TÍNH TOÁN BỒI LẮNG HỒ CHỨA NƯỚC CỬA ĐẠT TỈNH THANH HÓA

Hình 1.3: Mặt hồ chứa Cửa Đạt sau khi xây dựng Hình 1.4: Mạng lưới trạm khí tượng & thủy văn trong lưu vực sông Chu Hình 1.5: Bản đồ đẳng trị mưa lưu vực sông Mã Chu Hình 1.6: Sự biến đổ

NGUYỄN VĂN PHỤNG

Hà Nội – 2012

0T 0TTên tôi là Nguyễn Văn Phụng, tôi 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.

0T 0T Tác giả

0T 0T Nguyễn Văn Phụng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật “Tính toán bồi lắng hồ chứa nước Cửa Đạt tỉnh Thanh Hoá” đã hoàn thành trong 6 tháng theo đúng đề cương nghiên cứu được Hội đồng khoa học – Đào tạo của Khoa Thuỷ văn và Tài nguyên nước phê chuẩn Luận văn hoàn thành với hy vọng góp một phần nhỏ trong việc đánh giá bồi lắng các hồ

chứa nói chung và hồ Cửa Đạt nói riêng

Tác giả làm luận văn xin được bày tỏ sự cảm ơn tới TS Nguyễn Kiên Dũng, PGS TS Phạm Thị Hương Lan đã hướng dẫn để luận văn được hoàn thành đúng với

nội dung và thời hạn đăng ký

Đồng thời, tác giả cũng xin cảm ơn các đồng nghiệp thuộc Phòng Khí tượng

Thủy văn & Môi trường, Phòng Công Nghệ & Ứng dụng, Liên đoàn khảo sát Khí tượng Thủy văn; tập thể các thầy cô giáo khoa Thuỷ văn và Tài nguyên nước và các

bạn học viên lớp cao học 18V Trường Đại học Thuỷ Lợi đã đóng góp các ý kiến

hữu ích, tạo điều kiện về thời gian trong quá trình thực hiện luận văn Kết quả của

luận văn chắc chắn còn nhiều hạn chế, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của các thầy cô và các đồng nghiệp

Hà N ội, ngày 10 tháng 6 năm 2012

Nguy ễn Văn Phụng

M ỤC LỤC

20T

LỜI CẢM ƠN20T 0 20T

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ20T 4 20T

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU20T 7 20T

MỞ ĐẦU20T 9 20T

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI20T 9 20T

II 20T 20TMỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI20T 10 20T

III.20T 20TĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU20T 10 20T

IV.20T 20TPHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU20T 10 20T

V 20T 20TNỘI DUNG NGHIÊN CỨU20T 10 20T

1.3.2 Nhận xét đánh giá về tài liệu20T 20 20T

1.4 Đặc điểm khí hậu20T 21 20T

1.5 Đặc điểm thuỷ văn20T 25 20T

1.5.1 Chế độ dòng chảy trên sông suối20T 25 20T

1.5.2 Dòng chảy năm20T 25 20T

1.5.3 Dòng chảy kiệt20T 26 20T

1.5.4 Dòng chảy lũ20T 27 20T

1.5.5 Thủy triều20T 28 20T

1.5.6 Tình hình thiên tai20T 28 20T

1.5.7 Dòng chảy bùn cát20T 29 20T

1.6 Công trình hồ chứa CửaĐạt20T 31 20T

1.6.1 Các thông số kỹ thuật hồ chứa20T 31 20T

1.6.2 Quy trình vận hành hồ chứa Cửa Đạt20T 32 20T

CHƯƠNG II20T:

20T

TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BỒI LẮNG HỒ CHỨA20T 33

c Các tham số thủy lực đại biểu được dùng trong tính bùn cát20T 49 20T

d Cơ sở lý thuyết tính toán bùn cát của mô hình HEC-620T 51 20T

3.2 Phân tích chỉnh lý số liệu cơ bản khí tượng thuỷ văn phục vụ tính toán bồi lắng và nước dềnh hồ chứa nước Cửa Đạt.20T 62 20T

3.2.1 Tính toán bốc hơi mặt nước phục vụ tính toán điều tiết hồ chứa20T 63 20T

a Lượng bốc hơi đo bằng ống Piche và thùng GGI20T 63 20T

b Tính lượng bốc hơi mặt đất vùng hồ chứa20T 63 20T

c Tính lượng bốc hơi mặt nước vùng hồ chứa20T 64 20T

d Tính chênh lệch tổn thất bốc hơi do mặt hồ20T 64 20T

3.2.2 Chỉnh biên và kéo dài tài liệu20T 65 20T

a Chỉnh biên kéo dài tài liệu trạm thuỷ văn Cửa Đạt.20T 65 20T

b Tính toán dòng chảy khu giữa Mường Hinh - Cửa Đạt20T 65 20T

c Tính toán dòng chảy tại Mường Hinh20T 65 20T

3.2.3 Phân tích chu kỳ dao động dòng chảy các trạm thủy văn và lựu chọn thời kỳ tính toán20T 65 20T

3.2.4 Tính toán dòng chảy lũ thiết kế (P=0,1%), lũ kiểm tra (P=0,01%)20T 67 20T

3.2.5 Tính toán dòng chảy lũ thiết kế (P=1%),20T 76 20T

3.3 Ứng dụng mô hình HEC-6 tính toán bồi lắng hồ chứa Cửa Đạt20T 79 20T

3.3.1 Tài liệu sử dụng trong tính toán20T 79 20T

3.3.2 Mô phỏng quá trình bồi lắng cát bùn hồ Cửa Đạt bằng mô hình HEC-620T 82 20T

3.3.2.1 Xác định lượng gia nhập khu giữa hồ Cửa Đạt20T 82 20T

3.3.2.2 Sơ đồ tính20T 82 20T

3.3.2.3 Số liệu đầu vào của mô hình20T 83

3.3.3 Tính nước dềnh hồ chứa Cửa Đạt20T 96 20T

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO TUỔI THỌ CỦA HỒ CHỨA20T 99 20T

4.1 Đánh giá kết quả tính toán lượng bùn cát đến hồ và phân bố bối lắng trong hồ20T 99 20T

4.1.1 Đánh giá định tính lượng bùn cát đến hồ do sạt lở bờ20T 100 20T

4.1.2 Phân tích ảnh hưởng bồi lắng đến khả năng khai thác hồ chứa Cửa Đạt20T 101 20T

4.2 Đề xuất giải pháp nâng cao tuổi thọ của hồ20T 103 20T

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ20T 106

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Vị trí địa lý lưu vực sông Chu

Hình 1.2: Mạng lưới sông, suối trên lưu vực sông Chu

Hình 1.3: Mặt hồ chứa Cửa Đạt sau khi xây dựng

Hình 1.4: Mạng lưới trạm khí tượng & thủy văn trong lưu vực sông Chu

Hình 1.5: Bản đồ đẳng trị mưa lưu vực sông Mã (Chu)

