần làđồi núi, thuộc phía Tây của lưu vực đồng thời cũng là phía Tây của tỉnh QuảngNgãi.

Vùng có độ cao trung bình 600-700m, thượng nguồn có các đỉnh núi cao1200-1500m, thấp dần về phía hạ lưu, tiếp giáp với đồng bằng là các đỉnh núi thấp

có độ cao từ 200-250m như núi Vách Đá, núi Lin, núi Đá Lơ… Trong khu vực địahình này diện tích rừng còn quá nhiều, độ dốc lớn và địa hình chia cắt mạnh Dạngđịa hình này thuộc các huyện Sơn Tây, Sơn Hà, Trà Bồng, Ba Tơ tỉnh Quảng Ngãi

và huyện Kon PLong của Kom Tum Đất canh tác trong vùng chủ yếu tập trung ởthị trấn Sơn Hà và ven hai bên bờ sông Trà Khúc, sông Đăk Đrinh, sông Re

Một đặc điểm đáng lưu ý trong lưu vực dãy Trường Sơn nằm phía Tây lưuvực đóng vai trò chính trong việc lệch pha mùa mưa so với cả nước Các dãy núi đềnằm ở phía Tây đã tạo thành hành lang chắn gió, tăng cường độ mưa trong mùamưa và tăng tính khắc nghiệt trong mùa khô

Hồ chứa Nước Trong nằm phía Đông dãy núi Trường Sơn, khu vực hồ chứa

có địa hình chủ yếu là núi cao Phía thượng lưu gồm có các sườn núi đá với nhiềungọn núi cao, độ cao trung bình lên tới 1000m Trên độ cao này thảm phủ thực vật

bề mặt còn giữ được khá phong phú Càng về phía hạ lưu địa hình thấp dần gồmnhiều loại núi thấp có độ cao từ 300-1000m Địa hình tăng cao từ Đông sang Tâynên thuận lợi cho việc đón gió mùa Đông Bắc và dễ gây mưa Các đặc trưng lưuvực hồ chứa tính đến tuyến đập:

Bảng 1.1 Các đặc trưng lưu vực tính đến tuyến đập hồ chứa Nước Trong

Đặc trưng Flv (km2 ) Ls(km) Js() Jlv()

1.1.3 Đặc điểm mạng lưới sông ngòi.

Mạng lưới sông suối ở tỉnh Quảng Ngãi vào loại tương đối phát triển Từ Bắcvào Nam có 4 sông chính là: Trà Bồng, Trà Khúc, sông Vệ và Trà Cầu Ngoài 4sông chính trên còn có các sông nhỏ độc lâp trực tiếp đổ ra các đầm như Khê vàmột số đầm không tên lân cận các vùng Bàn Thạch, Thạch An… Sông ở QuảngNgãi đặc biệt là sông Trà Khúc và sông Vệ không quá rộng nên rất hữu ích chonông nghiệp

Sông Trà Bồng.

Nằm ở phía Bắc tỉnh, bắt nguồn từ dãy núi phía Tây của huyện Trà Bồng,chảy qua huyện Bình Sơn ra biển tại của Sa Cần Chiều dài sông là 59km, diện tíchlưu vực 697km2, độ cao trung bình lưu vực 196m độ dốc trung bình lưu vực là10,5%, mật độ lưới sông 0,43km/km2, hướng chảy cơ bản từ Tây sang Đông, đoạncửa sông hướng rẽ hướng Nam- Bắc Phần lớn sông chảy qua vùng địa hình rừngnúi có độ cao 200- 1.300m, phần còn lại chảy trong vùng đồng bằng xen đồi trọc vàbãi cát Sông Trà Bồng có 5 nhánh cấp I Ở vùng hạ lưu còn có các nhánh sông suốinhỏ chảy ngược, hợp nước vào sông chính trước khi đổ ra biển

Sông Vệ.

Sông Vệ bắt nguồn từ đỉnh cao 1070m của vùng núi Làng Rầm phía Tâyhuyện Ba Tơ Từ nguồn đến thị trấn Ba Tơ, sông chảy theo hướng Tây Nam-ĐôngBắc, sau đó chuyển sang hướng Nam Tây Nam - Bắc Đông Bắc để chạy ra cửa Lê -

Cổ Lũy Sông chính dài 90km, diện tích lưu vực 1260km2, độ cao trung bình lưuvực 170m, độ dốc trung bình lưu vực 19,9 %, mật độ lưới sông 0,79Km/km2 Sông

Vệ có 5 nhánh cấp I, có 2 nhánh cấp II, sông chảy ra cửa Lở

Sông Trà Câu.

Sông Trà Câu bắt nguồn từ vùng núi Ngang, núi Đá Chát có độ cao 400mthuộc huyện Ba Tơ Đoạn thượng lưu có hướng Nam - Bắc, khi đến dãy núi TamCấp sông chảy len giữa hai dãy núi cao 667m và dãy Tam Cấp cao 411m nên đổihướng Đông ra tới biển tại Hải Môn Diện tích lưu vực là 442 km2, chiều dài sông40km, sông chảy ra biển Mỹ Á

Sông Trà Khúc.

Sông Trà Khúc là một con sông lớn nhất tỉnh Quảng Ngãi có diện tích lưuvực khoảng 3.240km2, chiều dài 135km, mật độ lưới sông 0,39km/km2 Sông có 9nhánh cấp I, 5 nhánh cấp II, 5 nhánh cấp III và 2 nhánh cấp IV

 Ở thượng nguồn sông có 03 nguồn chính:

Nguồn thứ nhất: Từ vùng Giá Vụt phía Tây huyện Ba Tơ, chảy theo hướng

Nam - Bắc, đến địa hạt huyện Sơn Hà gọi là sông Rhe

Nguồn thứ hai: Bắt nguồn từ vùng Đông Kon Tum và huyện Sơn Tây, với

các suối lớn, nhỏ hợp nước với nhau chảy theo hướng Tây - Đông xuống Sơn Hà,gọi là sông Rinh (Đắk Rinh) Một nguồn nước rất quan trọng của sông Rinh là sôngTang Sông Tang bắt nguồn từ huyện Tây Trà, chảy theo hướng Tây Bắc - ĐôngNam, hợp nước với sông Rinh ở đoạn làng Lô, làng Mùng xã Sơn Bao phía Tây Bắchuyện Sơn Hà Trên sông Tang có công trình hồ chứa nước lớn là hồ Nước Trong

Nguồn thứ ba: Bắt nguồn từ Tây Nam huyện Sơn Hà giáp với huyện Sơn

Tây, chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc, gọi là sông Xà Lò (Đắk Sêlô)

Ba sông chính từ các hướng khác nhau cùng hợp nước ở các xã Sơn Trung,Sơn Hải, phía Đông Nam huyện lỵ Sơn Hà và đoạn sông này người ta thường gọi làsông Hải Giá Từ Hải Giá sông chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc đến ThạchNham (giáp với 03 huyện Sơn Hà, Sơn Tịnh, Tư Nghĩa) thì thoát khỏi núi non, mộtđoạn nữa đến thôn Hưng Nhượng xã Tịnh Đông về sau thì hướng chảy cơ bản làTây- Đông, tuy nhiên vẫn có nhiều đoạn sông quanh gấp khúc (do vậy được gọi làsông Trà Khúc) Ở Thạch Nham, người ta đã xây dựng đập chắn ngang sông, đểnước dâng lên, theo hai kênh Chính Bắc- Chính Nam chảy tưới cho các đồng bằngQuảng Ngãi Công trình đại thủy nông Thạch Nham là một công trình thủy lợi kỳvĩ

1.1.4 Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng.

