6. Bố cục của luận án
2.2.5Phương pháp đánh giá cân bằng nước trên các lưu vực sông cho, nhận nước
Hiện tại có nhiều mô hình được sử dụng để tính toán cân bằng nước, phân phối nước trên lưu vực, một số mô hình được dùng khá phổ biến là GIBSI, WUP, BASINS, IQQM, WEAP, MIKE – BASIN, trong đó, mô hình WEAP và MIKE BASIN được áp dụng
theo các đánh giá [59] mô hình WEAP hỗ trợ tốt hơn trong việc tối ưu hóa phân bổ nguồn nước giữa các nút tính toán trong khi MIKE BASIN cho mức độ tin cậy trong các tính toán mô phỏng cân bằng hệ thống cao hơn, trong các tính toán mô phỏng vận hành các công trình, hai mô hình cho kết quả tương đối đồng nhất. Luận án này sử dụng mô hình MIKE BASIN để tính toán cân bằng nước cho các lưu vực sông.
Mô hình cân bằng nước MIKE BASIN được thiết lập để tính toán cho các hệ thống công trình trên lưu vực sông, tích hợp với mô hình dự báo dòng chảy MIKE NAM tính toán dòng chảy đến tuyến mỗi công trình. Phương trình cân bằng nước hồ chứa viết dưới dạng thể tích nước trong hồ, cho thời đoạn Δt là chi tiết như sau:
𝑊2− 𝑊1 = 𝑄𝑉. Δ𝑡 − 𝑄𝑇. Δ𝑡 − 𝑄𝑅. Δ𝑡 + 𝑋.𝐹1−𝐹2
2 − 𝑍.𝐹1−𝐹2
2 (2-1) Trong đó: W1, W2 là dung tích hồ tại đầu và cuối thời đoạn Δt. 𝑄𝑉 là lưu lượng dòng chảy vào hồ bao gồm cả dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm. 𝑄𝑅 là lưu lượng dòng chảy ra khỏi hồ bao gồm lưu lượng dòng chảy qua cửa tràn và qua cống lấy nước, có thể đo đạc trực tiếp hoặc tính toán theo các công thức thuỷ lực. 𝑄𝑇 là lưu lượng dòng chảy thấm qua đáy hồ và thấm qua bờ hồ. X là lượng mưa rơi trên mặt hồ, biết được thông qua đo đạc. Z là lớp nước mặt hồ bị bốc hơi, biết được thông qua đo đạc. F1, F2 là diện tích mặt nước hồ tại đầu và cuối thời đoạn Δt.
Việc xây dựng các mô hình cân bằng nước MIKE BASIN được kế thừa, cập nhật và nâng cấp từ các mô hình trước đó từ Đề tài KC08.24/11-15 [46], đề tài KC.08.29/16-20 [45] các dự án quy hoạch thủy lợi theo lưu vực sông, tỉnh, thành phố vùng Tây Nguyên và Nam Trung bộ [42].
Luận án đã cập nhật nâng cấp mô hình cân bằng nước và đồng bộ hóa số liệu cho các lưu vực sông theo phạm vi phân vùng và tính toán theo kịch bản với các số liệu chính bao gồm:
- Liệt tài liệu về dòng chảy đến các tuyến công trình (được trích xuất từ mô hình MIKE 11 NAM);
- Số liệu về thấm, bốc hơi tại các trạm, số liệu mưa tại các trạm, lịch thời vụ sản xuất, tài liệu thổ nhưỡng…phục vụ tính toán nhu cầu nước các loại cây trồng và nhu cầu nước
- Tài liệu về hiện trạng và định hướng phát triển kinh tế xã hội các ngành phục vụ tính toán nhu cầu nước, khả năng đáp ứng của các công trình, nút công trình.
- Số liệu thực đo về dòng chảy tại các trạm trên lưu vực để kiểm định, hiệu chỉnh mô hình.
- Số liệu về hiện trạng và phương án quy hoạch các công trình thủy lợi, thủy điện bao gồm cả bản đồ vị trí các công trình; thông số công trình (đường quan hệ F-Z, F-W, dung tích hồ chứa, cao trình đập, mực nước thiết kế…) và nhiệm vụ công trình (tưới; cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản và các ngành khác; dòng chảy tối thiểu sau công trình…).