Hình 1.6: Sự biến đổi tổng lượng bùn cát lơ lửng qua các năm Tại trạm

thủy văn Mường Hinh- Sông Chu

Hình 1.7: Phân phối nồng độ bùn cát lơ lửng tại trạm thủy văn Mường

Hinh - Sông Chu trung bình thời kỳ 1959-1975

Hình 1.8: Đường quá trình mực nước TB tháng thượng lưu đập Cửa Đạt

Hình 2.1: Sơ đồ khối tính bồi lắng cát bùn hồ chứa

Hình 3.1: Các thành phần của phương trình năng lượng

Hình 3.2: Sơ đồ một mặt cắt ngang điển hình

Hình 3.3: Sơ đồ thử sai tính đường mực nước theo PP bước chuẩn

Hình 3.4: Thể tích khống chế bùn cát đáy

Hình 3.5: Vật liệu bùn cát ở đáy sông

Hình 3.6: Lưới tính toán bồi lắng cát bùn

Hình 3.7: Quá trình triết giảm hệ số bồi lắng bùn cát hồ Cửa Đạt

Hình 4.1 Sơ đồ khối cơ chế hình thành bùn cát trong sông

Ph ụ lục

PLH 3.8 Quá trình biến đổi mực nước hồ chứa sau các năm vận hành theo

hàm sức tải Yang (Qs=1,35Qss) ứng với lũ 0,1%

PLH 3.9: Quá trình biến đổi mực nước hồ chứa sau các năm vận hành theo

hàm sức tải Yang (Qs=1,35Qss) ứng với lũ 0,01%

PLH 3.10: Quá trình biến đổi mực nước hồ chứa sau các năm vận hành

theo hàm sức tải Yang (Qs=1,35Qss) ứng với dòng chảy trung bình năm

PLH 3.11: Quá trình biến đổi mực nước hồ chứa sau các năm vận hành

theo hàm sức tải Acker-White (Qs=1,35Qss) ứng với lũ P=0,1%

PLH 3.12: Quá trình biến đổi mực nước hồ chứa sau các năm vận hành

theo hàm sức tải Acker-White (Qs=1,35Qss) ứng với lũ P=0,01%

PLH 3.13: Quá trình biến đổi mực nước hồ chứa sau các năm vận hành

theo hàm sức tải Acker-White (Qs=1,35Qss) ứng với dòng chảy năm

PLH 3.14: Quá trình biến đổi mực nước hồ chứa sau các năm vận hành

theo hàm sức tải Acker-White (Qs=1,35Qss) ứng với lũ 1%

PLH 3.15: Quá trình biến đổi mực nước hồ chứa sau các năm vận hành

theo hàm sức tải Acker-White (Qs=1,35Qss) ứng với lũ 1%

PLH 3.16: Quá trình biến đổi mực nước hồ chứa sau các năm vận hành

theo hàm sức tải

PLH 1: Quan hệ lưu lượng nước và lưu lượng bùn cát tại trạm thủy văn

Mường Hinh

PLH 2: Quan hệ lưu lượng nước và lưu lượng bùn cát lơ lửng trạm Cửa Đạt

PLH 3: Hình đường cong luỹ tích sai chuẩn dòng chảy năm trạm Cửa Đạt

PLH 4: Hình đường cong luỹ tích sai chuẩn dòng chảy năm trạm Mường

Hinh

PLH 5: Đường quá trình lũ điển hình năm 1962 và mô hình lũ thiết kế 1%

và lũ kiểm tra 0,01%

PLH 6: Đường quá trình lũ điển hình năm 1962 và mô hình lũ thiết kế 1%

PLH 7: Tương quan giữa W1max khu giữa Mường Hinh - Cửa Đạt với

PLH 11: Quan hệ giữa mực nước và lưu lượng hạ lưu tuyến công trình

PLH 12: Biểu đồ phụ trợ của hồ chứa nước Cửa Đạt

PLH13: Quan hệ F, W=F(Z) Hồ Cửa Đạt

PLH 14: Đường quá trình lũ đến P=0,01% và xả qua tràn tự do

PLH 15: Đường quá trình lũ đến P=0,1% và xả qua tràn tự do

PLH 16: Đường quá trình lũ đến P=1% và xả qua tràn tự do

PLH 17: Quá trình biến đổi cao trình đáy hồ chứa sau các năm vận hành

theo hàm sức tải Yang (Qs=1,35Qss)

PLH 18: Quá trình biến đổi cao trình đáy hồ chứa sau các năm vận hành

theo hàm sức tải Yang (Qs=1,3Qss)

PLH 19: Quá trình biến đổi cao trình đáy hồ chứa sau các năm vận hành

theo hàm sức tải Yang (Qs=1,4Qss)

PLH 20: Quá trình biến đổi cao trình đáy hồ chứa sau các năm vận hành

theo hàm sức tải Acker (Qs=1,35Qss)

PLH 21: Quá trình biến đổi cao trình đáy hồ chứa sau các năm vận hành

theo hàm sức tải Acker (Qs=1,3Qss)

PLH 22: Quá trình biến đổi cao trình đáy hồ chứa sau các năm vận hành

theo hàm sức tải Acker (Qs=1,40Qss) Acker-White (Qs=1,35Qss) ứng với

DANH M ỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Đặc trưng lưu vực và dòng sông thuộc sông Chu

Bảng 1.2: Mạng quan trắc KTTV trên lưu vực sông Chu và vùng lân cận

Bảng 1.3: Mạng lưới quan trắc thủy văn trên lưu vực sông Chu và lưu vực lân cận

Bảng 1.4:Nhiệt độ trung bình tháng các trạm đại biểu trên lưu vực sông Chu

Bảng 1.5: Phân bố số giờ nắng và bức xạ tổng cộng các tháng trạm Thanh Hóa

Bảng 1.6: Mô hình phân bố lượng mưa tháng với tần suất P=75%

Bảng 1.7: Số ngày mưa trung bình các tháng trong năm trạm Bái Thượng

Bảng 1.8: Độ ẩm tương đối không khí trung bình tháng, năm của 2 trạm đại

biểu

Bảng 1.9: Lượng bốc hơi Piches và GGI-3000 trung bình tháng và năm

Bảng 1.10: Dòng chảy trung bình tháng các trạm thuộc lưu vực sông Chu (m3/s)

Bảng 1.11: Tỷ lệ % trung bình lượng dòng chảy các tháng mùa cạn so với lượng dòng chảy năm tại một số trạm thuỷ văn trên sông Chu Trên sông Chu, ba tháng liên tục kiệt nhất II, III, IV

Bảng 1.12: Đặc trưng dòng chảy mùa cạn trên lưu vực sông Chu

Bảng 1.13: Tần suất xuất hiện lũ lớn nhất năm (%)

Bảng 1.14: Thống kê các trận lũ lớn đã xảy ra trong lưu vực tại trạm Cửa Đạt

Bảng 1.15: Một số thông số kỹ thuật của hồ chứa Cửa Đạt

Bảng 2.1: Bồi lắng hàng năm ở một số hồ chứa (106 mP

3

P

)

Bảng 3.1: Các hệ số tỷ trọng của tham số thủy lực đặc trưng

Bảng 3.2: Khái quát các mức độ đầu ra của mô hình HEC-6

Bảng 3.3: Lượng bốc hơi đo bằng ống piche và thùng GGI-3000 trung bình tháng và năm

Bảng 3.4: Phân phối lượng tổn thất bốc hơi ∆Zo

Bảng 3.5: Lưu lượng lũ thiết kế tại trạm Cửa Đạt

Bảng 3.6: Lượng lũ thiết kế tại trạm Cửa Đạt (106m3)

Bảng 3.7: Kết quả tính toán lũ tại tuyến đập theo tỉ lệ diện tích

Bảng 3.8: Kết quả tính lũ tại tuyến đập theo nguyên nhân hình thành dòng

chảy

Bảng 3.9: So sánh kết quả đo đạc các đặc trưng lũ của hai trạm Mường Hinh

và Cửa Đạt trong 14 năm đo đồng thời (1962-1975)

Bảng 3.10: Kết quả tính lũ tại đập theo lũ Mường Hinh

Bảng 3.11: Lũ thiết kế tại tuyến đập (m3

/s-106m3)