Trong lưu vực có nhiều loại đất khác nhau thích hợp cho nhiều loại cây trồngsinh trưởng và phát triển Phần trung du và thượng nguồn chủ yếu là đất đỏ vàngtrên đá biến chất, đá sét tầng dầy khoảng 30cm Các thung lũng và đồng bằng đượccấu tạo bởi phù sa cổ, phù sa mới ngoài ra còn có loại đất xám và các chất bồi tíchcủa sông, tầng dày 0,7-1,2m Ở vùng đồng bằng có các loại đất: cát, đất phù sa, đất

xám và đất đỏ vàng Đất xám và đất xám bạc nằm ở vùng cao, đất đỏ vàng phân bốrộng rãi ở niềm núi, thành phần cơ giới nhẹ thích hợp để trồng các loại cây côngnghiệp Đất đen, phù sa, đất đỏ là các nhóm đất có chất lượng tốt cho sản xuất nôngnghiệp.

1.1.5 Thảm phủ thực vật.

Thực vật khá phong phú, đa dạng và đặc trưng của kiểu rừng nhiệt đới, chủyếu rừng rậm nhiệt đới xanh Rừng tự nhiên ở Quảng Ngãi còn rất ít, chủ yếu làrừng trung, rừng nghèo, rừng thường xanh mưa ẩm nhiệt đới Diện tích rừng ngàycàng bị thu hẹp dần do sự khai thác bừa bãi, đốt phá rừng làm nương rẫy

Sự suy thoái rừng trong những năm gần đây đã làm giảm đáng kể nguồnnước trong mùa kiệt, làm gia tăng lũ lụt, hạn hán, ảnh hưởng đến khả năng điều tiếtdòng chảy Đặc biệt là có những trận lũ ác liệt nghiêm trọng xảy ra trong vùng dướidạng lũ quét, lũ đặc biệt lớn như trận lũ lịch sử năm 1993, 1996, 1998, 1999 xảy ratrên các lưu vực vùng ven biển miền Trung

Sự phong phú về điều kiện tự nhiên và các yếu tố khí hậu đã tạo sự đa dạngcác loài thực vật với các đặc trưng riêng tùy theo mỗi vùng như: Kim Giao giả chỉgặp ở Sa Huỳnh, Dừa nước ở Bình Sơn, Sơn Tịnh, Gạo ở Sơn Tây, Lim Xanh, Dó,

Gụ lau đặc trưng cho khu hệ phía Nam

1.1.6 Đặc điểm khí hậu.

Lưu vực sông Trà Khúc nằm trong vùng Trung Trung Bộ nên có đặc điểm chung của khí hậu Trung Trung Bộ thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa hè nóng và mưa nhiều với nền nhiệt độ cao ít biến động

Đây cũng là loại hình đặc biệt của khí hậu nhiệt đới gió mùa Tuy nhiên do đặc điểm riêng của địa hình lưu vực sông Trà Khúc, nên ở đây thể hiện những nét riêng của đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa miền duyên hải sườn Đông dãy núi Trường Sơn Nam khu vực Trưng Bộ: có nhiều mưa vào từ tháng IX đến tháng XII kết hợp với địa hình dốc gây ra lũ lụt nghiêm trọng và ít mưa từ tháng I đến tháng VIII gây hạn hán

Do ảnh hưởng của dãy núi Trường Sơn đã tạo ra hiệu ứng fown đối với giómùa Tây Nam nóng và ẩm, bị tác động của dãy Trường Sơn đã tạo ra mưa sườn đóngió Khi đi qua phía Đông Trường Sơn, không kí trở nên khô nóng và gây ra thời

tiết nắng nóng kéo dài trong suốt tháng mùa khô tại các tỉnh ven biển miền Trungtrong đó có lưu vực sông Trà Khúc -Tỉnh Quảng Ngãi.

Dãy núi Trường Sơn có vai trò chính trong việc làm lệch pha mùa mưa củaQuảng Ngãi nói riêng và vùng duyên hải nói chung so với mùa mưa chung của cảnước

Vào cuối mùa hạ đầu mùa đông, gió mùa đông bắc đối lập với hướng núi,cùng với nhiễu động nhiệt đới như bão, xoáy thấp, hội tụ nhiệt đới và đới gió đôngtạo nên mùa mưa và mùa lũ ở Quảng Ngãi và các tỉnh duyên hải Trung Bộ

Cuối mùa hạ do hoạt động của nhiễu động nhiệt đới ở Nam Biển Đông Khigió mùa đông bắc chuyển xuống phía nam trong thời kỳ này sẽ gây ra mưa to đếnrất to kéo dài trong nhiều ngày, làm xuất hiện các trận lũ lớn

Giữa và cuối mùa đông, các nhiễu động nhiệt đới lùi xa về xích đạo hoặcchưa di chuyển lên phía bắc, nên gió mùa đông bắc trong thời kỳ này chỉ gây ramưa và mưa rào nhỏ không gây ra lũ Đây chính là mùa khô ở Quảng Ngãi

Vào tháng IV, gió mùa đông bắc suy yếu dần, gió mùa tây nam và gió mùađông nam bắt đâù hoạt động trở lại Bị ảnh hưởng của dãy núi Trường Sơn tạo rahiệu ứng fơn làm cho Quảng Ngãi chịu thời kỳ khô nóng và hạn hán Nếu gió mùađông nam và các nhiễu động nhiệt đới hoạt động sớm, sẽ tạo ra một lượng mưađáng kể trong các tháng IV đến VIII

1.1.7 Chế độ thủy văn

Sông Trà Khúc là sông lớn có lượng nước dồi dào nhất so với các sông sông kháctrong tỉnh Sông bắt nguồn từ rừng núi Giá Vực( Tây Nam Quảng Ngãi), chay theohướng Nam - Bắc đến Tayon thì chuyển hướng Tây Bắc – Đông Nam đến HưngNhượng tỉnh Sơn Tịnh Từ Hưng Nhượng ra cửa Cổ Lũy sông chảy theo hướng Tây –Đông

Sông Trà Khúc dài 135 km2, khoảng 2/3 chiều dài sông chảy qua vùng núi vàrừng rậm có độ cao 200-1000m, phần còn lại chảy qua vùng đồng bằng Sông cóhình dạng cây, có 9 phụ lưu cấp I, 5 phụ lưu cấp II, 6 phụ lưu cấp III và 2 phụ lưucấp IV Các nhánh lớn có thể kể đến như Dakrinh chảy từ vùng núi phía tây QuảngNgãi có độ cao trên 1100m, hợp với sông chính tại Tayon dài 19 km, nhánh Dakselchảy gần song song với phần thượng lưu của sông chính, hợp lưu tại Tam Rao dài

63 km Nhánh Nước Trong chảy từ rừng núi Sơn Hà, hợp lưu tại Chúc Các dài 18

km2

1.2 Tình hình quan trắc khí tượng thủy văn.

1.2.1 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn.