Hiện tại vùng Tây Nguyên và Nam Trung bộ có khoảng 5.600 công trình thủy lợi, trong đó có 1.749 hồ chứa (353 hồ chứa lớn), còn lại hầu hết là các công trình vừa và nhỏ. Theo các Dự án quy hoạch thủy lợi được phê duyệt theo vùng, lưu vực sông, tỉnh, thành phố thuộc phạm vi vùng Tây Nguyên và Nam Trung bộ đã đề xuất xây dựng mới nhiều công trình với tổng dung tích khoảng 3,7 tỷ m3. Nguyên lý chung để cập nhật khối lượng lớn công trình vào mô hình được thực hiện như sau: Chỉ thiết lập tính toán chi tiết cho các công trình lớn, các công trình còn lại được gom lại các nút gộp theo từng nhánh, từng lưu vực sông để đảm bảo điều kiện biên về nguồn nước, sử dụng nước và hồi quy tại mỗi đầu vào của các công trình lớn theo từng phân vùng và theo phân loại công trình: hồ chứa, đập dâng và trạm bơm.
Ngoài ra, Luận án thiết lập bổ sung nội dung kết nối liên lưu vực sông cho các mô hình cân bằng nước. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình tại các lưu vực sông cho kết quả khá phù hợp, dòng chảy thực đo và tính toán sai lệch không đáng kể, có thể sử dụng bộ thông số của mô hình để làm cơ sở tính toán cho cân bằng nước và các phương án sử dụng nước.
Kết quả kế thừa, nâng cấp và cập nhật đồng bộ hóa số liệu trong mô hình cân bằng nước theo các lưu vực sông có liên hệ về nguồn nước được trình bày tóm tắt như sau:
2.2.5.1 Mô hình kết nối lưu vực sông Sê San và các lưu vực sông tỉnh Quảng Ngãi
Sơ đồ cân bằng nước lưu vực sông Sê San được thiết lập với 27 nút tính toán, 2 nút hiệu chỉnh, kiểm định mô hình tại các trạm thủy văn Đăk Mốt và Kon Tum. Sơ đồ cân bằng
công trình hồ chứa và đập dâng và trạm bơm, 3 nút kiểm soát dòng chảy tối thiểu. Thiết lập kết nối giữa lưu vực sông Sê San và các lưu vực sông tỉnh Quảng Ngãi bằng công trình chuyển nước, mô phỏng quá trình điều tiết nước phát điện từ thủy điện Thượng Kon Tum xuống lưu vực sông Trà Khúc (xem sơ đồ và hình vẽ đi kèm).
Hình 2.4 Sơ đồ tính toán cân bằng nước sông Sê San
Hình 2.5 So sánh dòng chảy thực đo và tính toán tại trạm Đắk Mốt và Kon Tum trên sông Sê San
2.2.5.2 Mô hình kết nối lưu vực Sông Ba và các lưu vực sông tỉnh Bình Định
Sơ đồ cân bằng nước lưu vực Sông Ba được thiết lập với 32 nút cân bằng, 02 nút hiệu chỉnh, kiểm định mô hình tại các trạm thủy văn An Khê và Củng Sơn. Sơ đồ cân bằng nước lưu vực sông Kôn – Hà Thanh được thiết lập với 23 nút tính toán (trong đó có 9 nút đập dâng và trạm bơm, 14 nút hồ chứa), nút kiểm định, hiệu chỉnh mô hình tại trạm thủy văn Bình Tường trên sông Kôn. Thiết lập bổ sung kết nối giữa lưu vực sông Ba và lưu vực sông Kôn tỉnh Bình Định thông qua phát điện từ thủy điện An Khê (thượng nguồn sông Ba) sang lưu vực sông Kôn. Kết nối giữa lưu vực sông Kôn và các lưu vực sông nhỏ ven biển khu vực Phù Cát, Phù Mỹ (xem sơ đồ và hình vẽ đi kèm).