Bảng 3.12: Các trận lũ thực tế được quan trắc trên hệ các trạm thủy văn

sông Chu

Bảng 3.13: Kết quả tính toán hệ số thu phóng lũ thiết kế và lũ kiểm tra hồ

Cửa Đạt theo mô hình lũ điển hình 1962

Bảng 3.14: Kết quả tính toán lũ tại tuyến đập theo tỉ lệ diện tích

Bảng 3.15: Kết quả tính toán hệ số thu phóng lũ thiết kế và lũ kiểm tra hồ

Cửa Đạt theo mô hình lũ điển hình 1962

Bảng 3.16: Quan hệ Q~Qs và thành phần hạt của bùn cát tổng cộng ứng với

các cấp Q tại biên giới và 02 nhập chính hồ Cửa Đạt

Bảng 3.17: Kết quả tính lượng bùn cát bồi lắng hồ Cửa Đạt trong 150 năm

bằng mô hình HEC-6

Bảng 3.18: Hệ số bồi lắng bùn cát hồ Cửa Đạt trong 150 năm vận hành

Bảng 3.19: Mực nước dềnh hồ chứa Cửa Đạt khi có lũ 0,1%

M Ở ĐẦU

Hồ chứa là một loại công trình thuỷ lợi đặc biệt có nhiệm vụ làm biến đổi và điều tiết nguồn nước phù hợp với yêu cầu của các ngành kinh tế quốc dân Việc xây

dựng và khai thác hồ chứa đã tạo ra các tiền đề mới có vai trò quan trọng đối với sự phát triển sản xuất công, nông nghiệp, lâm nghiệp, giao thông, thuỷ sản, du lịch

tạo thêm việc làm, phân bổ lại lao động và dân số, hình thành các trung tâm dân cư

mới, góp phần ổn định và phát triển kinh tế - xã hội cho cả một khu vực, một vùng lãnh thổ

Nước ta nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, có địa hình bị chia cắt mạnh, nguồn

nước dồi dào và mạng lưới sông suối tương đối dày Đó là những điều kiện thuận

lợi cho việc xây dựng hồ chứa phục vụ các mục đích thủy lợi, thủy điện, thủy sản,

du lịch nghỉ ngơi Tuy nhiên, cũng do nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa có nắng, gió, mưa bão tác động liên tục lên bề mặt đất, và kéo dài theo bờ biển Đông mà chúng ta luôn phải đối mặt với tình trạng xói mòn đất khá nghiêm trọng Các hoạt động khai thác lưu vực vì mục đích kinh tế thuần túy càng làm tăng xói mòn Hậu

quả là, đất bị suy thoái, năng suất cây trồng bị giảm đáng kể, độ đục của nước tăng lên, quá trình bồi lắng cát bùn diễn ra mãnh liệt trong hồ chứa và vùng cửa sông, gây thiệt hại lớn cho các ngành kinh tế Xuyên suốt quá trình từ quy hoạch, thiết kế xây dựng và vận hành hồ chứa đòi hỏi phải tính toán, đánh giá tình hình bồi lắng cát bùn để có cơ sở khoa học cho các biện pháp bảo vệ hồ và đập

Sự bồi lắng lòng hồ vượt quá mức cho phép, làm giảm dung tích hữu ích là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây nên tình trạng không đủ nước tưới của các hồ

chứa vừa và nhỏ Ngoài ra bồi lắng trong hồ còn gây bất lợi cho việc vận hành và an toàn công trình, ảnh hưởng không tốt đến môi trường cả thượng và hạ lưu hồ

Hồ chứa được xây dựng ở nước ta mỗi năm một nhiều nhưng các công trình nghiên cứu, đánh giá bồi lắng vẫn còn ít và đang là mối quan tâm của các nhà khoa

học và những người làm công tác quản lý

Nhằm nâng cao hiệu suất khai thác sử dụng hiệu quả, dự báo ảnh hưởng của

việc bồi lắng hồ chứa nước đến việc khai thác, vận hành hồ chứa của hồ chứa nước

Cửa Đạt Tác giả đã lựa chọn Đề tài nghiên cứu “Tính toán bồi lắng hồ chứa nước

Cửa Đạt tỉnh Thanh Hoá” làm luận văn Thạc sỹ

- Nghiên cứu dự báo diễn biến bồi lắng lòng hồ theo thời gian vận hành và ảnh hưởng của nó đến đường mặt nước và các thành phần dung tích chết và dung tích

hiệu dụng

- Nghiên cứu ứng dụng các mô hình tính toán bồi lắng hồ chứa cho hồ chứa

Cửa Đạt Trên cơ sở đó xem xét khả năng ứng dụng mô hình toán cho các hồ chứa khác ở Việt Nam

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các tài liệu đo đạc địa hình, địa chất, thổ

nhưỡng, tài liệu quan trắc các yếu tố khí tượng, thuỷ văn, dòng chảy bùn cát tại lưu

vực hồ chứa nước Cửa Đạt và lưu vực lân cận Ứng dụng mô hình toán một chiều HEC-6 tính bồi lắng cho hồ chứa nước Cửa Đạt

Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong nghiên cứu tính toán bồi lắng hồ chứa nước

Cửa Đạt, tỉnh Thanh Hoá

Trên cơ sở phân tích, cách tiếp cận hợp lý để đạt được mục tiêu nghiên cứu là

việc sử dụng các phương pháp nghiên cứu bao gồm:

- Kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học và công nghệ hiện có trên

thế giới/trong nước;

- Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành;

- Phương pháp phân tích thống kê thực nghiệm;

- Phương pháp mô hình mô phỏng toán học

Để thực hiện được mục tiêu đã đề ra, nội dung của đề tài bao gồm :

- Tính toán các đặc trưng thủy văn phục vụ cho tính toán

- Nghiên cứu, xem xét khả năng ứng dụng mô hình toán, đặc biệt là mô hình toán một chiều tính bồi lắng cho hồ chứa Việt Nam nói chung, Cửa Đạt nói riêng

- Sử dụng mô hình toán một chiều HEC-6 dự tính bồi lắng cát bùn hồ chứa

Cửa Đạt; qua đó rút ra được những kết luận ban đầu về khả năng bồi lắng của hồ

chứa để điều chỉnh quy trình vận hành hồ chứa khi hồ đi vào hoạt động, các nhận xét khi sử dụng mô hình và giải pháp nâng cao độ tin cậy của kết quả tính

CHƯƠNG I

T ỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Tuyến công trình đầu mối hồ chứa nước Cửa đạt trên sông Chu đã được Chính phủ phê duyệt giai đoạn NCKT là tuyến III ở toạ độ 19P

1.1 V ị trí địa lý lưu vực sông Chu

Sông Chu là phụ lưu lớn nhất của sông Mã (chiếm 26% diện tích hệ thống sông Mã), bắt nguồn từ ngon núi Hủa Phăn thuộc tỉnh Sầm Nưa, Nước Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào ở độ cao gần 2000m Sông chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam qua Sầm Tơ (Lào), tới Mường Hinh, chuyển sang hướng Tây -Đông, qua huyện Quế Phong (Nghệ An) và các huyện Thường Xuân, Thọ Xuân, Thiệu Hóa (Thanh Hóa) rồi đổ vào sông Mã bên bờ phải tại ngã ba Giàng (cách cửa Hới

26 km) Lưu vực có dạng hình lông chim lệch phải nên độ tăng của diện tích theo chiều dài tương đối đều Phía bắc tiếp giáp với đường phân nước sông Chu với sông

Mã, phía Tây và Nam tiếp giáp với lưu vực sông Cả, phía Đông giáp với phần hạ du sông Mã Tổng diện tích lưu vực sông Chu là 7580kmP

chiếm 35,3%, phần còn lại thuộc tỉnh Sầm Nưa (Lào)

Diện tích lưu vực tính tới tuyến đầu mối công trình Cửa Đạt là 5938 kmP

2

P

, trong dó có 4.906 kmP

2

P

thuộc địa phận nước CHDCND Lào, chiếm 82,6%

Lưu vực sông Chu phát triển theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, kéo dài từ