Lưu vực hồ chứa Nước Trong là phụ lưu nằm phía tản ngạn sông Trà Khúc, códiện tích 460 km2 Trong lưu vực nghiên cứu không có trạm đo mưa và dòng chảy nhưngtrong lưu vực sông Trà Khúc có mạng lưới trạm khí tượng tương đối phong phú

Bảng 1.2.Hệ thống mạng lưới các trạm khí tượng và trạm đo mưa.

Trạm khí tượng Quảng

008'; 108047' 1906- 1994; 1958- nay

Trạm đo mưa Trà My 15021'; 108013' 1978- nay

Trạm đo mưa Trà Bồng 15015 ; 108032' 1977- nay

Trạm đo mưa Sơn Hà 15002' ; 108028' 1977- nay

Trạm đo mưa Giá Vực 14042'; 108034' 1978- nay

Trạm đo mưa Ba Tơ 14046 '; 108043' 1931- 1942; 1977- nay

Trạm đo mưa Mộ Đức 15002'; 108053' 1977- nay

Trạm đo mưa KonPlong 14040'; 108025' 1932-1941; 1978- 1985;

1987-2002Trạm đo mưa Sơn Giang 15002'; 108034' 1977- 2005

Trạm đo mưa Trà Khúc 15008'; 108048' 1981- 1992

Trạm đo mưa An Chỉ 14059'; 108049' 1977- 2002

Trạm đo mưa Đức Phổ 14048'; 108058' 1981- 2002

Trạm đo mưa Sa Huỳnh 14040'; 109004' 1981- 1992

Qua tài liệu trên ta thấy phần lớn các trạm đo có tài liệu quan trắc từ năm

1977 đến nay, chỉ có trạm Quảng Ngãi là có tài liệu từ đầu thế kỷ 20 nhưng bị giánđoạn những năm kháng chiến chống Pháp và chống Mỹ Chất lượng tài liệu đo đạctại các trạm tốt, có thể dùng để tính toán thủy văn cho công trình

1.2.2 Mạng lưới trạm thủy văn.

Lưu vực sông Trà Khúc có hai trạm thủy văn: Trạm thủy văn cấp I SơnGiang đo đầy đủ các yếu tố mực nước (H), lưu lượng (Q), lượng bùn (R), nhiệt đônước (T) Còn trạm Trà Khúc chỉ đo mực nước H

Trạm thủy văn Sơn Giang khống chế diện tích lưu vực 2440 km2 đo đạc cácyếu tố H, Q, bùn cát lơ lửng quan trắc từ năm 1977 đến nay, chuỗi năm đo đạc 26năm Một số trạm thủy văn xung quanh lưu vực như An Chi có F= 814 km2, An Hòa

có F= 383 km2 quan trắc trên 20 năm tài liệu

1.3 Tình hình phát triển dân sinh kinh tế-xã hội.

1.3.1 Dân cư, dân tộc.

Đến năm 2013 dân số trung bình của tỉnh Quảng Ngãi là 1.236.250 người Toàn tỉnh có khoảng 324.000 hộ gia đình, bình quân 3.75 nhân khẩu/hộ Trong cơ cấu dân số phân theo giới tính, nữ chiếm 50,7%, nam chiếm 49,3%, phân theo độ tuổi, từ 0-59 tuổi chiếm khoảng 88,51%, chỉ tiêu này cho thấy đây là cơ cấu dân số trẻ, riêng dân số dưới 15 tuổi chiếm 25,55%, đây là lực lượng lao động dự trữ dồi dào của tỉnh

Mật độ dân số phân bố thưa và không đều, mật độ dân số trung bình khoảng

250 người/km2, vùng đồng bằng tập trung khoảng 600 người/km2, miền núi chỉkhoảng 60 người/km2 Tỷ lệ tăng dân số trong những năm gần đây giảm từ 1,6%năm 1988 xuống còn 1,4% năm 2001

Dân tộc: Dân tộc kinh chiếm đại đa số, ngoài ra còn có một số dân tộc khácnhư Xơ Đăng, Hre, Kro, KDong

trong 10 tỉnh, thành phố có số thu ngân sách cao của cả nước Thu nhập bình quânđầu người đạt gần 14 triệu đồng/người/năm.

1.4 Tình hình phát triển nguồn nước và vai trò hồ chứa Nước Trong.

Nước là loại tài nguyên quý giá và được coi là vĩnh cửu Không có nước thìkhông có sự sống trên hành tinh chúng ta Nước là động lực chủ yếu chi phối mọihoạt động vè đan sinh kinh tế của con người Nước được sử dụn rộng rãi trong sinhhoạt, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, thủy điện, giao thông vận tải, chăn nuôithủy hải sản… Nguồn nước được coi là vĩnh cửu nhưng trữ lượng hàng năm khôngphải là vô tận, có giới hạn nhất định nào đó Vì vậy khi sử dụng nước phải có điềuhòa, có sự ưu tiên cho từng loại dùng nước ở các thời điểm nhất định

Do điều kiện địa chất thổ nhưỡng, khí hậu mà nguồn nước của tỉnh QuảngNgãi có hạn, có hiện tượng suy giảm, lượng nước ngầm cũng ít đi.Tuy nhiên do nhucầu dùng nước của các ngành quá lớn công trình đập Thạch Nham cấp nước khôngđược đảm bảo Hiện nay Quảng Ngãi cần được bổ sung them nguồn nước để phục

vụ sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp và nuôi trồng thủy sản…

Việc xây dựng công trình đa mục tiêu: hồ chứa nước đồng thời phục vụchống lũ, phát điện, cấp nước, nuôi cá, giao thông… là cần thiết

Hồ chứa Nước Trong, là một hồ chứa lớn, đa mục tiêu của Tỉnh Quảng Ngãi bổsung lượng nước đang thiếu cho các ngành như :

- Bổ sung nguồn nước tưới cho vụ hè thu 52600 ha gồm 50000 ha khu tướiThạch Nham và 2600 ha huyện Sơn Hà

- Cấp nước công nghiệp khu Dung Quất và thành phố Vạn Tường và cácngành công nghiệp khác

- Cấp nước sinh hoạt cho thành phố Quảng Ngãi và dân cư vùng khu tưới

- Cấp nước chăn nuôi

- Cấp nước nuôi trồng thủy sản.

- Tận dụng nguồn thủy năng sẵn có để phát điện

- Kết hợp giảm nhẹ lũ, phòng lũ

CHƯƠNG 2

ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÙNG HỒ CHỨA

Trong niên luận có sử dụng tài liệu của một số trạm: trạm khí tượng tỉnhQuảng Ngãi, trạm đo mưa Sơn Giang, Trà My, trạm đo lưu lượng An Chỉ, An Hòa,Sơn Giang để phân tích tính toán thủy văn cho hồ chứa

a Chuẩn lượng mưa năm.