Hình 2.6 Sơ đồ tính toán cân bằng nước sông Trà Bồng – Trà Khúc – Sông Vệ
Hình 2.7 So sánh dòng chảy thực đo và tính toán tại trạm Sơn Giang trên sông Trà Khúc
Hình 2.8 Sơ đồ tính toán cân bằng nước lưu vực sông Ba
Hình 2.9 So sánh dòng chảy thực đo và tính toán tại trạm An Khê và Củng Sơn trên lưu vực sông Ba
Hình 2.10 Sơ đồ tính toán cân bằng nước lưu vực sông Kôn
Hình 2.11 So sánh dòng chảy thực đo và tính toán tại trạm Bình Tường trên sông Kôn
2.2.5.3 Mô hình kết nối lưu vực sông Đồng Nai và các lưu vực sông ven biển từ Khánh Hòa đến Bình Thuận (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sơ đồ cân bằng nước lưu vực sông Đồng Nai được thiết lập với 27 nút tính toán, 02 nút hiệu chỉnh, kiểm định mô hình tại các trạm thủy văn Đăk Nông và Thanh Bình. Sơ đồ cân bằng nước hệ thống các sông thuộc tỉnh Khánh Hòa bao gồm sông Cái Ninh Hòa, sông Cái Nha Trang và một số sông suối nhỏ khác được thiết lập với 27 nút tính toán, 02 nút hiệu chỉnh, kiểm định mô hình tại các trạm thủy văn Đá Bàn và Đồng Trăng. Sơ đồ tính toán cân bằng nước lưu vực sông Cái Phan Rang được thiết lập với 24 nút tính toán, hiệu chỉnh mô hình bằng việc so sánh dung tích hồ dự báo và thực đo. Sơ đồ cân bằng nước các lưu vực sông tỉnh Bình Thuận được thiết lập với 28 nút tính toán, trong đó có 3 hệ thống lớn là Phan Rí-Phan Thiết, Sông Lũy và Tà Pao (xem sơ đồ và hình vẽ đi kèm).
Hình 2.13 So sánh dòng chảy thực đo và tính toán tại trạm Đắk Nông và trạm Thanh Bình trên sông Đồng Nai
Hình 2.15 Sơ đồ cân bằng nước lưu vực sông Cái Nha Trang - Khánh Hòa
Hình 2.17 So sánh dòng chảy thực đo và tính toán tại trạm Đồng Trăng
Hình 2.18 Sơ đồ tính toán cân bằng nước bằng mô hình MIKE BASIN cho lưu vực sông Cái Phan Rang
Mô hình kết nối giữa lưu vực sông Đồng Nai và lưu vực sông tỉnh ven biển Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận được mô tả như sau:
Kết nối giữa lưu vực sông Đồng Nai (Đa Nhim) và lưu vực sông Cái Phan Rang tỉnh Ninh Thuận bằng công trình chuyển nước, mô phỏng quá trình điều tiết nước phát điện từ hồ thủy điện Đơn Dương xuống lưu vực sông Cái Phan Rang và tiếp nước sang phía Nam Khánh Hòa theo các phương án tính toán.
Hình 2.19 Sơ đồ tính toán cân bằng nước các lưu vực sông tỉnh Bình Thuận
Kết nối giữa lưu vực sông Đồng Nai (Đa Nhim) và lưu vực sông Luỹ, sông Quao tỉnh Bình Thuận bằng công trình chuyển nước, mô phỏng quá trình điều tiết nước phát điện từ hồ thủy điện Đại Ninh xuống thuỷ điện Bắc Bình và xả xuống lưu vực sông Luỹ. Kết nối giữa lưu vực sông Đồng Nai (La Ngà) và lưu vực sông ven biển phía Nam tỉnh Bình Thuận bằng công trình chuyển nước, mô phỏng quá trình điều tiết nước phát điện từ hồ thủy điện Hàm Thuận – Đa Mi sang lưu vực sông ven biển qua đập Tà Pao và các kênh chuyển nước. Kết nối trong tương lai với phương án hồ dự kiến xây dựng La Ngà 3 với hồ Ka Pét để tiếp nước cho hệ thống tưới Sông Móng - Đu Đủ - Tân Lập và các hệ thống khác.