Bài viết trình bày kết quả tính toán mức độ ngập lụt hạ lưu thủy điện Bản Vẽ khi xả lũ có xét đến ảnh hưởng của nhà máy thủy điện Nậm Nơn ở phía hạ lưu. Mô hình thủy lực 1 và 2 chiều kết hợp MIKE FLOOD được sử dụng nhằm mô phỏng quá trình thủy động lực học kết hợp với công cụ GIS để đánh giá mức độ ảnh hưởng do ngập lụt.
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA KHU VỰC HẠ LƯU THỦY ĐI ỆN BẢN VẼ KHI XẢ LŨ THIẾT KẾ CÓ QUAN TÂM ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA CƠNG TRÌNH THỦY ĐI ỆN NẬM NƠN Trần Kim Châu Trường Đại học Thủy Lợi Nguyễn Thị Hoa Văn phòng tư vấn Nippon Koei Đỗ Anh Đức Viện thuỷ điện lượng tái tạo Tóm tắt: Sơng Cả sơng có tiềm thủy điện lớn Việt Nam, nơi mà nhiều thủy điện bậc thang xây dựng Ảnh hưởng việc xả lũ hồ chứa thượng lưu bị tác động mạnh cơng trình hạ lưu Đây vấn đề cần đánh giá chi tiết để có câu trả lời cụ thể Trong báo này, tác giả trình bày kết tính tốn mức độ ngập lụt hạ lưu thủy điện Bản Vẽ xả lũ có xét đến ảnh hưởng nhà máy thủy điện Nậm Nơn phía hạ lưu Mơ hình thủy lực chiều kết hợp MIKE FLOOD sử dụng nhằm mô trình thủy động lực học kết hợp với cơng cụ GIS để đánh giá mức độ ảnh hưởng ngập lụt Kết nghiên cứu cho thấy mực nước trường hợp hồ Bản Vẽ xả lũ 0,02%,0,1% hay 0,5% gây ngập lụt cho số khu dân cư phía thượng lưu, trường hợp xả lũ 0,02% mức nước khơng vượt q cao trình đỉnh đập Nậm Nơn Đây kết mang tính định lượng phục vụ cho nhà định có phương án phòng chống phù hợp Từ khoá: MIKE FLOOD, Bản Vẽ, Nậm Nơn, hồ chứa, xả lũ, ngập lụt Summary: Song Ca is a river full of hydroelectric power potential in Vietnam, in which a lot of cascade systems of hydroelectric power stations have been constructed and under construction Flood releasing in the upstream reservoirs has significant impacts on the downstream ones This matter needs to be assessed in detail to find a solution In this study, the authors presented the result of flood level calculation in the downstream of Ban Ve hydropower when releasing flood, considering the impacts of Nam Non hydropower One-dimension and two-dimension hydraulic models along with Mike Flood were used to simulate hydrodynamic process combining with GIS tool to assess the impacts of flood The result of the study indicated that the water level in the scenario of Ban Ve reservoir releasing 0.5% design flood did not cause inundation for residential areas in the upstream, meanwhile in case of releasing 0.02% design flood, the water level did not exceed the elevation of dam top level These quantitative results would help the decision makers have reasonable mitigation plans Keywords:Mike Flood, Ban Ve, Nam Non, reservoir, flood release, inundation * ĐẶT VẤN ĐỀ Căn vào quy hoạch phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn 2006-2015 [1] có xét đến triển Ngày nhận bài: 03/5/2018 Ngày thông qua phản biện: 06/6/2018 