Chuẩn lượng mưa năm có thể coi là trị số trung bình số học của chuỗi số liệulượng mưa năm trong thời kỳ nhiều năm Nó là thành phần quan trọng trong cânbằng nước thẳng đứng, nó phản ánh khả năng cấp nước cho sông, từ chuẩn mưanăm ta xác định được chuẩn dòng chảy năm

Chuẩn lượng mưa năm khi có đủ tài liệu quan trắc được tính theo công thức:

X0 = Xi

Trong đó

X0: Chuẩn mưa năm (mm)

Xi : Lượng mưa năm thứ i trong chuỗi tài liệu(mm)

 Nhận xét:

- Ở Quảng Ngãi có 2 trạm Quảng Ngãi và Ba Tơ được thành lập từ thờiPháp.Trạm khí tượng Quảng Ngãi có tài liệu quan trắc dài, 86 năm (1906-1944;1957-2005), những cũng bị gián đoạn qua hai thời kỳ chống Pháp và chống Mỹ.Trạm Ba Tơ bắt đầu quan trắc vào 1931, sau đó cũng bị gián đoạn Sau năm 1975,hai trạm khí tượng Quảng Ngãi và Ba Tơ và các trạm đo mưa khác mới thành lậptiến hành quan trắc liên tục Chất lượng tài liệu đo đạc tương đối tốt, có thể tin cậy

và sử dụng tài liệu này để tính toán thủy văn công trình

- Lượng mưa vùng này tương đối lớn, nhất là tại Trà My, một trạm đại diệncho vùng miền núi phía Bắc lưu vực hồ chứa

- Công trình hồ chứa Nước Trong nằm rìa phía Nam tâm mưa lớn Trà My,vùng này có lượng mưa khá lớn

Bảng 2.1 Các trạm khí tượng đo mưa trong vùng và chuẩn lượng mưa năm.

Để nghiên cứu sự biến động lượng mưa năm giữa các năm trong vùng QuảngNgãi ta xét phân phối xác suất mưa năm và đường lũy tích sai chuẩn mưa năm.

- Phân phối xác suất mưa năm

Trong thủy văn thường áp dụng mô hình phân phối xác suất Peason III Đểnghiên cứu việc phân phối xác suất mưa năm cho vùng Quảng Ngãi, ta áp dụng môhình phân phối xác suất Peason III, từ đó xác định được các tham số thống kê củaphân phối xác suất:

Lượng mưa bình quân nhiều năm X0:

Xi: Lượng mưa năm thứ i

Sau khi xác định được các tham số thống kê, ta tiến hành xây dựng đườngtần suất lý luận phân bố mùa mưa theo phương pháp thích hợp

Để vẽ đường tần suất kinh nghiệm ta tiến hành theo các bước sau:

- Sắp xếp chuỗi số liệu theo thứ tự giảm dần

- Tiến hành tính tần suất kinh nghiệm theo công thức Kritki – Menkel:

P=

Trong đó: n: số năm tài liệu tính toán

m: số lần xuất hiện X>= Xi

- Xác định các tham số thống kế của đường tần suất lý luận

- Vẽ đường tần suất lý luận theo dạng phân bố Pearson- III:

Vẽ đường tần suất lý luận nếu thấy phù hợp với băng điểm kinh nghiệm làđược Nếu đường tần suất lý luận không phù hợp với băng điểm kinh nghiệm taphải hiệu chỉnh các giá trị Xo, Cv, Cs

Bảng 2.2 Đặc trưng thống kế lượng mưa năm một số trạm.

Qua kết quả ta thấy hệ số biến đổi Cv mưa năm vùng này không lớn Nhưng

hệ số Cs thay đổi khá lớn giữa các trạm: Trạm Quảng Ngãi Cs gần 2 lần Cv, còntrạm Trà My Cs gấp trên 5 lần Cv

- Đường lũy tích sai chuẩn

Để nghiên cứu sự biến động mưa năm, ngoài việc xét phân phối xác suất mưa năm ta còn có thể phân tích khảo sát sự thay đổi lượng mưa năm theo thời gian

Sự biến đổi mưa năm theo thời gian có tính chu kỳ nhất định, tính chu kỳ đó được thể hiện qua các thời kỳ mưa nhiều, thời kỳ mưa ít khác nhau, sử dụng đường lũy tích sai chuẩn để phân tích sự biến động mưa năm để nghiên cứu biến động mưa năm vùng Quảng Ngãi

Đường cong lũy tích sai chuẩn tính theo dạng

~ ti

Trong đó:

Ki: hệ số moduyn năm thứ i

Xi: lượng mưa năm thứ i (mm)

Xo: lượng mưa trung bình nhiều năm

ti: thời gian, tính bằng năm

Cv: hệ số biến động mưa năm

Nhận xét:

- Trên đường lũy tích sai chuẩn mưa năm trạm Quảng Ngãi (hình 2.4);

Chuỗi số năm Xtb = 2335.61 mm;

Trong 86 năm quan trắc, tình hình pha ít mưa: từ năm 1926- 1961 và 1981- 1994;

Giai đoạn mưa nhiều: từ năm 1961 – 1981 và 1994 – 2000

- Trên đường lũy tích sai chuẩn mưa năm trạm Sơn Giang (hình 2.5);

Chuỗi số 29 năm Xtb = 3498.43 mm;

Giai đoạn ít mưa: từ năm 1981- 1994;

Giai đoạn nhiều mưa: từ năm 1994 – 2000

- Trên đường lũy tích sai chuẩn mưa năm trạm Trà My (hình 2.6);

Chuỗi số 28 năm Xtb = 4129.96 mm;

Giai đoạn ít mưa: từ năm 1981 – 1994;

Giai đoạn mưa nhiều: từ năm 1994 – 2000

2.1.2 Phân bố mưa trong năm.

Vùng nghiên cứu chịu ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới gió mùa, phân bố mưatrong năm chia làm 2 mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô

- Mùa mưa từ tháng IX đến tháng XII

- Mùa khô từ tháng I đến tháng VIII

Lượng mưa tập trung vào mùa mưa chiếm 70% đến 75% lượng mưa cả năm.Lượng mưa năm đã từng quan trắc được: Năm 1996 lượng mưa đo được tại trạmTrà My là Xn=7277.8 mm; năm 1999 tại các trạm: Ba Tơ là Xn =6520.5 mm; trạmSơn Giang là Xn =5916.8 mm; Quảng Ngãi là Xn= 3947.6 mm,

Bảng 2.3 Lượng mưa trung bình nhiều năm (mm).

Quảng 11 41 38 37 95 115 115 127 314 654 542 246

157.6

195.6

307.6

796.0

921.0

439.6

2.1.3 Bốc thoát hơi nước.

Phân phối khả năng bốc hơi trong năm không đều, nhìn chung lượng bốc hơitrong vùng không lớn so với các vùng khác trong cả nước Bốc hơi phân bố trongnăm tuân theo quy luật là lớn vào mùa khô và nhỏ vào mùa mưa

Bảng 2.4 Lượng bốc hơi bình quân nhiều năm.