34’ Kinh độ Đông, nghiêng

dần ra biển Toàn bộ vùng thượng nguồn trên đất Lào có độ cao bình quân trên 1000m, địa hình vùng này rất dốc nên về mùa lũ nước tập trung nhanh, mùa khô dòng chảy nhỏ, nhất là các nhánh suối nhỏ thường bị khô cạn trong nhiều ngày

1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo khu vực và mạng lưới sông suối

Đất đai trên lưu vực sông Chu chủ yếu là đất đỏ vàng trên núi Thảm phủ

thực vật trên lưu vực khá phong phú rừng dày và nhiều rừng già, diện tích lưu vực

có rừng che phủ chiếm khoảng 50%, tập trung chủ yếu phía thượng nguồn Phần

rừng trên đất Lào chưa bị chặt phá Diện tích rừng trên địa phận Việt Nam bị giảm

chỉ còn trên 30% diện tích tự nhiên

Hình 1.1: Vị trí địa lý lưu vực sông Chu

Lưu vực sông Chu có độ cao bình quân 790 m; độ rộng bình quân 29,8 km;

độ dốc bình quân 18,3%; mật độ lưới sông 0,98 km /kmP

2

P

Thượng nguồn lòng sông

dốc, hẹp, không có bãi sông Từ Bái Thượng đến ngã ba Giàng dòng chảy bó gọn

giữa 2 triền đê Sông dài 325 km (riêng phần lãnh thổ Việt Nam là 160 km), có nhiều phụ lưu lớn là sông Khao, sông Đạt, sông Đằng và sông Âm Trong đó các sông Đạt, sông Đằng và sông Âm nằm ở hạ lưu tuyến đập Cửa Đạt

- Sông Khao: bắt nguồn từ biên giới Việt Lào với diện tích 405 kmP

- Sông Đạt: bắt nguồn từ Quỳ Châu -Nghệ An với diện tích 286 kmP

2

P

, đổ vào bờ phải sông Chu, cách cửa sông 76 km

- Sông Đằng: bắt nguồn từ vùng núi Như Xuân với diện tích 345 kmP

2

P

, đổ vào bờ phải sông Chu, cách cửa sông 64 km

- Sông Âm: bắt nguồn từ biên giới Việt - Lào thuộc huyện Lang Chánh với

Phần trung lưu từ Mường Hinh xuống Bái Thượng, thung lũng sông được

mở rộng, ghềnh thác tuy vẫn còn nhưng ít hơn, độ dốc đáy sông hạ thấp rõ rệt, vùng này sông chảy qua vùng đá phiến thạch anh và sa diệp thạch

Phần hạ lưu từ Bái Thượng ra tới cửa sông, lòng sông mở rộng hẳn và độ dốc cũng giảm chỉ còn 1000

Hình 1.2: Mạng lưới sông, suối trên lưu vực sông Chu

Một số đặc trưng hình thái lưu vực và dòng sông Chu và các lưu vực sông cấp I thuộc phần lãnh thổ Việt Nam ở bảng 1.1

B ảng 1.1: Đặc trưng lưu vực và dòng sông thuộc sông Chu

Tên sông Ls

(Km)

Llv (km)

F (KmP

2

P

)

Hbq (m)

Jbqlv

%

Bbq (km)

Mật độ lưới sông (km/kmP

Hình 1.3: Mặt hồ chứa Cửa Đạt sau khi xây dựng

a) Địa hình:

Lòng hồ được hình thành từ lũng sông Chu và chi lưu của nó là sông Khao

Với cao trình MNDBT khoảng 110 m, hồ bắt đầu hình thành trên thung lũng sông Chu cách tuyến đập khoảng 33 km Sông Khao là chi lưu duy nhất của sông Chu

chảy trực tiếp vào hồ tại điểm cách tuyến đập khoảng 8 km bên bờ trái

Đặc điểm chung của địa hình lòng hồ là địa hình có dạng ống, hai bên bờ là núi cao, thung lũng hẹp Từ ngã ba Chu-Khao trở lên thượng lưu, hồ chia làm hai nhánh chạy dọc theo sông Nhánh sông Chu dài trên 60 km, nhánh sông Khao dài

12 km Hồ có chiều rộng trung bình khoảng 200- 400 m Từ ngã ba trở về tuyến đập, hồ mở rộng hơn nhưng chiều rộng lớn nhất chỉ khoảng 2 km, nhỏ nhất khoảng 1km Hai bên bờ hồ là núi cao và có xu thể thấp dần về phía hạ du Từ Cửa Khao

trở lên, núi cao ăn ra mép sông, bờ hồ là vách dốc của những đỉnh cao như Bù Chò (1563 m), Bù Đồn (834 m) Từ Cửa Khao trở xuống sát sông là những đồi đỉnh tròn, cao độ khoảng 100-200 m, tiếp sau đó là những dãy núi cao nhưng không liên

tục như Bù Me (703 m) , địa hình bị phân cắt mạnh Trong lòng hồ hầu như không

có đảo Đáy hồ vùng gần đập chính có cao độ tự nhiên từ +30 (lòng sông) đến 50 m (thềm sông) Từ cao độ này trở lên là bắt đầu mái dốc của bờ hồ Phân cách giữa hồ

với lưu vực sông Âm là dãy núi cao, điểm thấp nhất tại yên ngựa Dốc Cáy có cao

độ đất tự nhiên +105 m và sẽ có đập phụ Dốc Cáy Phân cách hồ với lưu vực sông Đạt là yên ngựa Hón Can có cao độ tự nhiên là +100 m

b) Địa mạo:

Địa mạo có thể phân làm hai dạng:

- Vùng có địa hình núi cao là vùng bị phá hủy mạnh do quá trình xâm thực bóc mòn phát triển tạo nên dạng địa hình bị phân cắt mạnh Hầu hết các thung lũng

suối đều có dạng chữ V, có sườn dốc kéo dài với độ dốc lên đến 30- 40 độ, có chỗ thành vách dựng đứng Dạng này chủ yếu phát triển trong vùng thành tạo đá mác

ma xâm nhập và phún trào Hiện tại, hiện tượng sạt lở ít xẩy ra

- Vùng địa hình đồi núi thấp là vùng thuộc dạng đồi trước núi, phát triển trên các cấu trúc địa chất không đồng nhất Các dãy đồi này chủ yếu phát triển ở

vùng lòng hồ từ cửa Khao về hạ du Hầu hết các đồi đều có dạng bát úp, cao độ từ 150-200 m, sườn thoải 15-20 độ

Ở vùng địa hình này, suối nhỏ và các khe rạch phát triển khá dày đặc, chia

cắt bề mặt địa hình tự nhiên thành những chỏm riêng biệt Các dòng suối quanh co,

ít dốc

Thấp hơn nữa là dạng địa hình bãi bồi và thềm sông Đây là những dải bồi tích kéo dài vài trăm mét đến hàng km, rộng từ vài chục đến vài trăm mét Bãi bồi

thấp thường nằm ở ven sông hoặc là các doi cát giữa lòng sông có độ cao tương đối

từ 0-2m, bãi bồi cao 2-3m so với mực nước sông mùa khô, bề mặt khá bằng phẳng, hơi nghiêng thoải ra phía bờ sông Các bãi này thường thay đổi theo mùa