Ngày duyệt đăng: 25/6/2018 vọng đến năm 2025 Thủ tướng phủ phê duyệt định số 110/2007/QĐTTg ngày 18 tháng năm 2007, nước nói chung khu vực miền Trung nói riêng xây dựng nhiều nguồn điện phát triển hệ thống lưới điện thống toàn quốc ổn định Ngoài dự án thủy điện lớn Nhà TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 44 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ nước triển khai nay, dự án thủy điện nhỏ vừa xây dựng toàn quốc Thủy điện Nậm Nơn thủy điện nhỏ, có vị trí xã Lượng M inh, huyện Tương Dương, tỉnh Nghệ An xây dựng với mục tiêu phát triển kinh tế Tuy nhiên xây dựng thủy điện Nậm Nơn, vấn đề ảnh hưởng nước dềnh hồ chứa có gây ngập lụt cho hộ dân phía thượng lưu hồ ứng với trường hợp thủy điện Bản Vẽ xả lũ Ứng với trường hợp hợp hồ chứa Bản Vẽ xả lũ thiết kế kiểm tra mức độ ảnh hưởng đến đâu, hộ dân, công trình sở hạ tầng bị ảnh hưởng mức độ ảnh hưởng nào? Những câu hỏi cần câu trả lời mang tính định lượng có sở khoa học cụ thể điện lớn, đa mục tiêu, với nhiệm vụ chính: phát điện (khoảng năm 2009), hoà lưới điện quốc gia, đồng thời cung cấp phần điện cho nước bạn Lào Ngoài ra, thuỷ điện Bản Vẽ cung cấp nước sinh hoạt, sản xuất, đẩy mặn, chống lũ cho vùng hạ lưu sơng Cả Cơng trình thủy điện Nậm Nơn nằm phía thượng nguồn sơng Cả (còn có tên gọi sơng Nậm Nơn), cách vị trí nhập lưu sông nhánh Nậm M ô với sông Cả khoảng 5km phía thượng lưu, cách tuyến đập Bản Vẽ khoảng 13km phía hạ lưu Tuyến đầu mối cơng trình đặt xã Lượng M inh, huyện Tương Dương tỉnh Nghệ An Vị trí tuyến đập Nậm Nơn 104o24’30” kinh độ Đông 19o18’20’’ vĩ độ Bắc Vấn đề ngập lụt hạ lưu hồ chứa nhiều tác giả nghiên cứu giới Việt Nam Có thể kể đến nghiên cứu Trần Kim Châu Phạm Thị Hương Lan (2017) [2] hay William Veale cộng [3] Các nghiên cứu sử dụng công cụ đại mơ hình thủy lực nhằm diễn tả chế độ thủy động lực học dòng chảy xả lũ Tuy nhiên trường hợp khơng có thủy điện bậc thang hạ lưu khu vực nghiên cứu Từ vấn đề cấp thiết đó, nghiên cứu tiến hành mơ phòng thủy lực kết hợp công cụ GIS nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng ngập lụt hạ lưu thủy điện Bản Vẽ xây dựng cơng trình thủy điện Nậm Nơn Hình Bản đồ vị trí khu vực nghiên cứu 3.CÔNG CỤVÀPHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Sơ đồ tiếp cận tính tốn GIỚI THIỆU VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU Sông Cả lưu vực lớn Bắc Trung Bộ, bắt nguồn từ tỉnh Xiêng Khoảng, Lào, có tổng diện tích lưu vực 27,200 km2, phần thuộc lãnh thổ Việt Nam có diện tích 17,730 km2, chiếm 65,2%, phần lớn thuộc tỉnh Nghệ An Hà Tĩnh [4] Cơng trình thủy điện Bản Vẽ xây dựng sông Cả, xã Yên Na, huyện Tương Dương, tỉnh Nghệ An Thuỷ điện Bản Vẽ cơng trình thuỷ Hình Sơ đồ tiếp cận 3.1.1 Thiết lập mơ hình TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 44 - 2018 KHOA HỌC M ô hình M IKE FLOOD thiết lập cho khu vực nghiên cứu Phạm vi mơ hình