Z(mm) 53.4 56.8 82.0 89.5 103 99.5 110 100 72.8 61.5 51.4 49.4

Như vậy, lượng bốc hơi lớn vào các tháng V, VI, VII, VIII và bốc hơi ít vàocác tháng I, II, XII Lượng bốc hơi lớn nhất vào tháng VII (trên 100mm/ tháng), nhỏnhất vào tháng XII, phù hợp với mùa mưa và mùa khô trên lưu vực

Bảng 2.5 Đặc trưng độ ẩm tương bình quân trong năm.

g

Ghi chú:

- Độ ẩm tương đối trung bình Ucp

- Độ ẩm tương đối nhỏ nhất Umin

- Độ ẩm tương đối lớn nhất lấy Umax=100%

2.1.5 Nắng.

Lưu vực sông Trà Khúc có số giờ nắng vào loại trên trung bình so với cả tỉnh

và cả nước Số giờ nắng trung bình nhiều năm là 6.3 giờ/ngày, và khoảng

2200-2400 giờ nắng trong năm Nhìn chung, các tháng mùa mưa có số giờ nắng ít hơn sovới các tháng mùa khô Tháng XII có số giờ nắng ít nhất (khoảng 2.3 đến 3.9giờ/ngày), các tháng III đến tháng VII có số giờ nắng khá lớn ( khoảng 7.5 đến 9.5giờ /ngày)

Bảng 2.6 Phân phối số giờ nắng trung bình trong năm.

hướng gió chính là Bắc, Tây Bắc và Đông Bắc, còn trong mùa hạ chủ yếu là gióTây Nam và Đông Nam.

Bảng 2.7 Phân bố vận tốc gió trung bình tháng trong năm.

V(m3/s) 1.3 1.6 1.7 1.9 1.4 1.2 1.2 1.1 1.3 1.5 1.6 1.5

Như vậy, tốc độ gió trung bình trong lưu vực khoảng 1,5m/s đến 1,6 m/s Tốc

độ gió lớn nhất quan trắc được có thể lên tới 40 m/s trong bão và 15-20 m/s tronggió mùa Đông Bắc

2.2 Đặc điểm thủy văn.

Dòng chảy vùng này khá phong phú, moduyn dòng chảy năm trung bình đạttrên 80 l/skm2

Dòng chảy sông ngòi vùng này chia thành hai mùa lũ và mùa cạn trong năm,mùa lũ từ tháng IX đến tháng XII, mùa cạn từ tháng I đến tháng VIII Sự phân bốdòng chảy không đều, mùa kiệt lượng nước chiếm 20-25% lượng dòng chảy cảnăm, nên gây khó khăn trong sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt nhất là vụ hè thu.Mùa mưa lượng mưa gây ra lũ lớn, cường độ mạnh thời gian tập trung nhanh Đặcđiểm thủy văn vùng này được xét một vài nét chính sau:

2.2.1 Dòng chảy năm và sự biến động dòng chảy năm.

a Dòng chảy năm.

Dòng chảy năm là trị số lượng nước chảy qua mặt cắt khống chế của lưu vựctính trung bình trong một năm Dòng chảy năm thường được biểu diễn dưới dạnglưu lượng bình quân, ký iệu là Q và đơn vị là m3/s Đối với dòng chảy năm trị mộtđặc trưng quan trọng nhất là trị số chuẩn dòng chảy năm Q0.

Chuẩn dòng chảy năm là trị số dòng chảy năm bình quân trong thời kỳ nhiềunăm tiến tới ổn định với các điều kiện địa lý cảnh quan không đổi

b Sự biến động dòng chảy năm.

Dòng chảy năm luôn biến đổi lien tục từ năm này qua năm khác, sự thay đổinày phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Khí tượng, đặc điểm địa hình, địa chất thổ nhưỡng,

- Phân bố xác suất dòng chảy năm.

- Một vài hệ số khác

Sau đây là một số kết quả khảo sát dao động dòng chảy năm vùng sôngQuảng Ngãi:

- Phân bố xác suất dòng chảy năm.

Trong thủy văn thường áp dụng mô hình phân phối xác suất Pearson-III hoặcKritky-menken Để nghiên cứu việc phân phối xác suất dòng chảy năm trong vùngQuảng Ngãi, ta áp dụng mô hình phân phối xác suất Pearson-III Nội dung chính làxác định các tham số thống kê của phân phối xác suất

Các tham số được xác định theo trình tự sau:

- Trị số bình quân Q0 (m3/s)

Q0 =

Trong đó:

Q0, Qi : lưu lượng dòng chảy bình quân nhiều năm và năm thứ i

n: số năm tài liệu

- Khoảng lệch quân phương (m3/s):

Bảng 2.8 Các đặc trưng thống kế dòng chảy năm của các trạm.

Đường lũy tích sai chuẩn dòng chảy năm.

Dòng chảy sông ngòi luôn thay đổi theo thời gian và đặc trưng biểu thị dòngchảy cũng thay đổi theo thời gian Một trong những đặc trưng của chế độ dòng chảysông ngòi là sự tồn tại tính chu kỳ mà điển hình là hình thành các pha dòng chảy

Do đó cũng như lượng mưa, lượng dòng chảy biến đổi theo một quy luật nhất địnhtrong quá trình nhiều năm và có tính chu kỳ dòng chảy

Để nghiên cứu sự biến động chu kỳ dòng chảy năm giữa các năm của cácsông trong vùng ta tiến hành xây dựng đường lũy tích sai chuẩn dòng chảy năm củacác trạm An Chỉ, An Hòa, Sơn Giang (hình 2.10, 2.11 và 2.12)

Nhận xét:

Từ các đường lũy tích sai chuẩn dòng chảy năm của các trạm:

Đối với trạm An Chỉ (hình 2.10) ta thấy:

Chuỗi số 25 năm Qtb = 65.52 m3/s;

Pha ít nước: 1981-1994;

Pha nhiều nước : 1994 đến 2000.

Đối với trạm An Hòa (hình 2.11) ta thấy:

Chuỗi sô liệu 25 năm Qtb = 31.84 m3/s;

Pha ít nước: 1981-1994;

Pha nhiều nước: 1994 – 2000

Đối với trạm Sơn Giang (hình 2.12) ta thấy:

Chuỗi số 27 năm Qtb =198.59;

Pha ít nước: 1981- 1994;

Pha nhiều nước; 1994 -2000

Dòng chảy của các trạm trong vùng tương đối đồng pha với nhau, xu thếbiến đổi của các trạm khá đồng bộ

2.2.2 Dòng chảy lũ.

Dòng chảy lũ sinh ra do các trận mưa rào hay các trận mưa dài ngày gây nên.Dòng chảy lũ quyết định những nét tổng quan về chế độ dòng chảy của một consông hay một vùng thủy văn nào đó Lưu lượng lớn nhất của sông suối trong năm làgiá trị lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất tức thời gian quan trắc trong thời kỳ lũ

Dòng chảy lớn nhất là một đặc trưng quan trọng của dòng chảy sông ngòi, rấtcần thiết trong việc thiết kế các công trình trên sông phục vụ cho thủy lợi, giaothông vận tải và các ngành kinh tế khác

Dòng chảy lũ là kết quả tác động của nhiều nhân tố, những nhân tố này rất đadạng và có mức độ ảnh hưởng khác nhau vì vậy việc nghiên cứu tính toán dòngchảy lũ rất phức tạp

Lưu vực hồ chứa thuộc vùng mưa lớn của khu vực duyên hải miền Trung,lượng mưa ngày lớn nhất đã xảy ra trên 700mm/ngày Do đó dòng chảy lũ trongvùng này khá lớn.

