Nghiên cứu dự báo dòng chảy lũ đến hồ chứa Buôn Kuôp trên lưu vực sông Srêpôk

Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu dự báo dòng chảy lũ đến hồ chứa Buôn Kuôp trên lưu vực bằng mô hình thủy văn (NAM) kết hợp diễn toán bằng phương pháp Muskingum. Kết quả dự báo thử nghiệm cho thấy, chỉ số đảm bảo phương án đều đạt trên 90%.

Nghiên cứu NGHIÊN CỨU DỰ BÁO DÒNG CHẢY LŨ ĐẾN HỒ CHỨA BUÔN KUÔP TRÊN LƯU VỰC SÔNG SRÊPÔK Trần Văn Tình, Nguyễn Thị Bích Ngọc, Hồng Thị Nguyệt Minh Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Tóm tắt Lũ hệ thống sơng Srêpơk có xu hướng tăng quy mô cường độ Trong đó, lưu vực xây dựng nhiều hồ chứa thủy điện Đa phần hồ chứa khơng có nhiệm vụ phịng lũ cho hạ du Những trận lũ lớn xảy thời gian gần lưu vực đặt nhiều vấn đề cần giải cấp bách, có việc xây dựng phương án dự báo lũ đến hồ chứa lưu vực Bài báo trình bày kết nghiên cứu dự báo dòng chảy lũ đến hồ chứa Bn Kp lưu vực mơ hình thủy văn (NAM) kết hợp diễn toán phương pháp Muskingum Kết dự báo thử nghiệm cho thấy, số đảm bảo phương án đạt 90% Từ khóa: Dự báo lũ; Sông Srêpôk; Hồ chứa Buôn Kuôp Abstract Research on flood forecasting for Buon Kuop reservoir in the Srepok river Floods on Srepok river system have been increasing in magnitude and intensity Along the river basin, many reservoirs have been constructed Most of them not have flood control volume for downstream Recent flood events occurred create many serious issues and lead to the demand to establish a flood forecasting for reservoirs in the basin This paper presents a flood forecasting procedure for Buon Kuop reservoir on Srepok basin using hydrological model (NAM) combined with Muskingum method Key word: Flood forecasting; Srepok river; Buon Kuop reservoir ĐẶT VẤN ĐỀ Những năm gần đây, lưu vực sông khu vực miền Trung Tây Nguyên thường xuyên xảy tượng lũ lớn quy mô cường độ, đặc biệt lưu vực sông Srêpôk nơi có địa hình chia cắt mạnh, lịng sơng bé dốc Lưu vực sơng Srêpơk có diện tích thuộc lãnh thổ Việt Nam 16000 km2 [1] (Hình 1), lưu vực có vai trị quan trọng phát triển kinh tế - xã hội khu vực Trên lưu vực có nhiều thác nước tự nhiên với độ chênh cao lớn nên phù hợp để xây dựng hồ chứa thủy điện Hồ chứa thủy điện Buôn Kuôp nằm sơng Srêpơk có diện tích lưu vực đến hồ 7980 km2[1] hồ chứa thủy điện lớn thứ khu vực Tây Nguyên 92 Vấn đề dự báo dịng chảy tới hồ vơ quan trọng cơng tác vận hành hồ chứa Nó định tới hiệu suất phát điện, khả cấp nước cho hạ du bảo vệ an tồn cơng trình Cho đến nay, có số nghiên cứu liên quan tới dự báo dịng chảy đến hồ Bn Kuôp Tuy nhiên, nghiên cứu chủ yếu kết hợp dự báo đến hồ chứa khác như: Buôn Tua Srah, Srêpôk Srêpôk nhằm phục vụ vận hành liên hồ chứa, mà chưa có nghiên cứu nghiên cứu dự báo chi tiết cho dòng chảy lũ đến hồ chứa Buôn Kuôp Kết nghiên cứu báo tài liệu tham khảo cho công tác vận hành hồ chứa Buôn Kuôp