bao gồm nhánh sơng Cả nhánh Nậm M M hình sử dụng biên hạ lưu thủy điện Bản Vẽ trạm thủy văn Mường Xén Biên mô hinh lấy trạm thủy văn Cửa Rào Nhập lưu khu tính theo cơng thức triết giảm lũ đến thủy điện Bản Vẽ Lòng sơng mơ mơ hình M IKE 11, vùng bị ngập lụt ven sơng mơ mơ hình chiều M IKE 21 Nhánh sông Cả bao gồm 28 mặt cắt, nhánh Nậm M tính đến ngã nhập lưu vào sông Cả gồm 11 mặt cắt Khu vực chiều mô khu vực dọc nhánh sông Cả từ hạ lưu Bản Vẽ đến Nậm Nơn, có tổng diện tích 16,45 km2 Khu vực chia thành ô lưới tam giác không đồng với diện tích tam giác khơng q 2000 m2 (hình 4) M hình chiều chiều liên kết với dọc sông những liên kết bên đập tràn đỉnh rộng Cơng trình thủy điện Nậm Nơn mô mạng sông trường hợp kiểm định kịch Trường hợp hiệu chỉnh mơ hình cơng trình chưa xây dựng nên cơng trình khơng mơ Các thơng số cơng trình thể bảng Bảng 1.Thơng số cơng trình thủy điện Nậm Nơn Thông số Giá trị Loại đập Đá đổ Cao trình 84,3 m Đập dâng đỉnh Chiều dài Cao trình Số Đập tràn Cửakhoang điều tiết có cừa van Kích thước bxh Cao trình ngưỡng Đập tràn Chiều cao phím đập Piano Số phím Chiều dài theo đỉnh tim 26,35 m 66 m Có (10x10) 76 m 13m 17m 813 m CÔNG NGHỆ (Nguồn báo cáo Thủy điện Nậm Nơn – dự án đầu tư[5]) Sử dụng số liệu mực nước lưu lượng Cửa Rào mùa lũ để xây dựng đường quan hệ Q ~H cho trạm Cửa Rào làm biên Số liệu biên M ường Xén vả thủy điện Bản Vẽ lấy từ số liệu thực đo trạm Mường Xén hồ Bản Vẽ [6] Lưu lượng nhập lưu tính tốn theo phương pháp triết giảm theo diện tích lưu vực nhánh sông Cả Nậm M ô Do điều kiện số liệu khu vực khơng có, nghiên cứu sử dụng số liệu điều tra vết lũ điều tra năm 1973 để hiệu chỉnh mơ hình Để kiểm định nghiên cứu sử dụng số liệu xả nước mực nước đo đạc đồng thời hạ lưu Bản Vẽ lúc 18h05’ ngày 27/09/2017 để tiến hành kiểm định Vị trí vết lũ năm 1973 vị trí đo đạc mực nước năm 2017 thể hình Hình Vị trí điều tra vết lũ đo đạc mực nước Sử dụng mơ hình hiệu chỉnh kiểm định tiến hành diễn toán thủy động lực học trường hợp thủy điện Bản Vẽ xả lũ ứng với tần suất thiết kế Các kịch tính tốn lựa chọn cho trường hợp hồ Bản Vẽ xả lũ tần suất thiết kế (P = 0,5%), xả lũ thiết kế (P = 0,1%), xả lũ kiểm tra (P = 0,02%) Các trường hợp mơ có khơng có cơng trình để đánh giá mức độ ảnh hưởng thủy điện Nậm Nơn Dựa kết thủy lực, đồ ngập lụt xả lũ thủy điện Bản Vẽ xây dựng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 44 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ dựa cơng cụ GIS ứng với kịch Kết đưa nhìn trực quan mức độ ảnh hưởng mức độ xả lũ Mức độ ảnh hưởng đến khu dân cư, tuyến đường kiểm tra mực nước có vượt qua cao trình đỉnh đập Nậm Nơn đánh giá bước cuối chu trình chức GIS ứng dụng khác : desktop, máy chủ ( bao gồm Web), hệ thống thiết bị di động Hệ phần mềm ArcGIS cung cấp công cụ mạnh để quản lý cậpnhật, phân tích thơng tin tạo nên hệ thống thơng tin địa lý hoàn chỉnh KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.2 Giới thiệu cơng cụ tính tốn 4.1 Xây dựng, hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 3.2.1 Mơ hình Mike Flood Dựa phương pháp mơ tả tiến hành thiết lập mơ hình thủy lực M IKE 21 cho khu vực nghiên cứu M hình thể hình Kết hiệu chỉnh kiểm định cho vết lũ năm 1973 mực nước đồng thời năm 2017 cho bảng M IKE FLOOD công cụ nằm phần mềm M IKE, xuây dựng phát triển Viện Thủy lực Đan M ạch (DHI).M IKE FLOOD sản phẩm tích hợp mơ hình chiều M IKE URBAN(MOUSE), M IKE 11 mơ hình hai chiều M IKE 21 Sử dụng phương pháp kết hợp cho phép tận dụng tính tốt mơ hình chiều hai chiều, đồng thời tránh nhiều hạn chế độ phân giải độ xác gặp phải sử dụng riêng biệt chúng [7] 3.2.1 Công cụ GIS Phần mềm ArcGIS phần mềm ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý Viện nghiên cứu hệ thống môi trường (ESRI) Bộ phần mềm ArcGIS ESRI có khả khai thác hết Hình Mơ hình thủy lực Mike Flood cho khu vực Nậm Nơn Bảng 2.Kết hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình Khoảng cách đến đập Nậm Nơn (km) Thực đo (m) Tính toán (m) Chênh lệch (m) Vết lũ 1973 4,9 86,23 86,30 0,07 Vết lũ 1973 1,2 82,58 82,66 0,08 Mực nước đồng thời 11,9 79,31 78,80 -0,51 Mực nước đồng thời 0,4 76,49 76,33 -0,16 Vị trí Từ kết trên, nhận thấy mơ hình mơ tốt mực nước khu vực nghiên cứu Nhóm tác giả tiến hành sử dụng mơ hình hiệu chỉnh kiểm định để tiến hành mô kịch để đánh giá mức độ ảnh hưởng thủy điện Nậm Nơn 4.2 Đánh giá ảnh hưởng thủy điện Nậm Nơn Kết tính toán cho thấy thủy điện Bản Vẽ xả lũ tần suất thiết kế, mực nước hồ Nậm Nơn dâng cao gây ngập khu dân cư vùng hồ Nậm Các khu dân cư Bản TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 44 - 2018 KHOA HỌC Lạ, Bản M inh Phương, Bản Côi, Bản Khe Ĩ, Bản Vẽ Cò Phương nằm vùng ảnh hưởng (hình 4) Đối với trường hợp xả lũ to hơn, tùy vị trí hồ, mực nước hồ tăng 1,3 – 1,7 m ứng với xả lũ thiết kế, 3,1 – 4,0 m ứng với xả lũ kiểm tra (bảng 3) Các nhánh suối nhỏ bị ảnh hưởng mực nước hồ dâng cao, phạm vi ảnh hưởng nước dâng đến 10 km nhánh Xốp M ạt, 3,1 km Khe Lạ M ặc dù mực nước chênh lệch kịch lớn (hình 5) tùy nhiên vùng diện tích ngập chênh lệch khơng lớn cơng trình nằm vùng địa hình sườn núi dốc, độ dốc sơng lớn Diện tích mặt hồ Nậm Nơn 3,8 km2 4,1 km2 4,3 km2ứng với kịch từ nhỏ đến lớn Điều cho thấy cần phương án di dân chung cho trường hợp xả lũ Nghiên cứu tiến hành đánh giá ảnh hưởng cơng trình thủy điện Nậm Nơn thông qua việc so sánh kịch xả lũ trường hợp có khơng có cơng trình Kết so sánh số vị trí đại biểu bảng cho thấy, tác động thủy điện Nậm Nơn mực nước ảnh hưởng hạ lưu thủy điện Bản Vẽ nhỏ, nhiên xi phía hạ lưu ảnh hưởng đập Nậm Nơn thể rõ CÔNG NGHỆ chênh lệnh mực nước lên đến > 3m Hình Bản đồ ngập lụt Nâm Mô ứng với kịch xả lũ tần suất thiết kế Hình 5: Đường mực nước ứng với kịch có thủy điện Nậm Nơn Bảng 3.S o sánh