Đánh giá chung đặc điểm địa hình địa mạo và mạng lưới sông suối

- Lưu vực sông Chu nằm ở vùng phân giới của hai vùng khí hậu miền Bắc

Việt Nam Lưu vực sông Mã chịu ảnh hưởng nhiều của khí hậu Bắc Bộ, trong khi

đó lưu vực sông Chu chịu ảnh hưởng nhiều hơn của khí hậu Bắc Trung Bộ Do vậy, mùa lũ trên sông Mã xuất hiện sớm hơn sông Chu, mùa lũ trên dòng chính sông Mã kéo dài hơn khoảng 1 tháng Do sự lệch pha đó mà lũ trên dòng chính sông Mã trở nên điều hòa hơn

- Lưu vực sông Chu với những đặc điểm đã nói ở trên cho thấy, ở phần từ Mường Hinh trở lên, đặc biệt là phần lưu vực thuộc nước CHDCND Lào, cao độ tự nhiên lớn, núi cao bao bọc do vậy lượng mưa nhỏ Phần hạ lưu, lưu vực có độ dốc thoải hơn, cao độ thấp tiếp giáp với vùng đồng bằng ven biển nên lượng mưa lớn

Do vậy tuy diện tích chiếm tỉ lệ nhỏ nhưng lại đóng góp tỉ trọng lớn về dòng chảy Điều này đã thể hiện khá rõ trong chuỗi tài liệu quan trắc dòng chảy ở hai trạm thủy văn trên sông Chu là Mường Hinh và Cửa Đạt

- Do lưu vực có hình dạng lông chim, mưa phân bố không đều, mật độ suối khá lớn và lưu vực dốc nên dòng chảy tập trung xuống sông khá nhanh, lũ trên sông

có thời gian ngắn, cường suất lớn Tuy nhiên do tỉ lệ che phủ còn tương đối cao nên dòng chảy năm phân bố tương đối điều hòa hơn so với các sông thuộc miền Bắc

1.3 M ạng lưới quan trắc khí tượng thuỷ văn

ít, chỉ có 4 trạm đo mưa là Sầm Nưa, N Xam Tai, N Viêng Xay và Mường Soi với

số liệu quan trắc mưa năm rất hạn chế Ngay cả phần phía trên lưu vực là vùng núi thuộc lãnh thổ Việt Nam mật độ trạm cũng rất thưa, chỉ có trạm thuỷ văn Mường Hinh nằm ở huyện Quế Phong, Nghệ An và trạm đo mưa Bát Mọt ở huyện Thường Xuân (tỉnh Thanh Hóa) Tại vị trí dưới điểm nhập lưu với nhánh sông Đạt 2 km có

trạm thuỷ văn Cửa Đạt đo lưu lượng và mực nước

Ở các lưu vực lân cận, có các trạm quan trắc khí tượng thủy văn có thể sử

dụng cho việc nghiên cứu tính toán các yếu tố khí tượng thủy văn cho tính toán

Mạng lưới quan trắc khí tượng lưu vực sông Chu và vùng lân cận được trình bày ở

bảng 1.2 và bảng 1.3

Hình 1.4: Mạng lưới trạm khí tượng & thủy văn trong lưu vực sông Chu

B ảng 1.2: Mạng quan trắc KTTV trên lưu vực sông Chu và vùng lân cận

Tên tr ạm Tên Sông

Căn cứ vào vị trí trạm, thời gian quan trắc và chất lượng tài liệu, trong đề tài

đã chọn các trạm quan trắc để tính toán các thông số khí tượng thủy văn như sau:

- Dùng số liệu đo đạc trạm Cửa Đạt để tính dòng chảy năm (tài liệu dòng chảy

32 năm từ 1971- 2002, trong đó từ 1971-1980 kéo dài từ số liệu đo mực nước, từ 1981-2001 là số liệu thực đo)

- Dùng tài liệu thực đo QR max R từ 1981-2002 và số liệu QR max R kéo dài từ HR max R từ 1962-1980 tổng cộng là 41 năm trạm thủy văn Cửa Đạt để tính toán lưu lượng đỉnh

lũ thiết kế

- Dùng tài liệu các trạm Mường Hinh và Cửa Đạt để tính toán dòng chảy bùn cát

1.3.2 Nh ận xét đánh giá về tài liệu

Toàn bộ nguồn số liệu KTTV phục vụ cho tính toán thiết kế hồ chứa nước

Cửa Đạt đã được Tổng Cục KTTV đo đạc, chỉnh biên và công bố chính thức, đảm

bảo độ tin cậy

- Mạng lưới trạm, số trạm KTTV trên lưu vực Sông Chu đã thưa, số liệu đo lại không đồng bộ về thời gian, phân bố không đều theo không gian Đặc biệt trên 80% diện tích lưu vực đến tuyến công trình đầu mối Cửa Đạt là nằm trên đất bạn Lào, ở đây

có tài liệu đo đạc KTTV rất ít ỏi, chỉ có 4 trạm đo mưa, thời gian quan trắc ngắn lại bị gián đoạn bởi chiến tranh Phần lưu vực trên lãnh thổ Việt Nam thuộc vùng núi cao hiểm trở nên số trạm quan trắc cũng rất thưa Trạm thuỷ văn Cửa Đạt đóng vai trò rất quan trọng trong việc xác định các thông số hồ chứa cũng trải qua nhiều lần di chuyển trạm và đo đạc các yếu tố khác nhau Từ năm 1962 đến 1969, trạm đặt ở vị trí Vụng Mẹt, gần phố Cửa Đạt, sử dụng hệ cao độ Thuỷ lợi Thanh Hoá, đo mực nước giờ trong mùa lũ phục vụ cho dự báo chống lụt ở hạ du Sông Chu- Sông Mã Từ năm 1970, trạm chuyển xuống hạ lưu 1800 m - vị trí hiện nay Cao độ được dẫn từ trạm cũ xuống Đến năm 1970, trạm vẫn chỉ đo mực nước giờ trong mùa lũ Tuy nhiên các trận lũ lớn trên sông Chu thuộc các năm 1962, 1966, 1973, 1980 đều quan trắc được mực nước giờ và

có thể suy ra được quá trình lưu lượng tương ứng Từ năm 1971- 1980, trạm đo mực nước cả năm theo tiêu chuẩn trạm thuỷ văn cấp III và có đo lưu lượng trong mùa kiệt 2

năm 1978 và 1980, đây là thời kỳ nước kém, có một số năm kiệt nặng như các năm 1976;1977 lượng mưa tại Bái Thượng chỉ khoảng 1300 mm; năm 1979 chỉ chưa tới 900mm Từ năm 1981 trở đi, trạm được nâng cấp thành trạm thuỷ văn cấp I, đo lưu lượng toàn năm từ đó tới nay Về cao độ trạm, từ 1/I/1995 đến nay, trạm sử dụng hệ cao

độ Quốc Gia

- Nhiều yếu tố thuỷ văn không đo đạc như bùn cát đáy, thành phần hạt của bùn cát, hoá học nước

1.4 Đặc điểm khí hậu

Trên nền chung, Thanh Hoá mang đặc điểm khí hậu là vùng chuyển tiếp của

miền khí hậu Bắc Bộ sang khí hậu Bắc Trung Bộ khi đi về phía Nam Khí hậu được chia ra làm hai mùa: mùa đông khô lạnh và mùa hè nóng ẩm, thể hiện ở các đặc trưng khí hậu sau:

Chế độ nhiệt, nắng, bức xạ trên lưu vực cũng phân ra hai mùa tương ứng: mùa

hè và mùa đông

Mùa hè từ tháng IV -X thời tiết nóng ẩm, nhiệt độ cao, số giờ chiếu sáng và

bức xạ tổng cộng lớn Nhiệt độ cao nhất thường xuất hiện vào tháng VII, tại Thanh Hóa 42P