nhằm nâng cao hiệu kinh tế phát điện đồng thời đảm bảo an tồn cho cơng trình hạ du Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 18 - năm 2017 Nghiên cứu Hình 1: Bản đồ vị trí khu vực nghiên cứu CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở liệu Theo u cầu liệu đầu vào mơ hình lượng mưa bình quân lưu vực, bốc bình quân lưu vực, dòng chảy trạm thuỷ văn lưu vực nghiên cứu Dựa tình hình thu thập tài liệu lưu vực phận, số liệu lựa chọn dùng để hiệu chỉnh kiểm định mơ hình bao gồm năm 2007, 2008, 2009, trạm lưu vực trạm đo mưa mượn lưu vực lân cận, năm có đầy đủ có đồng số liệu để tính tốn: + Số liệu mưa thực đo thời đoạn Δt = 6h số liệu bốc trạm: Đà Lạt, Đăk Nông, Đức Xun, Thanh Bình, Bn Ma Thuột, Cầu 14, M Đrắk, Giang Sơn, Buôn Hồ + Số liệu lưu lượng nước trạm thuỷ văn: Giang Sơn, Đức Xuyên, Cầu 14 2.2 Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp sử dụng nghiên cứu là: phương pháp thống kê xử lý số liệu dùng việc phân tích xử lý số liệu đầu vào tốn; phương pháp mơ hình tốn dựa vào đặc điểm địa hình lưu vực sơng Srêpơk, tình hình thu thập số liệu Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 18 - năm 2017 93 Nghiên cứu trạm đo lưu vực, mục tiêu dự báo dịng chảy tới hồ Bn Kp nhằm phục vụ vận hành cho cơng trình Do vậy, nghiên cứu chọn mơ hình NAM, đưa trận lũ vào hiệu chỉnh chọn thông tối ưu cho tiểu lưu vực, dựa vào thơng số dự báo dịng chảy tới trạm thuỷ văn Giang Sơn, thuỷ văn Đức Xuyên khu Cầu 14 từ sử dụng phương pháp Muskingum diễn tốn dịng chảy tới hồ Bn Kp KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Phân chia tiểu lưu vực Do thủy điện Buôn Kuôp vào vận hành từ cuối năm 2009, lưu lượng đến hồ năm trước đánh giá kiểm định thông qua giá trị đo trạm thủy văn Cầu 14 Lượng dòng chảy đến hồ thuỷ điện Buôn Kuôp (lưu vực Cầu 14) tổng hợp lưu vực phận Việc phân chia tính diện tích tiểu lưu vực (Hình 3) thực phần mềm MapInfo Hình 2: Sơ đồ phân chia tiểu lưu vực sơng Srêpôk Bảng Bảng phân chia tiểu lưu vực diện tích tương ứng STT Tên lưu vực Lưu vực Giang Sơn Lưu vực Đức Xuyên Lưu vực Cầu 14 LƯU VỰC BỘ PHẬN Khu vực khống chế Diện tích (km2) Khống chế trạm thuỷ văn Giang Sơn 3046 Khống chế hồ thuỷ điện Buôn TuaSrah 2920 Lượng nước nhập khu đoạn sơng giới hạn từ phía trạm thủy văn Giang 2476 Sơn, Đức Xuyên phía trạm Cầu 14 3.2 Hiệu chỉnh mơ hình NAM Để xác định thơng số mơ hình cho tiểu lưu vực, nghiên cứu tiến hành mô phỏng, hiệu chỉnh tối ưu cho trận lũ: Lũ 1: 1h 30/VII/2007 - 19h 31/VIII/2007; lũ 2: 1h 25/X/2007 - 19h 24/XI/2007; lũ 3: 1h 6/IX/2009 - 19h 27/IX/2009 tiểu lưu vực Giang Sơn trận lũ từ 6/IX - 27/IX/2009 cho tiểu lưu vực Đức Xuyên 94 Các tiêu chất lượng mô thống kê bảng Từ kết hiệu chỉnh mơ hình bảng so ánh đường trình tính tốn thực đo hình đến hình 7, cho thấy thơng số mơ hình sử dụng để tính tốn dịng chảy lũ từ mưa lưu vực sơng