Trận mưa lũ lịch sử trên sông Trà Khúc xảy ra tháng XI- 1964 do ba cơn bão

đổ bộ liên tiếp vào tỉnh Quảng Ngãi và các tỉnh lân cận: cơn bão số 4 –XI đổ bộvào Quảng Ngãi, cơn bão số 8- XI đổ bộ vào Trung Hà, cơn bão số 16-XI đổ bộ vàoPhan Rang Đặc biệt từ giữa tháng XI đến giữa XII năm 1998 đã có 5 cơn bão và ápthấp nhiệt đới, kết hợp với không khí lạnh đổ bộ vào các tỉnh ven biển miền Trung

và Nam Bộ gây lũ trên mức báo động 3, mực nước đạt tới 2,02 m tại Trà Khúc Trậnmưa rất lớn xảy ra vào đầu tháng XI năm 199 đã gây ra trận lũ lịch sử ở miềnTrung, gây lũ trên diện rộng của tỉnh Quảng Ngãi

Nói chung những đợt mưa kéo dài nhiều ngày trên diện rộng thường gây lũlụt, ngập úng Vì vậy chúng ta phải nghiên cứu sự hình thành và quy luật vận độngcủa dòng chảy lũ trên lưu vực và trong lòng sông, để từ đó đánh giá được chế độdòng chảy của một của một con sông, tạo cơ sở khoa học cho việc hoạch định chínhsách phòng chống lũ hiệu quả, khai thác hợp lý nguồn nước

Năm 1987, 1999 là những năm lũ lớn xảy ra trên các lưu vực sông này Trận

lũ tháng 11/1987 là trận lũ lớn nhất trong vòng 25 năm trở lại đây, đỉnh lũ đã quantrắc được vào ngày 19/11/1987 là Qmax= 4290m3/s và Qmax=5880 m3/s.Lũ lớnnhất xảy ra trong năm tập trung tháng XI hoặc tháng X Đỉnh lũ xuất hiện chủyếu vào tháng X, trên 50%

Bảng 2.9 Thống kê đỉnh lũ lớn xuất hiện trong năm.

ST

Số nămquan trắc

Từ những đặc trưng của dòng chảy lũ tính toán sẽ giúp ta xác định đượcnhững tiêu chí cần thiết khi xây dựng các công trình thủy lợi như kho nước lợi dụngtổng hợp.

bé, khó đo đạc do cây cỏ mọc trong sông

Đối với dòng chảy ở Quảng Ngãi nói riền và Việt Nam nói chung thườngchia làm hai mùa, mùa lũ và mùa cạn tương ứng với mùa mưa và mùa khô hay mùamưa nhiều và mùa mưa ít Diễn biến dòng chảy mùa cạn có thể phân làm ba thời

Chương III: Tính toán dòng chảy lũ cho hồ chứa Nước Trong

3.1 Khái quát về mưa lũ thiết kế

Mưa khí quyển là nguồn bổ sung có bản cho tài nguyên nước của đất liền, cómưa mới có dòng chảy Trong thủy văn mưa được coi là một thành phần quan trọngtrong cán cân nước Việc tính toán mưa giúp ta đánh giá được tài nguyên nước củalưu vực Biết được quy luật hình thành và phân phối mưa giúp cho ta đánh giá đượctính đúng đắn trong tính toán phân tích sự hình thành quá trình dòng chảy Việc tínhtoán mưa lũ phục vụ cho bài toán tính lũ, tính tiêu nước trong nông nghiệp, trongcác thành phố, các khu đô thị và dân cư tập trung

Mưa lũ thiết kế là lượng mưa lớn nhất ứng với tần suất lớn thiết kế

Đối với nước ta ở vùng nhiệt đới gió mùa dòng chảy trong sông chủ yếu domưa gây nên, vì vậy mà tiêu chuẩn thiết kế mưa lũ là tiêu chuẩn tính toán mưa phục

vụ cho tính toán lũ thiết kế và tiêu nước thiết kế theo tiêu chuẩn thiết kế lũ

Tiêu chuẩn lũ thiết kế: Tiêu chuẩn thiết kế lũ được gắn liền với cấp công trình,tùy theo quy phạm của nhà nước mà cấp công trình thủy lợi được quy định bởi tầmquan trọng và hiệu ích kinh tế của nó

Hiện nay tiêu chuẩn mưa lũ thiết kế có 3 cách chọn sau:

 Lựa chọn théo tần suất, theo tiêu chuẩn này mưa lũ thiết kế được tínhtheo tần suất nhất định

 Tính mưa lũ thiết kế theo mưa lớn nhất khả năng PMP

 Lựa chọn theo trận mưa lũ thực đo: Theo cách này, ta chọn trận mưa lũlớn đã xảy ra trong thực tế làm trận mưa lũ thiết kế

3.2 Khái quát về dòng chảy lũ và lũ thiết kế

Lũ là một pha chế độ dòng chảy sông ngòi có lượng cấp nước lớn nhất trongnăm, nước sông dâng cao, dòng nước chảy nhanh, nước sông thường mang theonhiều bùn cát, nếu vượt quá khả năng tải nước của lòng sông sẽ sinh ra hiện tượnglụt.

Dòng chảy lũ đặc trưng quan trọng trong chế độ thủy văn của con sông, nó có tácdụng quyết định đến biện pháp phòng chống lũ lụt như xác định độ lớn của dungtích chống lũ của kho nước, kích thước của công trình xả lũ, cao trình đê và kết cấucủa các trạm bơm ven sông

3.2.1 Sự hình thành dòng chảy lũ

Khi mưa rơi xuống lưu vực, ban đầu nước mưa đọng trên các lá cây, thảmphủ thực vật, trữ vào trong các khe rỗng và chỗ trũng, một phần lượng nước bốc hơitrở lại khí quyển, đại bộ phận thấm xuống đất và chưa sinh dòng chảy trên mặt đất,giai đoạn này là giai đoạn tổn thất hoàn toàn Nếu mưa vẫn tiếp tục, khi cường độmưa vượt quá cường độ tổn thất (at >Kt), tại những nơi này trên mặt đất bắt đầu sinhdòng chảy mặt Dưới tác động của trọng lực nước sẽ chảy theo sườn dốc vào lòngsông và tập trung về tuyến cửa ra Trong quá trình tập trung nước, dòng chảy vẫntiếp tục bị tổn thất thấm và bốc hơi Một lượng dòng chảy ngấm xuống tầng đất sátmặt sẽ tập trung vào lòng sông ngay trong thời gian có mưa và sau khi lũ rút và bổsung vào phần cuối của quá trình lũ Lượng nước còn lại sẽ vận chuyển xuống tầngđất sâu hơn và cung cấp cho các tầng nước ngầm Như vậy, quá trình hình thànhmột trận lũ phụ thuộc vào quá trình mưa, quá trình tổn thất và quá trình tập trungnước về tuyến cửa ra

Kt~t at~t

Q (m3/s)

H0 YCN

ác liệt Phân phối lượng mưa theo thời gian ảnh hưởng trực tiếp đến cường suất lũ

và lưu lượng đỉnh lũ Cường độ mưa càng lớn, thì lớp nước trên bề mặt cànglớn.Đặc điểm của diễn biến mưa theo thời gian đối với một lưu vực cụ thể còn tạođiều kiện hình thành lũ kép, đó là trường hợp mà trận mưa sinh lũ sau nằm trênnhánh xuống của trận lũ trước

b Ảnh hưởng mặt đệm.