9 4 8 5 3 9 2 4 0 6 5 5

Tổng số giờ nắng trung bình tháng trong các năm tại trạm khí tượng Thanh Hóa có dạng 3 đỉnh, nhiều nhất vào tháng VII, cũng là tháng có nhiệt độ không khí cao nhất và lượng bức xạ tổng cộng cũng lớn nhất Đỉnh thứ hai xuất hiện vào tháng

V và đỉnh thứ ba xuất hiện vào tháng X Số giờ nắng xuất hiện ít nhất vào tháng II, tháng có lượng bức xạ tổng cộng lớn nhất là tháng VIII, bảng 1.5

Đơn vị: Số giờ nắng- giờ; Bức xạ tổng cộng-Kcalo/CmP

nằm ở vùng núi huyện Thường Xuân, Lang Chánh có lượng mưa từ 2000-2350 mm Vùng đồng bằng hạ du tỉnh Thanh Hoá có lượng mưa năm từ 1600-1800 mm

Lưu vực sông Chu có mùa mưa từ tháng V đến X, chiếm 83-88% lượng mưa năm Mùa khô bắt đầu từ tháng XI và kết thúc vào tháng IV năm sau có lượng mưa

từ 20-25% lượng mưa năm Ba tháng có lượng mưa nhỏ nhất từ tháng I÷III Tháng

có lượng mưa nhỏ nhất thường vào tháng I hoặc tháng II chỉ chiếm 1-2% lượng mưa năm

Yên

Định 30,2 14,5 15,8 38,1 185,7 75 88,3 265,1 391,2 91,8 49 4,5

1249,

2 Bái 13,5 50,4 44,7 76,3 164,8 230,4 210,7 342,7 222,8 184,6 54,6 36,9 1632,

Cửa Đạt 2353 mm Sau đó giảm dần: Bái Thượng 1945mm, Xuân Khánh 1658mm, Giàng 1684mm và Thanh Hoá 1731mm

Về thời gian mưa của các tháng trong năm, tài liệu thống kê số ngày mưa bình quân các tháng trong năm (bảng 1.7) cho thấy, các tháng từ V đến X là các tháng có số ngày mưa với lượng mưa lớn hơn 5 mm /ngày nhiều hơn cả

B ảng 1.7: Số ngày mưa trung bình các tháng trong năm trạm Bái Thượng

Dưới đây là biến trình độ ẩm không khí trung bình tháng của hai trạm đại

biểu trên lưu vực sông Chu, bảng 1.8

Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII T.bình Bái Thượng 87 88 89 89 85 84 84 87 86 85 84 84 86 Thanh Hóa 86 88 90 90 84 81 81 85 86 84 82 82 85

d) B ốc hơi

Lượng bốc hơi tháng trên lưu vực biến đổi có xu thế ngược lại với sự

biến đổi của mưa, nhiệt độ và độ ẩm: Phân bố lượng bốc hơi tháng trong năm tại các trạm đại biểu có 2 đỉnh Đỉnh lớn thứ nhất xuất hiện vào tháng VII, là tháng có nhiệt độ cao nhất, số giờ nắng nhiều nhất và lượng bức xạ tổng cộng lớn nhất, đỉnh

thứ hai xuất hiện vào tháng X là tháng có số giờ nắng thuộc đỉnh thứ ba trong năm

Tháng có lượng bốc hơi ít nhất xảy ra vào tháng II trùng với tháng có số giờ nắng ít

nhất trong năm và là tháng thường có mưa phùn

Đơn vị: (mm)

Bái Thượng 48,2 41,6 44,1 54 78,5 80,5 85,4 68 63,9 74,4 70 65,6 774 Thanh Hóa 52,6 38,1 38,7 47,3 85,8 96,1 103,6 76,4 66,9 78,5 73,7 68,2 826 Th.Hóa GGI 65,4 55,2 58,8 84,4 138 152 165 135 121 114 93,9 84,7 1268

e) Ch ế độ gió

- Mùa hè gió mùa Tây Nam thổi tới đem theo hơi nước nên thời tiết nóng

ẩm Sau khi đã trút mưa phía sườn Tây lưu vực, luồng không khí trở nên khô và nóng, gây nên hiện tượng gió “phơn” vào thời kỳ tháng IV-VII

- Mùa đông gió mùa Đông Bắc tiến vào lưu vực đã bị các dãy núi ngăn cách sông Chu với sông Mã và sông Chu với sông Cả chặn lại, nên khả năng ảnh hưởng gió mùa Đông Bắc ở vùng thượng lưu sông Chu ít hơn Đây là nguyên nhân gây ra mùa đông khô lạnh và mưa ít

1.5 Đặc điểm thuỷ văn

1.5.1 Ch ế độ dòng chảy trên sông suối

Trên sông Chu, mùa lũ kéo dài từ tháng VII -X, chiếm từ 63-73%, mùa cạn

từ tháng XI -VI Ba tháng có lượng dòng chảy lớn nhất là các tháng VII -IX chiếm 52-60% Tháng có lượng dòng chảy lớn nhất vào tháng IX, chiếm từ 20-24% tổng

lượng dòng chảy năm

1.5.2 Dòng ch ảy năm

Dòng chảy năm và phân phối dòng chảy trung bình tháng trong năm của một

số trạm lưu vực sông Chu thuộc tỉnh Thanh Hoá như ở bảng 1.10

chảy cũng tăng tương ứng, tại trạm Cửa Đạt MR o R = 20,5 (l/s kmP

2

P

) Đặc biệt vùng mưa lớn khu giữa Cửa Đạt - Mường Hinh và lưu vực sông Âm có lượng dòng chảy

dồi dào hơn cả, MR o R= 35 đến trên 40 (l /s kmP

kỳ: thời kỳ đầu kéo dài 2 tháng (XI-XII), thời kỳ giữa kéo dài khoảng 4 tháng IV), thời kỳ cuối mùa kéo dài 2 tháng (V-VI) Tỷ lệ phân phối trung bình lượng dòng chảy các tháng mùa cạn so với lượng dòng chảy năm tại một số trạm thuỷ văn trên sông Chu như bảng 1.11

(I-B ảng 1.11: Tỷ lệ % trung bình lượng dòng chảy các tháng mùa cạn so với lượng

liên t ục kiệt nhất II, III, IV)

2

P

)

Qonăm (mP

biểu thị diễn biến đỉnh lũ

Lũ lớn trên sông Chu xuất hiện từ tháng VII đến tháng XI và không có sự phân kỳ rõ rệt Lũ lớn nhất năm trên sông Chu thường xuất hiện vào tháng IX, tần

suất 41,5% (xem bảng 1.13.)

B ảng 1.13: Tần suất xuất hiện lũ lớn nhất năm (%)

Trên sông Chu (tại Xuân Khánh) và trên sông Mã (tại Cẩm Thủy), cường

suất mực nước lũ bình quân khoảng từ 15-20 cm/h, cao nhất đạt tới 80-100 cm/h

Trên sông Chu, trận lũ ngày 29-IX-1962 tại Cửa Đạt mực nước 38,14m, tại Xuân Khánh là 14,71m ∆Hmax ≥ 11,80 m

TT Năm Thời gian xuất hiện Lưu lượng lớn nhất(mP

lớn không vượt quá 0,3 ∼ 0,5m, bé nhất chỉ đạt 0,02 ∼ 0,03m Độ lớn triều lớn nhất

tại cửa Lạch Hới là 324 cm, tại Lạch Sung là 258cm Vào sâu trong đất liền 25km

tại Giàng, độ lớn triều lớn nhất đạt 249cm, trung bình khoảng 120cm Càng xa biển,

thời gian triều lên càng giảm và thời gian triều rút càng tăng (T1 < Tr), chu kỳ con triều khoảng 24 giờ

1.5.6 Tình hình thiên tai

Các thiên tai thường xẩy ra trong khu vực gồm có:

- Hạn hán: xẩy ra vào mùa kiệt, trong phạm vi toàn khu vực

- Lũ lụt: lũ quét ở vùng thượng du, lũ ở trung, hạ du và úng ngập ở vùng đồng bằng ven biển

- Mặn xâm nhập vùng cửa sông vào các tháng mùa kiệt

- Thủy triều xuất hiện quanh năm, làm tăng mức độ xâm nhập mặn về mùa

kiết và đặc biệt triều cường và nước dâng vào mùa lũ làm cho tác hại của lũ lụt tăng lên đáng kể

- Thiên tai cùng với hoạt động của con người làm cho môi trường tự nhiên ngày một diễn biến xấu đi, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát triển sản xuất và đời

sống nhân dân

1.5.7 Dòng ch ảy bùn cát

Lượng phù sa trên lưu vực sông Chu nói chung và lượng phù sa đến các tuyến công trình nói riêng đều nhỏ hơn các lưu vực miền Bắc Lượng phù sa tăng dần từ thượng nguồn đến hạ du

Nhìn chung, chuỗi số liệu tổng lượng bùn cát hàng năm thời kỳ 1959-1975 tại

trạm thủy văn Mường Hinh trên lòng sông Chu tương đối đại biểu, phản ánh được

xu thế biến đổi trung bình nhiều năm (Hình 1.6)

9000

Tổng lượng bùn cát Lũy tích tổng lượng bùn cát

Hình 1.6: Sự biến đổi tổng lượng bùn cát lơ lửng qua các năm Tại trạm thủy văn

Mường Hinh- Sông Chu

Quan hệ lưu lượng nước và lưu lượng bùn cát lơ lửng tại trạm Mường Hinh

3

P

Do đó, hàm lượng phù sa thay đổi theo thời gian và không gian, phù sa trong mùa lũ lớn gấp trăm lần mùa kiệt Phân phối bùn cát trong các năm tại Mường Hinh đều tập trung vào 4 tháng mùa lũ, từ tháng VII đến tháng

X, chiếm 78-90% tổng lượng bùn cát cả năm Lượng bùn cát 2 tháng lớn nhất chiếm 40-50% lượng bùn cát năm Tháng VII thường là tháng có lượng bùn cát lớn nhất chiếm 10-20% tổng lượng bùn cát năm.(Hình 1 7)

Hình 1.7: Phân phối nồng độ bùn cát lơ lửng tại trạm thủy văn Mường Hinh

-Sông Chu trung bình thời kỳ 1959-1975

Tùy theo lưu vực sông mà nồng độ bùn cát giảm dần hay tăng dần xuống hạ

du, trên bình diện từ Mường Hinh xuống trạm thủy văn Cửa Đạt (nồng độ bùn cát

Biểu đồ phân phối nồng độ bùn cát lơ lửng Tại trạm thủy văn Mường Hinh -Sông Chu

tăng lên nồng độ bùn cát Mường Hinh (ρMhinh =155g/mP

chảy nước và bùn cát đến, đặc điểm địa mạo và quy trình vận hành hồ là ba nhân tố qui định lượng và phân bố bùn cát bồi lắng trong hồ Cửa Đạt

1.6 Công trình h ồ chứa CửaĐạt

1.6.1 Các thông s ố kỹ thuật hồ chứa

B ảng 1.15: Một số thông số kỹ thuật của hồ chứa Cửa Đạt

1.6.2 Quy trình v ận hành hồ chứa Cửa Đạt

Hồ Cửa Đạt được thiết kế để có thể cắt được những trận lũ lớn như lũ

lịch sử tháng X/1962, đảm bảo cho mực nước Xuân Khánh không vượt quá 13,71m Trong những năm đầu tích nước, phải xây dựng quy trình vận hành Hàng năm, có thời kỳ cấp nước và tích nước tương ứng với hai mùa kiệt và lũ

của chế độ thủy văn sông Chu Từ tháng VII đến cuối tháng X mực nước hồ thường được duy trì ở cao trình trên dưới 110m để dung tích trống phòng lũ cho

hạ du Từ VII là khoảng thời gian tích nước, mực nước hồ tăng dần lên Từ XII là

thời kỳ cấp nước phục vụ phát điện và tưới cho vùng Bắc và Nam sông Chu, mực nước hồ giảm xuống cao trình đến cuối tháng VI mực nước hồ +73m

Mực nước tối đa trước khi vận hành chống lũ là 110 m, mực nước cần giữ trong mùa mưa là 110 m đến sau 15/XI mới được phép tích tối đa lên l12 m

Hình 1.8: Đường quá trình mực nước trung bình tháng thượng lưu đập Cửa Đạt

và quản lý bồi lắng các hồ chứa là một phương pháp hiệu quả để duy trì khả năng

trữ nhằm đáp ứng các nhu cầu hơn là xây dựng mới, do đó cần thiết phải tính toán,

quản lý bồi lắng hồ chứa Trong thế kỷ 20, tính toán bồi lắng chủ yếu là tổng lượng

bồi lắng từ khu vực và kích thước để có thể chứa đựng lượng bồi lắng trong vòng 50 đến 100 năm Ảnh hưởng của bồi lắng theo không gian đã được xét đến, ngoại trừ

giả thiết rằng các thế hệ tương lai có đủ phương tiện tốt hơn để giải quyết các vấn

đề về bồi lắng hồ chứa Tuy nhiên, vấn đề bồi lắng không phải là dễ dàng để có thể

giải quyết (Morris, 2003)

Bồi lắng hồ chứa là một hiện tượng xảy ra mang tính tất yếu, gây ra những ảnh hưởng tiêu cực về nhiều mặt Vì vậy, thông qua nghiên cứu bồi lắng hồ chứa

mà thực chất là tiến hành dự báo bồi lắng hồ chứa ngay từ khi thiết kế, xây dựng đến suốt quá trình vận hành hồ, nhằm tìm ra các biện pháp nhằm hạn chế quá trình

bồi lắng, tăng hiệu quả và thời gian khai thác hồ

Khi thiết kế xây dựng hồ chứa, đặc biệt trên các dòng sông có lượng bùn cát lớn, việc ước tính quá trình bồi lắng được xem là một công đoạn không thể bỏ qua Tuy nhiên, do tính chất phức tạp của vấn đề, mức độ bồi lằng thực tế trong quá trình vận hành khai thác hồ thường sai khác khá lớn so với kết quả tính toán khi thiết kế (bảng 2.1)

Hiện nay, để tính toán bồi lắng hồ chứa, thường sử dụng các mô hình toán tính toán lượng bồi lắng và dự báo quá trình bồi lắng trong hồ Đánh giá đúng mức

độ bồi lắng, đặc biệt là dự tính lượng bồi lắng trong quá trình vận hành hồ có ý nghĩa thực tiễn hết sức quan trọng, đồng thời nâng cao nhận thức khoa học về một quá trình tự nhiên rất phức tạp nhưng chưa được hiểu biết đầy đủ

2.2 Tình hình nghiên c ứu tính toán bồi lắng hồ chứa ở Việt Nam

Trước năm 1954, ở nước ta có một số hồ chứa nhà máy thủy điện nhỏ như

Tà sa (825 kw), Nà ngần (750 kw), Bản Thi (140 kw) Sau năm 1954 một loạt các

hồ chứa mới được xây dựng như Thác bà, Đại Lải, Suối hai, Núi cốc Hiện nay cả nước có trên 3600 hồ chứa lớn nhỏ do nhiều ngành tham gia xây dựng như năng

lượng, thuỷ lợi, quốc phòng, nông nghiệp với mục đích chống lũ, phát điện, tưới, cấp nước cho sinh hoạt và sản xuất công nghiệp Tuy nhiên sau một số năm vận hành đã xuất hiện việc bồi lắng bùn cát lòng hồ Bồi lắng bùn cát lòng hồ là một hiện tượng tự nhiên xảy ra liên tục và ở các mức độ khác nhau ảnh hưởng xấu đến

sự tồn tại và hoạt động của các hồ chứa

Lâu nay, các nhà thiết kế thuỷ lợi - thuỷ điện ở nước ta thường xác định dung tích chết của hồ chứa bằng cách nhân lượng bùn cát đến với tuổi thọ của hồ Tuổi

thọ của hồ chứa được quy định theo cấp công trình tại Khoản mục 4.6.1, tiêu chuẩn