Srêpơk Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 18 - năm 2017 Nghiên cứu Hình 3: Biểu đồ so sánh đường q trình lũ tính tốn với thực đo theo trận lũ ngày 30/VII-31/VIII/2007 trạm Giang Sơn Hình 4: Biểu đồ so sánh đường trình lũ tính tốn với thực đo theo trận lũ ngày 25/X - 24/XI/2007 trạm Giang Sơn Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 18 - năm 2017 95 Nghiên cứu Hình 5: Biểu đồ so sánh đường q trình lũ tính tốn với thực đo theo trận lũ ngày 06/IX - 27/IX/2009 trạm Giang Sơn Hình 6: Biểu đồ so sánh đường trình lũ tính tốn với thực đo theo trận lũ ngày 6/IX đến 27/IX/2009 trạm Đức Xuyên 96 Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 18 - năm 2017 Nghiên cứu Bảng Bảng thống kê tiêu đánh giá hiệu chỉnh mơ hình Lưu vực Trận lũ 1h 30/VII/2007 19h 31/VIII/2007 1h 25/X/2007 Giang Sơn 19h 24/XI/2007 1h 6/IX/2009 19h 27/IX/2009 1h 6/IX/2009 Đức Xun 19h 27/IX/2009 NASH Q max (m3/s) Tính tốn Thực đo 0.967 688 727 0.837 765 718 0.830 158 152 0.946 297 306 3.3 Kiểm định mơ hình NAM Để đảm bảo khả ứng dụng mơ hình vào tính tốn lũ, nghiên cứu tiến hành kiểm định thơng số mơ hình thơng qua việc áp dụng chúng để tính tốn cho trận lũ: 1h 14/XI/2008 - 19h 21/XII/2008 tiểu lưu vực Giang Sơn, trận lũ ngày 30/VII - 23/ VIII/2007 tiểu lưu vực Đức Xuyên Thời gian xuất đỉnh Tính tốn Thực đo 7:00:00 13:00:00 8/VIII/2007 8/VIII/2007 13:00:00 19:00:00 7/XI/2007 7/XI/2007 13:00:00 13:00:00 13/IX/2009 13/IX/2009 1:00:00 1:00:00 11/IX/2009 11/IX/2009 Các tiêu chất lượng mô mô hình kiểm định thống kê bảng Với kết bảng phù hợp đường trình lũ trạm thủy văn Đức Xuyên, Giang Sơn (hình 9) cho thấy mơ hình NAM có khả mơ qua trình lũ tiểu lưu vực lưu vực sơng Srêpơk Hình 7: Biểu đồ so sánh đường q trình lũ tính tốn với thực đo theo trận lũ Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 18 - năm 2017 97 Nghiên cứu ngày 14/XI - 4/XII/2008 trạm Giang Sơn Hình 8: Biểu đồ so sánh đường q trình lũ tính toán với thực đo theo trận lũ ngày 30/VII - 23/VIII/2007 trạm Đức Xuyên Bảng Bảng thống kê tiêu đánh giá hiệu chỉnh mơ hình Lưu vực Trận lũ 14/XI/2008 21/XII/2008 30/VII/2008 Đức Xuyên 23/VIII/2007 Giang Sơn NASH Q max (m3/s) Tính tốn Thực đo 0.913 972 905 0.824 1874 1940 3.4 Diễn tốn dịng chảy đến hồ chứa Buôn Kuôp phương pháp Muskingum Quá trình hiệu chỉnh kiểm định thơng số lưu vực hồn thành, tiếp tục tính tốn dịng chảy tới cửa toàn lưu vực (Cầu 14) phương pháp diễn tốn Muskingum Trong q trình tính tốn hiệu chỉnh để tìm thơng số K X đoạn sơng để tìm giá trị K X thích hợp Nhìn chung xu đường q trình lũ tính tốn thực đo 98 Thời gian xuất đỉnh Tính tốn Thực đo 7:00:00 7:00:00 28/XI/2009 28/XI/2009 7:00:00 1:00:00 5/VIII/2007 5/VIII/2007 giống Đối với trận lũ giá trị lớn 2000 m3/s, nên sai số đỉnh lũ không lớn Thời gian xuất đỉnh lũ tính tốn thực đo trùng 13h ngày 6/VIII/2007 Trận lũ có sườn lũ lên đường tính tốn có