Điều kiện mặt đệm chi phối mạnh mẽ các quy luật về sự hình thành lũ Đốivới một vùng rộng lớn, quy luật mưa có thể không khác nhau nhiều, nhưng điềukiện mặt đệm sẽ chi phối quá trình lũ ở tuyến cửa ra làm cho dạng của quá trình lũkhác nhau Điều kiện mặt đệm trước tiên ảnh hưởng đến lượng tổn thất dòng chảy

lũ và do đó ảnh hưởng đến lượng lũ và lưu lượng lũ ở cửa ra Các nhân tố ảnhhưởng đến tổn thất gồm các loại đất đai, độ ẩm có sẵn trong đất, địa chất và lớp phủthực vật,…

Điều kiện mặt đệm ảnh hưởng lớn đến quá trình tập trung nước trên sườndốc và hệ thống sông Sườn dốc có độ dốc lớn, thời gian tập trung nước sẽ nhanhhơn Lớp phủ thực vật càng dày thì tập trung nước cũng chậm và khả năng điều tiếtcủa sườn dốc cũng lớn hơn

Địa hình lòng sông ảnh hưởng đến quá trình chuyển động của lũ ra tuyến cửa

ra Độ dốc càng lớn, tốc độ tập trung nước càng nhanh và lưu lương cũng lớn, trongkhi đó cường suất lũ tăng và thời gian của một con lũ cũng giảm xuống Ảnh hưởngđiều tiết của lòng sông đặc biệt có ý nghĩa, làm thay đổi đáng kể đến dạng quá trình

lũ ở tuyến cửa ra Nếu lòng sông có nhiều bãi bồi và các khu chứa nước tạm thời thìkhả năng điều tiết lũ tăng lên, như vậy đường quá trình lũ ở tuyến cửa ra biến đổibẹt đỉnh, đỉnh lũ không cao và thời gian lũ kéo dài Độ nhám lòng sông ảnh hưởngđến sức cản thủy lực và do đó ảnh hưởng đến sự biến dạng của lũ khi di chuyểntrong hệ thống sông

Các hoạt động kinh tế của con người có thể làm thay đổi từ từ hoặc có thểthay đổi đột biến lớp phủ thực vật, điều kiện lòng sông ảnh hưởng đáng kể đến sựhình thành dòng chảy lũ ở tuyến cửa ra, đặc biệt là sự xây dựng các hồ chứa lớn trên

hệ thống sông

3.2.3 Các đặc trưng về lũ.

Các đặc trưng chủ yếu của một trận lũ bao gồm:

- Lưu lượng đỉnh lũ: Qmax( m3/s);

- Tổng lượng lũ: Wmax(m3 );

- Hình dạng đường quá trìn lũ Q~t

a Đường quá trình lũ là đường biểu thị sự thay đổi lưu lượng theo thời gian

của một trận lũ (Qt ~t), bao gồm hai nhánh nước lên và nhánh nước xuống Tươngứng với sự thay đổi lưu lượng là quá trình biến đổi mực nước trong sông gọi là quátrình mực nước lũ

b Tổng lượng lũ Wmax: Tổng lượng lũ là tổng lượng dòng chảy sinh ra của

toàn trận lũ

∫

1 max

t

t

Qdt W

Trong đó Q là lưu lượng tại các thời điểm khác nhau của quá trình lũ

c Đỉnh lũ ký hiệu là Q max: là giá trị lớn nhất của một trận lũ

Ngoài ra người ta còn dùng một số đặc trưng: Cường suất lũ, thời gian lũ,thời gian lũ lên, thời gian lũ xuống, và các hệ số hình dạng

- Cường suất lũ: là sự biến thiên của lưu lượng hoặc mực nước lũ trong mộtđơn vị thời gian Gradien về mực nước (dH/dt) gọi là cường suất mực nước lũ.Tương tự ta có cường suất lưu lượng lũ (dQ/dt) Dạng sai phân của cường suất lũ(∆H/∆t hoặc ∆Q/∆t) gọi là cường suất lũ bình quân trong thời đoạn ∆t Trong mộtquá trình lũ, cường suất lũ biến đổi theo thời gian, cường suất lũ lên thường lớn hơncường suất lũ xuống

- Thời gian lũ ký hiệu T (giờ, ngày): Thời gian lũ là khoảng thời gian kể từ thờiđiểm bắt đầu có lũ t1 đến khi kết thúc lũ t2

- Thời gian lũ lên (ký hiệu TL) là thời gian kể từ khi bắt đầu của lũ đến thờiđiểm xuất hiện đỉnh lũ Qmax

- Thời gian lũ xuống (ký hiệu Tx) là khoảng thời gian kể từ thời điểm xuất hiệnđỉnh lũ Qmax đến khi kết thúc lũ Do đó T=Tl+Tx Đường quá trình của giai đoạn lũ

lên gọi là nhánh lũ lên, còn đường quá trình của giai đoạn lũ xuống gọi là nhánh lũ xuống.

Quá trình lũ thiết kế là trận lũ có đỉnh lũ, tổng lượng lũ ứng với tiêu chuẩnthiết kế và đường quá trình có hình dạng thỏa mãn điều kiện thiết kế( có khả năngxuất hiện thực tế và bất lợi cho công trình)

3.2.5 Phương pháp tính lũ thiết kế.

Hiện nay, các phương pháp tính toán lũ thiết kế trong trường hợp không cótài liệu đo đạc thuỷ văn được phát triển theo hướng chính như sau: Phương pháp môhình toán và phương pháp xây dựng các công thức tính kinh nghiệm

- Các công thức tính lũ thiết kế

Thực ra các công thức tính lũ hiện nay chỉ được xây dựng theo đặc trưng đỉnh

lũ Các đặc trưng còn lại (tổng lượng lũ và đường quá trình lũ) được xác định theocác phương pháp riêng và khá đơn giản

Theo Trê-bô-ta-ri-ep, các công thức tính đỉnh lũ thiết kế có thể chia thành 3loại như sau:

- Công thức lý luận: là loại công thức được xây dựng trên cơ sở phân tích cănnguyên dòng chảy, từ đó xây dựng mối liên hệ giữa đỉnh lũ với các đặc trưng mưagây lũ và các yếu tố ảnh hưởng của mặt đệm

- Công thức kinh nghiệm: là loại công thức đã hoàn toàn dựa trên cơ sở tổnghợp tài liệu thực đo về lũ nhằm xác định mối quan hệ giữa đỉnh lũ với các nhân tốảnh hưởng, từ đó dùng một công thức toán học thể hiện mối quan hệ đó Điển hìnhcho loại này là công thức triết giảm mô đun đỉnh lũ theo diện tích lưu vực sông

- Công thức bán kinh nghiệm: Đây là loại công thức trung gian của 2 loại trên,nghĩa là vừa dựa vào phân tích căn nguyên của sự hình thành dòng chảy lũ vừa tổnghợp theo các số liệu thực đo để tham số hoá các công thức tính toán

Thực ra cách phân loại như vậy cũng chỉ là tương đối Nói chung hầu hết cácloại công thức trên đây (kể cả công thức kinh nghiệm) đều được xây dựng trên cơ

sở phân tích căn nguyên của sự hình thành dòng chảy lũ, trong đó các tham số củacông thức được xác định theo phương pháp tổng hợp địa lý để sử dụng trong tínhtoán thiết kế

- Phương pháp mô hình toán

Phương pháp mô hình toán là phương pháp sử dụng các mô hình toán thuỷvăn, thuỷ lực để tính toán các đặc trưng lũ thiết kế Sử dụng các mô hình toán có thểxác định cả quá trình lũ thiết kế mà không phải tính riêng các đặc trưng lũ nhưphương pháp đã trình bày ở trên.