Việt Nam TCVN 5060-90 Do quá trình bồi lắng bùn cát trong các hồ chứa lớn, đặc

biệt là các hồ chứa dạng sông dài diễn ra hết sức phức tạp, nên cách tính này lựa

chọn mực nước chết thiên lớn, không tận dụng tối đa dung tích hiệu dụng của hồ cho các mục đích cấp nước, phát điện và phòng lũ

Hiện nay, Việt Nam vẫn chưa có quy phạm hướng dẫn tính toán dòng chảy bùn cát và bồi lắng hồ chứa Lượng bùn cát đến hồ được xác định trên cơ sở số liệu

thực đo bùn cát lơ lửng tại các trạm thuỷ văn trên lưu vực hồ hoặc lưu vực tương tự

Lượng bùn cát di đáy lấy bằng 20-40% bùn cát lơ lửng Lượng bùn cát bồi lắng được ước tính bằng phương pháp đơn giản Vì vậy, kết quả tính toán khi thiết kế

thường sai khác nhiều so với thực tế xảy ra trong quá trình vận hành hồ

Ở nước ta, nghiên cứu bồi lắng thu hút được sự quan tâm của nhiều tác

giả.Ví như lưu vực sông Đà và công trình thuỷ điện Hoà Bình

Viện thiết kế Thuỷ công Matxcơva (1974) đã sử dụng mô hình toán với bước tính ∆t = 05 ngày trong mùa lũ để nghiên cứu bồi lắng cát bùn hồ chứa Hoà Bình và

dự báo rằng hồ sẽ bị lấp đến cao trình +85m sau 60 năm vận hành

Cao Đăng Dư (1992) đã nghiên cứu xói mòn lưu vực và bồi lắng hồ Hòa Bình, xác định lượng bùn cát gia nhập khu giữu bằng mô hình USLE là 1,92 triệu

tấn/năm, tính toán lượng bùn cát di đáy qua Tà Bú bằng một số công thức khác nhau và đi đến kết luận lượng bùn cát di đáy bằng 30% lượng bùn cát lơ lửng

Một số cơ quan trong nước và nước ngoài, trên cơ sở phân tích số liệu cát bùn tại tuyến Tà Bú, đã công bố các kết quả tính toán khác nhau về bồi lắng hồ

chứa Sơn La

Ngay cả các hồ chứa vừa, được xem xét tương đối kỹ, và tính toán với một

cơ sở tương đối tin cậy như hồ chứa Tuyên Quang – Công trình thuỷ điện Tuyên Quang, hồ chứa Thác Bà - Thuỷ điện Thác Bà, dự báo về bồi lắng bùn cát trong hồ

và đường nước dâng trong quá trình vận hành các năm tiếp theo

2.3 Gi ới thiệu một số mô hình tính toán bồi lằng hồ chứa

- Việc nghiên cứu bồi lắng hồ chứa chủ yếu tập trung vào bốn vấn đề chính 1) Xác định lượng bùn cát đến hồ chứa

2) Xác định lượng bùn cát ra khỏi hồ chứa

3) Xác định lượng bùn cát bồi lắng sau T năm vận hành hay tốc độ bồi lắng trung bình và tuổi thọ của hồ chứa

4) Xác định phân bố lượng bùn cát bồi lắng theo không gian và thời gian

- Một số mô hình tiêu biểu

+ Mô hình HEC-6 do Trung tâm Kỹ thuật Thuỷ văn Quân độ Mỹ xây dựng

từ năm 1973 Đây là mô hình một chiều viết cho dòng chảy một chiều trong kênh

hở lòng động, dùng để dự báo sự biến đổi địa hình lòng sông hồ do bồi lắng hoặc xói lở trong các giai đoạn bồi lắng khác nhau (một số tháng, nhiều năm hoặc một con lũ)

+ Mô hình RUS-1 do Viện Thuỷ công Mátxcơva xây dựng từ những năm

1970 Đây là mô hình tính bồi lắng một chiều viết cho dòng chảy không ổn định trong kênh hở Các công thức tính sức tải cát của các tác giả Liên Xô cũ như Shamov, Velikanov, Goncharov được ưu tiên sử dụng

+ Mô hình GSTARS (the Gểnal Stream Tube Model for Alluvial River Simulation) do Cục Khai hoang Hoa Kỳ xây dựng Đây là mô hình một chiều viết cho dòng không ổn định, nhưng có khả năng mô phỏng một vài khía cạnh nào đó

của dòng chảy hai chiều bằng cách sử dụng khái niệm ống dòng để tính toán thuỷ

lực và vận tải bùn cát

+ Mô hình WENDY do Viện Kỹ thuật Thuỷ lợi và Môi trường Delf (Hà Lan)

kết hợp với Tổ hợp Kỹ thuật Núi Tuyết (Australia) xây dựng năm 1982 Đây là mô hình một chiều viết cho dòng ổn định trên mạng sông

+ Mô hình GSTAS (The General Stream Tube Model for Alluvial River

cho dòng không ổn định, nhưng có khả năng mô phỏng một vài khía cạch nào đó

của dòng chảy hai chiều bằng cách sử dụng ống dòng để tính toán thủy lực và vận

tải bùn cát Mô hình có thể tính bồi - xói cho hơn 10 cấp hạt khác nhau nhưng không mô phỏng được quá trình bồi –xói của các hạt sét và bùn

+ Mô hình FLUVIAL-12 do Howard Chang xây dựng từ năm 1988 Đây là

mô hình một chiều viết cho dòng không ổn định gồm 5 khối: Khối tính thủy lực;

Khối tính bùn cát với sáu hàm sức tải: Englund-Hansen(1967), Parker(1982), Yang(1972,1986), Graf(1970), Ackers-White(1973), Meyer-Peter-Muller(1948);

Khối tính sự thay đổi lòng sông theo chiều ngang; Khối tính sự thay đổi lòng sông theo chiều dọc; Khối tính sự thay đổi lòng sông theo chiều ngang của những đoạn sông cong Mô hình không thể mô phỏng được quá trình bồi –xói của các hạt sét và bùn

+ Mô hình SSIIM được Nils Olsen (Viện Công nghệ Na Uy) xây dựng bằng

việc sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn để giải các phương trình Navier –Stokes trong không gian ba chiều trên một lưới cơ bản không trực giao Một mô hình thể tích hữu hạn ba chiều khác nhau cũng được sử dụng để tính toán nồng độ bùn cát trong hồ chứa bằng việc giải phương trình khuyết tán đối lưu Mô hình cho các kết quả tốt trong việc mô phỏng xói mòn đáy và khả năng mô phỏng bùn cát

mịn

+ Mô hình EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code) được cơ quan bảo

vệ môi trường mỹ US EPA phát triển từ những năm 1980 và đến năm 1994 được các nhà khoa học của viện Khoa học Biển Virgina tiếp tục xây dựng Mô hình là mô

hình đa chiều (1 chiều, 2 chiều, 3 chiều) và nó mô phỏng các quá trình thuỷ động

lực học, vận chuyển lan truyền các vật liệu bùn cát, chất ô nhiễm và chất dinh