biến động mạnh kết trận mưa lớn ngày 18/XI lưu vực Đức Xun, sườn xuống đường q trình lũ tính tốn có xu tương tự đường trình lũ thực đo, giá trị lưu lượng tính tốn sườn lũ xuống nhỏ thực đo điều ảnh hưởng đến Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 18 - năm 2017 Nghiên cứu sai số tổng lượng Đỉnh lũ đường tính tốn thấp đường thực đo, sai số sai sót cơng tác đo đạc, tính tốn số liệu phương pháp diễn toán Muskingum chưa phản ánh đầy đủ biến động trận lũ lớn lưu vực Trận lũ có đường trình lũ thực đo tính tốn có biến đổi phức tạp, hai đường đồng dạng với sườn lũ lên sườn lũ xuống đường q trình lũ tính tốn giống đường trình lũ thực đo, thời gian xuất đỉnh lũ tính tốn chậm thời gian xuất đỉnh lũ thực đo 6h Sau tìm thơng số cho trận lũ, lấy trung bình thông số cho trận lũ ta K=5.7; X=0.25 đưa vào dự báo Bảng Các trận lũ hiệu chỉnh kiểm định phương pháp diễn toán Muskingum Trận lũ hiệu chỉnh Trận lũ kiểm Lưu vực Trận lũ Trận lũ Trận lũ định Giang Sơn Đức Xuyên 1h 30/VII/2007 - 1h 14/XI/2008 - 1h 6/IX/2009 - 1h 25/X/2007 Khu Cầu 14 19h 25/VIII/2007 19h 21/XII/2008 19h 27/IX/2009 19h 23/XI/2007 Cầu 14 Hình 9: Biểu đồ so sánh kết tính tốn thực đo lũ trạm thuỷ văn Cầu 14 Hình 10: Biểu đồ so sánh kết tính tốn thực đo lũ trạm thuỷ văn Cầu 14 Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 18 - năm 2017 99 Nghiên cứu Hình 11: Biểu đồ so sánh kết tính tốn thực đo lũ trạm thuỷ văn Cầu 14 Hình 12: Biểu đồ so sánh kết tính tốn thực đo lũ trạm thuỷ văn Cầu 14 3.5 Dự báo thử nghiệm dòng chảy lũ tới hồ thủy điện Buôn Kuôp 3.5.1 Phương án dự báo Chọn trận lũ 23/IX - 24/IX/2008 để dự báo thử nghiệm Thời gian bắt đầu dự báo thử nghiệm từ ngày 23/IX/2008 Các bước dự báo thử nghiệm: + Trên sở tài liệu mưa dự báo, bốc trạm lưu vực tiến hành tính tốn lượng mưa, lượng bốc bình quân tiểu lưu vực: Giang Sơn, Đức Xuyên, khu Cầu 14 + Kết thu làm đầu vào cho mơ hình NAM tính tốn dịng chảy 100 mặt cắt cửa tiểu lưu vực + Sử dụng phương pháp Muskingum diễn tốn lượng dịng chảy tiểu lưu vực hồ thuỷ điện Buôn Kuôp Như vậy, để dự báo dòng chảy tới hồ thuỷ điện, cần có thơng tin dự báo lượng mưa lưu vực Nghiên cứu sử dụng kết mưa số trị trang yr.no 3.5.2 Kết dự báo thử nghiệm a Dự báo lưu lượng với thời gian dự kiến 12h Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 18 - năm 2017 Nghiên cứu Hình 13: Biểu đồ trình dự báo thử nghiệm thời gian dự kiến 12h trạm Cầu 14 từ 23/IX đến ngày 24/IX/2008 Bảng Đánh giá phương án dự báo thử nghiệm trạm Cầu 14 với thời gian dự kiến 12h Scp s/σ η P% 38.2 0.56 0.83 97 Độ xác phương án Đạt b Dự báo lưu lượng với thời gian dự kiến 24h Hình 14: Biểu đồ trình dự báo thử nghiệm thời gian dự kiến 24h trạm Cầu 14 từ 23/IX đến ngày 24/IX/2008 Bảng Đánh giá phương án dự báo thử nghiệm trạm Cầu 14 với thời gian dự kiến 24h Scp s/σ η P% 31 0.47 0.88 97 Độ xác phương án