Hiện nay, các mô hình toán thuỷ văn phát triển rất mạnh và ngày càng hoànthiện Những mô hình ứng dụng trong tính lũ thiết kế, bao gồm các mô hình đườngđơn vị (đường đơn vị tổng hợp của Sneyde, đường đơn vị SCS, mô hình NAM )

và các mô hình hệ thống (HEC1, HEC-HMS, HEC-RESSIM )

- Mô hình Tank là loại mô hình tất định, nhận thức Mô hình do SurawaraNhật đưa ra từ năm 1956 được thế giới công nhận là một trong số mô hình ứngdụng có kết quả tốt

- Mô hình SSARR là mô hình tổng hợp dòng chảy từ mưa và điều tiết hồchứa Mô hình dùng để dự báo lũ và vận hành hồ chứa, sau được mở rộng phục vụthiết kế hồ chứa trong hệ thống sông Đây là mô hình có thể sử dụng cho các lưuvực có diện tích tương đối lớn

- Mô hình HEC-HMS là mô hình nhằm mô phỏng quá trình mưa- dòngchảy.Mô hình đã góp phần quan trọng trong việc tính toán dòng chảy lũ tại nhữngcon sông nhỏ không có trạm đo lưu lượng

Trong đồ án này em đã sử dụng mô hình HEC-HMS tính dòng chảy lũ cho

hồ chứa Nước Trong

3.3 Giới thiệu mô hình HEC- HMS.

3.3.1 Nguồn gốc của mô hình.

Mô hình HEC là sản phẩm của tập thể các kỹ sư thuỷ văn thuộc quân độiHoa Kỳ HEC-1 đã góp phần quan trọng trong việc tính toán dòng chảy lũ tại nhữngcon sông nhỏ không có trạm đo lưu lượng Tính cho đến thời điểm này, đã có không

ít đề tài nghiên cứu khả năng ứng dụng thực tế Tuy nhiên, HEC-1 được viết từnhững năm 1968, chạy trong môi trường DOS, số liệu nhập không thuận tiện, kết quả

in ra khó theo dõi Hơn nữa, đối với những người không hiểu sâu về chương trìnhkiểu Format thường rất lúng túng trong việc truy xuất kết quả mô hình nếu khôngmuốn làm thủ công Do vậy, HEC-HMS là một giải pháp, nó được viết để “chạy”trong môi trường Windows, hệ điều hành rất quen thuộc với mọi người Phiên bản

đầu tiên của HEC- HMS là version 2.0, hiện nay phiên bản mới nhất của HEC- HMS

+ Chuyển đổi dòng chảy

Có nhiều phương pháp để chuyển lượng mưa hiệu quả thành dòng chảy trên

bề mặt của khu vực Các phương pháp đường đơn vị bao gồm: đường đơn vị tổnghợp Clack, Snyder và đường đơn vị không thứ nguyên của cơ quan bảo vệ đất Hoa

Kỳ Ngoài ra phương pháp tung độ đường đơn vị xác định bởi người sử dụng cũng

có thể được dùng Phương pháp Clark sửa đổi (Mod Clark) là một phương phápđường đơn vị không phân bố tuyến tính được dùng với lưới mưa Mô hình còn baogồm cả phương pháp sóng động học

+ Diễn toán kênh hở

Một số phương pháp diễn toán thủy văn được bao gồm để tính toán dòngchảy trong các kênh hở Diễn toán mà không tính đến sự suy giảm có thể được môphỏng trong phương pháp trễ Mô hình bao gồm cả phương pháp diễn toán truyềnthống Muskingum Phương pháp Puls sửa đổi cũng có thể được dùng để mô phỏngmột đoạn sông như là một chuỗi các thác nước, các bể chứa với quan hệ lượng trữ -dòng chảy ra được xác định bởi người sử dụng Các kênh có mặt cắt ngang hình

thang, hình chữ nhật, hình tam giác hay hình cong có thể được mô phỏng vớiphương pháp sóng động học hay Muskingum- Cunge Các kênh có diện tích bãiđược mô phỏng với phương pháp Muskingum- Cunge và phương pháp mặt cắtngang 8 điểm.

+ Tính toán mưa - dòng chảy

Chương trình tính toán được tạo bằng cách kết hợp mô hình lưu vực, môhình khí tượng - thủy văn và mô hình điều khiển chương trình

Các kết quả tính toán được xem từ lược đồ mô hình lưu vực Bảng tổng kếtchung và bảng tổng kết từng phần chứa các thông tin về lưu lượng đỉnh lũ và tổnglượng Mỗi một yếu tố đều có các bảng tổng kết và đồ thị

+ Hiệu chỉnh thông số

Hầu hết thông số của các phương pháp có trong mô hình lưu vực và trongyếu tố đoạn sông đều có thể ước tính bằng phương pháp dò tìm tối ưu Mô hìnhgồm có 4 hàm mục tiêu để dò tìm thông số Việc dò tìm thông số tối ưu nhằm mụcđích tìm ra bộ thông số thích hợp nhất để cho kết quả tính toán phù hợp với kết quảthực đo

Số liệu đầu vào và kết quả tính ra có thể biểu thị dưới hệ đơn vị mét hay đơn

vị của Anh và được tự động chuyển khi cần thiết

3.3.3 Khả năng của mô hình.

Về lý thuyết, HEC- HMS cũng dựa trên cơ sở lý luận của mô hình HEC-1:nhằm mô phỏng quá trình mưa- dòng chảy Mô hình bao gồm hầu hết các phươngpháp tính dòng chảy lưu vực và diễn toán, phân tích đường tần suất lưu lượng, côngtrình xả của hồ chứa và vỡ đập của mô hình HEC-1 Chức năng phân tích thiệt hại

lũ không được xây dựng trong mô hình HEC-HMS mà được trình bày trong phầnmềm HEC-FDA

Những phương pháp tính toán mới được đề cập trong mô hình HEC-HMS :tính toán đường quá trình liên tục trong thời đoạn dài và tính toán dòng chảy phân

bố trên cơ sở các ô lưới của lưu vực Việc tính toán liên tục có thể dùng một bể chứađơn giản biểu thị độ ẩm của đất hay phức tạp hơn là mô hình 5 bể chứa bao gồm sựtrữ nước tầng trên cùng, sự trữ nước trên bề mặt, trong lớp đất và trong hai tầng