mực nước có khơng có thủy điện Nậm Nơn (m) Kịch 0,02% 0,10% 0,50% Tự nhiên 94,9 92,8 91,1 M C1 Có cơng trình 95,2 92,9 91,2 h 0,3 0,1 0,1 M C6 Có cơng trình 90,3 88,2 86,5 Tự nhiên 89,5 87,7 86,1 Kết tính tốn ứng với trường hợp xả lũ kiểm tra cho thấy mực nước dâng cao nhiên mực nước đập Nậm Nơn (83,1m) chưa đạt đến cao trình đỉnh đập (84,3 m) Nghiên cứu tiến hành kiểm tra mực nước dọc theo tuyến đường phía bên vai trái đập nhận thấy mực nước hồ Nậm Nơn không ảnh hưởng đến tuyến đường h 0,8 0,5 0,4 Đập Nậm Nơn Tự Có cơng h nhiên trình 79,8 83,1 3,3 78,1 81,3 3,2 76,8 80,0 3,2 KẾT LUẬN Nghiên cứu trình bày kết mô thủy lực hạ du đánh giá ảnh hưởng ngập lụt hồ chứa thủy điện Bản Vẽ xả lũ ứng với trận lũ thiết kế điều kiện đập Nậm Nơn xây dựng Kết nghiên cứu cho thấy đập Nậm Nơn có tác động đáng kể đến TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 44 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ khu vực hạ du hồ chứa Bản Vẽ M ột số hộ dân phải di chuyển ngập lụt Bản Vẽ xả lũ nhỏ lũ thiết kế Tuy nhiên mực nước đập Nậm Nơn khơng vượt q cao trình đỉnh đập tuyến đường bên phía vai trái đập Bản Vẽ xả lũ kiểm tra Từ kết mang tính định lượng này, quyền cấp tỉnh Nghệ An sử dụng để xây dựng phương án phòng chống lũ cách có hiệu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thủ tướng phủ (2007) Quyết định phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006 - 2015 có xét đến năm 202 -quyết định số 110/2007/QĐ-TTg [2] Trần Kim Châu, Phạm Thị Hương Lan (2017)Ứng dụng mơ hình thủy lực & chiều kết hợp xây dựng đồ ngập lụt hạ lưu hồ chứa Suối Mỡ, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 647, 37-46 [3] William Veale, M ark Stirling, Nguyen Canh Thai, Peter Amos, Pham Hong N ga & Tran Kim Chau (2014) An initiative to improve dam and downstream community safety in Vietnam, 2014 Congress of the International Association for Hydro-Environment Engineering and Research, Water Resources University, Vietnam [4] Viện QH Thủy lợi (2008) Quy hoạch sử dụng tổng hợp nguồn nước lưu vực sông Cả [5] Thủy điện Nậm Nơn – dự án đầu tư vẽ thi công [6] Công ty tư vấn Điện 1, (2016) Quy trình vận hành thủy điện Chi Khê [7] DHI, (2007), User Manual TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 44 - 2018 ... hành đánh giá ảnh hưởng cơng trình thủy điện Nậm Nơn thông qua việc so sánh kịch xả lũ trường hợp có khơng có cơng trình Kết so sánh số vị trí đại biểu bảng cho thấy, tác động thủy điện Nậm Nơn. .. trường hợp mơ có khơng có cơng trình để đánh giá mức độ ảnh hưởng thủy điện Nậm Nơn Dựa kết thủy lực, đồ ngập lụt xả lũ thủy điện Bản Vẽ xây dựng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 44... nước khu vực nghiên cứu Nhóm tác giả tiến hành sử dụng mơ hình hiệu chỉnh kiểm định để tiến hành mô kịch để đánh giá mức độ ảnh hưởng thủy điện Nậm Nơn 4.2 Đánh giá ảnh hưởng thủy điện Nậm Nơn Kết