Đạt Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 18 - năm 2017 101 Nghiên cứu Nhận xét: - Đối với thời gian dự kiến 12 lấy liệu mưa dự báo từ trang yr.no, lưu lượng dự báo tới hồ thuỷ điện Buôn Kuôp cho kết tốt so với lưu lượng thực đo - Đối với thời gian dự kiến 24 lấy liệu mưa dự báo từ trang yr.no, lưu lượng dự báo cho kết - Với thời gian dự kiến ngắn kết dự báo tốt thời gian dự kiến dài Với số liệu Khí tượng, Thủy văn trận lũ năm 2007, 2008, 2009 thu thập đầy đủ đồng để xác định thông số tối ưu cho tiểu lưu vực nhằm phục vụ dự báo lũ đến hồ Kết dự báo đánh giá với mức đảm bảo phương án dự báo lớn 90%, cho thấy chất lượng phương án dự báo tốt Tuy nhiên, để tăng chất lượng phương án dự báo cần kiểm định với nhiều trận lũ lớn, trung bình, nhỏ lưu vực cần bổ sung thêm trạm đo mưa KẾT LUẬN Với việc ứng dụng mơ hình NAM kết hợp diễn tốn phương pháp Muskingum dự báo dịng chảy tới hồ cho kết tương đối tốt Mơ hình NAM mơ tốt q trình mưa - dịng chảy lưu vực, đồng thời việc diễn toán Muskingum cho kết đường q trình lũ tính tốn phù hợp với đường trình lũ thực đo Các tiêu quan trọng số NASH, sai số tổng lượng cao, đạt yêu cầu dự báo Kết dự báo lưu lượng tới hồ thuỷ điện Srêpơk với thời gian dự kiến 12 có xu giống với đường thực đo, với thời gian dự báo 24 cho kết thấp Sai số đỉnh lũ cịn lớn, đưa số nguyên nhân sau: Trong trình tính tốn gặp sai sót, việc dị tìm tối ưu thơng số chưa đạt hợp lý cao nhất; Mưa sinh lũ lưu vực có thay đổi thời gian khơng gian nên việc xác định lưu lượng đỉnh lũ khó khăn; Việc mượn thơng số để tính tốn dịng chảy cho khu Cầu 14 có sai số nên ảnh hưởng đến kết dự báo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Nông nghiệp Phát triển Nơng thơn (2006) Báo cáo xây dựng mơ hình thủy văn thủy lực cho lưu vực sông Srêpôk [2] Bộ Tài nguyên Môi trường (2008) Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Dự báo lũ [3] Nguyễn Kim Đồng “Thuỷ điện Srêpôk - Thiết kế kỹ thuật” [4] Lê Văn Nghinh, Bùi Cơng Quang, Hồng Thanh Tùng (2005) Bài giảng “Mơ hình tốn Thuỷ văn” Trường Đại học Thuỷ Lợi, Hà Nội [5] Nguyễn Viết Thi (2006) Giáo trình “Dự báo thuỷ văn” Nhà xuất Bản đồ, Hà Nội BBT nhận bài: Ngày 21/8/2017; Phản biện xong: Ngày 09/10/2017 102 Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 18 - năm 2017 ... chảy tiểu lưu vực hồ thuỷ điện Buôn Kuôp Như vậy, để dự báo dịng chảy tới hồ thuỷ điện, cần có thông tin dự báo lượng mưa lưu vực Nghiên cứu sử dụng kết mưa số trị trang yr.no 3.5.2 Kết dự báo thử... Lượng dòng chảy đến hồ thuỷ điện Buôn Kuôp (lưu vực Cầu 14) tổng hợp lưu vực phận Việc phân chia tính diện tích tiểu lưu vực (Hình 3) thực phần mềm MapInfo Hình 2: Sơ đồ phân chia tiểu lưu vực sông. .. tiểu lưu vực nhằm phục vụ dự báo lũ đến hồ Kết dự báo đánh giá với mức đảm bảo phương án dự báo lớn 90%, cho thấy chất lượng phương án dự báo tốt Tuy nhiên, để tăng chất lượng phương án dự báo